L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'un corps composite.
L'emploi de matériaux composites constitués par des feuilles formées d'au moins deux matériaux différents appliqués l'un contre l'autre et maintenus solidaires l'un de l'autre, par exemple d'un matériau composite formé par une feuille de papier revêtue sur au moins l'une de ses faces par une feuille de matiére plastique, ou par une feuille de papier revêtue sur une face par une
feuille de matière plastique et sur l'autre par une feuille métallique
mince. se répand actuellement, notamment dans le domaine de
l'emballage.
Grâce à l'association judicieuse de divers matériaux tels que le papier, le carton, les matières plastiques, les feuilles métalliques minces. etc., il est possible d'obtenir des matériaux composites en feuille, formés de deux, trois, quatre constituants ou plus et ayant des propriétés très variées, adaptées à de nombreuses utilisations et convenant en particulier pour la fabrication d'emballages pour produits alimentaires liquides ou solides tels que le lait, la viande, la pâtisserie, le fromage, etc.
Les procédés de fabrication de tels matériaux composites actuellement connus comportent des opérations mécaniques telles que l'extrusion, le laminage, le contrecollage au moyen d'adhésifs, éventuellement combinés avec des traitements physiques de la surface des matériaux constitutifs du composite, par exemple l'irradiation de cette surface ou son bombardement par un flux de particules élémentaires telles que des électrons, des protons, etc., ou par un flux d'ions ou encore avec des traitements de cette surface par des agents chimiques.
Ainsi, le nombre des opérations nécessaires à la fabrication de ces matériaux composites est souvent très élevé, ces opérations étant parfois longues ou délicates à effectuer, d'où il résulte évidemment un prix de revient élevé. En particulier, les opérations de collage au moyen des substances adhésives traditionnelles nécessitent soit un temps de séchage long lorsque ce dernier est effectué a la température ambiante, soit une température de séchage élevée. ce qui, dans certains cas, risque de provoquer une altération des matériaux employés et complique, de toute façon, I'appareillage utilisé. Ce dernier doit, en effet, pour permettre la mise en oeuvre de l'opération de collage, le plus souvent comporter au moins un four-tunnel de grande longueur, par exemple plusieurs mètres.
D'autre part, les propriétés mécaniques ou physico-chimiques des matériaux ainsi obtenus sont le plus souvent encore insuffisantes.
Le but de la présente invention est de permettre l'obtention au moyen d'un procédé rapide, simple et peu onéreux, d'un corps composite pouvant être matérialisé sous des formes d'exécutions très nombreuses et ayant des propriétés très variées, adaptées à une utilisation dans des domaines très divers.
A cet effet. le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on assemble au moins deux éléments dont au moins l'un est en un matériau permettant la propagation d'un rayonnement activant. en intercalant entre ces éléments au moins une substance adhésive capable de durcir sous l'effet dudit rayonnement et que l'on dispose l'ensemble ainsi constitué à portée d'au moins une source de ce rayonnement, de façon à permettre à ce dernier d'atteindre cette substance au travers de celui desdits éléments qui permet sa propagation.
Le procédé est particulièrement avantageux dans le cas où au moins l'un des matériaux de départ est poreux. On applique alors la substance adhésive de façon qu'elle pénètre au moins dans la partie de l'épaisseur de ce dernier matériau qui est en regard de la surface de l'autre matériau et qu'elle vienne en contact avec cette surface. On peut obtenir ainsi un corps composite dans lequel la substance adhésive durcie permet non seulement de maintenir solidaires au moins deux des matériaux constitutifs du composite, mais joue également un role d'élément de renforcement du matériau poreux.
Ainsi, le procédé permet, par exemple, d'obtenir un corps composite formé d'une feuille de papier revêtue sur l'une de ses faces par une feuille de matière plastique ou de métal, ou encore un corps composite formé d'une feuille de papier revêtue, sur l'une de ses faces, par une feuille de matière plastique et, sur l'autre face, par une feuille de métal, ayant toutes choses égales, par ailleurs, des propriétés mécaniques, notamment une résistance à la déchirure, bien supérieures à celles des matériaux composites analogues fabriqués par les procédés connus jusqu'à maintenant.
Comme matériau de départ, on peut utiliser, par exemple, des feuilles minces d'un métal, d'un matériau poreux ou fibreux, d'une matière plastique, etc.
Comme feuille d'un métal, on peut notamment utiliser une feuille d'aluminium, de cuivre, de fer, de nickel, ou d'alliage renfermant au moins l'un de ces métaux comme constituant principal et au moins un des métaux additionnels suivants: le magnésium, le manganèse, le cadmium, le béryllium, le cobalt, le chrome, le titane, le zinc, le plomb, le bismuth, le silicium. On peut également utiliser une feuille de métal revêtue par au moins une couche d'un autre métal, par exemple une feuille d'acier étamé, d'acier galvanisé, d'acier chromé, etc.
Comme matériau poreux ou fibreux, on peut employer, par exemple, une nappe de cellulose, le papier, le carton mince, la cellophane, une feuille de bois ayant une épaisseur au plus égale à 100 microns, le cuir, un tissu de fibres naturelles, artificielles ou synthétiques, une feuille de mousse, etc.
Comme matière plastique, on peut utiliser, par exemple, une résine thermoplastique ou thermodurcissable, telle qu'une polyoléfine, le polytétrafluoroéthyléne, le polychlorotrifluoroethylène, le chlorure de polyvinyle, le polystyrène, une polyamide, un phénoplaste, un aminoplaste, un verre organique, cette matière étant sous forme d'une feuille.
