Brevet FR2657048A1 — publié le 19910719

i PROCEDE D'OBTENTION DE PIECES AYANT L'ASPECT DE PIERRES NATURELLES ET PIECES AINSI OBTENUES. La présente invention porte sur un procédé d'obtention de pièces ayant l'aspect de pierres naturelles et destinées, notamment, à des conditionnements de produits cosmétiques, ainsi que sur les pièces ainsi obtenues ayant l'aspect de pierres naturelles. On sait utiliser, pour effectuer le moulage par injection de pièces de différentes formes et dimensions, un mélange de polypropylène et de sciure de bois, la proportion de sciure étant généralement comprise entre 10 et 50 % en poids Un tel procédé permet l'obtention de pièces moulées de bonne rigi- dité, dont le retrait, après moulage, est très faible, en moyenne de 0,7 %, ce qui autorise la fabrication de pièces dont l'épaisseur de paroi est importante. Le thermoformage d'un matériau de ce genre peut se faire dans tous dispositifs d'injection de type classique prévus pour le moulage de matières thermoplastiques Le mélange de sciure de bois et de polypropylène peut être introduit dans -le (ou les) cylindre(s) ou pot(s) chauffé(s) d'une machine à injection habituelle o il se ramollit; un organe de mise en compression, tel qu'un piston ou une vis sans fin, injecte alors le mélange, par une tète d'injection placée en bout de cylindre, dans un moule. On règle habituellement la température de la partie avant du cylindre à 1600 C environ et celle de la partie arrière à 1800 C environ, les valeurs ci- dessus indiquées pouvant varier dans un intervalle de + 150 C suivant la forme et la taille de la pièce à mouler, la quantité de matière nécessaire et d'autres paramètres de moulage tels que la pression d'injection, la proportion de sciure de bois dans le mélange, etc Ainsi, pour une pièce déterminée que l'on désire mouler, il existe une température t 1 pour la partie arrière du cylindre équipant la machine d'injection et une température t 2 pour la partie avant dudit cylindre t 1 étant inférieure à t 2 qui correspondent à une opération optimale de moulage par injection, la pièce moulée ayant alors un aspect uni- forme et possédant les caractéristiques physiques, qui sont habituellement obtenues avec ce genre de matériau Par ailleurs, on sait également que la matière injectée dans le moule ne doit en aucune façon excéder la température de 210 WC qui correspond à un seuil de décomposition du bois Si une telle température est atteinte ou dépassée, il se produit un dégazage et une expansion de la matière ainsi chauffée, de sorte que la pièce moulée, qui est obte- nue, est totalement inutilisable. Dans le brevet français 2 413 205, on a déjà indiqué qu'en augmentant les températures optimales des parties avant et arrière du pot de la machine d'injection d'une valeur 4 t comprise entre 5 et 150 C sans dépasser le seuil de 2100 C de décomposition du bois, on obtient une pièce moulée de coloration plus foncée, dont la paroi présente des marbrures lui don- nant l'apparence du bois Cet aspect décoratif est obtenu sans aucune déformation de la pièce moulée et est parfaitement reproductible On suppose que l'accroissement des températures optimales des parties avant et arrière du pot fait que la sciure de bois contenue dans le mélange est soumise à une transforma- tion mais que les températures de chauffage demeurent insuffisantes pour qu'il y ait décomposition, dégazage et expansion de la matière injectée On obtenait ainsi des pièces ayant l'aspect du bois. En recherchant maintenant de nouveaux effets esthétiques pour des pièces obtenues par mise en forme d'une matière plastique par injection, moulage, rotomoulage ou extrusion, la demanderesse a trouvé qu'en utilisant au moins deux charges et par un choix approprié de la nature de ces charges et de la matrice plastique de la masse à mettre en forme, de leurs pro- portions et de leurs couleurs, de la granulométrie ou dimension des charges, on peut obtenir avec une bonne reproductibilité des pièces, qui imitent une pierre naturelle déterminée, dont la surface, de façon surprenante, ne donne pas l'impression d'une pièce en matière plastique et o la teinte et l'aspect de mar- brures, mouchetés ou analogues, sont dans la masse et non en surface Les pièces sont utilisées pour leur aspect esthétique; elles