FR2583660A1 - Procede d'impregnation du carton et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE D'IMPREGNATION SOUS-VIDE DE CARTONS OU AUTRES MATERIAUX AU MOYEN D'UNE SOLUTION D'UN AGENT D'IMPREGNATION DILUE DANS UN SOLVANT, COMPRENANT AU MOINS LES ETAPES SUIVANTES: -INTRODUCTION DU CARTON DANS UNE ENCEINTE ETANCHE 1; -EVACUATION DE L'AIR DE L'ENCEINTE; -CHARGEMENT DE LA SOLUTION DANS L'ENCEINTE JUSQU'A IMMERGER COMPLETEMENT LE CARTON; -MAINTIEN DU CARTON IMMERGE DANS LA SOLUTION PENDANT UN TEMPS DETERMINE; -BALLON 3 POUR RECEVOIR LADITE SOLUTION; -EVACUATION DE LA SOLUTION; -EXTRACTION DU SOLVANT RESIDUEL; DECHARGEMENT, EST CARACTERISE EN CE QU'AVANT LE CHARGEMENT DE LA SOLUTION DANS L'ENCEINTE, ON REALISE UNE ETAPE DE PREIMPREGNATION DU CARTON AVEC LEDIT SOLVANT SEUL.

Description

PROCEDE D'IMPREGNATION DU CARTON
ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE
L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour imprégner le carton, utilisé comme emballage en particulier, avec un produit destiné à en améliorer les propriétés mécaniques.

Le carton ondulé perd ses qualités de résistance et de tenue lorsqu'il est soumis à l'humidité. Afin de pallier cet inconvénient on sait imprégner le matériau au moyen d'une solution constituée d'une résine thermoplastique diluée ou dissoute dans un solvant adapté.

Le brevet FR 2294763, par exemple, décrit un procédé discontinu d'imprégnation de matériaux, tels que des cartons d'emballage, où le traitement se fait en enceinte close, à l'abri de l'oxygène de l'zir et où les solvants utilisés sont récupérés. En effet, ces solvants sont en général des produits toxiques et inflammables. II est particulièrement important de s'affranchir des risques liés à leur manipulation.

Le procédé connu comprend les étapes essentielles suivantes
-- on dispose le carton à traiter dans une enceinte close,
- on extrait l'air qu'elle contient en y faisant notamment le
vide,
- on y introduit le liquide d'imprégnation de préférence préa
lablement chauffé de façon à imprégner le carton,
- on évacue le liquide de l'enceinte,
- on élimine les vapeurs de solvant par mise en dépression de
l'enceinte et récupération dans un condenseur,
- on retire les cartons de l'enceinte après avoir éventuellement
introduit un gaz neutre dans l'enceinte.

Le brevet décrit également une installation permettant la réalisation du traitement et comportant trois cuves de traitement fonctionnant en temps partagé, chaque cuve exécute alternativement les phases du procédé, à savoir : imprégnation, récupération du solvant, déchargement et chargement du carton. Les cuves comprennent un couvercle permettant le chargement du carton et communiquent par leur partie inférieure avec un réservoir de liquide d'imprégnation au moyen d'une conduite dans laquelle est insérée une pompe.

Des expérimentations nombreuses ont montré que l'exécution d'imprégnation d'emballages en carton ondulé selon ce type de procédé conduit à des améliorations des propriétés physiques du matériau. Les améliorations mises en évidence portent sur la résistance à la perforation, la rigidité, la résistance à l'écrasement sur chant et la résistance au gerbage.

Cependant, on constate qu'il n'est pas possible d'obtenir ainsi une régularité suffisante du traitement sur la totalité de la surface des plaques ou caisses traitées. Ori relève, d'une manière générale, des variations de dépôt de résine, au sein d'une même plaque, pouvant atteindre plus ou moins 40 % du dépôt moyen de résine sur la plaque.

Cette variabilité des dépôts, constatée quelle que soit la taille de la cuve d'imprégnation est dommageable à l'économie générale du procédé. Ainsi, pour un dépôt moyen réalisé de 15 96 en poids de résine par rapport au carton, on ne pourra garantir que les caractéristiques correspondant aux valeurs minimales de dépôt, à savoir 9 g6.

L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient : elle se rapporte à une amélioration du procédé de façon à obtenir une répartition plus uniforme de l'agent d'imprégnation.

Conformément à l'invention, le procédé d'imprégnation du carton au moyen d'un liquide d'imprégnation comportant un agent d'imprégnation dissous dans un solvant, consistant à disposer le carton à traiter dans une enceinte close, à évacuer l'air de l'enceinte, à y introduire le liquide d'imprégnation, à imprégner le carton, à évacuer le liquide, et à récupérer le solvant est caractérisé en ce qu'avant l'introduction de la solution dans l'enceinte on y introduit du solvant seul pour réaliser une préimprégnation du carton avec ledit solvant.

