Brevet FR2833022A1 — publié le 20030606

La présente invention concerne une feuille ayant un toucher rugueux. Elle concerne aussi le procédé de fabrication de la feuille et l'utilisation de cette feuille. La Demanderesse s'est intéressée en particulier à fournir une feuille qui, sans être très rugueuse, ni abrasive, présente toutefois un certain aspect granuleux uniquement sensible au toucher, sa surface paraissant parfaitement lisse à l'oeil nu. La recherche d'un certain toucher rugueux demeure à la connaissance de la demanderesse un domaine inexploré de l'industrie du papier, des plastiques en film mince, de l'emballage ou de l'édition en général. En effet, jusqu'à présent, les recherches effectuées dans ces domaines s'appliquaient au contraire à conférer des caractéristiques de douceur ou de velouté à la feuille. Ainsi, la Demanderesse a protégé une feuille ayant un toucher permettant de rappeler une caractéristique spécifique du contenu d'un emballage, en particulier pour l'emballage de produits cosmétiques et, ce, dans le brevet FR 2 791 368. La Demanderesse vise à fournir une feuille à toucher rugueux mais agréable, c'est-à-dire n'accrochant pas au doigt. Les feuilles devront en outre pouvoir être imprimables, avoir des caractéristiques de blancheur, être manipulables par exemple. La Demanderesse a recherché des particules répondant à ces buts. La Demanderesse a mis en évidence deux grandes catégories de particules : - celles pour lesquelles le rôle abrasif prédomine, et qui présentent un état de surface microscopique anguleux et une répartition plutôt homogène à la surface de la feuille, telles l'alumine ou le corindon. - et celles pour lesquelles le rôle d'espaceur et de résistance à l'abrasion est recherché, et qui présentent un état de surface microscopique plus arrondi, une forme plus volumineuse, telles l'amidon. Dans sa recherche d'un toucher rugueux, la Demanderesse s'est attachée en priorité à utiliser des particules issues de la dernière catégorie citée, de façon à atténuer le plus possible l'accroche aux doigts de la feuille ainsi recouverte. Elle a constaté que l'effet rugueux résulte en fait de plusieurs causes : - la granulométrie des particules utilisées, c'est-à-dire leur répartition en taille, - la forme des particules utilisées, - la quantité de particules déposées, et - la répartition sur la feuille des particules utilisées. Elle a constaté également que les résultats les plus intéressants s'obtiennent en enduisant une feuille, papier ou plastique, à l'aide d'une couche de particules d'amidon non gélatinisé, et de préférence d'amidon de fécule de pomme de terre. Par observation au microscope électronique à balayage, il est facile de voir que les grains d'amidon de fécule de pomme de terre sont de forme quasi sphérique ou ovale, possèdent une répartition moyenne en taille de 28 micromètres et sont constitués de grosses particules, mais peu nombreuses. La Demanderesse a pu également constater que le toucher rugueux ne s'obtient pas avec tous les types d'amidon, notamment qu'une enduction de grains d'amidon de maïs ne donne pas la sensation rugueuse désirée. L'explication tient au fait que les particules sont petites, leur diamètre moyen se situant en dessous de 15 micromètres, et leur granulométrie plutôt peu différentiée. Les grains d'amidon de maïs s'étalent donc en une couche régulière, épousant le relief de la feuille sur laquelle ils s'appliquent. De ces différentes analyses, la Demanderesse a tiré un certain nombre d'enseignements, permettant de restreindre le type de particules utilisables. D'abord, les particules doivent être suffisamment grosses pour pouvoir affleurer de la couche de façon à être perçues par le manipulateur. Ensuite, les particules doivent être peu anguleuses de façon à créer une sensation de toucher rugueux léger, voire agréable. En particulier, les grains de silice ou de corindon comme ceux employés pour fabriquer des abrasifs ne conviennent pas pour le toucher recherché, les particules ayant une géométrie fracturée trop agressive. De préférence, les particules présenteront une géométrie relativement sphérique et volumineuse, ce qui exclut également les particules en plaquettes comme le talc. Finalement, les particules doivent être non déformables. Ainsi, les matériaux comme le caoutchouc ou les microbilles expansées ne conviennent pas du fait de leur caractère compressible et élastique, conférant un toucher gommeux et non rugueux à la feuille enduite. De ce point de vue, certains grains d'amidon