Brevet FR2574684A1 — publié le 19860620

Procédé de fabrication d'une couche d'usure eis PVC réticulée, et couche d'usure obtenue par ce procédé. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche d'usure en polyvinylchlorure réticulée aux rayons UV, résistante à la chaleur notamment, à partir d'une préparation contenant un chlorure de polyvinyle, un réticulant et un photosensibilisateur.Elle concerne également une couche d'usure et un revêtement de sol ou mural obtenus par ce procédé. Les couches d'usure en polyvinylchlorure sont largement utilisées pour les revêtements de sol et muraux. Elles sont résistantes, difficilement inflammables et dotées d'une bonne stabilité aux agents chimiques. La résistance à la chaleur de ces couches thermoplastiques reste toutefois problématique. Des cigarettes allumées notamment provoquent des détériorations irréversibles. Afin d'améliorer la thermostabilité, les couches ont été réticulées aux rayons électroniques, par radiation radioactive ou par des radicaux libres. Les deux premières méthodes sont onéreuses et nécessitent d'importantes mesures de sécurité; la troisième donne des produits d'une qualité insatisfaisante. Pour pallier ces inconvénients, la méthode proposée dans le FR-A-2 462 457 consiste à réticuler aux rayons UV une feuille ou une plaque, obtenue par calandrage à partir d'un mélange de polyvinylchlorure, d'un plastifiant réactif (réticulant), d'un photosensibilisateur et d'un stabilisant. Pour éviter l'hétérogénéité provoquée par la gélification du plastifiant sous l'effet de la chaleur de calandrage, un inhibiteur de polymérisation est ajouté au mélange PVC. Les feuilles ou plaques calandrées sont alors collées ou soudées sous pression à une plaque ou autre support dur, avant ou après l'irradiation aux UV. Ce procédé est donc inapplicable à la fabrication de couches d'usure pour des supports souples et/ou à relief, souvent utilisés dans les revêtements de sol: ces supports fléchissant sous la compression, la qualité de l'assemblage est détériorée et le relief endommagé. L'invention vise donc à créer un procédé du type précédemment décrit, qui permette d'obtenir des couches d'usure PVC réticulées, résistantes à la chaleur notamment, pour des supports souples et sensibles. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la préparation est appliquée à 11 état d'enduit sur un support, gélifiée sous l'effet de la chaleur dans une première phase, puis réticulée aux rayons UV dans une seconde phase. La préparation à base de PVC étant appliquée à l'état d'enduit sur le support, le matériau de ce dernier n'est soumis qu'à une légère contrainte mécanique: les structures en relief déjà existantes, par exemple, ne sont donc pas détériorées. Le contact continu et complet, simultanément obtenu entre le support et la préparation à base de PVC, permet d'obtenir, avec la gélification ultérieure, un assemblage parfait des couches en contact. La brossabilité permet par ailleurs de réaliser la structure en relief du support après l'application de la couche plastique à base de PVC, puisque cette dernière autorise la mise en forme du support. La combinaison conforme à l'invention des phases du procédé permet d'obtenir une couche d'usure PVC réticulée aux UV d'une qualité parfaite, résistante à la chaleur, aux cigarettes allumées notamment, souple, flexible et déformable jusqu'à la réticulation et manipulable sans aucun problème pendant la fabrication. I1 est remarquable que la chaleur utilisée pendant la gélification ne provoque pas le trouble et l'irrégularité de la couche d'usure PVC, observés à de faibles températures de calandrage en l'absence d'inhibiteur de polymérisation: à la sortie du four de gélification, la couche d'usure PVC, qui est donc d'une qualité parfaite, est soumise directement ou ultérieurement à la réticulation aux rayons UV. L'emploi d'une préparation PVC à l'état d'enduit, c'est-àdire la mise en forme sans chauffage, donne une plus grande liberté de formulation que ne le permettent des feuilles calandrées: il est par exemple possible d'utiliser du PVC de poids moléculaire élevé, avec une quantité moindre de réticulant, et