sont, notamment, destinées à la fabrication de conditionnement ou accessoires de conditionnement, pour produits cosmétiques tels que capuchons, bouchons, bottiers et analogues. La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication de pièces ayant l'aspect de pierres naturelles, par mise en forme d'une composi- tion comportant une matrice en résine thermoplastique et une charge, caractérisé par le fait que la composi- tion comprend, pour 100 parties en volume de résine thermoplastique colorée ou non, 0,2 à 80 parties en volume d'au moins deux charges colorées ou non, choisies parmi les fibres naturelles et les charges minérales et ayant une granulométrie ou des dimensions différentes. On utilise, de préférence, trois charges de granulométrie différentes; la charge de granulométrie la plus fine est, de préférence, une charge minérale et les deux autres charges sont des fibres naturelles. Dans ce dernier cas, par exemple lorsqu'on utilise du talc comme charge minérale, des fibres naturelles teintées ou non, constituées par de la poussière de bois ayant des dimensions comprises entre 200 et 300 microns et des fibres de bois de dimension plus grande, on obtient une pièce moulée dans laquelle la charge minérale forme un fond moucheté par la poussière de bois, la surface de la pièce étant animée par les fibres de bois de plus grande dimension. La matrice peut être constituée par toute résine thermoplastique On peut, par exemple, utiliser une résine acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) ou, de préférence, un polypropylène La matrice peut être introduite sous forme de granulés blancs, incolores, ou teintés (ocre, bleu, gris, marron, vert, etc)_ On utilise, par exemple, les granulés de polypropylène teintés tels qu'on les trouve dans le commerce. Comme fibres naturelles, on utilise des fibres résistant à la température de fusion de la matrice thermoplastique, en particulier, à une température de l'ordre de 2000 C Les fibres naturelles sont avantageusement choisies parmi les fibres cellu- losiques et, notamment, les fibres de bois (poussière de bois, sciure) et les fibres de coton Les fibres naturelles mises en oeuvre, selon l'invention, présentent avantageusement un diamètre compris entre 0,7 et 300 microns et une longueur comprise entre 1 micron et 5 mm Lorsqu'on utilise une charge comprenant des fibres de dimensions différentes, les fibres de plus faible dimension ont avantageusement une longueur comprise entre 1 micron et 1,9 mm et les fibres de plus grande dimension une longueur comprise entre 2 mm et 5 mm. Comme charges minérales, on utilise, notam- ment, le carbonate de calcium, le sulfate de calcium, l'oxyde de zinc, le carbonate de zinc, l'oxyde, l'hydroxyde ou le silicate de magnésium, par exemple le talc, des silicoaluminates, comme le mica ou des microbilles de verre On utilise une (des) charge(s) minérale(s), dont la granulométrie va, par exemple, d'environ 0,5 micron à environ 0,2 mm Les charges minérales et, plus particulièrement les microbilles, ont pour avantage de rigidifier la matière plastique. On peut introduire avantageusement dans la matrice les charges sous forme de prémélange avec un polymère thermoplastique compatible avec la résine thermoplastique de la matrice, de préférence identique à celle-ci Dans ce cas le prémélange peut également contenir de 0,5 à 80 parties en volume de charge(s) pour 100 parties en volume de polymère thermoplas- tique. Les fibres ou les charges minérales intro- duites peuvent être colorées ou non La coloration des charges peut être obtenue par imprégnation à l'aide d'un colorant liquide, en particulier hydrosoluble, ou par mélange avec un colorant pulvérulent ou pigment. Le colorant est, bien entendu, choisi parmi ceux résistant à la température de fusion de la matrice. On peut effectuer la coloration, en même temps que l'on effectue le prémélange Dans ce cas, le polymère thermoplastique du prémélange a, de préférence, la même couleur, mais pas forcément la même nuance que la charge. Il faut noter que, lorsqu'on introduit une charge colorée dans une matrice thermoplastique colorée ou non, la couleur de la charge ne varie pas et ne modifie pas la couleur de la matrice; en d'autres termes, il n'y a pas de reprise de couleur par la matrice