semblent constituer une solution privilégiée au regard de leur adéquation aux conditions susmentionnées, et du fait de leur coût, de leur disponibilité à l'état naturel et de leur recyclabilité. En définitive, l'invention se rapporte à une feuille présentant sur au moins une de ses faces un toucher de surface rugueux, ladite feuille étant revêtue sur la ou les faces d'une couche comportant des particules non compressibles, non plates et peu anguleuses. En particulier, l'invention se caractérise par le fait que les particules ont un diamètre moyen en poids supérieur à 25 micromètres, et de préférence inférieur à 200 micromètres. En particulier, l'invention se caractérise par le fait que les particules ont une forme quasi sphérique. De façon préférentielle, les particules sont des grains d'amidon non gélatinisés, notamment des grains d'amidon de fécule de pomme de terre. Selon un cas particulier, les particules peuvent être aussi des microbilles de verre, ou du plastique broyé, le plastique étant de préférence un polyamide, un polyester, une polyoléfine ou un PVC. De manière particulière, l'invention se caractérise par le fait que la répartition des particules en surface est comprise entre 20 et 250 particules par mm2. On peut notamment déterminer cette répartition par analyse topologique de la surface de la feuille obtenue. De préférence, le grammage de la feuille obtenue sera compris entre 50 et 500 g/m2. Selon un mode de réalisation, le poids de la couche sur chaque face enduite est compris entre 3 et 30 g/m2 en poids sec, de préférence entre 5 et 18 g/m2 en poids sec. En particulier, l'invention se caractérise par le fait que ladite couche comporte : 100 parts en poids sec des dites particules, de 5 à 300 parts en poids sec d'un liant, de préférence de 10 à 50 parts, de 0 à 500 parts en poids sec de charges. De manière particulière, le liant est choisi parmi les latex de styrène butadiène, les latex acryliques, les latex vinyliques, les amidons solubilisés, l'alcool polyvinylique, les protéines, notamment la caséine, la gélatine ou la protéine de soja, la nitrocellulose, le plastisol, les résines glycérophtaliques, les résines époxydiques, les polyesters. De manière particulière les charges sont choisies parmi le carbonate de calcium, le kaolin, le talc, le dioxyde de titane, le sulfate de baryum, la silice précipitée ou pyrogénée, les pigments plastiques. D'autres ingrédients comme des cires, des modificateurs de rhéologie, des antimousses, des agents d'étalement, des bactéricides ou fongicides,... peuvent également prendre place dans la composition d'enduction. Ces ingrédients ne changeront pas la structure de surface du matériau et par suite l'effet tactile obtenu. Selon un dernier mode de réalisation, la feuille possède un coefficient de frottement dynamique mesuré selon la norme NF Q 03-082 sur papier buvard inférieur à 0,5. L'invention concerne aussi le procédé d'enduction d'une feuille. Selon un cas particulier, le procédé d'enduction de feuille se caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on traite au moins une des faces de la feuille par une composition en milieu aqueux comprenant : 100 parts de particules non compressibles, non plates et peu anguleuses, de 5 à 200 parts en poids sec de liant, de préférence de 10 à 50 parts en poids sec, de 0 à 500 parts en poids sec de charges, b) on sèche la feuille obtenue, Selon un cas particulier du procédé, l'étape a) est réalisée à l'aide d'un dispositif de couchage choisi parmi les coucheuses à rouleaux d'enduction, type hélio, ou reverse roll, qui correspondent aux coucheuses à rouleaux marchant en sens inverse, les coucheuses à lame trainante, les coucheuses à lame d'air, les presses encolleuses à transfert de film, les coucheuses à rideau. Selon un autre cas particulier, l'étape a) est réalisée à l'aide d'un dispositif de pulvérisation. Selon une dernière variante, l'étape a) consiste à appliquer un vernis de surimpression ayant la composition souhaitée. L'invention concerne aussi l'utilisation d'une feuille telle que décrite précédemment pour fabriquer un support d'impression en papier ou en plastique, un emballage papier ou plastique, une couverture destinée à la reliure, une boîte en carton ou plastique. La présente invention sera expliquée plus avant au moyen d'exemples accompagnés des figures correspondantes. Les Figure 1A et IB représentent les observations au microscope électronique à balayage d'une feuille de papier couchée avec des grains d'amidon de fécule de pomme de