de fabriquer un produit souple comportant jusqu'à 120% en poids de plastifiant du commerce. Jusqu'à la réticulation, la couche d'usure disponible est par ailleurs gélifiée, c'est-à-dire manipulable, tout en restant thermoplastique, ce qui permet une réalisation avantageuse des opérations comprises entre la gélification et la réticulation. La couche d'usure PVC gélifiée peut être imprimée, par exemple, et/ou envoyée en traitement ultérieur. Les supports utilisés dans le procédé conforme à l'invention peuvent être aussi bien des produits semi-ouvrés que des supports intermédiaires pelables. Dans le premier cas, le produit semi-ouvré peut contenir une couche expansible, le même traitement thermique pouvant assurer l'expansion de cette couche et la gélification de la couche d'usure PVC. Le support intermédiaire ou le produit semi-ouvré, muni de la couche d'usure PVC gélifiée, peut être envoyé en réticulation directement ou après d'autres phases de traitement. Le cas échéant, le support intermédiaire peut être retiré de la couche d'usure PVC gélifiée avant la réticulation. Outre le polyvinylchlorure, les photosensiblisateurs déjà connus et les réticulants, qui sont de préférence des monomères et oligomères polyfonctionnels, les préparations PVC à l'état d'enduit comportent généralement des plastifants, des diluants, des stabilisants à la chaleur, des catalyseurs et/ou des stabilisants aux UV qui évitent une détérioration par les radiations. Dans le procédé conforme à l'invention, il est possible d'utiliser des types de PVC obtenus par polymérisation en émulsion, en suspension ou en microsuspension, ou des mélanges de ces types. Le choix d'un polyvinylchlorure de poids moléculaire élevé permet d'améliorer le taux de réticulation, donc la résistance à la chaleur d produit final. Les plastifiants employés peuvent être des produits du commerce, à base de phtalates par exemple, tels que ceux couramment utilisés dans les plastisols PVC. Le type de ce plastifiant influant également sur le taux de réticulation du produit final, il est possible d'en optimiser le choix par des essais préalables. Les préparations à base de PVC peuvent comporter jusqu'à 120% en poids de plastifiant et notaient jusqu'àloe% en poids, 80% en poids de préférence, sans pour autant réduire la résistance à la chaleur de la couche d'usure. Les diluants employés sont connus et déjà utilisés pour les plastisols PVC. Il est également possible de recourir à des diluants réactifs, monomères par exemple, qui peuvent parti ciper à la réticulation d'une part, contrôler les propriétés rhéologiques du mélange d'autre part. Les stabilisants à la chaleur peuvent être à base de sels organiques de baryum et de zinc, décanoates de Ba et de Zn par exe ple, tels que ceux déjà utilisés pour les plastisols PVC. Les catalyseurs appropriés pour la réaction de réticulation sont des substances comportant des groupes amine notamment. Les réticulants préférentiels sont des monomères et oligomères réactifs comportant des groupes acryle, les oligomères ayant de préférence un poids moléculaire compris entre 400 et 900. Si l'emploi d'oligomères de poids moléculaire élevé est possible, il nécessite toutefois des précautions particulières lors du mélange. Pour obtenir une bonne stabilité thermique, il est préférable d'utiliser des composés trifonctionnels au moins. L'addition de composés monofonctionnels améliore l'élasticité de la couche d'usure PVC. Le taux de réticulation le plus élevé, donc la meilleure stabilité thermique, sont obtenus avec des acrylates pentafonctionnels. Outre leur participation à la réticulation, les acrylates bifonctionnels font également office de diluants réactifs. Pour initier la réaction de réticulation aux rayons UV, les photosensibilisateurs utilisés sont des générateurs de radicaux, tels que la benzophénone, l'acétophénone et autres. Suivant le procédé déjà connu, les inhibiteurs de polymérisation sont indispensables pour empêcher la gélification des monomères polyfonctionnels avant l'irradiation aux UV; ils sont superflus dans le procédé conforme à l'invention. I1 est possible d'utiliser des stabilisants aux UV dans la préparation à base de PVC, afin de protéger la couche d'usure obtenue de l'effet déstabilisant de ces rayons. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples mentionnés ci-dessous. Exemples 1 à 7 Les compositions suivantes ont été retenues pour les préparations à base de PVC: Exemple No. 1 2 3 4 5 6 7 Polyvinylchlorure de poids 100 100 100 100 100 100 100 moléculaire élevé Dipentaérythritolmonohydroxy-pentascrylate 9 9 9 9 9 - (PENTA) Triméthylolpropanetriacrylate (TMPTA) 9 9 9 9 9 - Dérivé de la benzophénone comme sensibilisateur 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Stabilisant à la chaleur Ba-Zn 3 3 3 3 3 3 3 Dioctylphtalate 60 - - - - 60 60 Diisononylphtalate - 60 - - - - Benzylbutylphtalate - - 60 - - - Dinonyladipate - - - 60 - - Ester phosphorique - - - - 60 - - Triméthylolpropanetriméthylacrylate - - - - - 35 Oligomère acrylique (PM = 900) - - - - - - 20 Triméthylpropène I triméthylacrylate éthoxylé - - - - - - 25 Ces préparations ont été appliquées à la râcle sur un papier transfert traité à la silicone ou sur une plaque d'aluminium, gélifiées dans un four à air chaud, puis réticulées aux rayons UV. Au contact de tabacs incandescents, les différents échantillons présentent une bonne résistance à la chaleur. Exemples 8 à 11 Ces exemples mettent en évidence l'influence des substances initiales utilisées sur le taux de réticulation, donc sur la stabilité thermique. Détermination du taux de réticulation Pour déterminer ce taux, l'échantillon à analyser est extrait dans un soxhlet au tétrahydrofuranne (THF), pendant 48 heures au moins. Le résidu non extrait est une mesure du taux de réticulation, qui est calculé comme suit: A) PVC + monomère Pourcentage maximal non extractible pouvant participer à la réticula tion B) Plastifiant Pourcentage extrait ne participant pas à la réticulation C) Résidu Après l'extraction C Taux de réticulation = - 100% A Le photosensibilisateur et le stabilisant à la chaleur sont répartis pour moitié entre A et B. Exemple 8 Influence du monomère polyfonctionnel sur le taux de réticulation. a b PVC 100 100 Benzylbutylphtalate (BBP) 60 60 Stabilisant à la chaleur 4 4 Photosensibilisateur 4 4 Triméthylolpropanetriméthylacrylate (TMPTMA) 50 Dipentaérythritol-monohydroxypentaacrylate - 50 Taux de réticulation 76,92% 99,27% L'emploi d'un monomère pentafonctionnel (b) a donné un produit final, que l'extraction au tétrahydrofuranne (THF) n'a pratiquement pas modifié. Exemple 9 Influence du plastifiant sur le taux de réticulation. a b PVC 100 100 TMPTMA 60 60 Stabilisant à la chaleur 4 4 Photosensibilisateur 4 4 Diisononylphtalate (DINP) 60 60 Dioctylphtalate (DOP) - 60 Taux de réticulation 85% 89,4% Les produits finals comportant du DOP presentaient un pourcentage supérieur en substance non extractible. Exemple 10 Influence du pourcentage de plastifiant sur le taux de réticulation. a b c d e f Polyvinylchlorure 100 100 100 100 100 100 PENTA 6 6 6 6 6 6 TMPTA 15 15 15 15 15 15 Stabilisant à la chaleur Ba-Zn 4 4 4 4 4 4 Sensibilisateur UV 1 1 1 1 1 1 Dinonyladipate 50 60 70 80 100 120 Taux de réticulation (%) 66,9 66,1 66,2 66,3 65 60,2 L'augmentaticn du pourcentage de plastifiant de 60 à 100 environ n'a provoqué qu'une baisse minime du taux de réticulation. Seules des concentrations supérieures permettent de constater une réduction notable de ce taux. Exemple 11 Influence du poids moléculaire du PVC sur le taux de réticulation. a b PVC (valeur K: 63) 100 PVC (valeur K: 80) - 100 TMPTMA 50 50 Stabilisant à la chaleur 4 4 Photosensibilisateur 2 2 BBP 60 60 Taux de réticulation 47,5% 65,8% Le PVC de poids moléculaire plus élevé a donné un produit final comportant un pourcentage largement supérieur en matière réticulée. Exemple 12 La préparation a été obtenue à l'aide des compositions suivantes: PVC (valeur K = 100) 75 PVC (valeur K = 80) 125 Pentaacrylate 20 Triacrylate 20 DOP 120 Stabilisant à la chaleur 6 Photosensibilisateur 2 Stabilisant UV 0,2 Cette préparation était parfaitement applicable à la râcle sur un support. Elle présentait une bonne stabilité au stockage. Exemple 13 La préparation conforme à l'exemple 12 a été mélangée, filtrée