<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
PrOCtd et Instal, rt-*Lon pour rev&tir superficiellement un objet d'une nptiére rrticul&ire.
EMI1.2
La pr.-¯nte invention se rapporte à des 5urf<;c's p revêtement m tallist, un procède et à une installation
EMI1.3
Remettant de les obtenir.
EMI1.4
Jusque présent) on a obtenu des objets !1étalltsls et, en particulier, des produits d'emballage .::tl3isés, en le.:r.1- nant une feuil3c à à surface Foproprie-esur une me,.tire de support telle que le papier, Bien que ce type de produit ait f;t4 SE!- tinff-ipfnt pour cp nonbreuses E-f'p11Mtions, il est reletivemt!nt on>'re x à pr-'sarer et, si on désire incorporer de la couleur dans 3 surf? ce, il est rncess. re ip procéder v. des stades de trai- t6:'f't U1j:Ü''''r.lentr'il'es dans l'opra.tion de coloration.
<Desc/Clms Page number 2>
On a également proposé, dans les techniques anté- rieures, de former des surfaces métallisées et, en particulier, des papiers métallisés en revêtant la surface de poudres métal- liques ou de pigmente dits "de foliation métallique" en suspen- sion dans un liquide, ou en permettant la sédimentation de poudres métalliques ou de pigments de foliation (leafing) dans un liant liquide déposé sur la surface de l'article. Beaucoup de ces procédés nécessitent de recourir à des stades de polissage, d'alignement de la poudre ou du pigment, ou autres, pour comma- niquer l'éclat nécessaire à la surface finie.
Ces papiers métallisés peuvent être sujets à d'importantes craquelures lorsqu'on les courbe ou les plie, craquelures semblant dues à la nature de la surface métallisée. En outre, la quantité de poudre métallique nécessaire pour remplir le liquide est relativement élevée, ce qui donne un revêtement épais* On ne pensé pas qu'aucun des procédés faisant appel à la combi- naison d'une poudre métallique dans un liquide ait abouti à des produits acceptables industriellement, en particulier lorsqu'il s'agit d'emballage ou de conditionnement décoratif.
Un procédé développé plus récemment fait appel à l'application directe d'un revêtement métallique au moyen de procédés bien connus de dépôt sous vide. Le procédé est onéreux et ne se prête pas à une opération de revêtement en continu, en raison de la nécessité d'opérer tous vide.
D'après la description ci-dessus des techniques antérieures, on peut se rendre compte que chacun des procédés antérieurs de métallisé tion des surfaces présente un ou plusieurs défauts. Parai ces défauts, on peut citer la nécessité de procéder à un grand nombre de stades de trai- tement, d'utiliser une quantité relativement élevée de poudre métallique, d'utiliser une installation onéreuse, la difficulté d'adapter le procédé à un fonctionnement en
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
continu et la difficulté à former une surface non suscep" tible de donner des craquelures lorsqu'on la plie ou la froisse.
Il existe une grosse demande, dans le domaine des emballages décoratifs, dans le domaine du conditionnement des petits articles et des produits alimentaires - en pare
EMI3.2
tîeulier du pain, etc..... et dans le domaine de l'isolement thermique, pour un produit métallisé flexible qui puisse
EMI3.3
être manipulé, imprimé, collé et utilisé d'autres sanllres sans présenter de craquelures ou sans que soit affecté l'aspect général du produit métallisé.
Il faut qu'un tel produit métallisé soit bon marché, agréable à regarder et d'un* nature telle que l'on puisse facilement faire varier son
EMI3.4
aspect, par exemple le colorer, le pointiller, la strier, Oteop En outre, il faut qu'il adhère bien au support sur lequel $1 1 déposé, qu'il soit flexible et capable d'être courbé, plié ou froissé sans présenter de façon sensible des marques indési- rables et, de préférence, pour certaines applications, sans témoigner d'une augmentation notable dans la transmission de vapeur due à l'humidité ou dans la transmission des gaz.
Pour certaines applications, il serait également désirable de disposer d'un papier d'emballage métallisé ayant d'autres pre-
EMI3.5
priétés, par exemple, pouvant être collé par la chaleur* rd4t4m tant aux graisses, etc... Enfin, il serait désirable de dis- poser d'un procédé permettant l'utilisation d'une large Sumo
EMI3.6
de poudres métalliques ou autres matières particulaire pppqk priées, absorbables sous forme de poudre dans des limite 4t.t\.'r ducs, pour obtenir des articles métallisés ayant des pjropyidt , très étendues.
EMI3.7
Eu è-ard è ce qui précède, l'invention fournit un procédé de rev3to¯ent ta icrf4-ciol d'un objet a l'aide d$r4-lo matière par titulaire, .a.. ii v2 surface ecsprcncnt une :à ..a, r.' thermoplastique brille'''- ayant, une viscosité Eroolrfield eu moins 4,- .,,ale à lOCO CC:lt. OiSC5 il 3..;
C, ledit procéda étroit
<Desc/Clms Page number 4>
caractérisé en ce que l'on applique sur ladite surface, tandis qu'elle est à son état normal solide et non collant, une matière particulaire finement divisée, jusqu'à ce qu'au moins 10 % de ladite surface soit à peu près uniformément recouverte par ladite matière particulaire, on convertit ensuite ladite surface, par la chaleur, en un liquide très visqueux servant de support à ladite matière particulaire sur presque toute la surface externe, et on reconvertit ladite surface, en la refroi- dissant, audit état normal solide et non collant, grâce à quoi ladite matière a, comme support,
ladite surface et y adhère fermement de façon à présenter une surface très agréable à voix.
Lorsque le produit obtenu par mise en oeuvre du procédé est utilisé dans le domaine de l'emballage décoratif, on peut ne recouvrir qu'aussi peu que 10 % de la pellicule avec la poudre métallique finement divisée qui peut se présenter tous forme de paillettes. De préférence, il faut recouvrir de 20 à 40 % de la surface de la pellicule avec la poudre métallique répartie de façon à peu près uniforme, de façon à exposer, dans l'objet fini, une majeure portion de la surface thermoplastique et à communiquer au produit, grâce à cela, des caractéristiques de brillant extrême.
Lorsqu'on procède à un stade de calandrage, une fois la poudre appliquée sur la pellicule, il est possible d'obtenir des surfaces fortement réfléchissantes, utilisables dans le domaine de l'isolement thermique, en utilisant une quantité relativement faible de poudre métallique, c'est-à-dire la quantité suffisante pour ne recouvrir que 15 à 20 % de la surface de la pellicule au mement du dépôt du métal. En l'absence du stade de calandrage, il y a dépôt des partie .'les métalliques à la surface de la pellicule de liaison there- plastique et brillante sens que les particules pénètren de façon notable dans la pellicule.
Lorsqu'il est désirar cene c'est le cas dans certaines applications, d'avoir une s', face
<Desc/Clms Page number 5>
extrêmement lisse, fortement réfléchissante, et pouvant suppor- ter un mince revêtement protecteur transparent sans perdre aucune de ses caractéristiques superficielles, on peut forcer les parti- cules métalliques, grâce au stade de calandrage, à pénétrer dans la pellicule de façon à ce qu'essentiellement la totalité des faces supérieures des particules se trouvent être au même niveau que la surface de la pellicule. Le stade de calandrage sert a aplatir les particules métalliques, semblent ainsi augmen- ter leur surface visible et permettant l'utilisation d'une petite quantité de particules métalliques pour obtenir un revêtement superficiel semblant être continu, à l'observation visuelle.
Que l'on procède ou non au stade de calandrage, on peut intro- duire de la couleur en utilisant une pellicule colorée ou en utilisant une matière particulaire colorée, comprenant, de pré- férence, une poudre métallique. Si l'objet ou article à munir d'un revêtement superficiel a une surface faite d'une matière thermoplastique appropriée, il est bien évident que l'on peut appliquer la matière particulaire directement sur la surface de l'objet.
Grâce aux procédés que l'on décrira ci-dessous de façon plus détaillée, on peut arriver à des finis agréables à l'oeil, allant d'une surface métallique très brillante, uti- lisable à des fins décoratives, à un aspect mat et chaud, sans qu'il soit essentiel de polir ou lustrer la surface, ou de recourir à des stades supplémentaires pour introduire tout un choix de matières colorantes. La quantité de poudre déposée peut varier dans de larges limites, comme décrit ci-dessous, donnant ainsi à l'article métallisé une très large gamme de propriétés.
Pour arriver à obtenir un objet métallisé et, en particulier, une feuille de papier métallisée utilisable à dès fins telles que le conditionnement des produits alimentaires
<Desc/Clms Page number 6>
OU des petits Objet , l'emballage décoratif, etc.. on a trouvé qu'il était nécessaire d'utiliser une matière thermoplastique jouant le rôle d'une pellicule ou d'un revêtement de liaison, qui soit à la fois résistante et flexible. C'est ainsi qu'il faut que la matière ait un poids moléculaire relativement élevé, de façon à communiquer la solidité nécessaire, et, de préférence, ait une résistance à la traction mesurable et, de préférence éga- lement, ait un degré d'allongement mesurable.
Comme, en fait, le poids moléculaire des matières utilisées pour former des pellicules et ayant le degré de résistance désire varie d'une matière à l'autre et, en outre, comme il n'est pas facile de déterminer le poids moléculaire, la résistance en ce qui concerne l'invention est définie par la ,viscosité à une température donnée de la matière thermoplastique utilisée pour former une pellicule.
La température choisie pour l'évaluation de la pellicule servant de liant pour la mise en oeuvre de l'invention est 149*C et, pour qu'une matière thermo- plastique puisse être appropriée pour former la pellicule de liaison entre la surface du support et la poudre métallique, il faut qu'elle ait une viscosité d'au moins 1000 centipoises à 149*C (Brookfield - vitesse de broche de 20 tours/minute).
Avantageusement, la matière thermoplastique peut avoir une viscosité d'au moins 3000 centipoises à 149*C car le revê- tement métallisé est d'autant meilleur que la viscosité de la ratière est plus élevée. La nécessité d'une viscosité élevée à haute température est également dictée par le fait que, lorsque la pellicule est chauffée pour lier la poudre métal- lique, la pellicule sert de support à la poudre de façon à prévenir toute pénétration notable de la poudre dans la pellicule.
La propriété de flexibilité peut être considérée comme étant en relation avec la résistance à la traction et,
<Desc/Clms Page number 7>
jusqu'à un certain point, avec le degré d'allongement de
EMI7.1
la matière thermoplastique utilisée pour former une pellin cule.
On décrit, en outre, le liant thermoplastique selon l'invention, comme un liant ayant une résistance à la
EMI7.2
traction mesurable, c'est-à-dire au moins égale à 7 kg/2. telle que mesurée selon le procédé indiqué dans l'essai ASTM D-882-49T. On peut définir une résistance à la trac-
EMI7.3
tion préférée comme étant égale ou supérieure à 70 kg/cm 29, Bien que l'on ait trouvé satisfaisants des liant?
EMI7.4
thermoplastiques n'ayant pas ou ayant un faible degré 43'a. longèrent, il est préférable d'utiliser des matières ther-
EMI7.5
mopl&stlques ayant un degré d'allongement au moins m6rJb, par exemple d'au moins 10 à 20 %.
Une matière thermoplastique de liaison doit éga- lement posséder d'autres caractéristiques générales, parmi lesquelles on peut citer l'aptitude à être appliquée sous
EMI7.6
torme d"une pellicule continue à l'état très brillant. 0$ montrera, dans la description ci-dessous, que l'éclat de la surface métallisée finale est en relation avec le degré de brillant de la pellicule initiale formant liant, telle qu'elle est appliquée sur la surface du support. En outre,
EMI7.7
le liant thermoplastique doit être une matière pouvait ette appliquée de façon à bien adhérer au support.
Le liant thermoplastique peut également posséder d'autres caractéristiques désirables rendant l'objet déce-
EMI7.8
ratif fini et, en particulier., le papier métallisé, propro à un certain nombre d'applications. Ces caractéristiques supplémentaires réalisables comprennent., mais ne sont pas limitées à, une aptitude à être coloré, une faible transe-
EMI7.9
mission de la vapeur foreuie par l'humidité, une faible perméabilité cas C"3 une résistance aux graisses, une aptitude à tr0 collé par la chaleur, et à se déposer fne,.
<Desc/Clms Page number 8>
lement sur le support sous la forme d'une fine pellicule.
Il est évident, pour les spécialistes, que, par le choix approprié du liant thermoplastique, on peut donner à l'ar- ticle métallisé final des caractéristiques physiques dési- rées et déterminées à l'avance. Par exemple, l'utilisation d'une pellicule de polyéthylène a pour résultat l'obtention d'un papier que l'on peut coller par la chaleur, présentant une très faible transmission de la vapeur due à l'humidité, ayant une bonne résistance à la traction et, par là, constituant un bon papier métallisé pour l'emballage des produits alimentaires.
Le liant thermoplastique peut également contenir des modificateurs connus pour donner à la pellicule thermo- plastique certaines caractéristiques désirées* Par exemple, ils peuvent contenir des agents collants, plastifiants, etc.
Il s'agit là de modificateurs couramment utilisés avec les diverses pellicules thermoplastiques et connus des spécia- listes de la technique des formules de composition des ma- tières plastiques.
En ce qui concerne la mise en oeuvre de l'inven- tion, on a trouvé qu'il existait une grande variété de matières thermoplastiques appropriées possédant les carac- téristiques indiquées pour la pellicule. Parmi les matières thermoplastiques utilisables pour la mise en oeuvre de l'in- vention, on peut citer le polyéthylène, les dérivés acry- liques, les polyamides, les butyrals polyvinyliques, les formals polyvinyliques, les acétates de polyvinyle ainsi que leurs copolymères avec le chlorure de vinyle, l'éthyl cellulose, le styrène ainsi que ses copelymères avec le butadiène etc..
On commait, dans la technique, un certain nombre de manières d'appliquer des pellicules minces de ces ma-
<Desc/Clms Page number 9>
tières thermoplastiques de liaison sur la surface d'un support. Ces méthodes comprennent le revêtement à chaud & l'état fondu, le calandrage, l'extrusion et le revêtement à partir d'un solvant ou d'une dispersion. Le mot "revête- ment , tel qu'on l'utilise dans la description en désignant la pellicule de matière thermoplastique de liaison sur le support, comprend les pellicules appliquées selon n'importe lesquels de ces procédés ainsi que selon d'autres procédés d'application connus.
