Brevet FR2693434A1 — publié le 19940114

PLAQUE PLEINE A BASE DE POLYOLEFINE La présente invention concerne généralement des plaques pleines à base de polyoléfine. Ces plaques sont notamment utilisées comme intercalaires de palettisation ou pour des emballages destinés au transport ou au stockage de contenants Elles servent par exemple à séparer plusieurs couches de récipients ou bouteilles en verre ou métal. La Demanderesse a déjà mis au point une plaque intercalaire possédant des propriétés antiglissantes Cette plaque antiglissante est à base de polyoléfine et est formée d'une couche de coeur et sur au moins une des faces de celle-ci, d'une couche externe antiglissante Une telle plaque est décrite dans la demande de brevet française déposée sous le N O 91 13978. Or, bien que présentant de bonnes propriétés antiglissantes, ces plaques ne confèrent pas les propriétés mécaniques suffisantes requises pour le transport et le stockage de contenants En effet, lorsque des palettes de bouteilles sont gerbées sur plusieurs hauteurs, les plaques formant intercalaires ne sont plus assez rigides, à température ambiante et plus particulièrement à température plus élevée Une bonne stabilité des contenants placés entre ces plaques n'est alors plus assurée De plus, si les emballages ou palettes comportant ces plaques sont stockés sous des températures élevées, comme par exemple dans des hangars sur- chauffés à 701 C, les plaques se déforment sous la chaleur Enfin, pour le stockage en hiver sous de faibles températures, la résistance aux chocs est mauvais. L'invention a pour objet des plaques pleines qui pallient l'ensemble des inconvénients mentionnés ci-dessus Plus préci- sément, l'invention consiste en une plaque pleine à base de polyoléfine pour intercalaires ou emballages, caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins une couche et en ce qu'elle comprend au moins une polyoléfine et du talc. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la polyoléfine précitée est un polypropylène, homopolymère ou copolymère, ou leurs mélanges. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la teneur en talc de la plaque est au moins égale à 5 % en poids. On a en fait découvert que l'introduction de talc comme charge de la polyoléfine, confère à la plaque des propriétés mécaniques améliorées de façon surprenante, telles que la rigidité et la tenue à chaud, en particulier le fluage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. La plaque, selon l'invention, est une plaque pleine et calandrée. Cette plaque est formée d'une couche comprenant une polyo- léfine chargée en talc. Le talc a été choisi parmi différentes substances minérales telles que la craie, le mica, la fibre de verre ou autres, comme procurant des résultats très avantageux les propriétés mécaniques. La teneur en talc de la plaque doit être au moins égale à 5 % en poids Il n'y a pas de limite supérieure en poids mais cette teneur reste souvent inférieure à 25 % pour une simple raison de coût de la matière première. La teneur préférée en talc répondant à la fois aux caracté- ristiques mécaniques requises et aux exigences de coût, varie entre environ 5 et environ 20 % en poids De manière plus préférentielle, la teneur en talc varie entre environ 9 et environ 15 % en talc. Par ailleurs, une plaque trop chargée en talc deviendra cassante et difficile à transformer, notamment en ce qui concerne la découpe des plaques. L'homme de l'art pourra ajuster la teneur en talc ainsi que l'épaisseur totale de la plaque en fonction des propriétés mécaniques de rigidité et de tenue à chaud recherchées, tout en gardant une bonne résistance aux chocs En effet, la plaque doit présenter une épaisseur minimale d'environ 3 millimètres pour maintenir une bonne résistance aux chocs et éviter la cassure. La polyoléfine peut être un polypropylène sous forme d'homo- polymère ou de copolymère à base d'éthylène, ou leurs mélanges. Le polypropylène homopolymère est de préférence utilisé, comme par exemple 1 'HOMOPOLYMERE HY 6100 commercialisé par SHELL Chimie, dont les propriétés sont présentées dans le Tableau I ci-dessous. TABLEAU I I I I 1 1 I| PROPRIETE METHODE UNITE VALEUR |I I| DE TEST