et désaérée suivant un procédé couramment utilisé pour la fabrication des plastisols, puis traitée dans une installation déjà connue, schématisée sur la figure 1. Dans cette installation 1, un produit semi-ouvré 3 est tiré par un dérouleur 2, puis dirigé sous une râcle 4 qui permet d'appliquer le plastisol conforme à l'exemple 12. Dans un four à air chaud aval 5, une couche du produit 3, dotée d'un porogène, est expansée sous l'effet de-la chaleur et le plastisol gélifié, ses propriétés thermoplastiques restant intactes. Ces dernières sont indispensables pour les phases ultérieures du traitement. Le produit semi-ouvré traverse le four à air chaud 5 avec un profil de températures de 190 205-210-1900C et une vitesse de 15 m/min, ce qui correspond à une durée de séjour de 2 min. 30 sec. environ. Le produit semi-ouvré, avec la couche expansée et la couche d'usure gélifiée, est alors retourné au poste 6 et enduit sur son envers à l'aide du dispositif 7. Cette couche est gélifiée dans un four 8. En aval de ce dernier, la feuille est dirigée sous des lampes à vapeur de mercure haute pression 9, d'une puissance de 80 et 120 W/cm, pour réticuler la couche d'usure PVC. Ces lampes UV ont un spectre d'émission sélectif de 250 à 420 nm. Le produit en feuille obtenu 11 est ensuite, soit dirigé vers un enrouleur 12, soit directement conditionné en rouleaux de longueur conventionnelle. Ce produit 11, utilisable comme revêtement de sol, a la structure représentée en coupe sur la figure 2. La couche inférieure 13, qui présente une structure cellulaire, a été appliquée à l'aide du dispositif 7; elle repose sur un support, sol par exemple. Sur cette couche de base, le support 14, déjà contenu dans le produit semi-ouvré 3, garantit la stabilité dimensionnelle du produit 11. I1 est surmonté d'une couche expansée 15, avec une structure en relief et un motif 16. Cette couche 15 a été expansée dans le four 8 avec la gélification de la couche d'usure transparente 17, la structure en relief ayant été simultanément obtenue. La fabrication du produit semi-ouvré 3 et/ou l'expansion en une couche dotée d'un relief sont décrites en détail dans le Brevet CH 458 712.La couche d'usure PVC 17 du produit obtenu est homogène et transparente; lecontact de tabacs incandescents ou des cigarette allumées écrasées sur sa surface n'y laisse aucune trace. Cette couche peut résister à une température maximale de 350"C environ. Des températures beaucoup plus basses provoquent en revanche des détériora tions irréversibles sur les couches d'usure conventionnelles et sur les couches expansées sous-jacentes, le cas échéant. La résistance à la chaleur a été testée au poinçon, sous une pression d'l bar (0,1 N/mm2) et avec une température croissante. Une couche d'usure PVC traditionnelle de 0,5 mm d'épaisseur environ était totalement pénétrée à une température de 1300 Sur une couche d'usure PVC conforme à l'exem- ple 12 et de 0,5 mm d'épaisseur également1 la profondeur de pénétration observée à 340" n'était que de 67% environ, c'est-à-dire que la couche sous-jacente n'était pas atteinte. Sur la surface de la couche d'usure gélifiée, il est possible d'appliquer, immédiatement avant la réticulation de préférence, une couche très mince de vernis, également com p.osée d'une matière réticulable aux UV, puis de la réticuler avec la couche d'usure. L'emploi comme revêtements intachables de telles couches de vernis non-plastifiées à base d'acrylates est déjà connu par le Brevet US4100 318. Dans le cas présent, elles permettent en outre d'enlever plus facilement les traces de brûlures de cigarettes. Suivant le Brevet US 4 île 318, la couche de vernis et la couche sous-jacente en PVC souple standard ne présentent qu'un assemblage mécanique; l'avantage du procédé conforme à l'invention réside dans la réticulation transversale aux couches, qui permet d'obtenir un ancrage optimal de la couche de vernis. Outre le revêtement de sol précédemment décrit, le procédé conforme à l'invention permet de fabriquer des revêtements muraux, des enduits calandrés, des couches d'usure autoportantes et des revêtements monocouches. Dans ce dernier cas, la couche