Le type de pellicule de liaison choisi dépend de l'utilisation finale en vue, le liant choisi étant appliqué sur le support selon un procédé connu pour être approprié pour cette matière.
On a trouvé que l'éclat de l'objet métallisé fini est en relation directe avec le degré d'éclat de la pelli- cule thermoplastique de liaison initialement déposée sur la surface. On connaît, d 1a technique, un certain nom- bre de procédés pour déposer de minces pellicules de ces matières thermoplastiques ayant des degrés d'éclat varia- bles. Par exemple, si la matière tehermeplastique doit être déposée sous forme de revêtement à chaud à l'état fondu, on peut faire passer le support, une fois muni de son revê- tement, sur une barre chaude de lissage, alors que la pel- licule est encore à l'état fondu, ce qui donne un grand éclat. A titre d'exemples non limitatifs d'autres procédés d'obtention d'une pellicule ayant de l'éclat, on peut citer le calandrage, le refroidissement rapide, etc..
Le choix de la matière de liaison joue également sur le degré final de l'éclat que l'on peut atteindra. On évalue facilement, et classiquement, le degré de l'éclat par des moyens visuels.
L'épaisseur de la pellicule sur la surface n'est pas critique, tant qu'il s'agit essentiellement d'une pel- licule continue et, de préférence, sans particules de sup-
<Desc/Clms Page number 10>
port faisant saillie à travers elle. Par exemple, des pel- licules dont l'épaisseur n'est pas supérieure à 0,00254 mm sont satisfaisantes, à condition de pouvoir être déposées sur la surface de façon économique. Bien que l'on définisse normalement les pellicules comme ayant des épaisseurs pou- vant aller jusqu'à 0,254 mm environ, il ne faut pas consi- dérer cette valeur comme une limite supérieure.
Toutefois, pour des raisons pratiques, on a trouvé que des pellicules de 0,0127 à 0,0508 mm d'épaisseur étaient très satisfaisan- tes. D'une façon générale, lorsque la flexibilité de l'ar- ticle métallisé fini est importante, il est désirable d'utiliser des pellicules plus minces.
Toute poudre métallique pouvant être réduite sous une forme extrêmement fine est appropriée pour la mise en oeuvre de l'invention. Parmi ces poudres métalliques, on peut citer l'aluminium, le cuivre, le bronze, le zinc, les combinaisons de celles-ci, etc.. On peut également utili- ser des matières particulaires très finement divisées comme, par exemple, le bleu d'outremer couramment utilisé comme pigment dans les peintures. Il faut que les poudres métal- liques ou autres matières particulaires soient très fine- ment divisées, passant de préférence au tamis américain N 325 (de 0,044 mm d'ouverture) environ, ou à ouverture plus fine.
Bien que l'on ait utilisé le nom générique de poudre pour définir la matière partieulaire, on peut égale- ment utiliser ce que l'on désigne sous le nom de pigment "de foliation", ce dernier ayant généralement un revête- ment d'acide stéarique. Toutefois, on a trouvé qu'une pou- dre non munie de revêtement, ayant les dimensions précisées, est préférable.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, on peut remplacer 1a poudre métallique par d'autres matières particulaires
<Desc/Clms Page number 11>
finement divisées conformas aux normes de dimensions indi- quées, ou la combiner à celles-ci. Par exemple, on peut ajouter à la poudre métallique une matière colorante fine* ment divisée tells que du bleu d'outremer.
La quantité de poudre déposée et restant adhérent à la pellicule de liaison peut varier dans de grandes li- mites, selon l'utilisation finale de l'article métallisée Si l'on considère, par exemple, qu'il s'agit de papier à métalliser, on a trouvé, que l'on procède ou non au stade de calandrage après application de la poudre sur la pelli- cule, qu'une proportion aussi faible que 10 % de la surface de pellicule thermoplastique doit être recouverte de peidre métallique pour donner une surface métallisée extrêmement brillante et agréable à l'oeil.
Il est préférable, tout* fois, comme indiqué précédemment, que, lorsque le papier est essentiellement destiné à jouer un rôle décoratif, il faut que 20 à 40 % de la surface de la pellicule soit re- couverte par la poudre métallique de façon à peu près uniforme, exposant ainsi dans l'article fini une majeurs partie de la surface thermoplastique.
Si le papier ou l'objet métallisé doit servir de barrière thermique ou de matière isolante, il est prêté* rable qu'au moins 75 % de la surface de la pellicule de liaison soit recouverte par la poudre métallique et il est encore préférable que ce taux s'approche de 300 %, mais n'atteigne pas cette valeur. On a démontré cela dans une expérience simple dans laquelle on a procédé à l'éva- luation de papier métallisé, formé selon l'invention, en ce qui concerne son aptitude à agir comme barrière contre la chaleur.
Sur la face inférieure, c'est-à-dire non métal- lisée, d'un échantillon de papier métallisé, on fixe par un ruban adhésif un merceau de papier thermique traité de
<Desc/Clms Page number 12>
façon à virer au. meir à 93*C, sten expose la surface métal- lisée correspondante au rayonnement d'une lampe infra- rouge de 375 watts placée à 20 cm au-dessus de la surface métallisée. Lorsqu'on expose au rayonnement un papier métallisé dont 10 % de la surface est recouverte do poudre d'aluminium, le papier thermique vire au noir en moins de 10 secondes. Lorsqu'on procède au même essai avec un pa- pier métallisé dont la surface est recouverte à 80 % environ par de la poudre d'aluminium, le papier thermique ne vire pas au noir après trois minutes d'exposition.
En procédant selon l'invention, il est possible d'obtenir en article métallisé agréable à regarder, et contenant une très petite quantité de matière particulaire adhérant à une pellicule de liaison thermoplastique et brillante. Par exemple, on peut utiliser une quantité d'aluminium aussi faible que 113 g par rame (278,7 m2). On préfère, pour le papier décoratif, que la poudre soit fixée à raison de 113 à 226 g par rame. Comme on l'a mon- tré ci-dessus, ce taux peut. évidemment être supérieur lorsqu'il s'agit de matières d'isolement thermique, c'est- à-dire atteindre de 453. à 680 g.
Comme décrit ci-dessus, l'objet métallisé final a d'autant plus d'éclat que la pellicule thermoplastique est plus éclatante. Ceci est particulièrement vrai pour les surfaces métallisées dont le taux de couverture super- ficielle par les matières l'articulaires est le plus bas.
Il semble que, bien que la surface ne soit pas entièrement recouverte, l'oeil humain considère la surface dans tout son ensemble ot communique une sensation de surface haute- ment polie qui est très astable.
Après application du liant thermoplastique sous forme d'une pellicule brillante essentiellement continue,
<Desc/Clms Page number 13>
on dépose la poudre métallique ou autre matière particu- laire finement divisa selon tout procédé approprié, sur la surface de la pellicule. Que l'on procède ou non au stade de calandrage, on peut appliquer la matière parti- cuilaire finement divisée en saupoudrant, à la brosse, ou selon tout autre procédé approprié connu dans la technique, y compris le dépôt sous forme d'une dispersion. Dans ce dernier cas, le milieu de dispersion peut être un non- solvant (par exemple l'eau) ou un solvant (par exemple, un liquide organique) de la pellicule thermoplastique de liaison. Il faut, toutefois, que le milieu de dispersion soit un liquide mouillant la pellicile thermeplastique.
S'il s'agit d'un solvant, il peut aider à fixer la peurdre à la pellcule, mais ne remplace pas le stade suivant consistant à chauffer la pellicule.
Ce damier stade consiste à convertir, par chauf- fage, au moins cette portion de la surface de la pellicule de liaison qui est en contact avec la matière particulaire en un liquide visqueux capable de fixer la matière parti- culaire à la surface. C'est ainsi qu'il est nécessaire de ne rendre que ladite portion de la surface extérieure de la pellicule capable de fixer la poudra, Que la masse de la pellicule soit fondue, ou non, n'a aucune importance à condition que sa viscosité soit suffisamment élevée pour empêcher la sédimentation ou la pénétration des matières particulaires de façon notable au-dessous de la surface.
Pour cette raison, il est préférable que la masse du liant ait une viscosité (Brookfield, vitesse de la broche 20 tours/minute) d'au moins 3000-4000 centipolses au cours de l'opération de fixation.
On procède au stade de conversion de la surface de la pellicule en un liquide visqueux en chauffant la surface
<Desc/Clms Page number 14>
de l'objet, par exemple en exposant la surface pendant un temps nécessaire à une atmosphère chauffée, ou en chauffant le support. C'est ainsi qu'il est possible de procéder à ce stade de conversion de la surface en un liquide visqueux par chauffage à l'infra-rouge, par induction, ou autre moyen connu.
Une fois la surface de la pellicule convertie en un liquide visqueux, et chacune des particules métalliques ou autres matières particulaires, considérée individuelle- ment, solidement ancrée sur la surface de la pellicule, on refroidit l'objet. Dans certains cas, il est en outre désirable de procéder au refroidissement aussi rapidement que possible, de façon à obtenir un plus grand éclat, selon 1a pellicule thermoplastique de liaison et se3 caractéris- tiques. On peut procéder à un refroidissement rapide par application d'eau froide, par passage sur une surface froide, par exemple sur un tambour ou autre. Si l'on doit procéder à un calandrage, ce stade vient à la suite du procédé décrit.
En tous cas, comme il est désirable de procéder au stade de calandrage à une température élevée, la surface de la pellicule ne doit pas nécessairement être refroidie, à moins que l'on ne procède à ce stade de refroidissement pour améliorer l'éclat. On procède au stade do calandrage dans ce que l'on désigne sous le nom de 'supercalandre".
Cet appareil est constitué par des cylindres alternés ayant une surface métallique hautement polie d'acier chromé, de fonte, etc.. et des cylindres dits recouverts de fibre dont 1a surface est constituée par une fibre imprégnée de résine. Il est nécessaire d'utiliser ce type d'installa- tion de calandrage pour obtenir l'éclat nécessaire, car le cylindre recouvert de fibres a une flexibilité suffisante
<Desc/Clms Page number 15>
pour compenser toute variation d'épaisseur du support fle-
EMI15.1
xible portant le revêtement raéta3...ê. Il est également necossaire de faire tourner les deux cylindres à peu près à la même vitesse. Cela signifie que l'on procède au ca- landrage sans utiliser de frottement. Ce frottement nuirait à l'obtention du type de surface désiré.
Lorsqu'on fait passer le support à revêtement métallisé entre les cylin-
EMI15.2
ares, la surface qui a été métallisée vient, bien, en tond". au contact des cylindres à surface Métallique.
On a trouvé préférable d'utiliser des p3?eas,lo.ns de calandrage comprises entre )6 et 360 bzz par cGnt1m\t,. de largeur, les pressions les plus élevées étant ,p'^' Il est également préférable de chauffer les Ql11nd' , une température suffisante pour juste ramollir (et non faire fondre) la matière thermoplastique de liaison, Lors-
EMI15.3
qu'il n'agit de polyéthylène, par exemple, il est pr't6. râblé de chauffer les cylindres à 6?-93*C environ, LI n9 bre de passages dans les pincements entre les c14r'l est Important pour augmenter l'éclat de la matjra fiait ?a trouvé que l'on obtenait les meilleurs résultats m utilisait une supercalandre â, neuf cylindres pootta huit passes entre les cylindres de calandrage.
XI ont )'R évident que l'on peut utiliser moins de huit pan,." 4y*ç des résultats moins désirables, par exemple, en procédant à deux passes dans une calandre à trois cylindres); II en% également possible, bien entendu, d'utiliser plus de huit passes, mais, lorsqu'on procède à plus de huit passer
EMI15.4
1 augmentation d'éclat obtenue pour chaque passe IUpp16.n. taire esttrs faible et ceci, en pratique, limite le nombre de passes.
Après le calandrage, on peut recouvrir la surface métallisée avec un revêtement protectour transparent, tel
<Desc/Clms Page number 16>
qu'une laque dite de surimpression qui est couramment une laque de nitrocellulose* Il faut, bien entendu, que la composition de revêtement utilisée soit capable de former une pellicule qui adhère à la surface métallisée, qui puisse être appliquée dans un système solvant ne boulever- sant pas la surface métallisée, et qui présente une bonne limpidité.
On peut appliquer le revêtement métallisé sur un certain nombre de supports susceptibles d'être passés entre des cylindres de calandrage, comme décrit ci-dessus. En pratique, le support est une matière flexible telle que du papier, du tissu, une matière plastique telle que la cellophane par exemple, etc.. Lorsqu'une pellicule ou une feuille du liant thermoplastique est elle-même un support, il est seulement nécessaire de revêtir la surface du sup- port avec les particules métalliques, selon le procédé décrit, éliminant ainsi le stade d'application d'une pelli- cule de la matière de liaison sur le support.
Lorsqu'on applique le liapt au support, on peut obtenir des effets décoratifs supplémentaires, par exemple en étirant la pellicule de liaison, à chaud, sur le sup- port, à l'aide d'une barre de surfaçage sur laquelle est enroulé un fil métallique, de façon à lui donner un aspect côtelé agréable. L'article peut également être gaufré im- médiatement après application sur celui-ci de la matière particulaire, ou on peut procéder au traitement à chaud décrit ci-dessus dans un modèle.
Lorsqu'il est nécessaire de retirer un excès quel- conque de particules métalliques ou d'autres matières par- ticulaires lorsqu'on a fini de procéder au refroidissement et à la solidification de la pellicule, on peut utiliser tout moyen approprié, par exemple enlever légèrement à la brosse cet excès, à l'aide de rouleaux en peau de mouton
<Desc/Clms Page number 17>
par exemple, ou en faisant doucement vibrer l'article détail! se de façon à faire se détacher les particules non fixées, ou autres techniques similaires.
