Brevet FR2627518A1 — publié le 19890825

Revêtement de sol résilient en élastomère vulcanisé et décoré dans la masse par incrustation d'éléments colorés et son procédé de fabrication La présente invention concerne un revêtement de sol résilient en élastomère vulcanise et décoré dans la masse par incrustation d'éléments colores et son procédé de fabrication. Ce revêtement de sol présente à la fois les propriétés d'usage des meilleurs revêtements en caoutchouc et l'aspect décoratif de matériaux minéraux très appréciés connus sous le nom de "Granito". On sait que les matériaux dits "Granito" sont des imitations d'une sorte de marbre obtenue par découpe et polissage d'une roche granitique à gros grains formée par métamorphisme de roches sédimentaires. Les grains, de nature différente du reste de la roche, sont fréquemment en quartz, en feldspath ou en biotite et ils donnent à la surface de la pierre tranchée et polie des aspects ornementaux estimés, de part le jeu des couleurs et de part l'aspect moucheté des éléments incrustés. Les sols Granito tendent à imiter les aspects de ces marbres et l'un des procédés les plus communs de réalisation consiste à disperser des granulés de pierre concassée dans un mortier, à l'étendre sous forme d'enduit ou de chape et à polir la surface. On s'est efforcé de réaliser, à partir de caoutchouc ou de matériaux de synthèse tels que des élastomères, des imitations de ces sols Granito en utilisant différentes techniques telles que l'enduction, I'impression, I'extrusion, le calandrage, le moulage, etc..., mais l'on n'a pas réussi jusqu'à présent à reproduire simultanément les aspects décoratifs des matériaux Granito et les caractéristiques techniques imposées par les normes et usages pour l'emploi en revêtements de sols résilients dans les lieux publics de grand passage tels que les transports publics, les gares, les aérogares, les allées et galeries marchandes, les salles de spectacles, les gymnases, les hôpitaux, les groupes scolaires et, de façon plus générale, les lieux recevant-du public. Les imitations Granito en caoutchouc et élastomères de synthèse se sont, en particulier, révélées tout à fait insatisfaisantes en ce qui concerne la résistance à l'abrasion et la permanence de l'aspect décoratif après un usage intensif de longue durée. On a constaté que, très rapidement, sous l'effet du piétinement dû au traffic, les grains et éléments de décor qui proviennent de matières synthétiques recyclées, sont extraits de la surface du revêtement et laissent à leurs places initiales des empreintes dans lesquelles s'incrustent les salissures. De plus, on a mis en évidence que les caractéristiques techniques essentielles que sont les résistances à la rupture, au déchirement et l'allongement à la rupture sont très rapidement détériorées en fonction de la teneur en grains ou éléments décoratifs. Ceci s'explique par le fait que les interfaces entre les éléments discontinus incrustés et la matrice sont des surfaces fragiles et constituent des amorces de rupture et de déchirure. On a proposé de remédier à la dégradation de ces caractéristiques techniques soit en augmentant l'épaisseur du revêtement (ce qui se traduit par une augmentation de prix rapidement rédhibitoire), soit en limitant le rapport pondéral entre la phase discontinue et la matrice ; dans la pratique, on a constaté que la teneur en grains devait rester inférieure à quelques pour cent, d'où une limitation à des effets décoratifs pauvres. La- présente invention s'est donné pour objet de proposer un procédé de fabrication permettant d'introduire, dans la masse. d'un revêtement de sol en caoutchouc, une quantité relativement importante de grains en élastomère naturel ou de synthèse, afin d'obtenir un effet décoratif Granito aussi riche que celui des marbres naturels. Pour cela, on considère que la teneur en grains varie largement selon la taille et la répartition granulométrique, mais qu'elle ne saurait être inférieure à 2 % et supérieure à 45 % en poids, afin de reproduire la très large palette des décors naturels allant des aspects mouchetés aux incrustés massifs, et en passant par toutes les sortes de granités. Le but à atteindre est d'obtenir, à partir de la masse caoutchoutique ou élastomérique hétérogène, une surface lisse comme le marbre naturel montrant, sans aucune altération, . l'aspect et la géométrie des grains et éléments incrustés. Au cours de leurs nombreux essais, les Inventeurs ont pu déterminer qu'il était possible d'arriver à ce résultat en incorporant, dans la matrice élastomérique prévue pour réaliser le corps du revêtement de sol, des grains prévulcanisés obtenus à partir de matière élastomère vierge. Ils ont, de plus, découvert qu'il était possible d'optimiser le résultat obtenu, en jouant sur le pourcentage de