Indice de fluidité ISO 1133 dg/min 1,5 Masse volumique ISO 1183 g/cm 3 0,903 Résistance à la limite élastique ISO 527 M Pa 35 en traction Module de rigidité en flexion ISO 178 M Pa 1350 Résistance aux chocs IZOD ISO 180 k J/m 2 5,2 (entaillé) à 20 C Température de déformation à la chaleur | à 1,80 MN/m 2 (A) ISO 75 O C 60 | à 0,45 MN/m 2 (B) I C 108 Température de ramolissement Vicati ISO 306 | C | 153 Dureté ISO 868 Shore DI 73 Cependant, ce produit présente un module de rigidité en flexion et une résistance aux chocs insuffisants pour une utilisation dans les plaques pour intercalaires ou emballages De même, la température de déformation à la chaleur sous deux contraintes différentes: l'une de 1,80 MN/m 2 (A) et l'autre de 0,45 MN/m 2 (B), est peu élevée. Le mélange de polypropylène homopolymère et de talc permet de fournir à la plaque une rigidité, un point de ramollissement Vicat et une température de déformation à la chaleur sous charge nettement améliorés, par rapport aux autres types de polypropylène, homopolymère ou copolymère, classiquement utilisés, comme cela est d'ailleurs illustré dans les exemples qui suivent. On peut également utiliser un polypropylène sous forme de copolymère, de préférence un copolymère séquencé comme par exemple le Moplen EPYS 30 RE commercialisé par Himont, et dont les caractéristiques sont développées dans le Tableau II ci-après. TABLEAU II I PROPRIETE | METHODE | UNITE | VALEUR | I | DE TEST l I I | Indice de fluidité | ASTM 1238/Li dg/min | 1,5 | | Poids spécifique | ASTM D 1505 | g/cm 3| 0,9 | | Module élastique à la flexion | ASTM D 790 | M Pa | 1200 l | Résistance aux chocs IZOD | ASTM D 256 | J/m | 350 l | (entaillé) à 23 C I I I I | Point de ramollissement Vicat | ASTM D 1525 O O C | 50 l I Température de déformation à la | ASTM D 648 O O C | 85 l | chaleur (à 0,46 MN/m 2) l I l I l l l l Pour ce copolymère Moplen également, le module élastique à la flexion et la résistance aux chocs sont insuffisants De plus, le point de ramollissement Vicat et la température de déformation à la chaleur sont très peu élevés. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la plaque comporte d'une part, une couche telle que décrite précé- demment, c'est-à-dire à base de polyoléfine et de talc, qui correspond à la couche de coeur formant l'âme de la plaque et d'autre part, sur au moins une des faces de celle-ci, une couche externe antiglissante. La couche externe antiglissante est disposée sur au moins une des faces de la couche de coeur, et est, quant à elle, constituée d'un produit qui confère la propriété antiglissante à la plaque. Celui-ci est par exemple un thermoplastique à base de polyoléfine très mou et ayant un module d'élasticité très faible La concen- tration en produit thermoplastique antiglissant dans la couche externe est au moins égale à environ 5 % en poids et se situe de préférence entre environ 20 et environ 100 % en poids. L'épaisseur de la couche externe antiglissante peut varier entre environ 5 et environ 150 pm et de préférence entre environ 30 et environ 70 pm. On peut utiliser un caoutchouc thermoplastique, tel que le Santoprène 201-55 commercialisé par Advanced d'Elastomer Systems ou le HIFAX EX 7036 XCP commercialisé par Himont dont les propriétés sont données dans le Tableau III ci-dessous. TABLEAU III TABLEAU III I| PROPRIETE METHODE UNITE VALEUR I| |I DE TEST Indice de fluidité "L" ASTM D 1238 g/10 ' 0,8 Poids spécifique ASTM D 792 g/cm 3 0,89 Module d'élasticité en flexion ASTM D 790 M Pa i 100 Contrainte au seuil d'écoulement ASTM D 638 M Pa 5 àla rupture M Pa > 8 Allongement au seuil d'écoulement % 60 à la rupture % > 350 Point de ramollissement Vicat (i ON) ASTM D 1525 O C 55 Dureté Shore D ASTM D 2240 30 I AS TD 224 Le procédé de fabrication des plaques pleines est connu en soi et consiste par exemple, pour des plaques pleines antiglissantes, en un procédé de coextrusion d'un flux en deux couches dans lequel la couche externe est déposée sur la couche de coeur au moyen d'un bloc de coextrusion ou bien en utilisant une filière multicouche. La plaque formée des couches précitées est ensuite calandrée. Un exemple de procédé est décrit dans Kunstoff-Extrusions- technik, Tome