Bien que le procédé selon l'invention soit, de préférence, utilisé pour la fabrication d'un matériau composite en feuille, ce procédé peut être également utilisé pour fabriquer un matériau composite ayant une forme quelconque, à la seule condition qu'au moins l'un des matériaux de départ soit sous une forme permettant de soumettre la matière adhésive à une irradiation.
Comme rayonnement activant, on peut utiliser tout rayonnement électromagnétique, par exemple un rayonnement infrarouge, visible, ultraviolet, les rayons X, les rayons gamma, ou encore un faisceau de particules élémentaires tel qu'un flux d'électrons, de neutrons, de particules alpha, etc., ou un faisceau d'ions.
Comme substance adhésive, on peut utiliser, par exemple, un monomère photopolymérisable, notamment un composé éthylénique, ou un mélange d'au moins un monomére photopolymérisable et d'au moins un polymère capable d'être réticulé par ce composé.
En particulier, on peut utiliser un mélange renfermant au moins un composé éthylénique et au moins un polyester non saturé.
Comme composé éthylénique, utilisé soit seul, soit en mélange avec un polyester non saturé, on peut, par exemple, employer un composé vinylique, tel que le styrène, l'alphaméthylstyréne, I'acé- tate de vinyle, etc., un ester acrylique, tel que l'acrylate de méthyle, I'acrylate d'éthyle, I'acrylate de n-butyle, I'acrylate de tbutyle, I'acrylate d'étoxy- 2-éthyle, I'acrylate d'hydroxy-2-propyle, etc., un ester méthacrylique tel que le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de n-butyle, le méthacrylate d'iso-butyle, le méthacrylate de t-butyle, le méthacrylate d'hexyle, le méthacrylate de lauryle, le méthacrylate de stéaryle,
le méthacrylate de cyclohexyle, le diméthyl-amino-éthylméthacrylate, le tertio-butylaminoéthylméthacrylate, I 'hydroxy-2-éthyl-méthacry- late, I'hydroxy-2-propylméthacrylate, le glycidylméthacrylate. le 1 ,3-butyléne-diméthacrylate, le butane-diol-l ,4-diméthacrylate, le méthacrylate d'allyle, le méthacrylate d'éthyl-2-hexyle, le diméthacrylate d'éthylène glycol, etc., un éther allylique, tel que l'allyl-glycidyl éther, le glycérol-allyl-éther, le triméthylol-propane-allyl
éther, le tétra-allyloxéthane, etc., un ester allylique tel que le phta
late de diallyle, I'isophtalate de diallyle, le maléate de diallyle, etc.
Afin d'améliorer le pouvoir d'adhésion de la substance adhé
sive, on peut y incorporer au moins un agent d'amélioration de
l'adhésivité, notamment un monomére renfermant au moins une
fonction azotée tel que l'acrylamide, la méthacrylamide, la N
vinyl-pyrrolidone, la diméthylaminoéthylméthacrylamide, le
méthacrylate de 2 (I-aziridinyléthyle), la proportion pondérale
d'un tel composé étant, de préférence, de l'ordre de 1 à 20% du
poids total de la substance adhésive. On peut également incorpo
rer dans la substance adhésive, toujours pour promouvoir son
adhésivité, un peroxyde de silyle.
On peut incorporer, dans la substance adhésive, au moins un
accélérateur de polymérisation, par exemple un sel organique de
cobalt, tel que le naphténate de cobalt, ou une amine tertiaire telle que la diméthylaniline, la fonction d'un tel accélérateur étant de
favoriser la formation de radicaux libres.
On peut incorporer, en outre, dans la substance adhésive, au
moins un agent photosensibilisateur.
En particulier, dans le cas où l'on emploie, comme rayonnement activant, un rayonnement ultraviolet, on peut utiliser, comme agent photosensibilisateur, I'un des composés suivants: la benzyl-oxy-4-alphabromopropiophénone, I'hydroxy-4-propiophé- none, l'oxy-4benzyl-propiophénone, I'hydroxy-4-benzyl-phényl- cétone, le chlorosulfonyl-2-naphtalène.
L'emploi d'un tel agent photosensibilisateur est, en particulier,
nécessaire si l'on utilise, comme monomére photopolymérisable,
un ester acrylique tout en employant un rayonnemant activant ultraviolet. Par contre, toujours dans le cas où le rayonnement activant est l'ultraviolet, il n'est pas nécessaire d'employer un photosensibilisateur si l'on utilise d'autres monomères photopolymérisables tels que les esters hydroxyalkylés et aminoalkylés des acides éthyléniques. La proportion de photosensibilisateur que l'on utilise est, de préférence, de l'ordre de 1 à 10% du poids total de la substance adhésive.
On peut effectuer l'irradiation par le rayonnement activant soit sans prendre de précautions spéciales pour éviter que la substance adhésive soit en contact avec l'oxygène de l'air, soit, au contraire, dans des conditions propres à éviter la présence d'oxygène au contact de cette substance.
Pour éviter la mise en contact de la substance adhésive avec l'oxygène de l'air pendant l'irradiation, on peut notamment mettre l'ensemble du matériau sous atmosphère inerte, par exemple sous azote, ou protéger la couche de substance adhésive au moyen d'une pellicule étanche transparente au rayonnement activant, par exemple par un film de matière plastique, cette pellicule protectrice pouvant, bien entendu, être simplement l'un des matériaux de départ du composite.
Le but de ces mesures de protection contre la présence de l'oxygène est d'obtenir une accélération de la vitesse de durcissement de la substance adhésive, toutes choses étant égales par ailleurs. Par exemple, pour certaines substances adhésives et en employant un rayonnement activant ultraviolet, on peut multiplier la vitesse de durcissement par un facteur de l'ordre de 8 simplement en évitant le contact de l'oxygène avec la substance adhésive lors de l'irradiation.