Le revêtement particulaire selon l'invention seut être appliqué sur à peu près n'inporte quel support désiré, y compris sur du bois, du tissu, du papier ou de la cellophane. Il n'est pas nécessaire d'utiliser des pa- pier s onéreux et de haute qualité. Outre les matières sous forme de feuilles, on peut mettre en oeuvre le procédé pour métalliser du fil, eu des objets moulés, de façon économique. Par exemple, les fils de nylon ou de rayonne peuvent être revêtus du polyéthylène à l'état fondu de l'Exemple 1 ci-dessous, refroidis, saupoudrée de poudre Mêlais lique et chauffés pour durcir, tout ceci comme Indiqué à l'Exemple 1.
Si on le désire, pour améliorer les caractéristi- ques de résistance au lavage et à la lumière, on peut ensuite donner aux fils métallisés un revêtement transpa- rent de matière plastique. De façon similaire, des articles moulés ne possédant pas encore la surface désirée peuvent être revêtus du polyéthylène à l'état fondu de l'Exemple 1, et ensuite être métallisés de façon similaire.
En outre, le procédé selon l'invention peut éga- lement être rais en oeuvre lorsqu'il s'agit dobjets possé- dant déjà une surface thermoplastique appropriée, sans revêtement additionnel. C'est ainsi que les objets moulés à partir de résines, tels que décrits ici, peuvent être saupoudrés de poudre métallique et fondus, comme décrit précédèrent, pour donner une surface métallique agréable.
Les Exemples 1 à 6 ci-dessous, ne comportant pas le stade de calandrage, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'invention. Comme la métallisation du papier impose des normes rigoureuses de flexibilité et de résistance à la pellicule de liaison, on étudiera la pel-
<Desc/Clms Page number 18>
licule thermoplastique de liaison et on la définira en se plaçant du point de vue de son utilisation sur une surface de papier. Toutefois, le support n'est bien entendu pas limita au papier, que l'en utilise ci-dessous uniquement à titre d'exemple.
Exemple 1.
Sur un support approprié, par exemple une feuille de papier (paperboard) de 38,5 kg (pour une rame de 500 feuilles de 50,8 x 66 en), on applique au rouleau un revê- tement de 0,01524 mm d'épaisseur en polyéthylène à bas poids Moléculaire (EPOLENE C de Eastman Chemical Products, Inc.) à partir d'un bain fondu chaud, à la température de 176,7 C.
Ce polyéthylène à bas poids moléculaire est ca- ractérisé en outre par un point de fusion de 100 C environ, un allongement de 50 à 60 %, une résistance à la traction de 63,3 kg/cm , et une viscosité Brookfield de 8000 centi- poises à 149*C. Alors que le polyéthylène est encore à l'état fondu, on fait passer le papier sur un cylindre chaud de finition, de façon à communiquer un degré élevé de brillant à la pellicule ainsi formée.
Après refroidissement de cette pellicule de liai- son, un stade qui peut comporter son passage sur un tambour refroidi, on applique de la poudre d'aluminium finement divisée en époussetant la surface du revêtement à l'aide de rouleaux recouverts de peau de mouton. La poudre d'alu- minium appliquée est un pigment passant au tamis américain N 325 (de 0,044 mm d'ouverture), non foliant (vendu par Aluminium Company of America sous le nom de Alcoa N 552), Après époussetage de la pellicule, on chauffe celle-ci dans un four à circulation d'air, pendant une minute, à 177 C, de façon à convertir la surface en un liquide très visqueux sans complètement faire fondre le revêtement,
réalisant
<Desc/Clms Page number 19>
ainsi un ancrage solide et agréable à regarder de la poudra métallique sur le revêtement* Le revêtement métallique ainsi appliqué est très mjnce, recouvrant en fait de 25 ja 30 % environ de la surface réelle de la pellicule telle que, mesurée sous un microscope, et est présent en une quantité équivalente, en poids, à environ 158 g par rame- Le résul- tat est une surface métallisée avec un éclat chaud, la poudre métallique étant si solidement fixée au revêtement qu'elle ne s'en sépare pas de façon notable par frottement.
Si on le désire, on pourrait encore améliorer l'aspect superficiel de l'article en le refroidissant rapidement, après la fusion, en faisant passer la surface munie du revêtement sur un cylindre lisse, refroidi, ou par application directe d'eau froide sur la surface métal- lique chaude. Il ne reste pas de poudre en excès sur la surface.
La perméabilité à la vapeur due à l'humidité (selon l'essai ASTM D-988-51T) d'un papier métallisé pré- paré tel que décrit ci-dessus est de 0,42 g/100 cm2 par 24 heures, à 37,8 C et pour 90 % d'hmmidité relative,* Lorsqu'on froisse cette feuille à 21 C et 4 une humidité relative de 50 %, avant l'essai, la perméabilité n'augments que jusqu'à 0,7 g/100 cm .
Du papier métallisé préparé selon le procédé décrit à cet exemple convient particulièrement bien aux emballages décoratifs ainsi qu'au conditionnement en géné- ral, grâce à la bonne résistance et à la bonne felxibilité du polyéthylène à bas poids moléculaire.
Exemple 2.
On procède comme à l'Exemple 1 pour préparer une feuille revêtue d'un mince pellicule du même polyéthylène, et on saupoudre dessus un pigment d'aluminium de foliation passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture. La fouille une
<Desc/Clms Page number 20>
fois saupoudra on la chauffe à 204*C pendant 1 minute.
Parmi les autres poudres ou matières particuliè- res appliquées avec succès de cette façon, on peut citer (mais cette liste n'est pas limitative) des paillettes de zinc brillant, une poudre de bronze, une poudre de cuivre, des pigments bleu outremer, et un mélange de 85 % en poids de poudre d'aluminium passant au tamis de 0,044 mm d'ouver- ture et de 15 % en poids de bleu d'outremer finement di- visé, On peut, de cette façon, appliquer de nombreux pig- ments et presque toutes les poudres métalliques décoratives, afin d'obtenir toute une gamme de couleurs et de textures superficielles attrayantes.
Bien que l'on puisse appliquer des pigments tels que le bleu d'outremer, on obtient un meilleur aspect superficiel en mélangeant ces pigments avec des poudres métalliques, et, de préférence, avec de la poudre d'aluminium. Il est bien entendu que l'invention vise également l'obtention d'une coloration par utilisation d'une pellicule de couleur à titre de pellicule thermo- plastique de liaison.
Lorsqu'il s'agit du polyéthylène à bas poids moléculaire de l'Exemple 1, que l'on a trouvé être l'un des produits thermoplastiques préférés pour former les pellicules, on a trouvé préférable de compléter la prépa- ration d'une surface de pellicule très brillante en éti- rant la surface de la pellicule munie de revêtement alors que le polyéthylène est encore à l'état fondu, sous tension, en la faisant passer sur une barre de surfaçage, avant de la saupoudrer de poudres, de façon à encore améliorer l'aspect superficiel de l'article fini.
Pour augmenter le brillant, la surface de cett barre, ou de ce cylindre, peut être lisse ou polie, ou bien, elle peut être striée ou modifiée de toute autre façon de façon à former un mo- tif sur le revoteront. Par exemple, on a trouva qu' .ne
<Desc/Clms Page number 21>
barre de surfaçage autour de laquelle est enroulé un fil métallique fin donne un aspect côtelé agréable à l'article fini.
Exemple 3.
On utilise un mélange de 90 parties en poids du polyéthylène à bas poids moléculaire de l'Exemple 1 et 10 parties en poids d'une résine terpénique (PICCOLYTE S-115 de Pennsylvania Industriel Chemicals Corp. ) servant d'agent adhésif, pour coucher au rouleau, à 163 C, un papier d'emballage (paper pouch stock) de 15,875 kg, en faisant suivre d'un refroidissement rapide. On applique ensuite de la poudre d'aluminium polie (passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture) en saupoudrant la surface munie du revêtement, et on chauffe le produit composite à 149 C pendant une mi- nute. La petite quantité d'adhésif permet de faire adhérer la poudre métallique plus facilement à la pellicule de liaison, à des températures plus basses.
On peut ajouter d'autres modificateurs au poly- éthylène à bas poids moléculaire, pour modifier ses pro- priétée, à condition que la viscosité à 149 C qui en ré- sulte ne passe pas au-dessous de 1000 et, de préférence, pas au-dessous de 3000 centipoises. Par exemple, on peut incorporer au revêtement de l'Exemple 3 ci-dessus 0,5 % en poids d'un amide aliphatique à poids moléculaire élevé (par exemple, ABMID 0 de Armour & Co. ), de façon à donner au produit un fini métallique plus brillant. On peut éga- lement ajouter une petite quantité de cire de paraffine au polyéthylène, pour abaisser son prix de revient et pour diminuer quelque peu sa viscosité.
Exemple 4.
On utilise une résine de polyéthylène à poids moléculaire moyen (vendue par E.I. du Pont de Nemours and Company, Inc. sous le nom d'AlAthon le) pour la laminer par
<Desc/Clms Page number 22>
extrusion sur un support en papier (board stock), à une épaisseur de 0,0254 mm. On peut en outre caractériser ce polyéthylène par un indice à l'état fondu de 24,5 tel que Calcule par l'essai ASTM D-238-52T. Sa viscosité, même à 149*C, est si élevée qu'on ne peut pas la mesurer de façon précise.
Après refroidissement, on saupoudre la surface de matière plastique avec une poudre d'aluminium passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture, puis on la chauffe sous un Jet d'air chaud à 232*C pendant une demi-minute environ.
Cette température élevée est nécessaire pour obtenir une bonne liaison, car le poids moléculaire et la viscosité à l'état fondu de ce polyéthylène sont plus élevés que pour le polyéthylène de l'Exemple 1. On utilise un polyéthylène à poids mdéculaire plus élevé, ayant un indice de 3 à l'état fondu, à la place de la substance à poids molécu- laire moyen, et il est nécessaire de chauffer sous un jet d'air chaud à 288*C pendant 1/2 minute environ pour rendre la surface de la pellicule suffisamment collante pour y fixer solidement la poudre d'aluminium.
.Exemple, 5
On utilise une résine de polyamide ayant une viscosité de 3700 centipoises à 149*C et une résistance à la traction de 70 kg/cm2, pour la coucher, au couteau, sur un papier brillant très calandre de 24,947 kg (sur la base de la rame de 278 m2), pour former un revêtement de 0,0254 mm d'épaisseur. Cette polyamide est vendue dans le commerce par Général Mills, Inca, sous le nom de .
VERSAMIED 940. On saupoudre la surface du revêtement avec de la poudre d'aluminium passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture, on enlève l'excès, et on chauffe ensuite la feuille, pendant une minute, à 176*C, pour fixer le métal
<Desc/Clms Page number 23>
EMI23.1
à la résine. On dissout également la même résine (4.0 % de solides) dans des parties égales d'isopropanol et de to- lune, et on l'étale en revêtement au rouleau inversé sur du papier très calandré pesant 18 kg pour 278 m . On sèche le revêtement dans un four, et le revêtement obtenu a 0,0058 mm d'épaisseur; on le saupoudre avec la même poudre d'aluminium et on le chauffe dans un four à circulation
EMI23.2
d'air, à 149'C pendant une minute.
Exemple 6.
EMI23.3
On utilise un copolymère butadiène-styrène (yt<ndtX )
EMI23.4
par Pennsylvania Industrial Chemical Corp. sous lit nom tto PICCOFLEX 100) ayant une viscosité supérieure 4 100,000
EMI23.5
centipoises à 1.4.9 C et une résistance à la traction de 35,1 kg/cm , pour la coucher au rouleau inversé à partir d'une solution à 50 % de solides dans le toluène, sur le
EMI23.6
même papier qu'à l'Exemple 5, jusqu'à une épaisseur de revêtement de 0,00381 mm. On sèche ensuite la pellicule dans un four, puis on la saupoudre avec une fine coudre de bronze. On chauffe la feuille saupoudrée, pendant une minute, à 149 C, puis on la refroidit.
La mise en oeuvre du procédé utilisé à n'importa
EMI23.7
lequel des exemples précédents permet d'obtenir une fet4lq métallique agréable à voir, solidement fixée, particulier rement intéressante à utiliser comme matière d'emtfallasCj) et que l'on peut produire de façon économique, dans toute une gamme d'aspects superficiels et de couleurs. Toutefois, tout objet sur lequel il est passible de déposer une pel licule brillante d'un matière thermoplastique du type défini peut, de façon similaire, être recouvert d'une sur. face métallisée.
EMI23.8
Lorsque c'e&t du papier, ou autre me".brane flet xible, qui constitue le support, dos v1t.sccs de produe..
<Desc/Clms Page number 24>
tion très élevées sont possibles, on peut, par exemple, utiliser des vitesses de traitement linéaire de 61 à 244 mètres par minute. On peut faire varier la quantité de poudre ou de matière particulairo appliquée et, d'une façon générale, une faible absorption de poudre donne un éclat supérieur tandis que les absorptions plus élevées donnent des finis chauds, profonds, mais plus ternes et mats qui, en particulier lorsqu'il s'agit de surfaces sluminisées, forment une bonne barrière thermique.
Les exemples 7 à 9 suivants comprennent le stade de calandrage et sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'invention.
Exemple.
Au rouleau, on applique un revêtement de 0,01524 mm d'un polyéthylène à bas poids moléculaire, ayant un indice de 6 à l'état fondu, sur une feuille de papier (paper board) de 38,555 kg (par rame de 500 feuilles de 50,8 x 63,5 cm), à partir d'une masse fondue chaude, à 176*Ce On peut encore caractériser le polyéthylène à bas poids moléculaire comme ayant un point de fusion de 100 C environ, un allongement de 50-60 %, une résistance à la traction de 63 kg/cm2 et une viscosité Brookfield de 8000 centipoises à 149*C.
Alors que le polyéthylène est encore à l'état fondu, on fait passer le papier sur un cylindre de finition chaud, de façon à communiquer un brillant élevé à la pel- licule formée sur celui-ci. Après refroidissement de la pellicule de liaison, on applique sur celle-ci de la pondre d'aluminium finement divisée, en saupoudrant la surface de revêtement et l'époussetant avec des rouleaux recouv@@ts de peau do mouton. La poudre d'aluminium appliquée est m pigment passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture, non
<Desc/Clms Page number 25>
Pliant (vendu par Aluminium Company of America sous le nom d'Alcoa N* 552).
