Brevet FR2826601A1 — publié le 20030103

Arrière-plan de l'invention Les matériaux abrasifs appliqués sont généralement produits en grands rouleaux dans lesquels le produit commercial voulu est coupé par un procédé automatisé. Une des formes les plus utiles d'abrasif appliqué se présente sous la forme d'une courroie. Pendant des années, les courroies et les cônes abrasifs sans fin ont été fabriqués en épissant les extrémités de longueurs de matériau abrasif en feuille. En raison du procédé traditionnel de fabrication, chacune desdites courroies doit être produite à partir d'une bande de dimensions appropriées, les extrémités de la bande étant assemblées pour former une boucle continue. Deux types d'épissures sont couramment utilisés, et ceci peut être fait en profilant chaque extrémité de façon à ce que, une fois les extrémités superposées et assemblées, la courroie présente une épaisseur de section transversale uniforme sur la zone du joint. Ce procédé est connu sous l'appellation joint "à recouvrement", dans lequel les extrémités de la longueur sont amincies en enlevant les grains abrasifs d'une extrémité et d'une partie de la face arrière de l'autre extrémité, les extrémités amincies étant superposées et assemblées par collage. Dans une autre solution, les deux extrémités de la bande à joindre pour former la courroie peuvent être creusées sur la surface ne portant pas d'abrasif pour recevoir une bande d'assemblage qui est liée à chacune des extrémités creusées. Ce procédé est connu sous l'appellation assemblage "bout à bout". Dans ce que l'on appelle une épissure "bout à bout", la face arrière de chaque extrémité d'une longueur de matériau abrasif appliqué en feuille est grattée pour former un espace creux qui est rempli d'une colle et d'un ruban d'épissure solide, mince, résistant à l'usure. Souvent, chaque type d'épissure est formé dans une presse à épisser à chaud pour être substantiellement de la même épaisseur que le reste de la courroie ou du cône. Le matériau du support sur lequel est appliqué le matériau abrasif peut être un textile tissé ou non-tissé, un film ou une feuille en matière plastique ou un papier d'une durabilité appropriée. La plupart des supports des courroies ou cônes abrasifs sans fin sont une toile, un papier, un film polymérisé ou des stratifiés de film polymérisé. Les supports en toile produisent des supports durables, mais sont coûteux et, pour donner des surfaces suffisamment lisses, peuvent nécessiter une série de traitements de revêtement qui peuvent rendre les supports en toile encore plus coûteux. Le papier et les laminés de film polymérisé et de papier offrent une durabilité moyenne, et sont souvent utilisés lorsque la toile serait trop coûteuse. Pour une utilisation peu intensive, les supports peuvent être un film polymérisé, dont la face arrière porte généralement un revêtement résineux qui est poreux. Pour former le joint, on prépare les extrémités en les traitant pour faire en sorte que la colle pénètre et se lie fermement au substrat. Ce point est particulièrement important si le support a été soumis à un traitement substantiel d'enrobage. Si le support est un textile, les extrémités peuvent être passées au jet de sable pour ouvrir les extrémités des fibres exposées et permettre la pénétration de la colle dans le matériau du support. La colle utilisée doit répondre à des normes rigoureuses pour garantir que le joint de courroie reste intact pendant toute la durée de vie utile de la courroie. Ce point est important du fait qu'une rupture soudaine du joint au cours de l'utilisation de la courroie peut être très dangereuse à la fois pour la machine et pour l'opérateur. Résumé de l'invention Des systèmes de colle polyuréthane à deux composants sont généralement utilisés comme colle pour l'assemblage de courroies abrasives appliquées. Ces systèmes de colle, qui produisent des liaisons résistantes et flexibles, sont généralement composés d'uréthane de poids moléculaire élevé et d'un agent de réticulation isocyanate multifonction. Toutefois, en raison de la forte réactivité de l'isocyanate avec des matériaux comme l'amine, l'alcool et l'eau, les systèmes en polyuréthane à deux composants présentent au moins deux inconvénients dans l'environnement de fabrication, en particulier durée de vie en pot limitée et