terre respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois. La figure 1 C représente la même feuille mais vue en coupe à un grossissement de 1000 fois. Les figures 2A et 2B représentent une feuille de papier couchée avec des grains d'amidon de maïs respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois. La figure 2C représente la même feuille vue en coupe à un grossissement de 1000 fois. Les figures 3A et 3B représentent une feuille de papier couchée avec des grains d'amidon de fécule de pomme de terre et du carbonate de calcium en tant que charge respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois. La figure 3C représente la même feuille vue en coupe à un grossissement de 1000 fois. Les figures 4A et 4B représentent une feuille de papier couchée avec des particules de silice respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois. La figure 4C représente la même feuille vue en coupe à un grossissement de 1000 fois. La figure 5 représente une feuille de papier couchée avec des microsphères thermoplastiques expansées, type EXPANCEL 820 &commat; commercialisées par la société EXPANCEL à un grossissement de 500 fois. La figure 6 représente une feuille de papier couchée avec des microbilles de verre à un grossissement de 500 fois. La figure 7 représente une feuille de papier couchée avec des particules d'alumine à un grossissement de 500 fois. La figure 8 représente une feuille de papier couchée avec des grains d'amidon de blé à un grossissement de 500 fois. Comme vu précédemment, en couchant des particules d'amidon de fécule de pomme de terre sur un papier, la demanderesse a réussi à obtenir le toucher rugueux agréable qu'elle recherchait, alors qu'elle n'a pas obtenu ce résultat avec des grains d'amidon de maïs. En comparant les figures 1A, 1B et 2A, 2B, correspondant respectivement aux deux types d'amidon précédemment cités, il ressort que la répartition, la forme et la taille des grains permettent d'expliquer cette différence. Dans le cas de la fécule de pomme de terre, l'amidon a une répartition plutôt hétérogène sur la feuille, des grains de petite taille venant soit, s'agglutiner autour de grains plus gros, soit, se déposer de manière isolée et au hasard sur la feuille. Dans le cas du maïs, cette répartition est au contraire totalement homogène sur la feuille, les grains possédant des tailles relativement proches et formant une couche mince finement granuleuse sur le papier. La comparaison des figures 1C et 2C permet d'apprécier ce que le doigt du manipulateur va percevoir lors d'un passage tactile sur la surface du papier couché. Dans le premier cas, le doigt va passer d'un creux à une bosse assez fréquemment, la hauteur les séparant étant d'au moins 25 micromètres. Dans le deuxième cas, le doigt va passer d'un sommet de grains à un autre sommet de grains, la distance les séparant étant d'au plus 10 micromètres. En dessous de la dizaine de micromètres, il est difficile pour un manipulateur d'apprécier la granulosité de la surface et de ressentir une quelconque sensation de rugosité. La demanderesse a également pu observer une sensation de rugosité accrue lors d'un ajout de charges, notamment de carbonate de calcium. i Les figures 3A, 3B et 3C représentent bien cet aspect de l'invention, puisque l'on peut voir une répartition inchangée des grains d'amidon de fécule de pomme de terre, mais un aspect de ces grains eux-mêmes totalement différent. En fait, le carbonate de calcium, particule de taille proche du micromètre, vient couvrir la surface des grains d'amidon, qui perdent ainsi de leur lissé de surface et en deviennent plus accrocheurs au toucher. Les figures 4A, 4B et 4C identifient un autre cas que la demanderesse a volontairement exclu, celui d'un papier couché avec des particules anguleuses de silice. La figure 4C montre en particulier le caractère très anguleux et accidenté des particules de silice, incompatible avec un toucher rugueux agréable. Si la feuille obtenue présente malgré tout un degré de rugosité peu agressif, elle ne le doit qu'à la faible proportion de particules de silice ajoutée et au faible relief ainsi créé. Mais ce toucher ne correspond pas au toucher rugueux agréable recherché par la Demanderesse. La figure 5 montre, quant à elle, la surface d'une feuille recouverte de microbilles thermoplastiques expansées de type EXPANCEL. L'observation permet de constater que les particules sont en majorité petites et quasi sphériques. Les grosses particules étant à la fois peu nombreuses et relativement