II: Extrusionsanlagen page 200 de Hanser Knappe- Potente aux Editions Hanser. Différents modes de réalisation des plaques sont possibles suivant l'utilisation de celles-ci Selon le mode de réalisation utilisé dans les exemples qui suivent, la plaque fabriquée est sans logement. Dans un autre mode de réalisation, on peut fabriquer une plaque rigide munie de logements dont le contour correspond à la projection sur un plan horizontal des articles ou contenants devant être disposés entre les plaques. Les propriétés mécaniques des plaques fabriquées dans les essais illustrant l'invention sont mesurées par deux tests: le premier qui est un test de flexion 3 points, relatif à la rigidité et le second qui est un test de mesure du fluage sur les plaques pleines. Mesure de la rigidité Le test de rigidité en flexion 3 points consiste à mesurer la pente de la courbe de déformation d'une plaque rectangulaire reposant sur deux appuis. On déforme la plaque par l'intermédiaire d'une panne appliquée à égale distance des appuis et se déplaçant à vitesse constante. Le diamètre des appuis est de 10 millimètres Les deux appuis sont distants de 10 centimètres et la panne est distante de 5 centimètres de la projection de chacun des appuis sur la face supérieure de la plaque. On utilise une machine de traction modèle INSTRON 4301 munie d'un capteur de force 100 kgf. Le protocole de mesure est le suivant Deux mesures sont effectuées: l'une dans le sens marche (SM) et l'autre dans le sens travers (ST) sur des éprouvettes de dimensions déterminées. On prélève dans chaque plaque à tester 5 échantillons 4 x 20 cm 2 pour la mesure SM et 5 échantillons 4 x 20 cm 2 pour la mesure ST On effectue la mesure comme suit. Dans un premier temps, on abaisse la traverse à une vitesse constante de 5 mm/min, on détermine les conditions optimales pour le calcul de la pente (vitesse du papier et choix de l'échelle des forces de l'enregistreur), on note les conditions choisies pour chaque échantillon, puis on mesure la pente (en kgf/mm) qui est tracée pour chaque courbe. La pente est calculée comme suit F x Vp Pente P = en kgf/mm X x Vt F (en kgf) et X (en mm) sont mesurées sur la courbe. Vp est la vitesse du papier (en mm/min) et Vt est la vitesse de la traverse (en mm/min) Les résultats sont calculés comme valeur moyenne des 5 mesures SM et ST des échantillons testés. On effectue ces mesures d'une part à 200 C et d'autre part à 600 C. Mesure du fluage Ce test consiste à mesurer la déformation de la plaque sous l'effet d'une force correspondant au poids exercé par une charge d'environ 50 kg simulant un stockage de palettes. On utilise pour les mesures un dynamomètre INSTRON 4301 sur lequel on installe une étuve dont la température est fixée à 70 'C. On prépare des échantillons de plaque de 15 centimètres sur 15 centimètres et on conditionne ces échantillons à 751 C, 2 à 3 heures avant le test. On place un échantillon dans l'étuve et on attend la stabili- sation de la température de l'étuve à 70 OC Puis on exerce une force de 50 kgf 0,1 au moyen d'une pièce en aluminium ayant la forme d'un fond de bouteille. Pour réaliser cette force, l'appareil travaille cycliquement entre 49,9 et 50,1 kg et la vitesse de déplacement de la traverse sur laquelle est disposée la pièce précitée est de 1 mm/min. Dès que l'on applique une charge de 50 kg sur l'échantillon (à la lecture), on démarre le chronomètre et l'on relève les valeurs de déformation de l'échantillon au bout de 1 minute, 3 minutes puis minutes. On obtient ainsi des valeurs de fluage à 70 'C en millimètres pour 1,3 et 15 minutes. Exemple 1. D'une part, on prépare une plaque témoin comportant une couche à base de polypropylène homopolymère uniquement, plus précisément à base d'homopolymère HY 6100 décrit précédemment Cet article ne comprend donc pas de talc. D'autre part, on prépare deux plaques formées chacune d'une couche qui comprend du polypropylène homopolymère et du talc. Par commodité dans la préparation de cette couche, on utilise, comme composant de départ, un produit qui est un mélange de poly- propylène et de talc, mélange qui existe sur le marché. Plus précisément, ce mélange est le Stamylan P 13 T 