sensibilité à l'humidité relative de l'air ambiant. La figure 1 montre un graphique qui présente la variation de la qualité d'un joint de courroie d'un système de joint classique de l'art antérieur avec le vieillissement du système. Le graphique montre pour ce système une durée de vie en pot d'environ quatre heures. Un système uréthane isocyanate bloqué est basé sur la réversibilité des réactions d'addition des isocyanates à températures élevées. Il est relativement stable à la température ambiante, mais sous l'effet de la chaleur, l'isocyanate subit une réaction de déblocage, c'est-à-dire une libération de l'agent bloquant vers l'isocyanate avant réaction de l'isocyanate avec un nucléophile, par exemple un hydroxyle. Au cours de la formation de la colle polyuréthane, une réaction de polymérisation se produit entre un groupe isocyanate (-NCO) dans un composant isocyanate et un groupe dans un composant hydroxyle contenant un groupe hydrogène actif, tel qu'un groupe hydroxyle dans un polyol. Le composant isocyanate contient deux ou plus de deux groupes isocyanate, et le composant hydroxyle contient deux ou plus de deux groupes hydroxyle. Le groupe isocyanate du groupe isocyanate est bloqué de façon à ce qu'il ne puisse pas réagir avec les groupes hydrogène actif du composant hydroxyle, tel qu'un polyol. Le groupe bloquant est enlevé du groupe isocyanate par chauffage à une température élevée, ce qui permet au groupe isocyanate exposé de réagir avec un groupe hydroxyle et de former le polyuréthane. Le polyuréthane formé en utilisant cette procédé est considéré comme un système uréthane isocyanate bloqué. On a découvert que les systèmes uréthane isocyanate bloqué améliorent considérablement la durée de vie en pot et réduisent les problèmes d'environnement. Dans un mode de réalisation, une colle pour utilisation sur des joints de courroie abrasive appliquée comprend un système uréthane isocyanate bloqué. Les agents bloquants possibles comprennent les phénols, les oximes, les alcools, le caprolactame et le malonate de diéthyle. Dans un mode de réalisation, la colle est réticulée en utilisant une amine. Dans un autre mode de réalisation, la colle est réticulée en utilisant un alcool. Une courroie abrasive appliquée est formée en fixant une pluralité de particules abrasives à une première surface d'une couche support. Une couche d'encollage est déposée par-dessus les particules abrasives pour former un abrasif appliqué. L'abrasif appliqué est coupé pour former une bande ayant une première extrémité et une seconde extrémité. Les extrémités de la bande sont assemblées en utilisant une colle comprenant un système uréthane isocyanate bloqué. Brève description des dessins Les objets, caractéristiques et avantages ci-dessus et autres de l'invention apparaîtront ci-après à la lecture de la description plus précise de modes de réalisation préférés de l'invention, tels qu'illustrés sur les dessins joints. Les dessins ne sont pas nécessairement à l'échelle, l'accent étant plutôt mis sur l'illustration des principes de l'invention. La figure 1 montre la variation de la qualité d'un joint de courroie d'un système de joint classique de l'art antérieur avec le vieillissement du système. La figure 2 montre la résistance à la rupture d'un joint de courroie fabriqué selon la présente invention en fonction d'une plage de durées de vieillissement. La figure 3 montre la résistance à la rupture d'un joint de courroie fabriqué selon la présente invention en fonction de l'humidité relative. Description détaillée de l'invention Les abrasifs appliqués comprennent généralement les produits ayant des particules abrasives collées à un support, qui peuvent être utilisés pour user par abrasion ou d'autre manière la surface d'un article sur lequel ils sont appliqués. Le support d'un abrasif appliqué peut être rigide, mais est généralement flexible et comprend généralement une toile de matière, telle que papier, tissu, tampon fibreux, film polymérisé, film vulcanisé, filet métallique, ou une combinaison desdits matériaux ou matériaux similaires. Dans certaines applications, le support comprend initialement une collection de fibres libres auxquelles les particules abrasives sont fixées, avec ou sans autre matériau liant, pour obtenir une toile abrasive entièrement revêtue de particules. La