vulcanisation totale des grains utilisés pour obtenir l'effet décoratif, avant leur incorporation dans la matrice. On sait, en effet, déterminer les caractéristiques de vulcanisation d'un mélange à base d'élastomères à l'aide d'un rhéomètre à disque oscillant selon la Norme Française NF T 43 - 015 Août 1975 (ISO Dis 3417). On choisit, pour cemélange, une température d'essai de 140"C et on trace la courbe de vulcanisation qui est représentée par le couple nécessaire à l'oscillation du disque en fonction du temps. On mesure, à partir de cette courbe, le temps nécessaire pour une vulcanisation complète jusqu'au couple maximum et on mesure également les temps correspondant à un pourcentage donné de la vulcanisation complète (Tcy). On commence par déterminer le temps correspondant à 10 % de la vulcanisation complète et on poursuit par intervalle de 5 %, c'est-à-dire Tc 10, Tc 15, Tc 20, etc... De nombreux essais ont permis à la Demanderesse d'établir, de façon surprenante, que l'incorporation, dans la matrice prévue pour. constituer le corps du revêtement de sol, de grains préparés à partir de mélange à base d'élastomères, choisis dans ceux présentant un intervalle de pourcentage de vulcanisation totale compris entre Tc 20 et Tc 60, permettait de fabriquer des revêtements de sol présentant à la fois un aspect granité semblable aux matériaux "Granito" naturels et les propriétés imposées par les normes et usages pour l'emploi dans les lieux publics de grand passage. Le revêtement de sol selon l'invention est donc caractérisé en ce que, réalisé à partir d'une masse homogène d'élastomère vulcanisé, il renferme dans sa masse des grains prévulcanisés d'élastomères diversement colorés, obtenus à partir de matière vierge. Selon un mode de réalisation de l'invention, la nature chimique de l'élastomère constituant le composant essentiel du revêtement de sol est la même que celle de l'élastomère constituant le composant essentiel des grains colorés. Le procédé de fabrication du revêtement de sol selon l'invention consiste à introduire, dans une matrice élastomère, des grains d'élastomères prévulcanisés obtenus à partir d'une matière vierge, à transformer l'ensemble en feuille par extrusion ou par calandrage, à soumettre la feuille ainsi obtenue à un traitement complet de vulcanisation, puis à 'la traiter mécaniquement par refendage, ou fraisage ou meulage. Le taux de vulcanisation totale des grains d'élastomères introduits dans la matrice élastomère est avantageusement compris entre Tc 20 et Tc 60. La présente invention sera mieux comprise et ses avantagès ressortiront bien de la description qui suit d'un mode de réalisation du procédé de fabrication du revêtement de sol selon l'invention, en référence au dessin schématique annexé dans lequel: Figure 1 est une courbe de vulcanisation selon NF T 43-015 Figure 2 est une courbe donnant la résistance à la rupture d'un revêtement selon l'invention, en fonction du pourcentage de vulcanisation totale des grains introduits dans la matrice. Un exemple du procédé de fabrication va maintenant être décrit en détail. Lors d'une première étape, on procède à la préparation des grains colorés qui deviendront les éléments essentiels de décoration. du revêtement selon l'invention. Pour cela, on fabrique un mélange cru selon les techniques con ventionnelles. La nature de l'élastomère, naturel ou synthétique, ainsi que la nature des additifs et charges, leurs concentrations respectives ne sont pas sélectionnées ni déterminées par le procédé, mais dépendent uniquement du niveau désiré des performances du revêtement final. Dans le cas le plus courant, on utilise une formulation relati vement économique à base d'un caoutchouc synthétique S.B.R., d'une charge du type kaolin et d'un système de vulcanisation au soufre. Un élastomère S.B.R. utilisé couramment pour la fabrication de revêtements de sols est un copolymère du styrène et du butadiène polymérisé à froid et qui contient 23,5 % de styrène sous la forme poly mérisée. Lorsque le revêtement final doit satisfaire à des exigences parti culières, on sélectionne la nature d'élastomère et la formulation la mieux adaptée. Par exemple, pour améliorer la résistance aux hydrocarbures, on remplace le S.B.R. par un caoutchouc nitrile N.B.R. et pour passer largement les tests de vieillissement dans les conditions d'exposition aux intempéries sous les climats ensoleillés, on utilise, de préférence, les élastomères polyoléfiniques E.P.D.M. La formule ci-après à base de caoutchouc styrène-butadiène est présentée à titre d'exemple, mais il est bien précisé que les formules à base d'autres élastomères, soit naturels, soit synthétiques, conviennent également pour la réalisation de la présente invention, dans la mesure où elles sont adaptées à la fabrication de revêtements