Brevet FR2950561A1 — publié le 20110401

La présente invention concerne le domaine des feuilles ou plaques en matériau plastique destinées à des applications où les caractéristiques optiques sont importantes telles que des plaques destinées à recevoir une impression notamment par sérigraphie ou bien numérique ou bien des pièces d'aspect dans le domaine automobile. L' invention concerne plus particulièrement une plaque alvéolaire en matériau thermoplastique, notamment une polyoléfine composée de deux couches externes reliées par une couche centrale constituée d'une feuille thermoformée avec des bossages en forme par exemple de cylindres répartis selon un motif régulier en réseau par exemple hexagonal. La conformation particulière de la couche centrale confère à l'ensemble ses propriétés mécaniques, telle que la résistance à la charge ainsi que ses caractéristiques fonctionnelles. Un procédé de fabrication d'une telle plaque, dite à structure à bulles, est décrit dans le brevet WO 2005/105436. Dans le cadre de l'impression sérigraphique et numérique, on trouve les 20 supports suivants : - Plaques en PVC expansé présentant l'avantage d'avoir un aspect lisse, une très bonne opacité ainsi qu'une résistance au feu. Elles présentent cependant les inconvénients principaux d'être de coût élevé, d'avoir une masse volumique relativement élevée et une sensibilité à la rayure. 25 - Plaques en polypropylène alvéolaire double paroi obtenues par extrusion à travers une filière spécifique suivie d'un calibrage. Deux ou une pluralité de parois planes, parallèles sont reliées entre elles par des entretoises longitudinales, ménageant des alvéoles dans le sens de la longueur avec la paroi. Ces plaques ont pour avantage une masse 30 volumique faible, une rigidité élevée dans le sens des entretoises ainsi qu'un coût nettement inférieur à celui du PVC. L'inconvénient principal de ce produit est lié aux retassures à la jonction de l'entretoise et des couches supérieures et inférieures. Ces retassures donnent une surface ayant une certaine rugosité. D'autre part lorsque la plaque imprimée est placée devant 35 une source lumineuse (par exemple dans le cas d'affiches suspendues), les entretoises verticales sont visibles par transparence, d'où un effet de ligne préjudiciable au rendu de l'impression. - Plaques pleines en polypropylène avec pour avantage un aspect homogène une bonne imprimabilité et pour inconvénient, une rigidité plus 40 faible qu'une plaque alvéolaire à masse surfacique équivalente. 2 - Plaques du type à structure à bulles mentionné ci-dessus, en polypropylène et décrites dans la demande de brevet FR08161121.2, qui peuvent remplacer avantageusement les supports en PVC expansé grâce à un bon compromis entre les propriétés de rigidité et d'opacité et un gain de poids de 30 à 50 % par rapport au PVC. Le principal inconvénient de ces dernières plaques réside dans le fait que la couche centrale peut être visible en transparence lorsque la plaque est placée devant une source lumineuse bien que celle-ci comprenne un quantité a priori suffisante d'agent opacifiant. Il a été observé aussi que les bulles pouvaient, sur un matériel décrit par la demande de brevet FR08161121.2, ressortir par effet optique lors d'une impression digitale ou sérigraphique dès lors que la couche d'encre déposée était suffisamment fine. Ces phénomènes s'observent principalement dans le cas des masses surfaciques faibles où l'épaisseur des parois planes est relativement faible. Il est à noter qu'augmenter le taux d'agent opacifiant dans la plaque ne résout pas le problème ; les résultats son limités par la faible épaisseur des couches externes et par ailleurs un taux excessif la fragilise et a un effet défavorable sur l'extrusion. En outre le coût de ces agents est élevé. La présente invention vise à résoudre ces problèmes optiques dans les plaques dites à bulles aussi bien dans le domaine de l'impression que plus généralement dans le domaine des plaques dans lesquelles on a incorporé un agent colorant. On parvient à résoudre ce problème avec, conformément à l'invention, une plaque en matériau thermoplastique comprenant deux feuilles planes externes et une feuille centrale thermoformée avec des bossages sur au moins une face, liée aux deux feuilles planes, la plaque incorporant un agent colorant en quantité suffisante pour la rendre opaque, caractérisée par le fait que l'agent colorant est incorporé pour 80 à 100 % dans les deux feuilles planes externes, lesdites deux feuilles étant opaques et au plus pour 20 % dans la feuille centrale thermoformée, la