collection de fibres libres et les particules peuvent être comprimées si aucun liant de collage n'est utilisé, ou fixé d'autre manière ou vulcanisé si un liant est utilisé pour former l'abrasif appliqué. Les particules abrasives peuvent généralement être tout matériau ayant l'aptitude à user par abrasion un article de fabrication, et comprennent généralement du sable, du silex, du corindon, des oxydes métalliques tels que l'oxyde d'aluminium, de l'aluminium-zircon, de l'alumine de céramique, du diamant, du carbure de silicium, du grenat, et matériaux similaires. Les particules peuvent être noyées dans ou entremêlées à un matériau liant au moyen duquel lequel elles sont collées à un support. Les particules peuvent être appliquées selon un schéma spécifique, ou réparties au hasard. Le matériau liant est généralement tout matériau approprié pouvant agir pour coller les particules au support et présentant une résistance propre à inverser le processus d'abrasion. Les matériaux liants classiques incluent les résines phénoliques, les colles de peau, les vernis, les résines époxy, les acrylates, les résines urée-formaldéhyde, les résines polyuréthane, les laques, les émaux et n'importe lequel d'une large diversité d'autres matériaux aptes à stabiliser les particules en relation d'adhésion avec le support. En général, le matériau liant est choisi pour assurer un efficacité maximum de l'abrasif appliqué pour la surface d'abrasion envisagée. Il convient de veiller à choisir des matériaux liants pouvant résister au ramollissement et/ou à la combustion dues à la surchauffe tout en assurant l'adhérence adéquate. Les particules peuvent être mélangées au matériau liant, et le mélange déposé sur le support sous une forme uniforme ou façonnée. Il est également possible de revêtir le support avec le matériau liant, et de déposer ensuite les particules sur le matériau. De nombreuses autres formes de supports, matériaux granulaires, matériaux liants, modes de disposition des particules sur le support, mode de collage des particules et similaires, sont connues de l'art antérieur et sont vues comme des variantes considérées comme entrant dans le domaine de la présente invention. Pour former les courroies abrasives appliquées, l'abrasif appliqué est coupé en bandes et épissé par collage. Au cours de la formation de la colle polyuréthane, une réaction de polymérisation se produit entre un groupe isocyanate (-NCO) dans un composé isocyanate et un groupe dans un composant hydroxyle contenant un groupe hydrogène actif, tel qu'un groupe hydroxyle dans un polyol. Le composant isocyanate contient deux ou plus de deux groupes isocyanate et le composant hydroxyle contient deux ou plus de deux groupes hydroxyle. S'il y a trois ou plus de trois groupes isocyanate ou hydroxyle sur un composant, une réticulation est possible entre les chaînes. Des agents de réticulation peuvent être ajoutés pour favoriser la réticulation. Les groupes isocyanate du composant isocyanate sont bloqués, de sorte qu'ils ne peuvent pas réagir avec les groupes hydrogène actif du composant hydroxyle, tel qu'un polyol. Le groupe bloquant est enlevé du groupe isocyanate par chauffage à une température élevée, ce qui permet au groupe isocyanate exposé de réagir avec un groupe hydroxyle. Un système isocyanate bloqué est basé sur la réversibilité des réactions d'addition des isocyanates à des températures élevées. Il est relativement stable à la température ambiante, mais subit lorsqu'il est chauffé une réaction de déblocage, c'est-à-dire le dégagement de l'agent bloquant vers l'isocyanate avant réaction avec un nucléophile, par exemple un alcool ou une amine. L'enchaînement des réactions et illustré comme suit : R et R' représentent les groupes organiques ou chaînes. B représente l'agent bloquant. Certains des agents bloquants utilisés commercialement sont des phénols, des oximes, des alcools, du caprolactame et du malonate de diéthyle. Le choix de l'agent bloquant dépend en partie de sa volatilité et de la température de traitement. Certains des avantages de l'isocyanate bloqué dans les applications pour joints de courroie abrasive appliquée sont sa longue durée de vie en pot et son insensibilité aux niveaux d'humidité de l'air ambiant. Ce qui permet un processus donnant une qualité plus constante du joint de