1040 fabriqué par DSM Il contient 60 % de polypropylène homopolymère et % de talc Ses propriétés sont présentées dans le Tableau IV ci-dessous. TABLEAU IV I| PROPRIETE METHODE UNITE VALEUR DE TEST I I I I I Indice de fluidité ISO R 1133 dg/min 1,7 Module de rigidité en flexion ISO R 178 M Pa 3640 Résistance aux chocs IZOD ISO R 180 k J/m 2 2,7 (entaillé) + 23 C Température de déformation à la ISO R 75 chaleur à 1,80 MN/m 2 (A) | C 74 à 0,45 MN/m 2 (B) O C 129 Température de ramollissement ISO R 306 O C 93 Vicat Dureté ISO R 868 Shore DI 74 En comparant l'homopolymère HY 6100 (Tableau I) avec le Stamylan P contenant du talc (Tableau IV), on notera un module de rigidité en flexion nettement supérieur pour le mélange contenant du talc et une température de déformation à la chaleur sous deux contraintes différentes (A) et (B), supérieure également dans le cas du mélange. L'effet du talc sur la rigidité et la tenue à chaud du produit en mélange s'observe donc clairement sur le mélange en tant que tel. La couche est obtenue en mélangeant 25 à 30 % de Stamylan avec 70 à 75 % en poids de polypropylène homopolymère HY 6100. Deux plaques sont fabriquées à partir de ces produits. Pour l'ensemble des plaques, témoin et plaques sel l'invention, on mesure la rigidité à 20 C puis à 60 C et le flua à 70 C suivant les tests décrits précédemment. Les résultats sont résumés dans le Tableau V ci-dessous. P on ge TABLEAU V I I I I | Plaque Epaisseur | % poids Rigidité à 20 C Rigidité à 60 C | Fluage à 70 C I |I |(mm) I Talc (kgf/ min) (kgf/min) (mm) I I I, , I II | I| SM ST SM ST I 1 ' 3 ' Is 15 ' I I I I I I Témoin 2,9 I O o 0,5 0,5 1 4,61 4,81 5,1 | I I I I I I I (Polypropylène I I I I I homopolymère + 3 1 I 18 1,3 1,1 0,7 O 6 1 2,71 2 81 3,0 | Italc) I I I I I Plaque n 1 I I I I II I I I I I (Polypropylène I I I homopolymère + 3,15 I 18 1,3 1,2 0,7 0,7 I 2,71 2,71 2,9 I Italc) I I I I I Plaque n 2 I I I I I I I I I I I K) M (D w jII w jII La rigidité recherchée est d'au moins 1 kgf/min à 20 C et d'au moins 0,5 kgf/min à 60 C et la déformation au fluage à 70 C ne doit pas dépasser 3 millimètres au bout de 1 minute, 3,2 millimètres au bout de 3 minutes et 3,4 millimètres au bout de 15 minutes. 5 Il apparait clairement du Tableau V que les plaques contenant du talc présentent des caractéristiques mécaniques largement supérieures à celles du témoin et tout à fait satisfaisantes La rigidité a largement doublé sa valeur Il est à noter que la rigidité du témoin à 60 C n'a pas été mesurée du fait de sa faible10 valeur à 20 C qui est déjà inférieure à la valeur souhaitée à 60 C. La déformation au fluage à 70 C a diminué d'au moins 40 % pour les plaques contenant du talc. Exemple 2 On prépare sept plaques formées d'une couche préparée à partir de polypropylène homopolymère et de talc Par commodité, on utilisera également ici comme matière première, un mélange de 60 % de polypropylène homopolymère et de 40 % de talc: le Vestolen P fabriqué par HULS. Les propriétés de ce produit sont présentées dans le Tableau VI ci-dessous. TABLEAU VI I| PROPRIETE METHODE UNITE VALEUR |I |I DE TEST Indice de fluidité ISO 1133 dg/min 2,8 Module de rigidité en flexion ISO 527 M Pa 4500 Résistance aux chocs à température ISO 180 k J/m 2 ambiante IZOD (entaillé) 3,2 Température de déformation à la chaleur à 1,80 MN/m 2 (A) I C 100 à 0, 45 MN/m 2 (B) o C 140 Température de ramollissement ISO 306 C 110 Vicat 1 l En comparant l'homopolymère HY 6100 (Tableau I) avec le Vestolen P contenant du talc (Tableau VI), on remarque que le module de rigidité en flexion du mélange contenant du talc (Vestolen P) est trois fois supérieur à celui du polypropylène homopolymère seul et la température de déformation à la chaleur sous deux contraintes différentes (A) et (B), est bien supérieure dans le cas du mélange contenant le talc (Vestolen P) que pour le polypropylène homopolymère seul. Le talc procure donc au mélange des propriétés améliorées. La couche est obtenue par mélange du Vestolen P avec du polypropylène homopolymère dans des proportions respectivement de -30 % et de 70-75 % en poids. Sept plaques sont fabriquées à partir de ces produits. On mesure la rigidité à 20 C puis à 60 C et