feuille centrale étant translucide. En répartissant l'agent colorant de manière à rendre la couche centrale invisible, on obtient une plaque d'aspect semblable à celle d'une plaque pleine homogène tout en conservant à la fois ses propriétés mécaniques, avec une rigidité nettement supérieure à masse surfacique équivalente, et 3 une bonne résistance à l'impact du fait de l'effet amortissant de la structure interne et de faible masse volumique, inférieure à 0,4 g/cm3. Dans le cas de l'impression, l'utilisation d'une matière translucide voire transparente en couche interne supprime la perception des bulles par transmission lumineuse ainsi que les problèmes d'aspect après impression sans qu'il soit nécessaire d'utiliser ces opacifiants particuliers. L'agent colorant est le dioxyde de titane (TiO2) celui-ci a également un effet opacifiant. Cet effet peut-être amplifié par l'ajout de poudre d'aluminium. Plus particulièrement la plaque comprend de 2 à 5% de TiO2. Conformément à une autre caractéristique, la plaque en matériau thermoplastique comprend un agent rigidifiant, tel que le talc. L' invention concerne avantageusement un matériau thermoplastique à base de polyoléfine, notamment de polypropylène. Plus particulièrement, le matériau thermoplastique comprend de 30 à 90% de polypropylène copolymère, préférentiellement 40-80% de polypropylène copolymère, et 50% de polypropylène homopolymère. Le polypropylène copolymère peut être séquencé ou statistique. Le grammage de la plaque de l'invention est compris entre 150g/m2 et 4000g/m2, de préférence entre 400g/m2 et 2000g/m2 et plus particulièrement entre 450g/m2 et 900g/m2. La plaque a une épaisseur comprise entre 1 et 12 mm, de préférence comprise entre 2 et 10 mm. Les bossages sont cylindriques ou en forme de dôme, notamment à section circulaire, ovale ou polygonale. Ils ont un diamètre compris entre 3 et 18 mm, de préférence entre 4 et 14 mm. L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'une plaque. Il est caractérisé par le fait que les feuilles externes sont formées par extrusion d'un mélange d'extrusion comprenant : 30 à 90 % de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 40-80% de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, 0 à 50 % de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min ; préférentiellement 5-30 % de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, 1 à 10 % d'un mélange maître contenant un agent colorant, à 30 % d'un mélange maître contenant un agent rigidifiant, o à 5 % d'un mélange maître anti UV, o à 20 % de mélange maître ignifugeant, de préférence 2 à 15 %, 5 contenant de 40 à 90 % de substances actives, de préférence 60 à 80 %. Le mélange d'extrusion comprend de préférence : 5 à 30 % d'un mélange maître contenant un agent rigidifiant avec 40-80 % de talc et 0-20 % de carbonate de calcium, préférentiellement 5 à 20 % de mélange maître avec 50-80 % de talc et 0-10 % de carbonate de calcium, 1 à 10 % d'un mélange maître colorant blanc avec 50-80 % de dioxyde de titane, préférentiellement 2 à 6 % de mélange maître colorant blanc contenant 60 à 75 % de dioxyde de titane, 0 à 5 % de mélange maître anti UV contenant 10-30 % d'amine à encombrement stérique (HALS), Pour ce qui concerne la couche centrale, celle-ci est formée par extrusion d'un mélange d'extrusion comprenant : 30à 100 % de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité à 230°C û 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min, préférentiellement 60-90% de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, o à 70 % de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité à 230°C û 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min, préférentiellement 5-50 % de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 mn, o à 20 % de mélange maître comprenant 40-80 % de talc et 0-20% de carbonate de calcium ; préférentiellement 5 à 10 % de mélange maître comprenant 50-80% de talc et 0-10% de carbonate de calcium, o à 20% de mélange maître ignifugeant, de préférence 2 à 15%, contenant de 40 à 90% de substances actives, de préférence 60 à 80%. La présente demande vise à couvrir également l'utilisation d'une plaque en 35 tant que plaque support d'impression sérigraphique ou numérique ou encore comme plaque dite d'aspect dans le domaine automobile. D'autres avantages et caractéristiques sont présentés avec la description qui suit de la plaque et du procédé selon l'invention se référant à la figure 40 unique annexée représentant un exemple de feuille à structure à bulles, La structure de feuille ou plaque à bulles de la figure 