molles, l'effet rugueux recherché n'est pas obtenu. La figure 6 montre, au contraire, la surface d'une feuille recouverte de microbilles de verre. Même si la répartition et la forme des microbilles sur la feuille présentent une certaine ressemblance avec le cas précédent, le toucher obtenu est totalement différent du fait de la dureté du verre. Le toucher est effectivement rugueux et non gommeux comme dans le cas précédent. Les figures 7 et 8 confirment le fait qu'un toucher rugueux agréable ne peut être obtenu en utilisant de l'alumine, ou l'amidon de blé. En effet, dans un cas, les particules d'alumine, trop anguleuses, confèrent un caractère rêche à la surface, peu agréable au toucher. Dans l'autre cas, l'amidon de blé produit une surface assez similaire à celle de l'amidon de maïs ; de ce fait, le caractère rugueux sera pratiquement imperceptible. Des exemples de compositions de couchage conformes à l'invention sont décrits ci-après. Exemple 1 : Sur une face d'une feuille de papier support, on applique, à l'aide d'une presse encolleuse de laboratoire, une composition de couchage contenant des grains d'amidon de fécule de pomme de terre, à raison de 10,7 g/m2. La feuille ainsi traitée est séchée vers 150 C. La composition contenant les grains d'amidon est réalisée en milieu aqueux et contient en sec : 100 parts de HICAT 110 commercialisé par ROQUETTE (amidon de fécule de pomme de terre) 32 parts d'ACRONAL S 305 D commercialisé par BASF (latex) 4,8 parts de AMP 90 commercialisé par ANGUS Chemie Gbmh (régulateur de pH) 6,7 parts de STEROCOLL D commercialisé par BASF (épaississant) On obtient la feuille représentée aux figures 1A, 1B, 1C. Exemple 2 : Sur une face d'une feuille papier support, on applique, à l'aide d'une presse encolleuse de laboratoire, une composition de couchage contenant des grains d'amidon de fécule de pomme de terre et du carbonate de calcium en tant que charges, à raison de 22,5 g/m2. La feuille ainsi traitée est séchée vers 150 C. La composition contenant les grains d'amidon et le carbonate de calcium est réalisée en milieu aqueux et contient en sec : 100 parts de HICAT 110 commercialisé par ROQUETTE (amidon de fécule de pomme de terre) 60 parts de HYDROCARB 90 commercialisé par OMYA (carbonate de calcium) 32 parts d'ACRONAL S 305 D commercialisé par BASF (latex) 4,8 parts de AMP 90 commercialisé par ANGUS Chemie Gbmh (régulateur de pH) 6,7 parts de STEROCOLL D commercialisé par BASF (épaississant) On obtient la feuille représentée aux figures 2A, 2B et 2C. Exemple 3 : Sur une face d'une feuille de papier support, on dépose, à l'aide d'une presse encolleuse de laboratoire, une composition de couchage contenant des microbilles de verre, à raison de 47 g/m2. La composition contenant les microbilles de verre est réalisée en milieu aqueux et contient en sec : 100 parts de MICROPERL 050-20-215 commercialisé par 3M (microbilles de verre) 20 parts d'ACRONAL S 360 D commercialise par BASF (latex) 2,4 parts de BLANOSE commercialisé par AQUALON (épaississant) On obtient la feuille représentée à la figure 6. La Demanderesse s'est attachée également à caractériser l'état de surface rugueux agréable des feuilles obtenues, autrement que par une appréciation tactile effectuée par un manipulateur pris au hasard, méthode pouvant être considérée comme trop subjective. Dans un souci de fournir une valeur chiffrée concrète et non ambiguë, la Demanderesse a mesuré le coefficient de frottement dynamique selon la norme française NF Q 03-082. La norme basée sur le mesurage de la force de traction nécessaire pour amorcer puis entretenir le déplacement d'une surface sur une autre peut s'appliquer à l'évaluation du glissement d'une feuille du matériau à mesurer sur un autre matériau de référence. Dans ses essais, la Demanderesse a donc choisi comme matériau de référence un papier buvard, de grammage voisin de 275 g/m2, qui répond notamment aux exigences de la norme ISO 5269-1 dans son paragraphe 4.4. Le tableau 1 reprend les mesures faites pour différentes compositions de couchage, en faisant varier les particules introduites. Au vu des résultats, on peut déjà constater que le coefficient de frottement dynamique est d'autant plus grand que le papier obtenu est rugueux. En fait, on constate que le toucher rugueux agréable recherché par la Demanderesse correspond à un coefficient Kd inférieur à 0,5. Les particules telles que les microsphères thermoexpansées de type EXPANCEL, les particules d'alumine, les grains d'amidon de blé ou la poudre de caoutchouc