On chauffe la pellicule saupoudrée dans un four à circulation d'air, pendant 1 minute, à 176 C, de façon à convertir la surface en un liquide très visqueux sans complètement faire fondre le revêtement, réalisant ainsi un ancrage solide des particules métalli- ques sur le revêtement. Le revêtement métallique ainsi appliqua est très mince, recouvrant en fait de 15 à 20 % de la surface de la pellicule, telle que mesurée sous un microscope, et il est présent en une quantité équivalente, en poids, à environ 113 g par rame.
On fait alors passer une portion du papier dans une supercalandre à neuf cylindres, à raison de 106,7 mitres par minute et scius une pression de 360 kg par cen- timètre de largeur. On maintient les cylindres à une tem- pérature comprise entre 88 et 93 C. Après les huit passes entre les cylindres de la supercalandre, la surface métal- lisée a acquis un aspect extrêmement lustré.
L'augmentation du pouvoir réflecteur produite par le stade de calandrage selon l'invention est mesurée dans un appareil dit Vanceometer, un instrument destiné à mesurer la quantité de lumière réfléchie quand elle frappe la surface d'une matière. Pour les mesures, on utilise un angle d'incidence et de réflexion de 15 .
Lorsqu'on uti- lise l'instrument, on a l'habitude de comparer la réflec- tivité de la surface à évaluer à celle d'un échantillon étalon qui est fixée à la valeur 100 d'une échelle arbi- traire. Toutefois, comme la valeur de la surface métalli- sée de cet exemple est en dehors de l'échelle, on règle l'intensité de la lumière de façon à obtenir l'indication 100 pour la surface métallisée calandrée. On obtient alors l'indication correspondante de 24 pour la portion non calandrée de ce papier métallisé.
<Desc/Clms Page number 26>
On compare alors le papier métallisé de cet exem- de façon similaire, à une feuille d'aluminium lisse. lorsqu'on règle l'instrument à 100 pour la feuille d'alu- minium, la surface correspondante métallisée et calandrée a une valeur de pouvoir réflecteur de 58, tandis que la surface non calandrée correspondante donne, sur l'instru- ment, l'indication 26. On munit ensuite une partie des Surfaces ealandrées et non calandrées d'un revêtement, en étalant à la brosse, sur celles-ci, une laque de nitro- Cellulose transparente. Les valeurs de pouvoir réflecteur dès surfaces laquées sont, respectivement, de 50 et 22.
Ces mesures de pouvoir réflecteur illustrent le fait que le ealandrage augmente réellement l'éclat et le pouvoir réflecteur de la surface métallisée et que la surface brillante ainsi obtenue peut être munie d'une mince pellicule protectrice transparente de revêtement, Sans présenter de perte sensible de cet éclat. En outre, ces mesures montrent qu'en utilisant juste assez de poudre métallique pour recouvrir de 15 à 20 % de la surface de la pellicule de liaison, on peut former une surface métal- lisée soutenant favorablement la comparaison avec une feuille d'aluminium, en ce qui concerne le pouvoir réflec- teur.
Pour démontrer de façon plus complète le pouvoir déflecteur de 1a surface calandré. ainsi formée, on évalue son aptitude à agir comme barrière contre la chaleur, par comparaison à l'échantillon identique de papier muni d'un revêtement Mais non calandre.
Pour pouvoir procéder à cette évaluation, on fixe à la partie inférieure (c'est- à-dire la face non métallisée) de l'échantillon de papier calandre et d'un échantillon de papier non calandre, à l'aide d'un ruban adhésif, un morceau de papier thermique
<Desc/Clms Page number 27>
traité de façon à virer au noir à 93*Co On expose les sur faces métallisées correspondantes au rayonnement d'une lampe à Infra-rouge de 375 watts placée à 20 cm au-dessus des surfaces métallisées. On mesure alors le temps méces- saire pour que le papier thermique vire au noir, comme étant une évaluation de l'aptitude de la surface métallo sée à réfléchir le rayonnement infra-rouge.
La surface calandrée selon l'invention nécessite 35 secondes, tandis, que la surface identique mais non calandrée demande 25 secondes. On peut donc ainsi se rendre compte que le stade de calandrage a une action réelle sur les caractéristiques physiques du revêtement métallisé. Cette caracteristique est également très évidente à l'oeil nu.
Exemple 8.
On prépare un article métallisé selon le procède décrit à l'Exemple 7. On procède au calandrage dans une calandre à trois cylindres, sous une pression de 36 kg/cm de largeur et à 82*C. Après les deux passes entre les cylindres de la calandre, on obtient une surface très brillante montrant une nette amélioration par rapport à la substance non calandrée, en ce qui concerne 1' aptitude à réfléchir les radiations, et une passe supplémentaire entre les cylindres de calandrage augmente l'éclat visible de la surface. Toutefois, les résultats ne sont pas équi- valents à ceux obtenus à l'Exemple 7, ce qui indique l'in- téret qu'il y a à utiliser une pression d'au moins 36 kg/cm de largeur et, de préférence, supérieure à cette valeur.
Exemple 9
On étale au couteau, à une épaisseur de revête ment de 0,0254 mm, sur un papier brillant très calandre de 25 kg (pour une rame de 278 m), une résine plyamide ayant une viscosité de 3700 contipoises à 149 C et une
<Desc/Clms Page number 28>
résistance à la traction de 7 kg/cm . Sur la pellicule de polyamide, on saupoudre un mélange de 85 % en poids de poudre d'aluminium passant au tamis de 0,044 mm d'ouver- ture, et de 15 % en poids de pigment bleu d'outremer fine- ment divisé, on enlève l'excès, et on chauffe ensuite la feuille pendant une minute à 176 C, de façon à fixer la matière particulaire à la surface de la pellicule.
L'examen microscopique montre que la surface de la pellicule est en fait recouverte à 40 % environ par les particules de revê- tement.
Le papier une fois muni de son revêtement, on procède au calandrago comme décrit à l'Exemple 7. La sur- face calandrée ainsi obtenue est d'un bleu métallique brillant, considérablement plus brillant qu'un échantillon non calandré correspondant de la même substance munie de son revêtement.
On décrira maintenant une installation particu- lière utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention.
L'installation est particulièrement efficace pour déposer la matière métallique finement divisée sur la surface thermoplastique brillante, pour réaliser le type de dépôt voulu avant que les particules ne soient fixées à la sur- face sous l'action de la chaleur, et elle convient parti- culièrement bien à l'utilisation de matières pailletées, dont les dimensions leur permettent normalement de passer au tamis de 0,044 mm d'ouverture et moins. On décrira l'installation de façon détaillée, à propos de la mise en oeuvre de particules métalliques pailletées, mais il est bien entendu qu'elle peut fonctionner avec n'importe quelle matière particulaire appropriée.
Pour mieux comprendre la nature et les buts de l'invention, on sa reportera à la description détaillée
<Desc/Clms Page number 29>
qui suit relative au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, et dans lequel : la Fig. 1 est une représentation schématique de l'ensemble de l'installation selon l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe transversale de la partie de l'installation utilisée pour appliquer la ma- tière particulaire sur la surface thermoplastique; la Fig. 3 est une vue latérale en élévation du canal d'alimentation utilisé pour manipuler la matière pailletée fine;
la Fig. 4 est une vue en coupe transversale du canal d'alimentation de la Fig. 3 faite dans le plan 4-4 de cette figure} la Fig. 5 est une coupe d'un support muni d'un revêtement selon l'invention; la Fig. 6 est une microphotographie (agrandisse- semant 10.000) de la surface munie du revêtement.
Grâce au procédé et à l'installation selon l'in- vention, il est possible d'appliquer une poudre métallique sous forme de paillettes finement divisée sur la surface d'une pellicule brillante et thermoplastique sans avoir à utiliser un type quelconque de véhicule du support, et ce de telle façon que la quantité de matière pailletée métal- lique est réglée de sorte à ce qu'on n'ait pas à retirer d'excès de celle-ci. En outre, l'installation selon l'in- vention permet de proçéder à toute l'opération de revête- ment à des vitesses rapides comparables à des vitesses classiques de revêtement comprises entre 91,4 et 152,4 m par minute.
On procède à l'application de la matière pail- letée métallique grâce à un canal d'alimentation particu- lier combiné à l'utilisation d'une série de cylindres, comme on le décrira ci-dessous de façon détaillée à propos de la Fig. 2.
<Desc/Clms Page number 30>
Si l'on considère maintenant la représentation schématique d'ensemble de l'installation à la Fig. 1, on
Volt que l'on peut procéder rapidement, en continu, à l'application d'un revêtement métallique sur un support.
Dans la Fig. 1 la pellicule thermoplastique 10 est fixée sur Un support 11 tel que du papier, par exemple. Le sup- port à revêtement thermoplastique est fourni par un rouleau d'alimentation 17 et la matière particulaire finement divisée 12 est fournie par un réservoir d'alimentation 16 qui, à la Fig. 1, prend la forme d'une trémie.
La matière pailletée (que, à titre d'illustration dans la description ci-dessous, on considérera comme étant des paillettes d'aluminium passant au tamis de 0,044 mm d'ouverture, ou moins) est amenée depuis la trémie 16 jusque dans un canal d'alimentation 18 qui répartit les paillettes d'aluminium de façon uniforme dans une auge formée entre un rouleau de ramassage 20, en caoutchouc, adossé à une plaque d'appui 21 utilisée en conjonction avec le rouleau de ramassage 20.
Ce canal d'alimentation sera décrit plus loin de façon détaillée, à propos des Fig. 3 et 4. La vitesse à laquelle on fait fonctionner le rouleau de ramassage 20 sert à régler la quantité de matière pailletée déposée, et, d'une façon générale, la vitesse périphérique du rouleau de ramassage 20 est inférieure à la vitesse à laquelle avance le support muni de son revêtement. Le sens de rotation du rouleau de ramassage 20 se fait en sens opposé à la marche du support muni de son revêtement.
Des rouleaux d'étalement 24 et 25, et un rouleau d'impression 26 fonctionnent en combinaison avec le rou- leau de ramassage 20. Le sens de rotation des divers rou- leaux est indiqué par les flèches et la vitesse périphé- rique des rouleaux 24, 25 et 26 est essentiellement équiva- lente à la vitesse linéaire à laquelle avance le support
<Desc/Clms Page number 31>
11 à revêtement thermoplastique. Ces rouleaux, ainsi que le rouleau de ramassage 20, sont formés de préférence (au moins sur leurs surfaces) d'une matière molle et cacut- chouteuse telle que du caoutchouc naturel.
Au fur et à mesure que l'en fait passer le papier à revêtement thermoplastique entre le rouleau d'impression 26 et le rouleau de pincement 28, il reçoit, du rouleau d'impression 26, une quantité réglée de la matière part- culaire pailletée. L'écoulement de cette matière particu- laire est réglé de façon à fournir juste assez de paillet- tes d'aluminium pour recouvrir partiellement la surface de la pellicule thermoplastique. Le taux de couverture est fonction des caractéristiques recherchées pour le produit fini, et doit être compris entre 10% environ et un taux légèrement inférieur à une couverture totale, par exemple 98 % environ.
On peut également agir sur l'écoulement de la matière particulaire aa moyen du canal d'alimentation 18 représenté de façon détaillée au:c Fig. 3 et 4. Ce canal d'alimentation comprend un tube cylindrique 49 fermé à son extrémité de sortie, et relié au réservoir d'alimentation 16 à son extrémité opposée d'admission. Une ouverture en forme de fente est découpée dans le tube 49 de telle façon que sa largeur augmente de façon continue, depuis l'ex- trémité d'admission jusqu'à l'extrémité de sortie du tuta.
Ou bien, l'ouverture de la fente peut être constant*, et la fente peut avoir un profil à courbure telle que repré- sentée par le coté incurvé de la fente à la Fig. 3. A l'in- térieur du tube 49 se trouve une vis 51 ayant un arbre 52 que l'on fait tourner de n'importe quelle manière apprq,. priée (non représentée) dans la direction indiquée. La matière pailletée arrivant dans le canal d'alimentation depuis le réservoir d'alimentation 16(s'écoulant cosse
<Desc/Clms Page number 32>
s'il s'agissait d'un liquide) avance dans le tube sous la poussée des cannelures de la vis et est enfermée par ces cannelures et par la paroi du tube.
Lorsque la paroi s'abaisse progressivement, une portion de la charge de matière pailletée no se trouve plus retenue et so déverse par conséquent hors du tube et tombe sur le rouleau de ramassage 20 (voir Fig. 2). La quantité de matière pailletée ainsi fournie au rouleau de ramassage 20 à n'importe quel point donné dépend de la différence de niveau de ce point par rapport au point immédiatement en amont* C'est ainsi que l'apport de matière pailletée au rouleau de ramassage 20 et, de là, en fin de compte, à la surface de la pelli- cule thermoplastique dépend de la forme de la fente, et de la vitesse à laquelle on fait tourner la vis 51 par rapport à la vitesse périphérique du rouleau de ramassage 20.
On peut maintenant décrire le reste de l'instal- lation représentée à la FiC* 1. Comme il s'agit de matière pailletée, il est nécessaire pour arriver à former le type de liaison le plus permanent., de poser chaque parti- cule pailletée en position presque horizontale par rapport à sa plus grande dimension. C'est la fonction que remplis- sent les cylindres de polissage 30, 31 et 32. Après appli- cation des paillettes d'aluminium sur la surface thermo- plastique par le rouleau d'impression, on fait passer la matière à rêva testent d'aluminium 13 au contact d'une série de cylindres de polissage à surface molle* C'est ainsi qu'ils peuvent ^tre recouverts de peau de mouton, de ficelle de coton, etc. Trois cylindres de polissage sont représentas dans l'installation des Fig. 1 et 2.
Le premier cylindre de polissage, ou cylindre avant, tourne en sens contraire du sens de déplacerait du papier. Ce cylindre de polissage 30 doit avoir une vitesse périphérique inférieure à la vitesse d'avancement du papier. Les deux cylindres
<Desc/Clms Page number 33>
de polissage suivants 31 et 32, tournant dans le même sens qua le papier, mais plus vite. On indiquera des vitesses typiques dans l'exemple donné ci-dessous.
La pression exercée par les cylindres au cours du polissage dépend du caractère du revêtement sur le support et peut être déterminée expérimentalement pour chaque matière à métalliser.