de sols dans les conditions habituelles: - élastomère.SBR 1502 100 parties en poids - kaolin 200 - plastifiant paraffinique 10 " - acide stéarique 2 - oxyde de zinc 5 - antioxydant phénolique 1 - accélérateur sulfénamide 1,5 - soufre 2 - pigments quantité suffisante. Les constituants de la formule type sont malaxés dans un mélan geur interne du genre Banbury ou Werner jusqu'à obtention d'un mélange d'homogénéité et de plasticité convenable. On a déterminé ensuite, comme mentionné ci-avant, les caracté ristiques de vulcanisation du mélange obtenu à l'aide d'un rhéomètre à disque oscillant à 1400C et on trace la courbe de vulcanisation representée à la figure 1 du dessin schématique annexé où le moment de couple néces saire à l'oscillation du disque, mesuré en Newton/mètre, est porté en ordonnées et le temps mesuré en minutes en abscisses. Cette courbe permet de déterminer le temps nécessaire pour réaliser une vulcanisation complète (jusqu'à un couple maximum), ainsi que les temps correspondants à un pourcentage donné de la vulcanisation complète (Tc y). On obtient ainsi des valeurs correspondant à 10 % de la vulcanisation complète : Tc 10, puis à 15 %, Tc 15 et ainsi de suite. Le mélange a été repris pour être transformé en feuille, soit par calandrage, soit par extrusion à travers une filière plate. La feuille obtenue a été découpée en plaques, chacune de ces plaques étant soumise à une cuisson à la température de l'essai précédent et à des temps correspondant aux valeurs ci-dessus des Tc 10, Tc 15, Tc 20... Le choix de la technique de vulcanisation s'est révélé sans importance. Pour des fabrications industrielles répétitives, on peut utiliser aussi bien la vulcanisation sous presse dans un moule que celle en autoclave en rotocure, en tunnel. Toutefois, pour l'étude systématique d'optimisation de l'invention, il a été plus aisé de régler les temps de vulcanisation avec précision en employant une presse. Le choix de la température de vulcanisation n'est pas critique et on effectue cette opération à plusieurs isothermes pris dans l'intervalle des températures où le système de vulcanisation est réactif. Cependant, on a constaté qu'à l'isotherme 1400C, l'indice de vitesse de vulcanisation convient bien au réglage précis des temps correspondant à des intervalles de 5 % du pourcentage de vulcanisation complète. Après chacun des temps de vulcanisation Tcy écoulés, les plaques ont été refroidies brutalement afin d'interrompre les réactions. Les plaques ont été ensuite déchiquetées dans un broyeur à couteaux du type Pallman réglé de sorte que l'on obtienne la granulation désirée. On a observé qu'avec les granulations 36 et 37, selon la Norme AFNOR NF X ll - 501 tamis et tamisage, on obtient des grains polyédriques respectivement de l à 3 et de l à 4 mm qui ressemblent bien aux grains des matériaux naturels "Granito". Les grains teintés noir, gris bleuté, beige et vert sombre sont ceux qui se confondent le mieux aux grains des marbres. Dans une deuxième étape, on fabrique le revêtement de sol élastomère à aspect "Granito" par incorporation des grains dans une matrice. Dans l'exemple décrit, la formule de la matrice est semblable à celle ayant servie à la réalisation des grains, tout au moins en ce qui concerne la nature chimique de l'élastomère, mais ceci ne constitue pas une obligation. Dans le présent exemple, la formule choisie pour la réalisation de la matrice, est la suivante: - Elastomère S.B.R. 1502 80 parties en poids - élastomère à haute teneur en styrène, tel que celui commercialisé sous la dénomination SS 260 par Polysar 20 - kaolin 150 - plastifiant paraffinique 7 - acide stéarique 2 - oxyde de zinc 5 - antioxydant phénolique 1 - accélérateur sulfénamide 1 - soufre 2,5 - pigments quantité suffisante. Le mélange est réalisé de la même façon que précédemment dans un mélangeur interne du type Banbury ou Werner et lorsqu'on a obtenu une homogénéité et une plasticité satisfaisante, on incorpore les granulés correspondant à un seul pourcentage de vulcanisation complète Tcy. On réalise des lots avec des taux croissants de grains jusqu'à un rapport grains sur matrice de 1. Avec chacun de ces lots, on tire une feuille soit par calandrage, soit par extrusion à travers une filière plate. Ensuite, on soumet la feuille à une vulcanisation complète au moyen des procédés de vulcanisation habituels. Il n'y a aucun inconvénient à rechercher dans cette opération un indice élevé de vitesse de vulcanisation en choisissant une température convenable par exemple une température de 170"C. Après refroidissement et stabilisation, la feuille est tranchée dans son épaisseur au moyen d'une machine à refendre à couteau-ruban pour caoutchouc compact. En effet, selon une caractéristique importante de l'invention, on a pu déterminer qu'il