lors de la mise en forme, par exemple lors du moulage Ceci est vrai que la matrice soit transparente, blanche ou colorée De même lorsqu'on incorpore une charge non colorée dans une matrice colorée, la charge ne prend pas la couleur de la matrice Par contre, si on introduit dans la matrice thermoplastique un prémélange, dont le polymère ther- moplastique est coloré ou blanc, ce dernier modifie la couleur ou la nuance de la matrice thermoplastique. Selon la présente demande, en choisissant la couleur de la matrice, le nombre, la proportion, la granulométrie et la couleur des différentes charges, on peut imiter l'aspect général et les teintes de diverses pierres naturelles Il faut noter que, si on le désire, on peut obtenir, de façon reproductible, une répartition homogène des différentes charges dans la matrice. Pour la fabrication des pièces, on prépare un mélange des différentes charges telles quelles ou sous forme de prémélange(s), en particulier en granulés avec la (les) résine(s) thermoplastique(s), de préférence sous forme de granulés, et on fait fon- dre le mélange La mise en forme du produit se fait alors par tout procédé connu de mise en forme des résines thermoplastiques: extrusion, moulage par injection, par soufflage, par compression ou roto- moulage La forme de la pièce obtenue peut être modifiée ensuite mécaniquement L'opération de moulage peut être effectuée avantageusement dans un dispositif de moulage par injection de type classique comportant au moins un pot chauffé dans lequel se déplace-un organe de mise en compression, le pot chauffé débouchant par au moins une tête d'injection à l'intérieur d'un moule; on choisit l'organe de compression selon le degré de mélangeage qu'il peut donner à la composition de moulage à l'intérieur du pot, dans le but d'obtenir un effet allant du moucheté régulier par suite d'un mélangeage intime à celui de marbrures par suite d'une simple poussée de la matière dans le pot chauffé, sans aucun malaxage de ladite matière. Conformément à ce procédé, on réalise avan- tageusement l'opération de moulage en portant, au moyen d'organes de chauffage appropriés, la partie arrière du pot par o s'effectue l'introduction du mélange, à une température t 1, et la partie avant du pot, par o s'effectue l'injection dans le moule, à une température t 2, les deux températures précitées correspondant à des températures optimum de moulage pour une pièce déterminée à réaliser et étant telles que t 1 oeuvre du procédé tel qu'il vient d'être défini. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limita- tifs, plusieurs modes de mise en oeuvre. Dans ces exemples, les parties et les pour- centages sont donnés en volume Les granulés de polypropylène utilisés, le cas échéant colorés et/ou chargés, ont une dimension de l'ordre de 0,5 à 7 mm; ils sont commercialisés par la Société "HIMONT" sous la dénomination "MOPLEN" Les fibres de bois contenues dans les granulés, qui sont indiquées comme étant longues, ont une dimension de l'ordre de 2 à 5 mm, et celles indiquées comme étant courtes ont une dimension de l'ordre de 1 Vm à 1,9 mm. Lorsque les fibres ou les pigments incor- porent un colorant hydrosoluble, ledit colorant est mis en place sur son support en trempant le support de façon continue pendant 1 à 15 min dans une solution aqueuse de 5 à 30 % en poids dudit colorant. Exemple 1 On prépare la formulation suivante: Granulés de polypropylène blanc 10 parties Granulés de polypropylène bleu clair, contenant 40 % de fibres de bois courtes teintées en bleu plus foncé 1 partie Granulés de polypropylène vert clair contenant 40 % de fibres de bois longues teintées en vert plus foncé 1 partie Granulés de polypropylène beige clair contenant 40 % de fibres de bois courtes teintées en beige plus foncé 3 parties On introduit le mélange de granulés de polypropylène et de fibres de bois ayant la composi- tion ci-dessus dans le pot d'une machine à vis sans fin La température de la partie arrière du pot par o s'effectue l'introduction du mélange, est réglée à 1900 C, et la température de la partie avant du pot, par o s'effectue l'injection dans le moule, à 2000 C. Le mélange, qui est ramolli à l'intérieur du pot chauffé, est injecté sous forte pression à travers une tête d'injection dans un moule; la