En ce qui concerne les propriétés du corps composite finalement obtenu, elles ne sont toutefois, en général, pas modifiées par le fait d'effectuer l'irradiation avec ou sans mesures tendant à éviter le contact de l'oxygène avec la substance adhésive.
Comme source de rayonnement activant, on peut utiliser toute source connue adéquate. En particulier, comme source de rayonnement ultraviolet, on peut utiliser, par exemple, une lampe à ultraviolet telle qu'une lampe industrielle ayant une puissance de 2000 watts (par exemple une lampe de type HTQ 7 fabriquée par la société Deutsche Philips Gesellschaft) ou encore une lampe industrielle ayant une puissance de 5500 watts (par exemple une lampe fabriquée par la société Hanovia, Ltd., Grande-Bretagne).
La distance entre la lampe à ultraviolet et l'ensemble à irradier peut varier, par exemple, entre 15 et 45 cm et la durée d'irradiation peut varier entre quelques dixièmes de seconde et quelques minutes, suivant la nature de la substance adhésive et la puissance et le spectre d'émission de la lampe.
La mise en oeuvre du procédé, notamment la manière de mettre en contact les matériaux de départ les uns avec les autres et d'appliquer la substance adhésive, peut être effectuée en suivant toute procédure appropriée adaptée au nombre et à la nature des matériaux de départ et choisie en fonction du résultat désiré. En particulier, la succession des différentes opérations peut varier. Il est à noter que les différentes opérations caractéristiques du procédé selon l'invention peuvent être combinées avec des opérations connues par elles-mêmes tout en restant dans le cadre de l'invention.
Par exemple, dans le cas où l'on désire obtenir un matériau composite en feuille formé de l'assemblage d'une feuille d'aluminium ayant, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 3 à 30 microns avec une feuille d'un matériau poreux, par exemple une feuille de papier d'un épaisseur de 30 microns, on peut appliquer une couche de substance adhésive, sensible à l'action d'un rayonnement ultraviolet, sur l'une des faces de la feuille d'aluminium, puis appliquer la feuille de papier sur la surface ainsi revêtue de substance adhésive, en exerçant une certaine pression, par exemple de l'ordre de 150 à 600 kg/cm2 permettant de faire pénétrer de la substance adhésive au moins dans une partie de l'épaisseur de la feuille de papier, et, finalement, soumettre l'ensemble à une irradiation par un rayonnement ultraviolet, du côté de la feuille de papier,
avec une durée d'irradiation pouvant varier entre quelques dixièmes de seconde et quelques minutes, selon la composition de la substance adhésive. Toutes ces opérations peuvent être effectuées à froid et au moyen d'un appareillage classique, par exemple au moyen d'un train de rouleaux permettant d'opérer en continu.
De manière tout à fait semblable, et en opérant également en continu au moyen d'un appareil muni de rouleaux, on peut fabriquer un matériau composite en feuille ayant la structure symétrique suivante: matériau poreux (par exemple, feuille de papier)/matière obtenue par durcissement de la substance adhésive par irradiation/feuille de métal ou feuille de matière plastique/matière obtenue par durcissement de la substance adhésive par irradiation/matériau poreux. Il suffit en effet d'adapter le mode opératoire précédemment décrit en appliquant la substance adhésive sur les deux faces de la feuille de métal ou de matière plastique et en irradiant les deux faces de l'ensemble obtenu.
On pourrait également, au lieu d'appliquer la substance adhésive sur la surface de la feuille de métal ou de plastique, imprégner le matériau poreux, en l'occurrence la feuille de papier soit avant, soit même après sa mise en contact avec la feuille de métal ou de plastique.
Il est bien clair que l'on peut ainsi fabriquer un corps composite, se présentant notamment sous forme de feuille, formé à partir d'un nombre arbitrairement choisi de matériaux de départ, la nature de ces derniers et leur disposition relative pouvant également être variées à volonté.
Un cas particulier très intéressant, notamment en vue de l'utilisation comme matériau d'emballage, est constitué par un corps composite formé d'une feuille de matériau poreux, par exemple une feuille de papier ou de carton recouverte sur ses deux faces par une feuille de matière plastique ou de métal ou sur l'une de ses faces par une feuille de matière plastique et sur l'autre face par une feuille de métal.
En ce qui concerne la combinaison des opérations caractéristiques du procédé avec des opérations connues en soi, on peut, par exemple, en vue de la fabrication d'un matériau composite utilisable comme matériau d'emballage, notamment pour l'emballage de denrées alimentaires, procéder de la matière suivante:
On met en contact, sous une pression de l'ordre de 150 à 300 kg/cm2 et à une température de l'ordre de 120 à 180"C, une feuille de polyoléfine (par exemple polyéthylène ou polypropy lène) ayant, par exemple, une épaisseur de 5 à 20 microns, avec une feuille de papier ayant, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 20 à 30 microns.
Cette opération classique peut être effectuée en continu à l'aide d'un appareillage comprenant un train de rouleaux et elle permet d'obtenir une excellente adhésion de la feuille de polyoléfine sur la feuille de papier. Parallèlement à l'opération ci-dessus, on applique une couche de substance adhésive, sensible à l'action d'un rayonnement ultraviolet, sur l'une des faces d'une feuille d'aluminium. On applique ensuite la feuille de papier, revêtue de la feuille de polyoléfine, sur la surface de la feuille d'aluminium ainsi recouverte de substance adhésive, la surface libre de la feuille de papier étant en contact avec la substance adhésive et en exerçant une pression suffisante, par exemple de l'ordre de 150 à 300 kg/cm2, pour faire pénétrer au moins une partie de cette substance dans au moins une partie de l'épaisseur de la feuille de papier.