1 est composée de trois souches 2, 4, 6. Une couche centrale 4 prise en sandwich entre deux couches 2 et 6 externes de couverture, une couche 6, ici sur la figure, inférieure et une couche supérieure. Ces dernières sont planes et liées par une face à la couche centrale. La couche 4 est gaufrée et présente des bossages 4B selon un motif répétitif de préférence régulier. Les couches sont représentées de même épaisseur mais elles peuvent être différentes. Les bossages sont ici cylindriques droits à section, parallèle à la couche inférieure, circulaire, ovale ou autre. Les bossages sont répartis de façon hexagonale sur la couche 4 leur nombre variant en fonction de leur diamètre. Par exemple la densité de bossages par m2 varie entre 30 000 et 40 000 pour des bossages cylindriques de 4 mm de diamètre et entre 10000 et 20000 pour des bossages de 8 mm de diamètre. La hauteur de bossages est variable et dépend du diamètre de ces derniers, la hauteur étant par exemple de 2,6 mm pour un diamètre de 4 mm et de 4,5 mm pour un diamètre de 8 mm. Selon d'autres formes de réalisation non représentées, les bossages sont tronconiques ou en forme de dôme. De préférence, la couche centrale 4 présente des bossages 4B s'étendant sur 20 un seul côté mais la couche centrale peut être gaufrée différemment selon un motif symétrique par exemple. La couche inférieure 6 est constituée d'une couche 60 liée à la couche centrale par un liant approprié 61. Ce liant peut être un matériau à 25 activation thermique. La couche supérieure 2 est constituée d'une couche 20 liée à la couche centrale par le sommet des bossages 4B de cette dernière par un liant approprié 21. Comme pour la couche inférieure ce liant peut être un 30 matériau à activation thermique. Sur cet exemple la couche 4 est simple mais elle peut aussi comprendre une couche 40 revêtue de couches de liant ; ces dernières participent à la liaison avec les couches supérieure et inférieure. 35 Un procédé de fabrication convenant à la réalisation de la plaque à bulles est décrit dans la demande de brevet WO 2005/105436. Le mélange de matière thermoplastique pour chacune des feuilles est extrudé au travers de têtes d'extrusion qui délivrent trois films. Immédiatement en aval des têtes d'extrusion, les films sont calandrée entre des cylindres de calandrage de 40 façon à calibrer leur épaisseur et à assurer un état des surfaces extérieures tel que souhaité. Le procédé comprend ensuite globalement les étapes de calandrage des trois films. Un des films est thermoformé sur un cylindre de gaufrage présentant des reliefs correspondant aux bossages à obtenir. Les trois couches sont ensuite assemblées par soudage pour former la plaque. Un liant coextrudé sur chacune des couches permet de réaliser la soudure sans ramollir la structure des films. Les plaques ainsi réalisées sont caractérisées pour les applications envisagées : - par un poids par m2 compris entre 150 g/m2 et 4000 kg/m2, de façon 10 préférentielle entre 400 et 2000 g/m2 et plus particulièrement entre 450 et 900g/m2, - par une épaisseur comprise entre 1 à 20 mm et de façon préférentielle 2.0 à 10 mm, - par un diamètre de bulle de 3 à 18 mm et de façon préférentielle 4 à 14 15 mm, - une masse volumique inférieure à 0,4 g/cm3. Conformément à l'invention, on a réparti l'agent colorant ici un agent opacifiant entre les deux couches externes, la couche centrale n'en 20 comprenant pas. Conformément à un mode préféré de réalisation pour une application comme plaque d'impression, la composition des mélanges de matériaux d'extrusion des couches externes contient : 25- 30 à 90% de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité à 230°C û 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 40-80% de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, - 0 à 70% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité à 30 230°C û 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 5-50% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 mn, - 5 à 30 % de mélange maître comprenant 40-80% de talc et 0-20% de carbonate de calcium. Préférentiellement 5 à 20 % de mélange maître 35 comprenant 50-80 % de talc et 0-10 % de carbonate de calcium, - 1 à 10 % de mélange maître colorant blanc contenant 50-80% de dioxyde de titane ; préférentiellement 2 à 6% de mélange maître colorant blanc contenant 60 à 75 % de dioxyde de titane, - 0 à 5% de mélange maître anti UV contenant 10-30% d'amine à 40 encombrement stérique (HALS). Préférentiellement 0 à 5% de mélange 7 maître anti UV contenant 10-30% d'amine à encombrement stérique (HALS), 0 à 20% de