courroie. Un polyuréthane ayant les propriétés physiques adéquates pour une colle de joint de courroie comprend un poids moléculaire élevé. Pour ce faire, un des composants est un prépolymère. Le prépolymère comprend un certain nombre de motifs répétés de chaîne moléculaire, mais comprend également au moins deux groupes réactifs, généralement à la fin d'un polymère substantiellement linéaire. Dans une des deux approches, un prépolymère comprend des groupes isocyanate qui sont bloqués. Le prépolymère isocyanate bloqué est mélangé à un composant hydroxyle et est ensuite chauffé pour enlever les agents bloquants, ce qui permet à la réaction polyuréthane de se poursuivre. Dans une seconde approche, un isocyanate simple, tel qu'un diisocyanate possédant les groupes isocyanate bloqués, est mélangé à un prépolymère possédant des groupes hydroxyle, tel qu'un polyol. Le mélange est chauffé pour enlever l'agent bloquant et former le polyuréthane. Un polyisocyanate bloqué, qui est obtenu en bloquant les groupes isocyanate terminaux d'un polyisocyanate non bloqué dérivé d'un diisocyanate aliphatique et/ou alicyclique avec un agent bloquant, est stable à température ambiante. Mais lorsque le polyisocyanate bloqué est chauffé, les groupes bloquants se dissocient des troupes isocyanates terminaux du polyisocyanate bloqué, et le polyisocyanate débloqué résultant peut servir d'agent de traitement pour un polyol. La composition polyuréthane peut comprendre un polyol comme agent principal et le polyisocyanate bloqué comme agent de traitement, et peut fournir une colle ayant d'excellentes propriétés telle que résistance chimique, flexibilité, et tenue aux intempéries. Le choix des agents bloquants inclut le phénol, le crésol, l'acéto acétate d'éthyle, le malonate de diéthyle, et le butanone oxime. Les températures de déblocage vont de 100 à 180 C selon l'agent bloquant spécifique et la formulation. Le polyisocyanate peut comprendre un diisocyanate sélectionné dans un groupe consistant en un diisocyanate aliphatique et un diisocyanate alicyclique. Comme diisocyanate aliphatique convient un diisocyanate aliphatique C4-C30, et comme diisocyanate alicyclique convient un diisocyanate alicyclique C8-C30. Au nombre des exemples de diisocyanates figurent le tetraméthylène-1,4-diisocyanate, le pentaméthylène-1,5-diiosocyanate, le diisocyanate d'hexaméthylène, le 2,2,4-triméthylhexaméthylène-1,6-diisocyanate, le diisocyanate de lysine, le diisocyanate d'isophorone, le 1 ,3-bis(isocyanatométhyl)-cyclohexane et le diisocyanate 4,4'-dicyclohexylméthane. Parmi eux, le diisocyanate d'hexaméthylène et le diisocyanate d'isophorone sont des exemples appropriés. Les diisocyanates mentionnés ci-dessus peuvent être utilisés individuellement ou combinés. Au nombre des exemples de polyols figurent les polyols de polyéther obtenus par addition-liaison d'au moins un oxyde organique sélectionné dans le groupe composé d'oxydes d'alkylène (comme l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, t'oxyde de butylène et l'oxyde de cyclohexane) et d'oxydes de phénylalkylène (comme l'oxyde de styrène et l'oxyde de phénylpropylène) à un des composés polyhydroxy mentionnés ci-dessus en présence d'un fort catalyseur de base (tel que les hydroxydes de lithium, de sodium et de potassium : les alcoolates ; et les alkylamines) ; les polyols de polyéther obtenus en faisant réagir des composés multifonctions comme l'éthylène-diamine, avec un oxyde d'alkylène : et les polyols polymériques obtenus par polymérisation d'acrylamide ou composé similaire en utilisant les polyéthers mentionnés ci-dessus comme agent de réaction. Au nombre des exemples de polyols de polyester figurent les résines de polyol de polyester obtenues par une réaction de condensation d'au moins un diacide organique (sélectionné à partir d'acide succinique, d'acide adipique, d'acide sébacique, d'acide dimérisé, d'anhydride maléique, d'anhydride phtalique, d'acide isophtalique et d'acide téréphtalique) avec au moins un alcool polyhydrique (sélectionné à partir d'éthylène glycol, de propylène glycol, de diéthylène glycol, de néopentyle glycol, de triméthylolpropane et de glycérine) ;: et les polyols de polycaprolactame, qui sont obtenus en utilisant la polyaddition d'ouverture de cycle d'a-caprolactames avec un alcool polyhydrique. Au nombre