Finalement, on irradie l'ensemble ainsi obtenu par un
rayonnement ultraviolet de manière que la substance adhésive soit soumise à l'action de ce rayonnement à travers la feuille de poly
léfine et la feuille de papier.
On remarquera que tous les modes de mise en oeuvre du pro
cédé qui viennent d'être décrits comportent un nombre restreint
d'opérations par rapport à celles qui seraient nécessaires en vue de
la fabrication de matériaux composites de nature et de structure
similaires par les procédés connus. En outre, grâce au fait que le
durcissement de la substance adhésive peut s'effectuer en un
temps très court, la durée de fabrication est très courte et la
vitesse de production peut être très élevée.
Enfin, les propriétés mécaniques des matériaux composites
selon l'invention sont optimales pour des matériaux de départ
donnés.
Exemple 1:
Sur la surface d'une feuille d'aluminium ayant une épaisseur
de 12 microns, préalablement dégraissée à l'acétone, on applique,
au moyen d'une lame faisant partie d'un dispositif du type dit
doctor blade , une couche régulière, ayant une épaisseur de
l'ordre de 10 microns, d'une substance adhésive photosensible
ayant la composition suivante (exprimée en pourcentage pondé raI):
a) Polyester obtenu, par réaction de l'anhydride
maléique, I'anhydride phtalique et le propylène
glycol en proportions molaires respectives
1:1:
:2,1 ....................................... 53,5
b) Diméthylaminoéthylméthacrylate ............. 46,5
On applique, immédiatement après cette opération, une feuille
de papier de 26 microns d'épaisseur sur la surface de la feuille
d'aluminium ainsi revêtue, en exerçant une pression de l'ordre
de 150 kg/cm2, puis on irradie l'ensemble ainsi obtenu au moyen
d'une lampe à rayonnement ultraviolet d'une puissance de
2000 watts, placée à une distance de 15 cm de cet ensemble, ce
dernier défilant sous la lampe, côté feuille de papier tourné vers
celle-ci, à une vitesse correspondant à un temps d'irradiation de
6 minutes.
Exemple 2:
On procède comme dans l'exemple 1, mais avec une feuille de
papier ayant une épaisseur de 65 microns.
Exemple 3:
On procède comme dans l'exemple 1, mais avec une feuille de
papier d'emballage ayant une épaisseur de 70 microns.
Exemple 4:
On procède comme dans l'exemple 1, mais en employant,
comme substance adhésive photosensible, un mélange ayant la
composition suivante (exprimée en pourcentage pondéral): a) Polyester obtenu par réaction de l'anhydride
maléique, l'anhydride phtalique et le propylène
glycol, en proportions molaires respectives
1:1:2,1 ........................... .... 53 b) Diméthacrylate de butane diol . ..... ...... 38 c) Chlorosulfonyl-2-naphthalène ....................... 9 et en effectuant l'irradiation avec une vitesse de défilement de l'ensemble, sous la lampe, correspondant à un temps d'irradiation de 10 minutes.
ExempleS:
On procède comme dans l'exemple 1, mais en employant, comme substance adhésive photosensible, un mélange ayant la composition suivante (exprimée en pourcentage pondéral): a) Polyester obtenu par réaction de l'anhydride
maléique, I'anhydride phtalique et le propy
lène-glykol, en proportions molaires respectives
1:1:2,1 ............................. 52,5 b) Diméthylaminoéthylméthacrylate ... 45,5 c) Vinyl-tris-(béta-méthoxy-éthoxy)-silane .. . 2 et en recouvrant la surface libre de la feuille de papier par une feuille auxiliaire de polypropylène, ayant une épaisseur de 15 microns, pendant l'irradiation.
Cette feuille auxiliaire de polypropy léne n'est pas destinée à faire partie du matériau composite final mais permet d'éviter le contact de la substance adhésive photosensible avec l'air pendant l'irradiation. La vitesse de défilement de l'ensemble sous la lampe à rayonnement ultraviolet est réglée de manière à correspondre à une durée d'irradiation de 2 minutes.
Aprés l'irradiation, on détache la feuille auxiliaire de polypropylène du matériau composite obtenu.
Exemple 6:
On presse, sous une pression de 300 kg/cm2 et à une température de 140 C, une feuille de polyéthylène, ayant une épaisseur de 17 microns, contre une feuille de papier, ayant une épaisseur de 26 microns, en appliquant cette pression et cette température pendant 5 secondes. On obtient ainsi un matériau composite poly éthylene/papier, de type connu.
En procédant comme indiqué dans l'exemple 1, on applique une couche de substance adhésive photosensible de même composition et de même épaisseur que celles qui sont indiquées dans ce même exemple, sur la surface d'une feuille d'aluminium identique à celle qui est employée selon cet exemple.
On applique ensuite en exerçant une pression de 150 kg/cm2, à la température ambiante, pendant 5 secondes le matériau composite polyéthylène/papier sur la surface de la feuille d'aluminium ainsi revêtue, côté papier en contact avec la couche de substance adhésive, et on irradie l'ensemble ainsi obtenu au moyen de la même lampe à rayonnement ultraviolet que celle qui est employée selon l'exemple 1, avec une vitesse de défilement de l'ensemble correspondant à une durée d'irradiation de 75 secondes,
L'ensemble étant placé à 15 cm de la lampe, côté polyéthylène tourné vers celle-ci.