Outre le fait qu'ils forcent les paillettes d'aluminium à se poser à plat, les cylindres de polissage assurent également le revêtement, ou la mise en contact, de la surface de la pellicule thermoplastique avec une seule couche de paillettes métalliques. Ainsi, chaque paillette est manipulée de telle façon qu'elle vient au contact de la pellicule thermoplastique avec à peu près la plus grande surface possible et ceci permet de fixer les paillettes à la pellicule de la manière essentielle- ment complète et permanenta requise.
Ce fait, à sors tour, Implique l'élimination,de presque toate possibilité d'en- lèvement par frottement, car seules les particules métalli- ques adjacentes à la surface de la résine thermopl&stique sur une superficie maximale sont fixées en place au cours de l'opération de fusion, et parce que presque toutes les paillettes d'aluminium sont ainsi mises en place.
On peut procéder au stade de polissage avec seule- ment deux cylindres, 30 et 31 par exemple, ou avec plus que les trois cylindres représentés, tant que ces cylindres de polissage orientent la matière pailletée de façon à ce qu'elle vienne au contact de la pellicule thermoplastique par la plus grande surface possible et permettent aux pail- lettes en couche unique de rester à peu près uniformément réparties sur la surface thermoplastique, laissant une partie de la surface thermoplastique non recouverte de
<Desc/Clms Page number 34>
ratière pailletée.
Lorsque le papier quitte le dernier cylindre de polissage 32 il est muni d'une pellicule thermoplastique à un état normal, solide et non collant qui, à son tour, possède, réparties essentiellement uniformément sur sa surface, d'extrêmement petites paillettes métalliques placées de façon à être fixées au maximum et à laisser découverte au moins une partie (de 2 à 90 % environ) de la surface thermoplastique brillante à laquelle les pail- lettes métalliques sont fixées.
Apres application des paillettes métalliques, comme décrit précédemment, à la surface thermoplastique 'brillante alors qu'elle est à l'état normal, solide et non collant, on applique de la chaleur de façon \ convertir au moins la surface de la pellicule thermoplastique à un état très visqueux qui supporte les particules métalliques. A la Fig. 1 on représente ce chauffage comme étant effectué dans une zone de fusion constituée par une série d'appa- reils de chauffage 36. Ceux-ci peuvent être des brûleurs à gaz, des lampes à infra-rouge, ou d'autres sources d'énergie de rayonnement qui ramollissent mais ne liquéfiant pas la pellicule thermoplastique.
Après chauffage, on reconvertit la pellicule thermoplasstique à son état normal, solide et non collant, et on obtient une pellicule 37 sur laquelle sont fixées, de talon permanente, les paillettes métalliques réparties de façon à laisser découverte une partie de la pellicule thermoplastique. Pour accélérer la reconversion de la sur- face thermoplastique à son état solide et non collant, et pour obtenir sur la pellicule un revêtement extrêmement lustré et brillant, il est préférable de refroidir le papier, par exemple en le faisant passer sur des cylindres
<Desc/Clms Page number 35>
réfrigérants 40 et 41 servait également de cylindres de, guidage.
Un autre stade décrit dans la demande de brevet aux U.S.A N 10.839 et déjà mentionné, est celui, du supercalandrage qui est représenté comme étant effectua par les cylindres de supercalandrage 42, 43 et 44. Enfin, on enroule le support de papier, muni de son revêtement défi* nitif, sur un cylindre collecteur 46.
La Fig. 5 représente, à un fort grossissement une coupe transversale schématique du support muni de son revêtement ainsi obtenu. La Fig. 5 montre qu'un support} 11, en papier par exemple, est muai d'un revêtement formé par une pellicule thermoplastique continue 10 en polyéthylène ou en polyamide, par exemple. Des paillettes d'aluminium 12 sont fixées de façon permanente à la face superieure de la pellicule thermoplastique, adhérant à la pellicule par leurs faces plates 15. Entourant la matière pailletée 12 se trouvent des surfaces découvertes 14 qui sont le? sun- faces de la matière thermoplastique initiale,
On peut nettement se rendre compte de l'aspact de la matière finalement obtenue, munie de son revêtement, grâce à la micro-photographie de la Fig. 6.
Il s'agit là d'une reproduction positive à un agrandissement de 10.000.
Les paillettes d'aluminium 12 sont nettement visibles, ainsi que les portions découvertes 14 de la pellicule thermoplastique. On peut se rendre compte que les pailliet- tes reposent à plat et que l'on obtient ainsi une adhé- rance maximale* La Fig. 6 pEtrmet également de se rendre compte qu'il ne peut pratiquement pas se produire d'enté vement de matière pailletée par frottement dans un revête ment tel que celui-ci, car presque toutes les paillettes sont fixées sur la plus grande surface possible.
L'exemple suivant permet d'illustrer de façon plus
<Desc/Clms Page number 36>
complète le procédé selon l'Invention* On procède à sa aise en oeuvre dans l'installation représentée. Il est bien entendu que l'on peut utiliser une installation équivalente, pour autant que l'on puisse régler la quan- tité de matière pailletée déposée sur la pellicule thermo- plastique et que le dépôt puisse s'accomplir de la façon voulue.
Exemple 10.
Des paillettes d'aluminium (passant à 99,9 % au tamis de 0,044 mm d'ouverture et à 98 % au tamis américain N 400) ayant un indice de foliation (leaping) de 75 % sont amendes depuis une trémie jusque dans un canal d'ali- mentation du type représenté à la Fig. 3. On fait tourner lavis du canal d'alimentation, à l'aide d'un moteur électrique, à une vitesse de 20 tours/minute environ. On fait fonctionner les rouleaux de charge et les rouleaux d'impression à une vitesse correspondant à une vitesse d'avancement du papier à revêtement brillant de polyéthy- lène de 122 m environ par minute. On fait tourner le rou- leau de ramassage à une vitesse quelque peu inférieure à celle des autres rouleaux.
Les cylindres de polissage ont 15,24 cm de dia- mètre et on fait fonctionner le cylindre de polissage avant à environ 100 tours/minute tandis que l'on fait fonction- ner les deux autres cylindres de polissage à environ 1750 tours/minute. On procède à la conversion de la surface de la pellicule de polyéthylène à l'état très visqueux voulu à l'aide de lampes à infra-rouge, et on refroidit les cylindres réfrigérants par de l'eau d'alimentation normale qui circule à l'intérieur de ceux-ci. Enfin, on procède au calandrage sous une pression de 267,7 kg/cm tandis que l'on maintient los cylindres de calandrage à 82 C.
Le papier muni
<Desc/Clms Page number 37>
de son revêtement aine! obtenu a une surtaxe métallique brillante comparable à celle d'une feuille métallique et une structure telle que celle illustrée par la Fig. 6.
Grâce à l'utilisation du canal d'alimentation de la série de rouleaux de ramassage, du rouleau d'impres- sion, suivis des cylindres de polissage, le tout fonction- nant comme décrit, il est possible d'appliquer la matière pailletée extrêmement fine de la manière remarquable dé- sirée sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un véhicule de support pour la matière pailletée ni d'avoir à prévoir un dispositif d'enlèvement de tout excès de matière. A leur tour, les dits procédés et installation d'application de la matière paillette permettent de disposer d'une ins- tallation économique, efficace, complètement intégrée pour appliquer sur un support tel que du papier, par exem- ple, un revêtement métallisé brillant, éclatant, hautement poli.
En outre, cette Installation complètement intégrée est capable de produire le papier métallisé à des vitesses comparables à celles que l'on rencontre normalement dans les procèdes standard de revêtement, par exemple à raison de 91 à 152 mètres à la minute.
La mise en oeuvre de l'invention permet d'éviter les défauts des produits et des procédés selon les techni- ques antérieures, et permet d'obtenir des produits agréa- bles à voir et décoratifs notablement moins onéreux que les produits à surfaces laminées en feuille ou déposées sous vide. La poudre métallique est si bien fixée à la surface de la pellicule thermoplastique qu'il ne se produit pas d'enlèvement notable de pigment par frottement ou par grattage dans les conditions ordinaires d'utilisation. A titre d'exemple de cette excellente fixation, on peut faire adhérer un ruban collant par pression, comme, par
<Desc/Clms Page number 38>
exemple, un ruban de type "Scotch Rape", sur la surface
Métallique et l'en arracher sans enlever de matière parti- culaire de façon sensible.
Outre leur aspect agréable les produits selon l'invention peuvent présenter d'autres propriétés désirables, par exemple ne transmettre que faiblement la vapeur, pouvoir être collés à la chaleur, ce qui les rend très désirables en tant que matières d'emballage.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au odes de mise en oeuvre représentés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour revêtir la surface d'un objet d'une ratière par titulaire, la surface comprenant une matière thermo- plastique brillante ayant une viscosité Brookfield d'au moins
1000 centipoises à 149*C, caractérisé en ce qu'on applique sur cette surface alors qu'elle est à son état normal, solide et non collant, une matière particulaire finement divisée de façon à recouvrir à peu près uniformément au moins 10 % de ladite surface avec ladite matière particulaire, on convertit ensuite ladite surface, par la chaleur, en un liquide très visqueux supportant ladite matière particulaire sur à peu près toute sa surface extérieure, et on reconvertit ladite surface, par refroidissement, audit état normal, solide et non collant,
grâce à quoi ladite matière est supportée par ladite surface et fixée solidement à celle-ci de façon à fournir une surface très attrayante.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
PrOCtd and Instal, rt- * Lon for superficially coating an object of special neatness.
EMI1.2
The pr.-¯nte invention relates to 5urf <; c's p metallist coating, a process and an installation
EMI1.3
Handing over to get them.
EMI1.4
So far) we have obtained objects! 1étalltsls and, in particular, packaging products. :: tl3isé, by the.:r.1- forming a film with a suitable surface on a core,. that the paper, Although this type of product has f; t4 SE! - tinff-ipfnt for many cp E-f'p11Mtions, it is reletivemt on> 're x to be prepared and, if one wishes to incorporate color in 3 surf? this, it is rncess. re ip proceed v. stages of treatment: 'f't U1j: Ü' '' 'r.lentr'il'es in the staining opra.tion.
<Desc / Clms Page number 2>
It has also been proposed in the prior art to form metallized surfaces and, in particular, metallized papers by coating the surface with metallic powders or so-called "metallic foliation" pigment in suspension in a liquid. , or by allowing the sedimentation of metallic powders or foliation pigments (leafing) in a liquid binder deposited on the surface of the article. Many of these processes require the use of polishing, powder or pigment alignment, or the like to impart the necessary luster to the finished surface.
These metallized papers can be subject to severe cracks when bent or folded, which appear to be due to the nature of the metallized surface. In addition, the amount of metal powder required to fill the liquid is relatively high, resulting in a thick coating. None of the processes involving the combination of metal powder in a liquid have been thought to have been successful. to industrially acceptable products, in particular when it comes to packaging or decorative packaging.
A more recently developed process involves the direct application of a metallic coating by means of well known vacuum deposition processes. The process is expensive and does not lend itself to a continuous coating operation, due to the need to operate all vacuum.
From the above description of the prior art, it can be seen that each of the prior surface metallization methods has one or more defects. Among these shortcomings, mention may be made of the need to carry out a large number of treatment stages, to use a relatively large quantity of metal powder, to use an expensive installation, the difficulty of adapting the process to normal operation. in
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
continuous and the difficulty of forming a surface not susceptible to cracking when bent or crumpled.
There is a great demand, in the field of decorative packaging, in the field of packaging of small items and food products - in par
EMI3.2
bread tree, etc ..... and in the field of thermal insulation, for a flexible metallized product which can
EMI3.3
be handled, printed, glued and used other sanllres without showing cracks or without affecting the general appearance of the metallized product.
Such a metallic product must be inexpensive, pleasing to the eye, and of such a nature that one can easily vary its
EMI3.4
appearance, e.g. coloring, stippling, streaking, Oteop In addition, it must adhere well to the substrate on which $ 1 1 is deposited, be flexible and able to be bent, folded or crumpled without showing any noticeably undesirable marks and, preferably, for certain applications, without showing a noticeable increase in moisture vapor transmission or in gas transmission.
For some applications it would also be desirable to have a metallized wrapping paper having other pre-.
EMI3.5
properties, for example, which can be bonded by heat * rd4t4m both to fats, etc ... Finally, it would be desirable to have a process allowing the use of a large sumo
EMI3.6
metallic powders or other preferred particulate matter, absorbable in powder form within limits, to obtain metallized articles having very wide pjropyidt.
EMI3.7
In view of the above, the invention provides a method of coating the icrf4-ciol of an object using $ r4-lo material per holder, .a .. ii v2 surface ecsprcncnt a: to ..a, r. ' thermoplastic shines' '' - having, an Eroolrfield viscosity had minus 4, -. ,, ale at lOCO CC: lt. OiSC5 il 3 ..;
C, said narrow procedure
<Desc / Clms Page number 4>
characterized in that a finely divided particulate matter is applied to said surface, while in its normal solid and non-tacky state, until at least 10% of said surface is approximately uniformly covered by said particulate matter, said surface is then converted by heat to a highly viscous liquid which supports said particulate matter over almost the entire outer surface, and said surface is converted back, cooling it, to its normal state solid and non-sticky, whereby said material has, as a support,
said surface and adheres firmly thereto so as to present a very pleasant surface.
When the product obtained by carrying out the process is used in the field of decorative packaging, it is possible to cover only as little as 10% of the film with the finely divided metallic powder which can all take the form of flakes. Preferably, 20 to 40% of the surface of the film should be covered with the metal powder distributed more or less uniformly, so as to expose, in the finished article, a major portion of the thermoplastic surface and to communicate to the product, thanks to this, characteristics of extreme brilliance.
When proceeding to a calendering stage, once the powder has been applied to the film, it is possible to obtain highly reflective surfaces, which can be used in the field of thermal insulation, by using a relatively small amount of metal powder, that is to say the amount sufficient to cover only 15 to 20% of the surface of the film at the time of the deposition of the metal. In the absence of the calendering step, the metallic parts are deposited on the surface of the plastic and shiny binder film, meaning that the particles penetrate significantly into the film.