mélange maître ignifugeant, de préférence 2 à 15 %, contenant de 40 à 90% de substances actives, de préférence 60 à 80 %. La composition du matériau d'extrusion pour la couche centrale contient : - 30 à 100% de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 60- 90% de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, - 0 à 70% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2.16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 5-50% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, - 0 à 20 % de mélange maître comprenant 40-80% de talc et 0-20% de carbonate de calcium ; préférentiellement 5 à 10 % de mélange maître comprenant 50-80% de talc et 0-10% de carbonate de calcium, - 0 à 20% de mélange maître ignifugeant, de préférence 2 à 15%, contenant de 40 à 90 % de substances actives, de préférence 60 à 80 %. La répartition des différentes couches est commandée par le débit matière: Le débit de matière de la couche supérieure représente 20-50% du débit total, préférentiellement 30-45%. Le débit de matière de la couche centrale représente 15-50% du débit total, préférentiellement 20-40%. Le débit de matière de la couche inférieure représente 20-50% du débit total, préférentiellement 30-45%. Les couches sont soudées entre-elles grâce à un liant coextrudé constitué de polypropylène terpolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2,16 kg compris entre 1 et 15 g/10 min. Préférentiellement entre 3 et 10 g/10 min. On a réalisé deux plaques selon l'invention. • Exemple 1 : Plaque ayant une masse au m2 de 600 g. 40 Diamètre de bulle de 4 mm.35 Composition des couches externes : 65 % PP copolymère bloc (Indice de fluidité = 3.5 g/10 min) 10 % PP homopolymère (Indice de fluidité = 5g/10 min) 5 20 % Mélange maître comprenant 60% de talc. % Mélange maître blanc comprenant 75% de dioxyde de titane. Composition de la couche centrale : 100 % PP copolymère bloc (Indice de fluidité = 3.5 g/10 min). Répartition des couches en poids : Couche supérieure/couche centrale/couche inférieure = 38/22/40 • Exemple 2 : Plaque ayant une masse au m2 de 900 g. 20 Diamètre de bulle 4 mm. Composition des couches externes : 62 % PP copolymère bloc (Indice de fluidité = 3.5 g/10 min), 25 10 % PP homopolymère (Indice de fluidité = 5g/10 min), 20 % Mélange maître comprenant 60% de talc, 6% Mélange maître blanc contenant 60% de dioxyde de titane, 2% Mélange maître anti UV contenant 20% de HALS. 30 Composition de la couche centrale : 100 % PP copolymère bloc (Indice de fluidité = 3.5 g/10 min) Répartition des couches en poids : Couche supérieure/couche centrale/couche inférieure = 36/22/42. 35 Propriétés : 40 5 10 On a mesuré les propriétés des deux plaques ci-dessus et on les a comparées à celles de plaques de l'art antérieur : Une plaque à bulles standard, une plaque alvéolaire à double paroi et une plaque pleine. Mesures de transmission lumineuse selon la norme DIN 5036 - ASTM D 1003 - 61 Exemple Plaque à bulles Plaque Plaque 1 standard double pleine paroi Epaisseur (mm) 2.6 2.6 3.5 0.6 Masse au m2 (g) 600 600 600 590 Masse volumique 0.23 0.23 0.17 0.98 (g/cm3) Composition PP copo 70.3 PP copo PP copo PP Homo 10 56.7 94 PP +Talc 16.4 PP Homo MM MM colorant 20 colorant 6 3.3 PP +Talc Répartition : 20 36/30/34 MM colorant 3.3 Taux global de 2.9 2.5 2.5 4.5 pigment blanc (Dioxyde de titane) (%) Taux global de 9.4 9.8 12.0 0 charge minérale (Talc) (%) Transmission 5.8 7.2 10.3 6.6 lumineuse (%) 15 Exemple 2 Plaque à bulle Plaque pleine standard Epaisseur (mm) 3.0 3.2 1.0 Masse au m2 (g) 900 900 960 Masse volumique (g/cm3) 0.30 0.28 0.96 Composition PP copo 70.3 PP copo 95 PP Homo 10.0 MM colorant PP+Talc 1 10.0 5 MM colorant 6.0 Répartition 38/27/35 Taux global de pigment 2.8 3.6 3.0 blanc (Dioxyde de titane) (%) Taux global de charge 9.4 6.0 0 minérale (Talc) (%) Transmission lumineuse 1.6 2.4 4.7 (%) On obtient une opacité supérieure à celle des autres produits tout en ayant un taux de colorant équivalent voire inférieur. Mesure de rigidité selon la norme ISO 178 (*) : Exemple 1 Plaque Exemple 2 Plaque pleine pleine Epaisseur (mm) 2.6 0.6 3.0 1.0 Masse au m2 (g) 600 590 900 960 Masse volumique 0.23 0.98 0.30 0.96 (g/cm3) Rigidité en flexion 1.75 0.04 3.50 0.21 (N/mm) Rupture en flexion 7.4 0.75 26.1 4.3 (N) 10 (*) : Dimensions des éprouvettes : 150*40 mm, distance entre appuis : 100 mm, vitesse de test : 5 mm/mn (rigidité) et 300 mm/mn (rupture).5 Résistance à l'impact : Teste : détermination de la hauteur de casse lors de la chute d'un dard cylindrique (diamètre 16 mm- masse : 370 g) sur un échantillon placé sur 