Exemple 7:
On procède comme dans l'exemple 6, mais en exerçant une pression de 300 kg/cm2, toujours à la température ambiante et pendant 5 secondes, lors de l'application du matériau composite polyéthylene/papier sur la surface de la feuille d'aluminium recouverte par la couche de substance adhésive.
Exemple 8:
On procède comme dans l'exemple 6, mais en exerçant une
pression de 600 kg/cm2, à la température ambiante et pendant
5 secondes, lors de l'application du composite polyéthylèneipapier
sur la feuille d'aluminium, et en réglant la vitesse de défilement de
I'ensemble, sous la lampe à rayonnement ultraviolet, à une valeur correspondant à une durée d'irradiation de 5 secondes.
Exemple 9:
On fabrique un matériau composite formé de deux feuilles du composite polyéthylène-papier, dont la fabrication est décrite dans l'exemple 6, collées chacune sur une face d'une feuille d'aluminium au moyen d'une substance adhésive photodurcissable sensible au rayonnement ultraviolet. A cet effet, on procède de façon analogue à l'exemple 6, en utilisant deux feuilles de composite polyéthylène/papier et en appliquant chacune de ces feuilles respectivement sur une et l'autre des faces de la feuille d'aluminium, sous une pression de 300 kg/cm2, exercée pendant 5 secondes, à la température ambiante.
On effectue l'irradiation de l'ensemble sur ses deux faces, avec une durée d'irradiation de 15 secondes, chacune de ces faces étant placée à 15 cm de la lampe à rayonnement ultraviolet.
Les caractéristiques des matériaux composites obtenus selon les exemples précédents sont indiquées dans le tableau suivant:
(Tableau: page suivante.)
Exemple 10:
On fabrique une plaque de matériau composite, formé de deux plaques de verre de 1,5 mm d'épaisseur chacune collées ensemble au moyen d'une substance adhésive photodurcissable, sensible au rayonnement ultraviolet, ayant la composition suivante (exprimée en pourcentage pondéral):
a) Polyester obtenu par réaction de l'anhydride
maléique, I'anhydride phtalique et le propylé
neglycol, en proportions molaires respectives
1:1;2,1 ... 53 b) Diméthylaminoéthylméthacrylate ... 46 c) Peroxyde de silyle ......... ......... 1
A cet effet, on applique une couche de 10 microns d'épaisseur de la substance adhésive sur l'une des faces d'une des plaques de verre, puis on applique la seconde plaque de verre sur la surface ainsi enduite et on irradie l'ensemble ainsi formé, au moyen d'une lampe à rayonnement ultraviolet, placée à 15 cm de la surface de cet ensemble, avec une durée d'irradiation de 40 secondes.
On obtient ainsi une plaque de verre renforcée par une couche de résine organique, cette plaque pouvant être utilisée, par exemple pour la fabrication de pare-brise pour véhicules, destiné à ne pas former de bord tranchant dans le cas où il viendrait à se briser sous l'effet de l'impact de projectiles.
The invention relates to a process for the manufacture of a composite body.
The use of composite materials consisting of sheets formed from at least two different materials applied against each other and held integral with one another, for example of a composite material formed by a sheet of paper coated on at least one of its sides with a sheet of plastic material, or with a sheet of paper coated on one side with a
plastic sheet and on the other by metal foil
thin. is currently spreading, especially in the field of
packaging.
Thanks to the judicious combination of various materials such as paper, cardboard, plastics, thin metal sheets. etc., it is possible to obtain composite sheet materials, formed of two, three, four or more constituents and having a wide variety of properties, suitable for many uses and particularly suitable for the manufacture of packaging for food products liquids or solids such as milk, meat, pastry, cheese, etc.
The currently known manufacturing processes of such composite materials include mechanical operations such as extrusion, lamination, lamination by means of adhesives, optionally combined with physical treatments of the surface of the constituent materials of the composite, for example irradiation of this surface or its bombardment by a flow of elementary particles such as electrons, protons, etc., or by a flow of ions or else with treatments of this surface with chemical agents.
Thus, the number of operations necessary for the manufacture of these composite materials is often very high, these operations sometimes being long or difficult to perform, which obviously results in a high cost price. In particular, the bonding operations by means of traditional adhesive substances require either a long drying time when the latter is carried out at room temperature, or a high drying temperature. which, in certain cases, risks causing an alteration of the materials used and complicates, in any case, the apparatus used. The latter must, in fact, to allow the implementation of the bonding operation, most often include at least one tunnel oven of great length, for example several meters.
On the other hand, the mechanical or physico-chemical properties of the materials thus obtained are most often still insufficient.
The aim of the present invention is to make it possible to obtain, by means of a rapid, simple and inexpensive process, a composite body which can be materialized in very numerous embodiments and having very varied properties, suitable for use in a wide variety of fields.
For this purpose. the method according to the invention is characterized by the fact that at least two elements are assembled, at least one of which is made of a material allowing the propagation of activating radiation. by interposing between these elements at least one adhesive substance capable of hardening under the effect of said radiation and that the assembly thus formed is placed within range of at least one source of this radiation, so as to allow the latter to d 'reach this substance through that of said elements which allows its propagation.
The process is particularly advantageous in the case where at least one of the starting materials is porous. The adhesive substance is then applied so that it penetrates at least the part of the thickness of the latter material which is opposite the surface of the other material and that it comes into contact with this surface. A composite body can thus be obtained in which the hardened adhesive substance not only makes it possible to keep at least two of the constituent materials of the composite together, but also plays a role of reinforcing element of the porous material.