compression et l'injection du mélange s'effectuent grâce à une vis sans fin rotative. On obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'une pierre, dont la couleur présente un fond verdâtre moucheté de petites taches bleues, vertes et beiges. Exemple 2 On prépare la même formulation qu'à l'Exemple 1 et, pour le moulage, on procède comme à l'Exemple 1, à ceci près qu'on utilise une machine d'injection équipée d'un piston, lequel, contrairement à la vis sans fin, ne malaxe pas intimement la masse à mouler Dans ces conditions, on obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'un marbre présentant, sur un fond verdâtre, des tramnées beiges et vertes, ainsi qu'un moucheté de petites taches également beiges et vertes. Exemple 3 On prépare la formulation suivante: Granulés de polypropylène blanc chargé à 50 % de carbonate de calcium 18 parties Granulés de polypropylène transparent contenant 40 % de fibres longues de bois naturel 5 parties Pigments rouges résultant du mélange de carbonate de calcium avec une solution aqueuse concentrée du colorant hydrosoluble "éosine" mélangés avec du polypropylène incolore 20 parties Pigments bleus résultant du mélange de carbonate de calcium avec une solution aqueuse concentrée du colorant hydrosoluble "bleu de méthylène" mélangés avec du polypropylène 20 parties Pigments verts résultant du mélange de carbonate de calcium avec une solution aqueuse concentrée du colorant hydrosoluble 'vert de malachite" mélangés avec du polypropylène incolore 20 parties Pour le moulage, on procède comme à l'Exemple 1, et on obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'une pierre, dont la teinte présente un fond blanc comportant un semis de petites taches bleu, rouge et vert et bois naturel. Exemple 4 On prépare la formulation suivante: Granulés de polypropylène beige contenant 40 % de fibres de bois courtes teintées en beige plus foncé 4 parties Granulés de polypropylène transparent contenant 40 % de fibres longues de bois naturel 4 parties Granulés de polypropylène blanc chargé à 50 % de carbonate de calcium 2 parties Pour le moulage, on procède comme à l'Exemple 1, et on obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'une pierre, dont la teinte présente un fond beige clair, avec un fibres longues. Exemple 5 On prépare la formulation suivante Granulés de polypropylène blanc chargé à 20 % de carbonate de calcium 18 parties Sciure de bois (dimension: 1,2 mm) 1 partie Pour le moulage, on procède comme à l'Exemple 1, et l'on obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'une pierre, dont la teinte présente un fond blanc moucheté de petites taches clairsemées de couleur brun clair provenant de la sciure de bois. Exemple 6 On prépare la même formulation qu'à l'Exemple 5, en remplaçant la sciure de bois par des granulés de polypropylène transparent contenant 40 % de sciure de bois. On obtient à partir de ce mélange une pièce moulée d'aspect sensiblement identique à celle obtenue à l'Exemple 5. Exemple 7 On prépare la formulation suivante: Granulés de polypropylène blanc non chargé 10 parties Granulés de polypropylène beige il clair, contenant 40 % de fibres de bois courtes teintées en beige plus foncé Granulés de polypropylène ocre contenant 40 % de fibres de bois longues teintées en 1 partie ocre plus foncé 1 partie Pour le moulage, on procède comme à lr Exemple 1, et on obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'une pierre, dont la teinte présente un fond beige très clair moucheté de taches de grandeur irrégulière de couleur marron, ocre et beige foncé. Exemple 8 On prépare la formulation suivante: Granulés de polypropylène blanc 10 parties Granulés de polypropylène bleu chargés de 60 % de fibres de bois longues teintées en bleu 1 partie Granulés de polypropylène beige clair contenant 40 % de fibres de bois courtes teintées en beige clair Granulés de polypropylène ocre clair contenant 40 % de fibres de bois courtes teintées en ocre clair Granulés de polypropylène vert à 45 % de fibres de bois courtes teintées en vert Pigments bleus résultant du mélange de % de talc avec une solution aqueuse 2 parties 2 parties 0,5 partie concentrée du colorant hydrosoluble "bleu de méthylène' 0,05 partie Pour le moulage, on procède comme à l'Exemple 1, et l'on obtient une pièce moulée ayant l'apparence d'une pierre, dont la teinte présente un fond gris bleu parsemé de points et taches beiges, bleus, ocres et verts. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de pièces ayant l'aspect de pierres naturelles par mise en forme d'une composition comportant une matrice en résine thermo- plastique et une charge, caractérisé par le fait que la composition comprend, pour 100 parties en volume de résine thermoplastique colorée ou non, 0,2 à 80 par- ties en volume d'au moins deux charges colorées ou non, choisies parmi les fibres naturelles et les charges minérales et ayant une granulométrie ou des dimensions différentes. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise trois charges différentes. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la charge la plus fine est une charge minérale et que les deux autres charges sont des fibres naturelles de dimensions différentes. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la matrice est constituée par une résine polymérique acrylonitrile- butadiène-styrène ou un polypropylène. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on utilise des fibres naturelles résistant à une température de l'ordre de 2000 C. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les fibres sont choisies parmi les fibres cellulosiques et, notamment, les fibres de bois et les fibres de coton. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les fibres naturelles mises en oeuvre ont un diamètre compris entre 0,7 et 300 microns et une longueur comprise entre 1 micron et 5 mm. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on utilise une charge comprenant des fibres de dimensions différentes, les fibres de faible dimension ayant une longueur comprise entre 1 micron et 1,9 mm et les fibres de plus grande dimension, une longueur comprise entre 2 mm et 5 mm. 9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on choisit la (les) charge(s) minérale(s) dans le groupe formé par le car- bonate de calcium, le sulfate de calcium, l'oxyde de zinc, le carbonate de zinc, l'oxyde, l'hydroxyde ou un silicate de magnésium, les silicoaluminates ou des billes de verre. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'on utilise une (des) charge(s) minérale(s) ayant une granulométrie, qui va d'environ 0,5 micron à environ 0,2 mm. il Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on introduit la (les) charge(s) minérale(s) dans la matrice sous forme de prémélange avec un polymère thermoplastique compa- tible avec la résine thermoplastique de la matrice, de préférence identique à celle-ci. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le prémélange contient de 0,5 à 80 parties en volume de charge(s) minérale(s) pour 100 parties en volume de polymère thermoplas- tique. 13 Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'on obtient la coloration des charges par imprégnation à l'aide d'un colorant liquide ou par mélange avec un colorant pulvérulent. 14 Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'on effectue l'opération de moulage dans un dispositif de moulage par injection de type classique comportant un pot chauffé, dans lequel se déplace un organe de mise en compression, le pot chauffé débouchant, par au moins une tête d'injection, à l'intérieur d'un moule et que l'on choisit l'organe de compression selon le degré de mélangeage qu'il peut donner à la composition de moulage à l'intérieur du pot, dans le but d'obtenir un effet allant du moucheté régulier par suite d'un mélangeage intime à celui de marbrures par suite d'une simple poussée de la matière dans le pot chauffé sans aucun malaxage de celle-ci. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'on réalise l'opération de moulage en portant, au moyen d'organes de chauffage appropriés, la partie arrière du pot, par o s'effectue l'introduction du mélange, à une température tl, et la partie avant du pot, par o s'effectue l'injection dans le moule, à une température t 2, les deux températures précitées correspondant à des températures optimales de moulage pour une pièce déterminée à réaliser et étant telle que t 1 16 Pièces moulées ayant l'aspect de pierres naturelles obtenues par la mise en oeuvre du procédé tel que défini à l'une des revendications 1 à 15.