When it is desired, it is the case in certain applications, to have a s', face
<Desc / Clms Page number 5>
extremely smooth, highly reflective, and able to withstand a thin transparent protective coating without losing any of its surface characteristics, the metal particles can be forced, by the calendering stage, to penetrate the film so that essentially all of the top faces of the particles are found to be flush with the surface of the film. The calendering step serves to flatten the metal particles, thus appearing to increase their visible surface area and allowing the use of a small amount of the metal particles to provide a surface coating which appears to be continuous on visual observation.
Whether or not one proceeds to the calendering stage, color can be introduced by using a colored film or by using a colored particulate material, preferably comprising a metallic powder. If the object or article to be surface coated has a surface made of a suitable thermoplastic material, it is obvious that the particulate material can be applied directly to the surface of the object.
By means of the processes which will be described in more detail below, it is possible to achieve finishes which are pleasing to the eye, ranging from a very shiny metallic surface, suitable for decorative purposes, to a matte appearance and. hot, without the need to polish or polish the surface, or to resort to additional stages to introduce a variety of coloring materials. The amount of powder deposited can vary within wide limits, as described below, thus giving the metallized article a very wide range of properties.
To achieve a metallized object and, in particular, a metallized sheet of paper usable for purposes such as the packaging of food products
<Desc / Clms Page number 6>
OR small Objects, decorative wrapping, etc. it has been found necessary to use a thermoplastic material acting as a film or bonding coating, which is both strong and flexible . Thus, the material should have a relatively high molecular weight, so as to impart the necessary strength, and preferably have a measurable tensile strength, and preferably also have a degree of strength. 'measurable elongation.
Since, in fact, the molecular weight of the materials used to form films and having the desired degree of strength varies from material to material, and further, since it is not easy to determine the molecular weight, the Strength with respect to the invention is defined by the viscosity at a given temperature of the thermoplastic material used to form a film.
The temperature chosen for the evaluation of the film serving as binder for the practice of the invention is 149 ° C and, so that a thermoplastic material may be suitable for forming the bonding film between the surface of the support. and the metal powder, it must have a viscosity of at least 1000 centipoise at 149 ° C (Brookfield - spindle speed of 20 rpm).
Advantageously, the thermoplastic material can have a viscosity of at least 3000 centipoise at 149 ° C. since the metallized coating is better the higher the viscosity of the dobby is. The need for high viscosity at high temperature is also dictated by the fact that when the film is heated to bind the metal powder, the film acts as a support for the powder so as to prevent any appreciable penetration of the powder into the powder. film.
The property of flexibility can be considered to be related to the tensile strength and,
<Desc / Clms Page number 7>
up to a point, with the degree of elongation of
EMI7.1
the thermoplastic material used to form a film.
The thermoplastic binder according to the invention is further described as a binder having resistance to
EMI7.2
measurable traction, i.e. at least equal to 7 kg / 2. as measured according to the method given in ASTM D-882-49T. We can define resistance to
EMI7.3
tion preferred as being equal to or greater than 70 kg / cm 29, Although binding agents have been found to be satisfactory?
EMI7.4
thermoplastics not having or having a low degree 43'a. along, it is preferable to use thermal
EMI7.5
Plastics having a degree of elongation of at least m6rJb, for example of at least 10 to 20%.
A thermoplastic bonding material should also possess other general characteristics, among which may be mentioned the suitability for application under
EMI7.6
torme of a continuous film in the high gloss state. $ 0 will show, in the description below, that the gloss of the final metallized surface is related to the degree of gloss of the initial binder film, such as 'it is applied to the surface of the support.
EMI7.7
the thermoplastic binder must be a material that could be applied so as to adhere well to the support.
The thermoplastic binder may also possess other desirable characteristics making the object disappointing.
EMI7.8
ratif finished and, in particular., metallized paper, suitable for a number of applications. These additional achievable characteristics include, but are not limited to, colourability, low trance,
EMI7.9
moisture-driven vapor mission, low permeability case C "3 resistance to grease, ability to heat-bond, and to settle thin ,.
<Desc / Clms Page number 8>
lement on the support in the form of a thin film.
It is obvious to those skilled in the art that, by the appropriate choice of the thermoplastic binder, the final metallized article can be given desired and predetermined physical characteristics. For example, the use of a polyethylene film results in obtaining a heat-stickable paper, exhibiting very low moisture vapor transmission, having good strength. tensile strength and thereby constituting a good metallized paper for packaging food products.
The thermoplastic binder can also contain modifiers known to impart certain desired characteristics to the thermoplastic film. For example, they can contain tackifiers, plasticizers, etc.
These are modifiers commonly used with various thermoplastic films and known to those skilled in the art of formulating plastics.
With respect to the practice of the invention, it has been found that there is a wide variety of suitable thermoplastic materials having the characteristics indicated for the film. Among the thermoplastic materials which can be used for carrying out the invention, there may be mentioned polyethylene, acrylic derivatives, polyamides, polyvinyl butyrals, polyvinyl formals, polyvinyl acetates as well as their copolymers with vinyl chloride, ethyl cellulose, styrene as well as its copelymers with butadiene etc.
A number of ways of applying thin films of such materials are known in the art.
<Desc / Clms Page number 9>
thermoplastic bonds on the surface of a support. These methods include hot & melt coating, calendering, extrusion and coating from a solvent or dispersion. The word "coating, as used in the specification to denote the film of thermoplastic bonding material on the backing, includes films applied by any of these methods as well as by other methods of coating. known application.
The type of tie film selected depends on the intended end use, the binder chosen being applied to the support by a method known to be suitable for that material.
It has been found that the luster of the finished metallized article is directly related to the degree of luster of the thermoplastic bonding film initially deposited on the surface. A number of methods are known in the art for depositing thin films of such thermoplastic materials having varying degrees of gloss. For example, if the thermoplastic material is to be deposited as a hot coating in the molten state, the support, once provided with its coating, can be passed over a hot smoothing bar, while the coat licule is still in the molten state, which gives a great shine. By way of nonlimiting examples of other processes for obtaining a film having shine, mention may be made of calendering, rapid cooling, etc.
The choice of binding material also affects the final degree of shine that can be achieved. The degree of brightness is easily and conventionally assessed by visual means.
The thickness of the film on the surface is not critical, as long as it is essentially a continuous film and, preferably, free from sup- ply particles.
<Desc / Clms Page number 10>
port protruding through it. For example, films not exceeding 0.00254 mm in thickness are satisfactory, provided they can be deposited on the surface economically. Although films are normally defined as having thicknesses of up to about 0.254 mm, this value should not be taken as an upper limit.
However, for practical reasons, films of 0.0127 to 0.0508 mm in thickness have been found to be very satisfactory. Generally, where the flexibility of the finished metallized article is important, it is desirable to use thinner films.
Any metal powder which can be reduced to an extremely fine form is suitable for the practice of the invention. Among these metal powders, there may be mentioned aluminum, copper, bronze, zinc, combinations thereof, etc. Very finely divided particulates such as, for example, blue can also be used. ultramarine commonly used as a pigment in paints. Metal powders or other particulate matter should be very finely divided, preferably passing through a US N 325 sieve (0.044 mm opening) or so, or finer opening.
Although the generic name powder has been used to define the particulate matter, what is referred to as "foliation" pigment can also be used, the latter generally having a coating of. stearic acid. However, it has been found that an uncoated powder having the dimensions specified is preferable.
As indicated above, the metal powder can be replaced by other particulate matter.
<Desc / Clms Page number 11>
finely divided according to the norms of dimensions indicated, or combine it with these. For example, a finely divided coloring material such as ultramarine blue can be added to the metallic powder.
The amount of powder deposited and remaining adherent to the binding film can vary within wide limits, depending on the end use of the metallized article. metallizing, it has been found, whether or not one proceeds to the calendering stage after application of the powder to the film, that a proportion as low as 10% of the thermoplastic film surface must be coated with metallic powder in order to give an extremely shiny metallic surface which is pleasing to the eye.
It is preferable, however, as previously indicated, that when the paper is primarily intended for decorative purpose, 20 to 40% of the surface of the film should be covered by the metallic powder so as to roughly uniform, thereby exposing a major portion of the thermoplastic surface in the finished article.
If the paper or the metallized object is to serve as a thermal barrier or insulating material, it is possible that at least 75% of the surface of the bonding film is covered by the metallic powder and it is still preferable that this rate approaches 300%, but does not reach this value. This was demonstrated in a simple experiment in which metallized paper formed according to the invention was evaluated for its ability to act as a heat barrier.
On the underside, that is to say not metallized, of a sample of metallized paper, an adhesive tape is affixed with a heat-treated paper merceau.
<Desc / Clms Page number 12>
way to turn to. Meir at 93 ° C, sten exposes the corresponding metallic surface to the radiation of a 375 watt infrared lamp placed 20 cm above the metallic surface. When exposed to radiation a foil with 10% of the surface covered with aluminum powder, the thermal foil turns black in less than 10 seconds. When the same test is carried out with a metallized paper whose surface is approximately 80% covered with aluminum powder, the thermal paper does not turn black after three minutes of exposure.
By proceeding according to the invention, it is possible to obtain a pleasing metallized article containing a very small amount of particulate matter adhering to a thermoplastic and shiny binding film. For example, an amount of aluminum as low as 113 g per ream (278.7 m2) can be used. It is preferred for the decorative paper that the powder is set at a rate of 113 to 226 g per ream. As we have shown above, this rate can. obviously to be higher when it comes to thermal insulation materials, that is to say to reach from 453 to 680 g.
As described above, the final metallized object has all the more brilliance the more brilliant the thermoplastic film. This is especially true for metallized surfaces where the surface coverage rate by joint materials is the lowest.
It appears that although the surface is not entirely covered, the human eye views the surface as a whole and communicates a highly polished surface feel which is very astable.
After applying the thermoplastic binder in the form of an essentially continuous glossy film,
<Desc / Clms Page number 13>
The metallic powder or other finely divided particulate material is deposited by any suitable method on the surface of the film. Whether or not one proceeds to the calendering stage, the finely divided particulate material can be applied by dusting, by brushing, or by any other suitable method known in the art, including deposition as a dispersion. . In the latter case, the dispersion medium may be a non-solvent (eg, water) or a solvent (eg, an organic liquid) for the thermoplastic bonding film. The dispersion medium must, however, be a liquid wetting the thermoplastic film.
If it is a solvent, it can help fix the fear to the film, but does not replace the next step of heating the film.
This checkerboard step involves converting, by heating, at least that portion of the surface of the bonding film which is in contact with the particulate matter into a viscous liquid capable of fixing the particulate matter to the surface. Thus it is necessary to make only said portion of the outer surface of the film capable of fixing the powder. Whether the mass of the film is melted or not is of no importance provided that its viscosity is high enough to prevent sedimentation or the penetration of particulate matter significantly below the surface.
For this reason, it is preferable that the mass of the binder has a viscosity (Brookfield, spindle speed 20 rpm) of at least 3000-4000 centipols during the setting operation.
The stage of converting the film surface into a viscous liquid is carried out by heating the surface.
<Desc / Clms Page number 14>
of the object, for example by exposing the surface for a necessary time to a heated atmosphere, or by heating the support. Thus it is possible to proceed at this stage of converting the surface into a viscous liquid by infrared heating, induction, or other known means.
After the film surface has been converted to a viscous liquid, and each of the metal particles or other particulate matter considered individually, firmly anchored to the film surface, the object is cooled. In some cases, it is further desirable to cool as quickly as possible so as to achieve greater luster, depending on the bonding thermoplastic film and its characteristics. Rapid cooling can be carried out by applying cold water, by passing it over a cold surface, for example over a drum or the like. If calendering is to be done, this stage follows the process described.
In any event, since it is desirable to carry out the calendering stage at an elevated temperature, the film surface need not necessarily be cooled, unless this cooling stage is carried out to improve gloss. The calendering stage is carried out in what is referred to as a 'supercalender'.
This apparatus consists of alternating cylinders having a highly polished metallic surface of chromed steel, cast iron, etc., and so-called fiber-covered cylinders, the surface of which is constituted by a resin impregnated fiber. It is necessary to use this type of calendering plant to achieve the necessary luster, since the fiber-covered cylinder has sufficient flexibility.
<Desc / Clms Page number 15>
to compensate for any variation in thickness of the fle-
EMI15.1
xible with raéta3 coating ... ê. It is also necessary to rotate both cylinders at roughly the same speed. This means that the calibration is carried out without the use of friction. This friction would be detrimental to obtaining the desired type of surface.
When passing the metal coated carrier between the cylinders
EMI15.2
ares, the surface which has been metallized comes, well, in "mowing" contact with the metal-surface cylinders.
It has been found preferable to use p3? Eas, lo.ns of calendering between) 6 and 360 bzz per cGnt1m \ t ,. in width, the higher pressures being, p '^' It is also preferable to heat the Ql11nd ', a temperature sufficient to just soften (not melt) the thermoplastic bonding material, when
EMI15.3
that it is polyethylene, for example, it is ready. wired to heat the cylinders to 6? -93 * C approximately, the number of passages in the pinches between the c14r'l is Important to increase the brightness of the matjra fiait? found that the best results were obtained m used a nine-roll supercalender with eight passes between the calender rolls.
XI have) 'R obvious that one can use less than eight pan ,. "4y * ç less desirable results, for example, by making two passes in a three-cylinder calender); II in% also possible, well of course, to use more than eight passes, but, when making more than eight passes
EMI15.4
1 increase in brightness obtained for each pass IUpp16.n. silence is very low and this, in practice, limits the number of passes.
After calendering, the metallized surface can be covered with a transparent protective coating, such as
<Desc / Clms Page number 16>
than a so-called overprint lacquer which is commonly a nitrocellulose lacquer * It is of course necessary that the coating composition used be capable of forming a film which adheres to the metallized surface, which can be applied in a solvent system which does not disturb - not the metallized surface, and which has good clarity.
The metallized coating can be applied to a number of substrates capable of being passed between calendering rolls, as described above. In practice, the support is a flexible material such as paper, fabric, a plastic material such as cellophane for example, etc. When a film or a sheet of the thermoplastic binder is itself a support, it is only necessary to coat the surface of the support with the metal particles, according to the method described, thereby eliminating the step of applying a film of the bonding material to the support.