était particulièrement avantageux de refendre la feuille au milieu de son épaisseur afin d'obtenir, sans aucune perte, deux feuilles de revêtements de sols à aspect "Granito". Cependant, lorsque l'épaisseur de la feuille à refendre ne le permet pas, on se contente de refendre à une faible profondeur sous la surface, la couche superficielle est alors éliminée. Ce refendage permet d'obtenir une surface lisse parfaitement propre et de mettre en valeur les sections polygonales des grains. Un traitement superficiel de meulage ou de fraisage permet d'obtenir un résultat similaire. Enfin, on a découpé des éprouvettes dans chaque lot de feuilles refendues et on a déterminé les caractéristiques principales du matériau, à savoir la résistance et l'allongement à la rupture. Sur la courbe représentée à la figure 2, la résistance à la rupture, en mégapascals, du revêtement final, est portée en- ordonnées en fonction du pourcentage de vulcanisation totale des grains avant leur incorporation dans la matrice. On obtiendrait une courbe d'allure similaire en portant en ordonnées l'allongement à la rupture. On voit qu'il existe un intervalle de pourcentage de vulcanisation totale-des grains avant leur incorporation dans la matrice, compris entre Tc 20 et Tc 60, qui permet de fabriquer des revêtements de sols présentant à la fois un aspect décoré semblable aux marbres "Granito" naturels et les propriétés imposées par les normes et usages pour l'emploi dans les lieux publics de grand passage. Pour les feuilles fabriquées avec des grains sous vulcanisés jusqu'à Tc 18, I'individualité des grains n'a pas résisté aux forces de cisaillement développées au cours des opérations de mélangeage avec la matrice, de tirage de feuille et de moulage vulcanisation. A partir du degré de vulcanisation caractérisé par Tc 20 des grains avant incorporation dans la matrice, l'individualité des grains ainsi que leurs arêtes polyédriques restent intégralement conservées. Les carac-téristiques techniques se maintiennent à un niveau élevé malgré une diminution qui reste inférieure à 20 % par rapport à celles de la matrice pure, et ceci pour des taux de grains dans le mélange final compris entre 2 % et 45 % en poids. Du degré de vulcanisation Tc 20 jusqu'à Tc 60 des grains avant incorporation dans la matrice, on n'observe qu'un changement mineur des caractéristiques techniques. Au-delà de Tc 60, la dégradation des caractéristiques techniques devient très rapide et il ne subsiste que la moitié des valeurs de résistance à la rupture et d'allongement de la matrice pure. L'invention permet donc de fabriquer un revêtement de sol d'épaisseur courante, c'est-à-dire dans l'intervalle de 1,5 à 10 mm qui présente les caractéristiques techniques et d'usage exigées pour les revêtements en caoutchouc situés dans les lieux de grand passage recevant du public, tout en présentant l'aspect décoré dit "Granito". Le taux de grains, dans le revêtement final, est avantageusement compris entre 2 et 45 % en poids et la granulométrie des grains peut atteindre 25 mm. Un aspect minéral apprécié est un contour polygonal des grains qui est obtenu dans l'invention par sectionnement de grains polyédriques à la surface du revêtement. Il convient de remarquer ici qu'une caractéristique importante de l'invention réside dans la possibilité de conserver aux grains des formes polyédriques aiguës dans le matériau final alors que par les procédés de compactage courants, on obtient des grains ovoides et aplatis sans aucune ressemblance avec les grains cristallisés du monde minéral. -REVENDICATK)NS- 1- Revêtement de sol résilient en élastomère vulcanisé, caractérisé en ce qu'il renferme, dans sa masse, des grains prévulcanisés d'élastomères diversement colorés, obtenus à partir de matière vierge. 2- Procédé de fabrication du revêtement de sol selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire, dans une matrice élastomère, des grains d'élastomères prévulcanisés obtenus à partir d'une matière vierge, à transformer l'ensemble en feuille par extrusion ou par calandrage, à soumettre la feuille ainsi obtenue å un traitement complet de vulcanisation, puis à la traiter mécaniquement par refendage, ou fraisage ou meulage. 3- Procédé de fabrication du revêtement de sol selon la revendication 2, caractérisé en ce que le taux de vulcanisation totale des grains d'élastomères introduits dans la matrice élastomère est compris entre Tc 20 et Tc 60. 4- Procédé de fabrication du revêtement de sol selon la revendication 2 et la revendication 3, caractérisé en ce que le taux de grains introduits dans la matrice est compris entre 2 et 45 % en poids. 5- Procédé de fabrication du revêtement de sol selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la granulométrie des grains est inférieure ou égale à 25 mm.