le fluage à 70 C suivant les mêmes tests que dans l'exemple 1. Les résultats sont donnés dans le Tableau VII ci-après. TABLEAU VII Plaque Epaisseur % poids Rigidité à 20 C Rigidité à 60 C Fluage à 70 C (mm) Talc (kgf/ min) (kgf/min) (mm) SM ST SM ST 1 ' 3 ' 15 ' Témoin 2,9 O 0,5 0,5 4,6 4,8 5,1 (Polypropylène homopolymère + 3,7 9 1,8 1,7 1 1 2,0 2,1 2,2 talc) Plaque n 3 (Polypropylène homopolymère + 3,1 10 1 1 0,6 0,7 2,8 2,9 3,1 talc) Plaque n 4 (Polypropylène homopolymère + 3 11 1,1 1 0,6 0,5 2,8 2,9 3,1 talc) Plaque N O 5 bw K) M (D w jII w jII Tableau VII (suite) Plaque Epaisseur % poids Rigidité à 20 C Rigidité à 60 C Fluage à 70 C (mm) Talc (kgf/ min) (kgf/min) (mm) SM ST SM ST 1 ' 3 ' 15 ' (Polypropylène homopolymère + 3 14 1,1 1 0,6 0,6 2,7 2,9 3,1 talc) Plaque n 6 (Polypropylène homopolymère + 3,25 17 1,4 1,3 0,8 0,8 2,4 3,0 2,7 talc) Plaque n 7 (Polypropylène homopolymère + 3, 35 17 1,6 1,3 0,8 0,8 2,4 2,5 2,6 talc) Plaque n 8 (Polypropylène homopolymère + 3,75 21 2,3 2,1 1,3 1,3 1,9 2,0 2,1 talc) Plaque N O 9 1- '* C;, K) M w w jII w jII De manière générale, on conclut des résultats du Tableau VII que la rigidité requise à 200 C est toujours supérieure à 1 et celle à 60 'C est toujours supérieure à 0,5 De même, les propriétés de fluage sont tout à fait satisfaisantes, la déformation restant bien inférieure à 3, 3,2 et 3,4 millimètres respectivement au bout de 1, 3 et 15 minutes. Par rapport à la plaque témoin ne contenant pas de talc, la rigidité à 20 %C et 60 'C des plaques selon l'invention est au moins deux fois supérieure à celle de la plaque témoin et la déformation à la chaleur à 701 C des plaques selon l'invention a diminué d'environ 40 % et jusqu'à environ 60 % par rapport à la plaque témoin. On peut observer que la rigidité augmente proportionnellement à la teneur en talc (voir les plaques N O 4, 5, 8 et 9) De même, la déformation au fluage à 70 'C diminue dans l'ensemble lorsque le taux en talc augmente (voir les plaques n O 4, 6 8 et 9). On remarque également que le paramètre épaisseur de la plaque intervient dans les propriétés mécaniques. Pour les plaques n' 7 à 9, l'épaisseur de la plaque augmente pour compenser le caractère cassant que l'on peut rencontrer avec des teneurs en talc plus importantes. Dans la pratique de l'invention, il est plus intéressant de choisir des teneurs en talc situées entre 9 et 12 % en poids qui procurent des propriétés mécaniques tout à fait satisfaisantes et qui n'entraînent pas de coût excessif quant à l'achat de matière première Enfin, il est à noter que lorsque l'on augmente nettement l'épaisseur de la plaque à 3, 7 millimètres pour une teneur en talc de 9 % en poids (plaque N O 3), la propriété mécanique de rigidité est nettement améliorée. REVENDICATIONS 1) Plaque pleine à base de polyoléfine pour intercalaires ou emballages, caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins une couche et en ce qu'elle comprend au moins une polyoléfine et du talc. 2) Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que la polyoléfine précitée est un polypropylène, homopolymère ou copo- lymère, ou leurs mélanges. 3) Plaque selon la revendication 2, caractérisée en ce que la polyoléfine est de préférence le polypropylène homopolymère. 4) Plaque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la teneur en talc est au moins égale à 5 % en poids. ) Plaque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la teneur en talc est comprise de préférence entre environ 5 et environ 20 % en poids. 6) Plaque selon l'une des revendications précédentes, carac- térisée en ce qu'elle comporte une couche de coeur à base de polyoléfine et de talc et sur au moins une des faces de la couche précitée, une couche externe antiglissante. 7) Plaque selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche externe antiglissante précitée comprend un produit thermoplastique compatible avec les polyoléfines et possédant des propriétés antiglissantes. 8) Plaque selon la revendication 7, caractérisée en ce que le produit précité est un thermoplastique à base de polyoléfine. 9) Plaque selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'épaisseur de la plaque est au moins égale à 3 millimètres.