des polyols époxy figurent les polyols époxy de type novolaque, de type ss-méthylepichlorohydrine, de type oxyrane cyclique, de type éther glycidyle, de type éther de glycol, de type composé non saturé aliphatique époxidé, de type ester d'acide gras époxidé, de type ester polycarboxylique, de type aminoglycidyle, de type composé halogéné époxidé, et de type résorcine. Les polyols mentionnés ci-dessus présentent de préférence un poids moléculaire moyen de 500 à 5 000. Les polyols mentionnés ci-dessus peuvent être utilisés individuellement ou combinés. En outre, les polyols mentionnés ci-dessus peuvent être modifiés à l'uréthane avant utilisation. Au nombre des exemples d'agents de traitement figurent les amines aromatiques, comme le p,p'-méthylène dialyne (MDA), le 4,4'-méthylène-bis- (2-chloroaniline) (MOCA), l'Ethacure-100-(diéthyltoluénediamine), -220,-300 ou autres amines de structure similaire. Des polyols comme le triméthylol propane (TMP), les glycols de diverses structures, les polyols aromatiques, peuvent être ajoutés à famine aromatique comme agent de co-traitement pour le prépolymère polyuréthane bloqué. Le rapport-NCO/-OH se situe dans la gamme entre environ 0,9 et 1,1. Dans un mode de réalisation préféré, le rapport est environ de un. Pour ce qui concerne le polyisocyanate bloqué, qui a été utilisé comme agent de traitement pour une composition polyuréthane monocomposant, la composition est chauffée à des températures élevées, comme 120 C, pour libérer l'agent bloquant des groupes isocyanates terminaux du polyisocyanate bloqué pour que le polyisocyanate fonctionne comme agent de traitement. Par exemple, lorsqu'une colle est formée par cuisson à partir d'une composition polyuréthane monocomposant comprenant un polyol comme agent principal. et un polyisocyanate bloqué comme agent de traitement, le chauffage peut être effectué à une température située dans la plage d'environ 100 à 200 C. Au nombre des exemples de prépolymères isocyanates bloqués figurent le Desmocap et le Baypret de Bayer, l'Adiprène BL-16 de Uniroyal, et le Catapol d'ARNCO. Ainsi, conformément à la présente invention, une procédé pour former une courroie abrasive appliquée comprend les étapes qui consistent à former un système uréthane isocyanate bloqué en mélangeant un composé isocyanate bloqué à un composant hydroxyle, à assembler les extrémités d'une bande d'abrasif appliqué à l'aide du système uréthane isocyanate bloquée, et à chauffer la bande pour enlever l'agent bloquant du groupe isocyanate et permettre aux groupes isocyanate non bloqués de réagir avec les groupes hydroxyle sur le composant hydroxyle. Dans un mode de réalisation, le premier composant comprend un prépolymère polyuréthane terminé par un isocyanate bloqué et le second composant comprend une polyamine ou un polyol. Dans un autre mode de réalisation, le premier composant comprend un polymère de poids moléculaire élevé contenant une fonctionnalité multi-hydroxyle et le second composant comprend un polyisocyanate bloqué. Les illustrations ci-dessous montrent les avantages de l'utilisation de systèmes de colle de joint de courroie isocyanate bloqué. Exemple 1 La figure 2 présente la résistance de la colle de joint de courroie en fonction d'une plage de durées de vieillissement. Le mélange comprend de l'Adiprène BL-16 (élastomère uréthane avec des sites de traitement isocyanate bloqué) et de l'Ethacure 100 (diéthyltoluènediamine). Le tracé fait clairement apparaître que la résistance à la rupture du joint de courroie n'a pas été affectée par le vieillissement du mélange dans la plage de zéro à 140 heures. Exemple 2 La figure 3 présente la résistance de la colle du joint de courroie en fonction de l'humidité relative. Des échantillons ont été exposés à une humidité relative constante pendant deux jours. L'exposition de la colle de joint de courroie à un environnement humide n'a pas affecté la performance du joint de courroie. Exemple 3 Système comprenant un polyester uréthane (Bayer Desmolco 1976) P5 quatre-vingt-dix parts ; un isocyanate bloqué, à base de TDI (Bayer, BL1265) 6,15 parts ; un catalyseur 0,9 parts ; et du méthyléthyle cétone 0,5 parts. L'agent bloquant utilisé était un caprolactame. La colle a été traitée à 1210C. Deux échantillons ont présenté une résistance moyenne à la rupture de 40,6 kg/pouce pour un mélange frais. Trois échantillons ont présenté une résistance moyenne à la rupture de 40,4 kg/pouce après conservation en pot pendant vingt-quatre heures et traitement à 121 C. Ces données indiquent que la performance de la colle n'est pas affectée par la durée pendant laquelle le système a été conservé en pot. Si cette invention a été plus particulièrement présentée et décrite en référence aux modes de réalisation préférés de l'invention, l'homme de l'art comprendra que diverses modifications de forme et de détail peuvent être apportées sans sortir de la portée de l'invention couverte par les revendications jointes. 