Thus, the method makes it possible, for example, to obtain a composite body formed from a sheet of paper coated on one of its faces with a sheet of plastic or metal, or else a composite body formed from a sheet. of paper coated, on one of its faces, with a sheet of plastic material and, on the other face, with a metal sheet, having all other things being equal, moreover, mechanical properties, in particular resistance to tearing , much superior to those of similar composite materials produced by the methods known until now.
As the starting material, for example, thin sheets of metal, porous or fibrous material, plastic, etc. can be used.
As the foil of a metal, it is possible in particular to use a foil of aluminum, copper, iron, nickel or an alloy containing at least one of these metals as main constituent and at least one of the following additional metals. : magnesium, manganese, cadmium, beryllium, cobalt, chromium, titanium, zinc, lead, bismuth, silicon. It is also possible to use a metal sheet coated with at least one layer of another metal, for example a sheet of tin-plated steel, galvanized steel, chromed steel, etc.
As porous or fibrous material, it is possible to use, for example, a cellulose web, paper, thin cardboard, cellophane, a sheet of wood having a thickness at most equal to 100 microns, leather, a fabric of natural fibers. , artificial or synthetic, a sheet of foam, etc.
As plastic material, it is possible to use, for example, a thermoplastic or thermosetting resin, such as a polyolefin, polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl chloride, polystyrene, a polyamide, a phenoplast, an aminoplast, an organic glass, this material being in the form of a sheet.
Although the method according to the invention is preferably used for the manufacture of a composite sheet material, this method can also be used to manufacture a composite material having any shape, provided only that at least l one of the starting materials is in a form which allows the adhesive material to be subjected to irradiation.
As activating radiation, any electromagnetic radiation can be used, for example infrared, visible, ultraviolet radiation, X-rays, gamma rays, or even a beam of elementary particles such as a flow of electrons, neutrons, particles. alpha, etc., or an ion beam.
As adhesive substance, it is possible to use, for example, a photopolymerizable monomer, in particular an ethylenic compound, or a mixture of at least one photopolymerizable monomer and at least one polymer capable of being crosslinked by this compound.
In particular, it is possible to use a mixture containing at least one ethylenic compound and at least one unsaturated polyester.
As the ethylenic compound, used either alone or in admixture with an unsaturated polyester, for example, a vinyl compound, such as styrene, alphamethylstyrene, vinyl acetate, etc., an ester, can be employed. acrylic, such as methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, tbutyl acrylate, 2-etoxyethyl acrylate, 2-hydroxy acrylate -propyl, etc., a methacrylic ester such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, hexyl methacrylate, lauryl methacrylate, stearyl methacrylate,
cyclohexyl methacrylate, dimethyl-amino-ethyl methacrylate, tert-butylaminoethyl methacrylate, I 'hydroxy-2-ethyl-methacrylate, I'hydroxy-2-propylmethacrylate, glycidylmethacrylate. 1,3-butylene-dimethacrylate, butan-diol-1,4-dimethacrylate, allyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, etc., an allyl ether, such as allyl-glycidyl ether, glycerol-allyl-ether, trimethylol-propane-allyl
ether, tetra-allyloxethane, etc., an allylic ester such as phta
diallyl late, diallyl isophthalate, diallyl maleate, etc.
In order to improve the adhesion power of the adhered substance
If so, it is possible to incorporate therein at least one
adhesiveness, in particular a monomer containing at least one
nitrogen function such as acrylamide, methacrylamide, N
vinyl-pyrrolidone, dimethylaminoethylmethacrylamide,
2 (I-aziridinylethyl) methacrylate, the weight ratio
of such a compound preferably being of the order of 1 to 20% of the
total weight of the adhesive substance. We can also incorpo
rer in the adhesive substance, always to promote its
tackiness, a silyl peroxide.
It is possible to incorporate, in the adhesive substance, at least one
polymerization accelerator, for example an organic salt of
cobalt, such as cobalt naphthenate, or a tertiary amine such as dimethylaniline, the function of such an accelerator being to
promote the formation of free radicals.
It is also possible to incorporate in the adhesive substance, the
minus a photosensitizer.
In particular, in the case where ultraviolet radiation is employed as activating radiation, one of the following compounds can be used as photosensitizer: benzyl-oxy-4-alphabromopropiophenone, hydroxy-4- propiophenone, oxy-4benzyl-propiophenone, hydroxy-4-benzyl-phenyl-ketone, chlorosulfonyl-2-naphthalene.
The use of such a photosensitizer is, in particular,
necessary if one uses, as photopolymerizable monomer,
an acrylic ester while employing an activating ultraviolet radiation. On the other hand, still in the case where the activating radiation is ultraviolet, it is not necessary to use a photosensitizer if other photopolymerizable monomers such as the hydroxyalkylated and aminoalkylated esters of ethylenic acids are used. The proportion of photosensitizer which is used is preferably of the order of 1 to 10% of the total weight of the adhesive substance.
The irradiation with the activating radiation can be carried out either without taking special precautions to prevent the adhesive substance from coming into contact with the oxygen in the air, or, on the contrary, under conditions such as to avoid the presence of oxygen. in contact with this substance.
In order to prevent the adhesive substance from coming into contact with the oxygen in the air during the irradiation, it is possible in particular to place the entire material under an inert atmosphere, for example under nitrogen, or to protect the layer of adhesive substance by means of a waterproof film transparent to the activating radiation, for example by a plastic film, this protective film being able, of course, simply to be one of the starting materials of the composite.
The purpose of these protective measures against the presence of oxygen is to obtain an acceleration in the rate of curing of the adhesive substance, all other things being equal. For example, for some adhesive substances and by employing activating ultraviolet radiation, the curing rate can be multiplied by a factor of the order of 8 simply by avoiding contact of oxygen with the adhesive substance during irradiation.