d'usure PVC gélifiée est transférée d'un support intermédiaire sur des couches de calandrage, puis réticulée. La structure superficielle sur laquelle la couche gélifiée et aussi statifiée peut être un demi-produit flexible ou être constituée par des plaques composites. Elle peut aussi être thermoplastique. Pour rentabiliser le procédé en employant des quantités inférieures de réticulant à base d'acrylates, la couche d'usure peut être appliquée en deux étapes sur le support, la préparation PVC déposée dans la première phase ne contenant pas de réticulant. Il est alors possible de gélifier cette première couche partielle, avant d'appliquer la seconde qui contient le réticulant. Par ailleurs, la couche d'usure peut être réticulée en deux étapes, la première étant réalisée à une courte distance aval du four de gélification et la seconde ultérieurement, comme dans le cas d'une réticulation en une seule phase. Après la réticulation partielle, la couche d'usure reste souple et flexible, c' est-à- dire qu'elle conserve ses propriétés avantageuses pour la manipulation, mais elle présente un pouvoir anti-blocking supérieur et son maniement nécessite moins de précautions. Revendications. 1. Procédé de fabrication d'une couche d'usure en polyvinylchlorure réticulée aux rayons UV, résistante à la chaleur notamment, à partir d'une préparation contenant un chlorure de polyvinyle, un réticulant et un photosensibilisateur, caractérisé en ce que la préparation est appliquée à l'état d'enduit sur un support, gélifiée sous l'effet de la chaleur dans une première phase, puis réticulée aux rayons UV dans une seconde phase. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la préparation à l'état d'enduit est appliquée sur le support sous la forme d'un plastisol. 3. Procédé selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la préparation à l'état d'enduit est appliquée sur une couche expansible, un traitement thermique assurant dans une première phase l'expansion de la couche précitée et la gélification de la préparation, puis la couche d'usure PVC étant réticulée aux UV dans une seconde phase. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, après la gélification de la couche d'usure en polyvinylchlorure, une autre couche est appliquée sur l'envers de la structure superficielle obtenue, cette couche étant gélifiée, puis la couche d'usure PVC réticulée aux UV. 5. Procédé selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la préparation à l'état d'enduit est appliquée sur un support pelable. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche PVC gélifiée est retirée du support, strati fiée sur une structure superficielle, puis réticulée aux rayons UV. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure superficielle est un produit semi-ouvré flexible. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on utilise des plaques ctosites carte structure superficielle. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure superficielle utilisée est thermoplastique. 10. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réticulant utilisé est un oligomère et/ou monomère polyfonctionnel et éventuellement un monomère monofonctionnel. 11. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réticulant utilisé est un acrylate tri- à pentafonctionnel. 12. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'aucun inhibiteur de polyméiisa- tion n'est ajouté à la préparation. 13. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la préparation utilisée comporte 100% en poids au maximum, 80% en poids de préférence, d'un plastifiant du commerce. 14. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de vernis composée essentiellement d'un réticulant, acrylate de préférence, est appliquée sur la couche usure PVC gélifiée, les deux couches précitées étant ensuite réticulées aux rayons UV. 15. Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une réticulation aux UV en plusieurs phases, deux de préférence. 16. Couche d'usure, fabriquee suivant le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 15. 17. Revêtement de sol ou murai doté d'une couche d'usure suivant la revendication 16.