5 un support cylindrique (diamètre 220 mm, hauteur 100 mm) Exemple 1 Plaque à Plaque bulle double standard paroi Epaisseur (mm) 2.6 3.2 3.5 Masse au m2 (g) 600 900 600 Masse volumique (g/cm3) 0.23 0.28 0.17 Hauteur de casse à 23°C 110 60 50 (cm) 11 Revendications1. Plaque en matériau thermoplastique comprenant deux feuilles planes externes et une feuille centrale thermoformée avec des bossages sur au moins une face, liée aux deux feuilles planes, la plaque incorporant un agent colorant en quantité suffisante pour la rendre opaque, caractérisée par le fait que l'agent colorant est incorporé pour 80 à 100 % dans les deux feuilles planes externes, les deux feuilles externes étant opaques et au plus pour 20% dans la feuille centrale thermoformée, la feuille centrale étant translucide. 2. Plaque en matériau thermoplastique selon la revendication précédente dont l'agent colorant est un agent avec un effet opacifiant tel que TiO2 ou TiO2 avec ajout d'aluminium. 3. Plaque en matériau thermoplastique selon la revendication précédente comprenant de 2 à 5 % de TiO2. 4. Plaque en matériau thermoplastique selon l'une des revendications précédentes comprenant un agent rigidifiant, tel que le talc. 5. Plaque en matériau thermoplastique selon l'une des revendications précédentes dont le matériau thermoplastique est à base de polyoléfine, notamment de polypropylène. 6. Plaque en matériau thermoplastique selon la revendication précédente dont le matériau thermoplastique comprend de 30 à 90 % de polypropylène copolymère, préférentiellement 40-80 % de polypropylène copolymère, et 50 % de polypropylène homopolymère. 7. Plaque en matériau thermoplastique selon l'une des revendications précédentes dont le grammage est compris entre 400g/m2 et 2000g/m2 et plus particulièrement entre 450g/m2 et 900g/m2. 8. plaque en matériau thermoplastique selon l'une des revendications précédentes dont la masse volumique est inférieure à 0,4g/cm3. 9. Plaque en matériau thermoplastique selon l'une des revendications précédentes dont les bossages sont cylindriques ou en forme de dôme, notamment à section circulaire, ovale ou polygonale. 10.Procédé de fabrication d'une plaque selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que les feuilles externes sont formées par extrusion d'un mélange d'extrusion comprenant : 30 à 90 % de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2.16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 40-80 % de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, o à 70% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2.16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min. Préférentiellement 5-50% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, 1 à 10 % d'un mélange maître contenant un agent colorant, 5 à 30 % d'un mélange maître contenant un agent rigidifiant, o à 5 % d'un mélange maître anti UV, o à 20 % de mélange maître ignifugeant. 11.Procédé selon la revendication précédente pour la fabrication d'une plaque d'impression selon lequel le mélange d'extrusion comprend : 5 à 30 % d'un mélange maître contenant un agent rigidifiant avec 40-80% de talc et 0-20 % de carbonate de calcium, préférentiellement 5 à 20 % de mélange maître avec 50-80 % de talc et 0-10% de carbonate de calcium, 1 à 10 % d'un mélange maître colorant blanc avec 50-80 % de dioxyde de titane, préférentiellement 2 à 6 % de mélange maître colorant blanc contenant 60 à 75 % de dioxyde de titane, 0 à 5 % de mélange maître anti UV contenant 10-30 % d'amine à encombrement stérique (HALS), 12.Procédé selon l'une des revendications 10 et 11 selon lequel la couche centrale est formée par extrusion d'un mélange d'extrusion comprenant : 30à 100 % de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min, préférentiellement 60-90 % de polypropylène copolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, 0 à 70% de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité à 230°C ù 2,16 kg compris entre 1 et 12 g/10 min,préférentiellement 5-50 % de polypropylène homopolymère ayant un indice de fluidité compris entre 3 et 8 g/10 min, o à 20 % de mélange maître comprenant 40-80 % de talc et 0-20 % de carbonate de calcium ; p référentiellement 5 à 10 % de mélange maître comprenant 50-80 % de talc et 0-10 % de carbonate de calcium. 13. Utilisation d'une plaque selon l'une des revendications 1 à 9 ou obtenue selon le procédé d'une revendication 10 à 12 en tant que 10 plaque support d'impression sérigraphique ou numérique. 14.Utilisation d'une plaque selon l'une des revendications 1 à 9 comme plaque dite d'aspect dans le domaine automobile.