When applying the liapt to the substrate, additional decorative effects can be obtained, for example by stretching the bonding film, while hot, over the substrate, using a surfacing bar on which a wrapping is wound. metallic thread, so as to give it a pleasant ribbed appearance. The article can also be embossed immediately after application of the particulate matter thereto, or the heat treatment described above can be performed in a template.
When it is necessary to remove any excess of metal particles or other particulate matter after the cooling and solidification of the film has been completed, any suitable means may be used, for example removing. lightly brush this excess, using sheepskin rollers
<Desc / Clms Page number 17>
for example, or by gently vibrating the detail article! se so as to detach loose particles, or other similar techniques.
The particulate coating according to the invention can only be applied to almost any desired substrate, including wood, fabric, paper or cellophane. It is not necessary to use expensive and high quality paper. Besides the materials in the form of sheets, the process can be carried out for metallizing wire, or molded articles, in an economical manner. For example, nylon or rayon yarns can be coated with the melt polyethylene of Example 1 below, cooled, powdered with mixed powder, and heated to harden, all as shown in Example 1. .
If desired, to improve wash and fade resistance characteristics, the metallized threads can then be given a transparent plastic coating. Similarly, molded articles not yet having the desired surface can be coated with the molten polyethylene of Example 1, and then be metallized in a similar fashion.
In addition, the process according to the invention can also be carried out in the case of objects which already have a suitable thermoplastic surface, without additional coating. Thus, objects molded from resins, as described herein, can be dusted with metallic powder and melted, as described above, to give a pleasing metallic surface.
Examples 1 to 6 below, not including the calendering stage, are given solely by way of illustration of the invention. As the metallization of paper imposes rigorous standards of flexibility and resistance to the bonding film, we will study the pel-
<Desc / Clms Page number 18>
thermoplastic binding licule and we will define it from the point of view of its use on a paper surface. However, the medium is of course not limited to paper, which is used below only as an example.
Example 1.
On a suitable support, for example a sheet of paper (flipchart) of 38.5 kg (for a ream of 500 sheets of 50.8 x 66 in), a coating of 0.01524 mm of thickness of low molecular weight polyethylene (EPOLENE C from Eastman Chemical Products, Inc.) from a hot molten bath at the temperature of 176.7 C.
This low molecular weight polyethylene is further charac- terized by a melting point of about 100 ° C., an elongation of 50 to 60%, a tensile strength of 63.3 kg / cm3, and a Brookfield viscosity of 8000 centi. - poises at 149 * C. While the polyethylene is still in the molten state, the paper is passed through a hot finishing roll, so as to impart a high degree of gloss to the film thus formed.
After cooling this binding film, a stage which may include passing it over a cooled drum, finely divided aluminum powder is applied by dusting the surface of the coating with rollers covered with sheepskin. The aluminum powder applied is a pigment passing through an American sieve N 325 (0.044 mm opening), non-foliating (sold by the Aluminum Company of America under the name Alcoa N 552), After dusting the film, it is heated in a circulating air oven for one minute at 177 C, so as to convert the surface into a very viscous liquid without completely melting the coating,
realizing
<Desc / Clms Page number 19>
thus a strong and visually pleasing anchoring of metallic powder on the coating * The metallic coating thus applied is very thin, in fact covering about 25 to 30% of the actual surface of the film as measured under a microscope, and is present in an amount equivalent, by weight, to about 158 g per ream - The result is a metallized surface with a hot luster, the metallic powder being so firmly attached to the coating that it does not separate so noticeable by friction.
If desired, the surface appearance of the article could be further improved by cooling it rapidly, after melting, by passing the coated surface over a smooth, cooled cylinder, or by direct application of cold water to it. the hot metal surface. There is no excess powder left on the surface.
The moisture vapor permeability (according to ASTM D-988-51T) of a metallized paper prepared as described above is 0.42 g / 100 cm2 per 24 hours, at 37.8 C and for 90% relative humidity, * When this sheet is crumpled at 21 C and 4 a relative humidity of 50%, before the test, the permeability increases only up to 0.7 g / 100 cm.
Metallized paper prepared according to the process described in this example is particularly suitable for decorative packaging as well as packaging in general, due to the good strength and flexibility of low molecular weight polyethylene.
Example 2.
The procedure is as in Example 1 to prepare a sheet coated with a thin film of the same polyethylene, and a foliation aluminum pigment is sprinkled over it passing through a sieve of 0.044 mm opening. The search one
<Desc / Clms Page number 20>
times sprinkle on heat to 204 * C for 1 minute.
Among the other powders or particulates successfully applied in this way, there may be mentioned (but this list is not exhaustive) shiny zinc flakes, bronze powder, copper powder, ultramarine blue pigments, and a mixture of 85% by weight of aluminum powder passing through a 0.044 mm sieve opening and 15% by weight of finely divided ultramarine blue. In this way, a variety of applications can be made. pigments and almost all decorative metallic powders, in order to obtain a whole range of attractive colors and surface textures.
Although pigments such as ultramarine blue can be applied, a better surface appearance is obtained by mixing these pigments with metallic powders, and preferably with aluminum powder. Of course, the invention is also aimed at obtaining coloring by using a colored film as a thermoplastic binding film.
In the case of the low molecular weight polyethylene of Example 1, which has been found to be one of the preferred thermoplastic products for forming the films, it has been found preferable to complete the preparation of a film. high gloss film surface by stretching the surface of the coated film while the polyethylene is still in the molten state, under tension, passing it over a surfacing bar, before dusting it with powders, so as to further improve the surface appearance of the finished article.
To increase the gloss, the surface of this bar, or cylinder, may be smooth or polished, or it may be ridged or otherwise altered to form a pattern on the revote. For example, we found that.
<Desc / Clms Page number 21>
a surfacing bar with a fine wire wound around it gives a pleasing ribbed appearance to the finished article.
Example 3.
A mixture of 90 parts by weight of the low molecular weight polyethylene of Example 1 and 10 parts by weight of a terpene resin (PICCOLYTE S-115 from Pennsylvania Industrial Chemicals Corp.) as an adhesive agent is used to coat. on a roll, at 163 C, a wrapping paper (paper pouch stock) of 15.875 kg, followed by rapid cooling. Polished aluminum powder (passing through a 0.044 mm opening sieve) was then applied by dusting the coated surface, and the composite product was heated at 149 ° C. for one minute. The small amount of adhesive allows the metal powder to adhere more easily to the bonding film at lower temperatures.
Other modifiers may be added to the low molecular weight polyethylene to modify its properties, provided that the resulting viscosity at 149 ° C does not drop below 1000 and preferably not. below 3000 centipoise. For example, 0.5% by weight of a high molecular weight aliphatic amide (eg ABMID 0 from Armor & Co.) can be incorporated into the coating of Example 3 above, so as to give the product a more shiny metallic finish. It is also possible to add a small quantity of paraffin wax to the polyethylene, to lower its cost price and to reduce its viscosity somewhat.
Example 4.
A medium molecular weight polyethylene resin (sold by E.I. du Pont de Nemours and Company, Inc. as AlAthon le) was used to laminate it by
<Desc / Clms Page number 22>
extrusion on a paper support (board stock), at a thickness of 0.0254 mm. This polyethylene can further be characterized by a melt index of 24.5 as calculated by the ASTM D-238-52T test. Its viscosity, even at 149 ° C, is so high that it cannot be measured accurately.
After cooling, the plastic surface is dusted with aluminum powder passing through a sieve of 0.044 mm opening, and then heated under a jet of hot air at 232 ° C for about half a minute.
This high temperature is necessary to obtain a good bond, since the molecular weight and the melt viscosity of this polyethylene are higher than for the polyethylene of Example 1. A higher molecular weight polyethylene is used, having a melt index of 3, in place of the medium molecular weight substance, and it is necessary to heat under a jet of hot air at 288 ° C for about 1/2 minute to make the surface film sticky enough to hold the aluminum powder securely.
Example, 5
A polyamide resin having a viscosity of 3700 centipoise at 149 ° C and a tensile strength of 70 kg / cm2 was used to coat it, with a knife, on a highly calendered glossy paper of 24.947 kg (based on the 278 m2 ream), to form a coating 0.0254 mm thick. This polyamide is sold commercially by General Mills, Inca, under the name.
VERSAMIED 940. The surface of the coating is dusted with aluminum powder passing through a sieve of 0.044 mm opening, the excess is removed, and the foil is then heated, for one minute, at 176 ° C, to set. metal
<Desc / Clms Page number 23>
EMI23.1
with resin. The same resin (4.0% solids) was also dissolved in equal parts of isopropanol and moon, and rolled over by reverse roll on highly calendered paper weighing 18 kg per 278 m. The coating was dried in an oven, and the resulting coating was 0.0058 mm thick; sprinkle it with the same aluminum powder and heat it in a circulating oven
EMI23.2
air, at 149 ° C for one minute.
Example 6.
EMI23.3
A butadiene-styrene copolymer is used (yt <ndtX)
EMI23.4
by Pennsylvania Industrial Chemical Corp. under lit name tto PICCOFLEX 100) having a viscosity greater than 4 100,000
EMI23.5
centipoise at 1.4.9 C and a tensile strength of 35.1 kg / cm, to roll it upside down from a 50% solids solution in toluene, on the
EMI23.6
same paper as in Example 5, up to a coating thickness of 0.00381 mm. The film is then dried in an oven, then sprinkled with a fine bronze sewing. The sprinkled leaf is heated for one minute at 149 C, then cooled.
The implementation of the process used regardless
EMI23.7
which, from the preceding examples, makes it possible to obtain a pleasing to the eye, firmly fixed metallic fet4lq, particularly interesting to use as an emtfallasCj) and which can be produced economically, in a whole range of surface appearances and colors. However, any object on which it is liable to deposit a shiny film of a thermoplastic material of the type defined can, similarly, be covered with a sur. metallic face.
EMI23.8
When it is paper, or other me ".brane flet xible, which constitutes the support, back v1t.sccs of product.
<Desc / Clms Page number 24>
Very high rates are possible, for example linear processing speeds of 61 to 244 meters per minute can be used. The amount of powder or particulate applied can be varied and generally low powder absorption gives superior shine while higher absorbances give warm, deeper, but duller and duller finishes that, in particular when it comes to sluminized surfaces, form a good thermal barrier.
The following Examples 7 to 9 include the calendering stage and are given only by way of illustration of the invention.
Example.
By roller, a 0.01524 mm coating of a low molecular weight polyethylene, having a melt index of 6, is applied to a 38.555 kg sheet of paper (paper board) (per ream of 500 sheets). 50.8 x 63.5 cm), from a hot melt, at 176 * Ce. Low molecular weight polyethylene can further be characterized as having a melting point of about 100 ° C, an elongation of 50- 60%, a tensile strength of 63 kg / cm2 and a Brookfield viscosity of 8000 centipoise at 149 ° C.
While the polyethylene is still in the molten state, the paper is passed over a hot finishing roll, so as to impart a high gloss to the film formed thereon. After cooling the binder film, finely divided aluminum foil was applied thereto, dusting the coating surface and dusting it with sheepskin coated rollers. The aluminum powder applied is m pigment passing through a sieve of 0.044 mm opening, no
<Desc / Clms Page number 25>
Folding (sold by Aluminum Company of America as Alcoa N * 552).
The sprinkled film is heated in a circulating air oven for 1 minute at 176 ° C to convert the surface to a very viscous liquid without completely melting the coating, thereby achieving solid anchoring of the metal particles. on the coating. The metallic coating thus applied is very thin, in fact covering 15 to 20% of the surface of the film, as measured under a microscope, and is present in an amount equivalent, by weight, to about 113 g per ream.
A portion of the paper is then passed through a nine-cylinder supercalender at a rate of 106.7 miters per minute and a pressure of 360 kg per centimeter of width. The cylinders are maintained at a temperature between 88 and 93 C. After the eight passes between the supercalender cylinders, the metalized surface has acquired an extremely glossy appearance.
The increase in reflectance produced by the calendering stage according to the invention is measured in a device called Vanceometer, an instrument intended to measure the amount of light reflected when it strikes the surface of a material. For the measurements, an angle of incidence and reflection of 15 is used.
When using the instrument, it is usual to compare the reflectivity of the surface to be evaluated with that of a standard sample which is set at the value 100 of an arbitrary scale. However, since the value of the metallized surface in this example is out of range, the light intensity is adjusted so as to obtain the indication 100 for the calendered metallized surface. The corresponding indication of 24 is then obtained for the uncalendered portion of this metallized paper.
<Desc / Clms Page number 26>
The metallized paper of this example is then compared in a similar fashion to a smooth aluminum foil. when the instrument is set to 100 for the aluminum foil, the corresponding metallized and calendered surface has a reflectance value of 58, while the corresponding uncalendered surface gives, on the instrument, l Indication 26. Part of the non-calendered and glossy surfaces is then covered with a coating by brushing them with a transparent nitro-cellulose lacquer. The reflectance values of the lacquered surfaces are, respectively, 50 and 22.
These reflectance measurements illustrate that the ealandrage actually increases the luster and reflectance of the metallized surface and that the resulting glossy surface can be provided with a thin transparent protective coating film, without exhibiting any substantial loss of color. this shine. Furthermore, these measurements show that by using just enough metal powder to cover 15-20% of the surface of the bonding film, a metalized surface can be formed which compares favorably with aluminum foil. as regards the reflectance.
To more fully demonstrate the deflection power of the calendered surface. thus formed, its ability to act as a barrier against heat was evaluated by comparison with the identical sample of paper provided with a coating but not calendered.
In order to be able to carry out this evaluation, one affixes to the lower part (that is to say the non-metallized side) of the calendered paper sample and of a non-calendered paper sample, using a duct tape, a piece of thermal paper
<Desc / Clms Page number 27>
treated so as to turn black at 93 * Co The corresponding metallized surfaces are exposed to radiation from a 375 watt infrared lamp placed 20 cm above the metallized surfaces. The time required for the thermal paper to turn black is then measured, as an assessment of the ability of the metallized surface to reflect infrared radiation.
The calendered surface according to the invention requires 35 seconds, while the identical but non-calendered surface requires 25 seconds. It is therefore possible to realize that the calendering stage has a real effect on the physical characteristics of the metallized coating. This feature is also very evident to the naked eye.