1. Courroie abrasive appliquée comprenant : a) une bande d'abrasif appliqué ayant une première portion et une seconde portion ; et b) une colle d'assemblage pour assembler la première portion à la seconde portion pour former la courroie, la colle étant formée à partir d'un système uréthane isocyanate bloqué. 2. Colle selon la revendication 1, le système uréthane isocyanate bloqué comprenant un agent bloquant sélectionné à partir du groupe contenant les phénols, les oximes, les alcools, le caprolactame et le malonate de diéthyle. 3. Colle selon la revendication 1, le système uréthane isocyanate bloqué comprenant une amine. 4. Colle selon la revendication 1, le système uréthane isocyanate bloqué comprenant un alcool. 5. Colle selon la revendication 1, le système uréthane isocyanate bloqué comprenant un polyol. 6. Colle selon la revendication 1, le système uréthane isocyanate bloqué comprenant un prépolymère de poids moléculaire élevé contenant une fonctionnalité hydroxyle. 7. Colle selon la revendication 1, le système uréthane isocyanate bloqué comprenant un prépolymère de poids moléculaire élevé contenant une fonctionnalité isocyanate. 8. Procédé de formation d'une courroie abrasive appliquée, consistant à: a) prévoir une bande abrasive appliquée ayant une première et une seconde extrémités opposées ; et b) assembler les extrémités de la bande avec une colle comprenant un système uréthane isocyanate bloqué. 9. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre l'étape de réticulation de la colle avec une amine. 10. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre l'étape de réticulation de la colle avec un alcool. 11. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre l'étape de réticulation de la colle avec un polyol. 12. Procédé de formation d'une courroie abrasive appliquée consistant à assembler les extrémités de la courroie avec une colle comprenant un système uréthane isocyanate bloqué. 13. Procédé de formation d'une courroie abrasive appliquée, consistant à: a) former un système uréthane isocyanate bloqué qui comprend un prépolymère de polyuréthane terminé par une isocyanate bloqué ; b) assembler les extrémités d'une bande abrasive appliquée avec le système uréthane isocyanate bloqué, et c) chauffer la bande pour traiter le système uréthane isocyanate bloqué pour réticulation de l'isocyanate bloqué avec une polyamine ou un polyol. 14. Procédé de formation d'une courroie abrasive appliquée, consistant à: a) former un système uréthane isocyanate bloqué qui comprend un polyuréthane de poids moléculaire élevé contenant une fonctionnalité hydroxyle : b) assembler les extrémités d'une bande abrasive appliquée avec le système uréthane isocyanate bloqué ; et c) chauffer la bande pour traiter le système uréthane isocyanate bloqué pour réticulation du polyuréthane de poids moléculaire élevé contenant une fonctionnalité hydroxyle avec un polyisocyanate bloqué. 15. Procédé de formation d'une courroie abrasive appliquée, consistant à: a) former un système uréthane isocyanate bloqué en mélangeant un premier composant et un second composant ; b) assembler les extrémités d'une bande abrasive appliquée avec le système uréthane isocyanate bloqué ; et c) chauffer la bande pour traiter le système uréthane isocyanate bloqué. 16. Procédé selon la revendication 15, le premier composant comprenant un prépolymère de polyuréthane terminé par un isocyanate bloqué, et le second composant comprenant une polyamine ou un polyol. 17. Procédé selon la revendication 15, le premier composant un polyuréthane de poids moléculaire élevé contenant une fonctionnalité hydroxyle, et le second composant comprenant un polyisocyanate bloqué.