sont donc à exclure. Ceci confirme les observations faites précédemment. Mesure du Grammage du Poids de couche (en Types de particules coefficient de support (en g/m2) g/m2) frottement Kd Amidon de pomme de 249 16 0,31 terre Amidon de pomme de 249 17 0,28 terre + CaCO3 EXPANCEL 120 2 0,87 Microbilles de verre 249 18 0,35 Polyamide broyé 249 12 0,41 Alumine 249 15 0,61 Amidon de blé 249 13 0,31 Poudre de caoutchouc 249 31 0,97 Tableau I REVENDICATIONS 1) Feuille présentant sur au moins une de ces faces un toucher de surface rugueux, ladite feuille étant revêtue sur la ou les faces d'une couche d'enduction comportant des particules microscopiques incompressibles, volumineuses et présentant une forme arrondie. 2) Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les particules ont un diamètre moyen en poids supérieur à 25 micromètres, et de préférence inférieur à 200 micromètres. 3) Feuille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les particules ont une forme quasi sphérique. 4) Feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les particules sont des grains d'amidon non gélatinisé, de préférence d'amidon de fécule de pomme de terre. 5) Feuille selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les particules sont des microbilles de verre. 6) Feuille selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les particules sont issues du broyage d'un plastique. 7) Feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la répartition des particules en surface est comprise entre 20 et 250 particules par mm. 8) Feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite feuille a un grammage compris entre 50 et 500 g/m2. 9) Feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le poids de ladite couche sur chaque face enduite est compris entre 3 et 30 g/m2en poids sec, de préférence entre 5 et 18 g/m2 en poids sec. 10) Feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la dite couche d'enduction comporte : - 100 parts en poids sec des dites particules, - de 5 à 300 parts en poids sec d'un liant, de préférence de 10 à 50 parts, - de 0 à 500 parts en poids sec de charges. 11) Feuille selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le liant est choisi parmi les latex de styrène butadiène, les latex acryliques, les latex vinyliques, les amidons solubilisés, l'alcool polyvinyliques, les protéines, notamment la caséine, la gélatine ou la protéine du soja, la nitrocellulose, le plastisol, les résines glycérophtaliques, les résines époxydiques, les polyesters. 12) Feuille selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que les charges sont choisies parmi le carbonate de calcium, le kaolin, le talc, le dioxyde de titane, le sulfate de baryum, la silice précipitée ou pyrogénée, les pigments plastiques. 13) Feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que son coefficient de frottement dynamique mesuré selon la norme NF Q 03- 082 sur papier buvard est inférieur à 0,5. 14) Procédé d'enduction d'une feuille selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on traite au moins une des faces de la feuille par une composition en milieu aqueux comprenant : 100 parts de particules microscopiques incompressibles, volumineuses et présentant une forme arrondie, de 5 à 200 parts en poids sec de liant, de préférence de 10 à 50 parts en poids sec, de 0 à 500 parts en poids sec de charges. b) on sèche la feuille ainsi obtenue. 15) Procédé d'enduction selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée à l'aide d'un dispositif de couchage choisi parmi les coucheuses à rouleaux d'enduction, type hélio, ou reverse roll, les coucheuses à lame trainante, les coucheuses à lame d'air, les presses à transfert de film, les coucheuses à rideau. 16) Procédé d'enduction selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée à l'aide d'un dispositif de pulvérisation. 17) Procédé d'enduction d'une feuille selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on applique sur au moins une des faces un vernis comprenant : - 100 parts de particules microscopiques incompressibles, volumineuses et présentant une forme arrondie, - de 5 à 200 parts en poids sec de liant, de préférence de 10 à 50 parts en poids sec, - de 0 à 500 parts en poids sec de charges. b) on sèche la feuille ainsi obtenue. 18) Utilisation d'une feuille selon l'une des revendications 1 à 12 pour fabriquer un support d'impression en papier ou en plastique, un emballage papier ou plastique, une couverture destinée à la reliure, une boîte en carton ou en plastique.