Example 8.
A metallized article is prepared according to the procedure described in Example 7. The calendering is carried out in a three-roll calender, under a pressure of 36 kg / cm in width and at 82 ° C. After the two passes between the calender rolls, a very shiny surface is obtained showing a marked improvement over the uncalendered substance in the ability to reflect radiation, and an additional pass between the calender rolls. increases the visible shine of the surface. However, the results are not equivalent to those obtained in Example 7, which indicates the value of using a pressure of at least 36 kg / cm in width and preferably , greater than this value.
Example 9
A plyamide resin having a viscosity of 3700 contipoise at 149 C and a plyamid resin having a viscosity of 3700 contipoise at 149 C and
<Desc / Clms Page number 28>
tensile strength of 7 kg / cm. On the polyamide film, a mixture of 85% by weight of aluminum powder passing through a 0.044 mm opening sieve and 15% by weight of finely divided ultramarine blue pigment is sprinkled onto the film. remove the excess, and then heat the sheet for one minute at 176 ° C, so as to fix the particulate matter to the surface of the film.
Microscopic examination shows that about 40% of the film surface is in fact covered by the coating particles.
Once the paper has been coated, the calendering is carried out as described in Example 7. The calendered surface thus obtained is a shiny metallic blue, considerably brighter than a corresponding uncalendered sample of the same substance. provided with its coating.
A particular installation which can be used for implementing the invention will now be described.
The installation is particularly effective in depositing the finely divided metallic material on the shiny thermoplastic surface, to achieve the desired type of deposit before the particles are fixed to the surface under the action of heat, and it is suitable for this purpose. - particularly good for the use of glittery materials, the dimensions of which normally allow them to pass through a sieve with an opening of 0.044 mm and less. The installation will be described in detail in connection with the use of spangled metal particles, but it will be understood that it can be operated with any suitable particulate material.
To better understand the nature and the aims of the invention, we refer to the detailed description
<Desc / Clms Page number 29>
which follows relating to the appended drawing, given solely by way of example, and in which: FIG. 1 is a schematic representation of the entire installation according to the invention; Fig. 2 is a cross-sectional view of the part of the plant used to apply the particulate material to the thermoplastic surface; Fig. 3 is a side elevational view of the feed channel used to handle the fine flake material;
Fig. 4 is a cross-sectional view of the feed channel of FIG. 3 made in the plane 4-4 of this figure} FIG. 5 is a section through a support provided with a coating according to the invention; Fig. 6 is a photomicrograph (magnification - sowing 10,000) of the coated surface.
By virtue of the method and installation according to the invention, it is possible to apply a metallic powder in the form of finely divided flakes on the surface of a glossy and thermoplastic film without having to use any type of vehicle of the invention. support, and this in such a way that the quantity of metallic spangled material is regulated so that no excess has to be removed therefrom. In addition, the installation according to the invention makes it possible to carry out the entire coating operation at fast speeds comparable to conventional coating speeds of between 91.4 and 152.4 m per minute.
The application of the metallic flake material is effected by means of a special feed channel combined with the use of a series of rolls, as will be described in detail below with reference to FIG. . 2.
<Desc / Clms Page number 30>
If we now consider the overall schematic representation of the installation in FIG. 1, we
Volt that one can proceed quickly, continuously, to the application of a metallic coating on a support.
In Fig. 1 the thermoplastic film 10 is attached to a support 11 such as paper, for example. The thermoplastic coated support is provided by a feed roll 17 and the finely divided particulate material 12 is provided by a feed tank 16 which, in FIG. 1, takes the form of a hopper.
The flake material (which, by way of illustration in the description below, will be considered to be aluminum flakes passing through a sieve of 0.044 mm opening, or less) is fed from hopper 16 into a channel. feeder 18 which distributes the aluminum flakes uniformly in a trough formed between a pickup roller 20, made of rubber, backed by a backing plate 21 used in conjunction with the pickup roller 20.
This supply channel will be described in detail later, with reference to Figs. 3 and 4. The speed at which the pickup roller 20 is operated serves to control the amount of flake material deposited, and, in general, the peripheral speed of the pickup roller 20 is less than the speed at which it feeds. the support provided with its coating. The direction of rotation of the pickup roller 20 is in the opposite direction to the running of the support provided with its coating.
Spreader rollers 24 and 25, and a print roller 26 operate in combination with pickup roller 20. The direction of rotation of the various rollers is indicated by the arrows and the peripheral speed of the rollers. 24, 25 and 26 is essentially equivalent to the linear speed at which the media advances
<Desc / Clms Page number 31>
11 with thermoplastic coating. These rollers, as well as the pickup roller 20, are preferably formed (at least on their surfaces) of a soft, chewy material such as natural rubber.
As the thermoplastic coated paper passes between the impression roller 26 and the nip roller 28, it receives, from the impression roller 26, a controlled amount of the glittered particulate material. . The flow of this particulate material is controlled so as to provide just enough aluminum flake to partially cover the surface of the thermoplastic film. The coverage rate depends on the characteristics sought for the finished product, and must be between approximately 10% and a rate slightly lower than total coverage, for example approximately 98%.
It is also possible to act on the flow of the particulate matter a by means of the supply channel 18 shown in detail in: c FIG. 3 and 4. This supply channel comprises a cylindrical tube 49 closed at its outlet end, and connected to the supply tank 16 at its opposite inlet end. A slit-shaped opening is cut in the tube 49 such that its width increases continuously from the inlet end to the outlet end of the tuta.
Or, the opening of the slot may be constant *, and the slot may have a curved profile as shown by the curved side of the slot in FIG. 3. Inside the tube 49 is a screw 51 having a shaft 52 which can be rotated in any suitable manner. requested (not shown) in the direction indicated. The spangled material entering the feed channel from the feed tank 16 (flowing pod
<Desc / Clms Page number 32>
if it was a liquid) advances in the tube under the pressure of the grooves of the screw and is enclosed by these grooves and by the wall of the tube.
As the wall gradually lowers, a portion of the load of spangled material no longer becomes retained and therefore drains out of the tube and falls onto the pickup roller 20 (see Fig. 2). The amount of glitter material thus supplied to the pickup roller 20 at any given point depends on the difference in level of that point from the point immediately upstream. Thus, the supply of glitter material to the pickup roller pickup 20 and hence ultimately to the surface of the thermoplastic film depends on the shape of the slit, and the speed at which screw 51 is rotated relative to the peripheral speed of the roller. pickup 20.
We can now describe the rest of the installation shown in FiC * 1. As it is a glittery material, in order to form the most permanent type of bond, it is necessary to place each particle. spangled in an almost horizontal position with respect to its largest dimension. This is the function performed by the polishing cylinders 30, 31 and 32. After applying the aluminum flakes to the thermoplastic surface by the printing roller, the material is passed through the test. aluminum 13 in contact with a series of polishing cylinders with a soft surface * Thus they can be covered with sheepskin, cotton twine, etc. Three polishing cylinders are shown in the installation of Figs. 1 and 2.
The first polishing cylinder, or front cylinder, rotates counter to the direction that the paper would move. This polishing cylinder 30 must have a peripheral speed lower than the speed of advance of the paper. The two cylinders
<Desc / Clms Page number 33>
polishing machines 31 and 32, turning in the same direction as the paper, but faster. Typical speeds will be indicated in the example given below.
The pressure exerted by the rolls during polishing depends on the character of the coating on the support and can be determined experimentally for each material to be metallized.
Besides forcing the aluminum flakes to lie flat, the polishing rolls also provide coating, or contacting, of the surface of the thermoplastic film with a single layer of metal flakes. Thus, each flake is handled in such a way that it contacts the thermoplastic film with approximately the largest surface area possible and this allows the flakes to be attached to the film in the essentially complete and permanent manner required.
This fact, in turn, involves the elimination, of almost all possibility of frictional removal, since only the metallic particles adjacent to the surface of the thermoplastic resin over a maximum area are fixed in place during the process. the melting operation, and because almost all the aluminum flakes are thus placed.
The polishing stage can be carried out with only two rolls, 30 and 31 for example, or with more than the three rolls shown, as long as these polishing rolls orient the spangled material so that it comes into contact with it. the thermoplastic film by the largest possible surface area and allow the single-layered flakes to remain more or less evenly distributed over the thermoplastic surface, leaving part of the thermoplastic surface uncoated with
<Desc / Clms Page number 34>
glitter dobby.
When the paper leaves the last polishing cylinder 32 it is provided with a thermoplastic film in a normal, solid, non-sticky state which in turn has, distributed essentially evenly over its surface, extremely small metallic flakes placed in so as to be fixed as much as possible and to leave uncovered at least a part (from 2 to 90% approximately) of the shiny thermoplastic surface to which the metal blades are fixed.
After applying the metallic flakes, as previously described, to the shiny thermoplastic surface while it is in the normal, solid and non-tacky state, heat is applied so as to convert at least the surface of the thermoplastic film to a very viscous state which supports metallic particles. In Fig. 1 this heating is shown to be carried out in a melting zone constituted by a series of heating apparatus 36. These may be gas burners, infrared lamps, or other sources of heat. radiant energy which softens but does not liquefy the thermoplastic film.
After heating, the thermoplastic film is reconverted to its normal, solid and non-sticky state, and a film 37 is obtained on which are fixed, with a permanent heel, the metallic flakes distributed so as to leave a part of the thermoplastic film uncovered. To speed up the conversion of the thermoplastic surface to its solid, non-sticky state, and to obtain an extremely lustrous and glossy coating on the film, it is preferable to cool the paper, for example by passing it through cylinders.
<Desc / Clms Page number 35>
refrigerants 40 and 41 also served as guide cylinders.
Another stage described in US patent application No. 10,839 and already mentioned, is that of the supercalender which is represented as being carried out by the supercalender rolls 42, 43 and 44. Finally, the paper support, provided with its definitive coating, on a collecting cylinder 46.
Fig. 5 shows, at high magnification, a schematic cross section of the support provided with its coating thus obtained. Fig. 5 shows that a support} 11, of paper for example, is formed by a coating formed by a continuous thermoplastic film 10 of polyethylene or polyamide, for example. Aluminum flakes 12 are permanently attached to the top side of the thermoplastic film, adhering to the film at their flat faces 15. Surrounding the glitter material 12 are exposed surfaces 14 which are the? sun- faces of the initial thermoplastic material,
We can clearly see the impact of the material finally obtained, provided with its coating, thanks to the micro-photograph of FIG. 6.
This is a positive reproduction at an enlargement of 10,000.
The aluminum flakes 12 are clearly visible, as well as the exposed portions 14 of the thermoplastic film. It can be seen that the straws lie flat and thus the maximum adhesion is obtained * Fig. 6 It should also be appreciated that there is practically no entrainment of frictional glitter material in a coating such as this, as almost all of the glitter is attached to as large an area as possible.
The following example illustrates in a more
<Desc / Clms Page number 36>
completes the process according to the invention * It is easy to implement in the installation shown. Of course, an equivalent installation can be used, provided that the amount of spangled material deposited on the thermoplastic film can be regulated and the deposition can be accomplished in the desired manner.
Example 10.
Aluminum flakes (passing 99.9% on the 0.044 mm sieve opening and 98% on the American N 400 sieve) with a leaping number of 75% are fined from a hopper into a channel power supply of the type shown in FIG. 3. The screw of the feed channel is rotated using an electric motor at a speed of approximately 20 revolutions / minute. The charge rollers and the printing rollers are operated at a speed corresponding to a feed rate of the polyethylene gloss coated paper of about 122 m per minute. The pickup roller is rotated at a somewhat slower speed than the other rollers.
The polishing rolls are 15.24 cm in diameter and the front polishing roll is operated at about 100 rpm while the other two polishing rolls are operated at about 1750 rpm. The surface of the polyethylene film is converted to the desired high viscosity state using infrared lamps, and the freezing cylinders are cooled with normal feed water circulating at the temperature. 'inside these. Finally, the calendering is carried out under a pressure of 267.7 kg / cm while the calendering rolls are maintained at 82 C.
The paper provided
<Desc / Clms Page number 37>
of his groin covering! obtained has a shiny metallic surcharge comparable to that of a metallic foil and a structure such as that illustrated in FIG. 6.
Through the use of the feed channel of the pickup roller series, the printing roller, followed by the polishing cylinders, all functioning as described, it is possible to apply the extremely spangled material. fine in the remarkably desired manner without the need to use a support vehicle for the glitter material or to provide a device for removing any excess material. In turn, said methods and installation for applying the flake material make it possible to have an economical, efficient, fully integrated installation for applying to a support such as paper, for example, a glossy metallized coating. , vibrant, highly polished.
Furthermore, this fully integrated plant is capable of producing metallized paper at speeds comparable to those normally encountered in standard coating processes, for example at a rate of 91 to 152 meters per minute.
The implementation of the invention makes it possible to avoid the defects of the products and of the processes according to the prior techniques, and makes it possible to obtain pleasant-to-see and decorative products which are notably less expensive than products with laminated surfaces. foil or vacuum-packed. The metallic powder is so well attached to the surface of the thermoplastic film that no significant rubbing or scratching of pigment occurs under ordinary conditions of use. As an example of this excellent fixation, a sticky tape can be made to adhere by pressure, such as, by
<Desc / Clms Page number 38>
example, a tape of the "Scotch Rape" type, on the surface
Metal and tear it off without removing any sensitive particulate matter.
Besides their pleasing appearance, the products according to the invention may exhibit other desirable properties, for example only weakly transmitting vapor, being able to be heat-bonded, which makes them very desirable as packaging materials.
Of course, the invention is not limited to the embodiments shown and described which have been given only by way of examples.
CLAIMS
1. A method of coating the surface of an object with a dobby per holder, the surface comprising a glossy thermoplastic material having a Brookfield viscosity of at least
1000 centipoise at 149 ° C, characterized in that a finely divided particulate matter is applied to this surface while it is in its normal, solid and non-sticky state so as to cover approximately uniformly at least 10% of said surface with said particulate matter, then said surface is converted by heat into a highly viscous liquid carrying said particulate matter over substantially all of its outer surface, and said surface is converted back, by cooling, to said normal solid state and non sticky,
whereby said material is supported by said surface and securely attached thereto so as to provide a very attractive surface.