As regards the properties of the composite body finally obtained, they are however, in general, not modified by carrying out the irradiation with or without measures tending to avoid contact of oxygen with the adhesive substance.
As the source of activating radiation, any suitable known source can be used. In particular, as the source of ultraviolet radiation, it is possible to use, for example, an ultraviolet lamp such as an industrial lamp having a power of 2000 watts (for example a lamp of the HTQ 7 type manufactured by the company Deutsche Philips Gesellschaft) or still an industrial lamp having a power of 5500 watts (for example a lamp manufactured by the company Hanovia, Ltd., Great Britain).
The distance between the ultraviolet lamp and the assembly to be irradiated may vary, for example, between 15 and 45 cm and the duration of irradiation may vary between a few tenths of a second and a few minutes, depending on the nature of the adhesive substance and the power and emission spectrum of the lamp.
The implementation of the method, in particular the manner of bringing the starting materials into contact with one another and of applying the adhesive substance, can be carried out by following any suitable procedure adapted to the number and nature of the starting materials. and chosen according to the desired result. In particular, the succession of the different operations may vary. It should be noted that the various operations characteristic of the method according to the invention can be combined with operations known by themselves while remaining within the scope of the invention.
For example, in the case where it is desired to obtain a sheet composite material formed from the assembly of an aluminum sheet having, for example, a thickness of the order of 3 to 30 microns with a sheet of a porous material, for example a sheet of paper with a thickness of 30 microns, one can apply a layer of adhesive substance, sensitive to the action of an ultraviolet radiation, on one side of the aluminum foil , then apply the sheet of paper to the surface thus coated with adhesive substance, by exerting a certain pressure, for example of the order of 150 to 600 kg / cm2, allowing the adhesive substance to penetrate at least part of the surface. 'thickness of the sheet of paper, and, finally, subjecting the assembly to irradiation by ultraviolet radiation, from the side of the sheet of paper,
with an irradiation time which can vary between a few tenths of a second and a few minutes, depending on the composition of the adhesive substance. All these operations can be carried out cold and by means of a conventional apparatus, for example by means of a train of rollers making it possible to operate continuously.
In a very similar manner, and also operating continuously by means of an apparatus provided with rollers, it is possible to manufacture a composite sheet material having the following symmetrical structure: porous material (for example, sheet of paper) / obtained material by curing the adhesive substance by irradiation / metal foil or plastic sheet / material obtained by curing the adhesive substance by irradiation / porous material. It suffices in fact to adapt the procedure described above by applying the adhesive substance to the two faces of the sheet of metal or of plastic material and by irradiating the two faces of the assembly obtained.
It would also be possible, instead of applying the adhesive substance to the surface of the metal or plastic sheet, to impregnate the porous material, in this case the sheet of paper either before or even after it has come into contact with the sheet. metal or plastic.
It is quite clear that it is thus possible to manufacture a composite body, in particular in the form of a sheet, formed from an arbitrarily chosen number of starting materials, the nature of the latter and their relative arrangement also being able to be varied. at will.
A very interesting particular case, in particular with a view to the use as packaging material, consists of a composite body formed from a sheet of porous material, for example a sheet of paper or cardboard covered on both sides by a sheet of plastic or metal or on one of its faces by a sheet of plastic material and on the other face by a sheet of metal.
As regards the combination of the characteristic operations of the process with operations known per se, it is possible, for example, with a view to the manufacture of a composite material which can be used as packaging material, in particular for the packaging of foodstuffs, proceed from the following material:
Is brought into contact, under a pressure of the order of 150 to 300 kg / cm2 and at a temperature of the order of 120 to 180 "C, a polyolefin sheet (for example polyethylene or polypropylene) having, for example , a thickness of 5 to 20 microns, with a sheet of paper having, for example, a thickness of the order of 20 to 30 microns.
This conventional operation can be carried out continuously using an apparatus comprising a train of rollers and it makes it possible to obtain excellent adhesion of the polyolefin sheet to the sheet of paper. In parallel with the above operation, a layer of adhesive substance, sensitive to the action of ultraviolet radiation, is applied to one of the faces of an aluminum foil. The sheet of paper, coated with the polyolefin sheet, is then applied to the surface of the aluminum sheet thus covered with adhesive substance, the free surface of the sheet of paper being in contact with the adhesive substance and exerting pressure. sufficient, for example of the order of 150 to 300 kg / cm 2, to make at least part of this substance penetrate into at least part of the thickness of the sheet of paper.
Finally, the assembly thus obtained is irradiated by a
ultraviolet radiation so that the adhesive substance is subjected to the action of this radiation through the poly sheet
lefin and the sheet of paper.
It will be noted that all the modes of implementation of the pro
which have just been described have a limited number
operations compared to those that would be necessary in order to
the manufacture of composite materials of nature and structure
similar by known methods. In addition, thanks to the fact that the
hardening of the adhesive substance can take place in one
very short time, the manufacturing time is very short and the
production speed can be very high.
Finally, the mechanical properties of composite materials
according to the invention are optimal for starting materials
given.
Example 1:
On the surface of an aluminum foil having a thickness
of 12 microns, previously degreased with acetone, is applied,
by means of a blade forming part of a device of the so-called type
doctor blade, a regular layer, having a thickness of
the order of 10 microns, of a photosensitive adhesive substance
having the following composition (expressed as a weighted percentage raI):
a) Polyester obtained by reaction of the anhydride
maleic, phthalic anhydride and propylene
glycol in respective molar proportions
1: 1:
: 2.1 ....................................... 53.5
b) Dimethylaminoethyl methacrylate ............. 46.5
We apply, immediately after this operation, a sheet
26 micron thick paper on the sheet surface
aluminum thus coated, by exerting a pressure of the order of
150 kg / cm2, then the assembly thus obtained is irradiated by means of
an ultraviolet radiation lamp with a power of
2000 watts, placed at a distance of 15 cm from this set, this
last scrolling under the lamp, sheet side facing
the latter, at a speed corresponding to an irradiation time of
6 minutes.
Example 2:
The procedure is as in Example 1, but with a sheet of
paper having a thickness of 65 microns.
Example 3:
The procedure is as in Example 1, but with a sheet of
wrapping paper having a thickness of 70 microns.
Example 4:
The procedure is as in Example 1, but using,
as a photosensitive adhesive substance, a mixture having the
following composition (expressed as a percentage by weight): a) Polyester obtained by reaction of anhydride
maleic, phthalic anhydride and propylene
glycol, in respective molar proportions
1: 1: 2.1 ........................... .... 53 b) Butane diol dimethacrylate. ..... ...... 38 c) Chlorosulfonyl-2-naphthalene ....................... 9 and carrying out the irradiation with a running speed of the assembly, under the lamp, corresponding to an irradiation time of 10 minutes.
Examples:
The procedure is as in Example 1, but using, as photosensitive adhesive substance, a mixture having the following composition (expressed as a percentage by weight): a) Polyester obtained by reaction of the anhydride
maleic, phthalic anhydride and propy
lene-glykol, in respective molar proportions
1: 1: 2.1 ............................. 52.5 b) Dimethylaminoethyl methacrylate ... 45.5 c) Vinyl-tris- (beta-methoxy-ethoxy) -silane ... 2 and covering the free surface of the paper sheet with an auxiliary polypropylene sheet, having a thickness of 15 microns, during irradiation.
This auxiliary polypropylene sheet is not intended to form part of the final composite material but makes it possible to avoid contact of the photosensitive adhesive substance with the air during the irradiation. The running speed of the assembly under the ultraviolet radiation lamp is adjusted so as to correspond to an irradiation time of 2 minutes.
After the irradiation, the auxiliary polypropylene sheet is detached from the composite material obtained.
Example 6:
A polyethylene sheet, having a thickness of 17 microns, is pressed, under a pressure of 300 kg / cm2 and at a temperature of 140 ° C., against a sheet of paper, having a thickness of 26 microns, by applying this pressure and this temperature for 5 seconds. A polyethylene / paper composite material of known type is thus obtained.
By proceeding as indicated in Example 1, a layer of photosensitive adhesive substance of the same composition and of the same thickness as those indicated in this same example is applied to the surface of an aluminum foil identical to that which is used according to this example.
The polyethylene / paper composite material is then applied by exerting a pressure of 150 kg / cm2, at room temperature, for 5 seconds on the surface of the aluminum foil thus coated, paper side in contact with the layer of adhesive substance, and the assembly thus obtained is irradiated by means of the same ultraviolet radiation lamp as that which is used according to Example 1, with a travel speed of the assembly corresponding to an irradiation duration of 75 seconds,
The whole being placed 15 cm from the lamp, polyethylene side facing it.
Example 7:
The procedure is as in Example 6, but exerting a pressure of 300 kg / cm2, still at room temperature and for 5 seconds, during the application of the polyethylene / paper composite material on the surface of the aluminum sheet. covered by the layer of adhesive substance.
Example 8:
The procedure is as in Example 6, but by exercising a
pressure of 600 kg / cm2, at room temperature and for
5 seconds, when applying the polyethylene-paper composite
on the aluminum foil, and adjusting the scroll speed of
The whole, under the ultraviolet radiation lamp, to a value corresponding to an irradiation time of 5 seconds.
Example 9:
A composite material is produced consisting of two sheets of the polyethylene-paper composite, the manufacture of which is described in Example 6, each glued to one side of an aluminum sheet by means of a photocurable adhesive substance sensitive to ultraviolet radiation. . To this end, the procedure is analogous to Example 6, using two sheets of polyethylene / paper composite and by applying each of these sheets respectively to one and the other of the faces of the aluminum sheet, under pressure. of 300 kg / cm2, exerted for 5 seconds, at room temperature.
The whole is irradiated on its two faces, with an irradiation duration of 15 seconds, each of these faces being placed 15 cm from the ultraviolet radiation lamp.
The characteristics of the composite materials obtained according to the preceding examples are indicated in the following table:
(Table: next page.)
Example 10:
A sheet of composite material is produced, formed from two glass plates 1.5 mm thick each glued together by means of a photocurable adhesive substance, sensitive to ultraviolet radiation, having the following composition (expressed as a percentage by weight):
a) Polyester obtained by reaction of anhydride
maleic, phthalic anhydride and propyl
neglycol, in respective molar proportions
1: 1; 2.1 ... 53 b) Dimethylaminoethyl methacrylate ... 46 c) Silyl peroxide ......... ......... 1
To this end, a 10 micron thick layer of the adhesive substance is applied to one side of one of the glass plates, then the second glass plate is applied to the surface thus coated and the coating is irradiated. assembly thus formed, by means of an ultraviolet radiation lamp, placed 15 cm from the surface of this assembly, with an irradiation time of 40 seconds.
A glass plate is thus obtained reinforced with a layer of organic resin, this plate being able to be used, for example for the manufacture of windshields for vehicles, intended not to form a sharp edge in the event that it would break. under the effect of the impact of projectiles.