La quantité de solvant absorbé par le carton peut aller jusqu'à 40 g6 du poids du carton,
Le solvant absorbé par le carton produit un effet "barrière" limitant l'imprégnation ultérieure par la solution. C'est ce phénomène qui est maîtrisé par le perfectionnement du procédé.

En effet, lorsqu'on ne réalise pas cette préimprégnation, au moment où l'on introduit la solution dans la cuve en dépression, le gradient de température entre la solution chaude et le carton à 200C qui s'accompagne d'un gradient de pression, provoque une évaporation du solvant qui se condense sur le carton et est absorbé par lui, formant ainsi barrière à liabsorption de l'agent de traitement. Cependant, comme il n'est pas possible de mettre en contact simultanément tous les points du carton avec la solution, L'effet barrière n'est pas uniforme : il se renforce au fur et à mesure que la solution remplit la cuve et limite l'absorption de i'agent de traitement pour les parties du carton immergées en dernier. L'allure de la répartition de l'agent constatée confirme cette hypothèse.

La modification proposée par l'invention permet de réaliser en tous points du carton le même type de barrière à la pénétration de l'agent de traitement rendant uniforme son dépôt. Par ailleurs si le solvant est introduit à l'état de vapeur, sa condensation chauffe le carton, réduisant le gradient de température entre carton et solution au moment de l'introduction de cette dernière.

Enfin, dans une installation du type comprenant notamment une cuve de traitement, alimentée en solution par une conduite, pourvue d'une pompe, reliée au ballon de chauffage de la solution, on dispose d'une source de vapeur de solvant constituée par le ballon lui-même dans lequel on peut provoquer l'évaporation du solvant par mise en communication de sa partie supérieure avec la cuve de traitement. Le procédé peut donc être modifié au prix d'une transformation mineure de l'installation existante.

La description qui suit, donnée à simple titre d'exemple, accompagnée des figures en annexe permettra de mieux comprendre l'invention ainsi que d'autres avantages et caractéristiques.

La figure 1 reproduit le schéma d'un mode de réalisation d'une instal lation à une cuve mettant en oeuvre le perfectionnement selon l'inventison.

La figure 2 reproduit le schéma d'un deuxième mode de réalisation d'une installation à trois cuves fonctionnant en parallèle de façon alternée.

Sur la figure 1 le carton à traiter est disposé dans une cuve de traitement 1 étanche comportant un couvercle pour le chargement ; elle est reliée à sa base par une conduite 2 à un ballon 3 de chauffage de la solution. La conduite est pourvue d'une pompe 21 de transfert de la solution et débouche au bas du ballon.

Ce ballon est lui-même alimenté à partir d'un réservoir non représenté. La solution est du type généralement utilisé dans ce genre d'application: elle est constituée, de préférence, d'une résine thermoplastique dissoute dans un solvant approprié, par exemple l'heptane. Le ballon comporte un moyen de chauffage de la solution, par exemple un serpentin 4 parcouru par un fluide caloporteur provenant d'un groupe de chauffage 5.

La cuve est raccordée par une conduite 6 à une pompe à vide 7 dont la fonction est d'extraire les gaz de la cuve. Elle est raccordée également par une conduite 8 à une installation de récupération du solvant comprenant un condenseur 9 parcouru par un fluide caloporteur provenant d'un groupe réfrigérant 11. Le condenseur communique avec un ballon accumulateur 12 du solvant à I'état liquide. Ce solvant peut être recyclé vers le réservoir contenant la solution d'imprégnation ou bien directement vers le ballon de chauffage. Le ballon 12 est raccordé par sa partie supérieure, ou au moins de manière que le liquide ne soit pas entraîné, à la pompe à vide 7 par une conduite 13. La cuve 1 comporte éventuellement une alimentation en gaz neutre 15, par la conduite 14. Chacune des conduites précé- demment nommées est évidemment pourvue des vannes appropriées permettant de mettre en communication ou non, suivant les besoins, les enceintes ou les machines qu'elles raccordent.

Toute la partie de l'installation qui vient d'être décrite correspond à une installation déjà connue, elle correspond sensiblement à celle reproduite par exemple dans le brevet FR 2294763. Elle permet la mise en oeuvre du procédé connu de la façon suivante
Le carton, sous forme de plaques, est enfourné dans la cuve 1 et le couvercle refermé de manière étanche. Par l'intermédiaire de la pompe à vide 7, on extrait l'air compris dans l'enceinte. Une fois le niveau souhaité de vide atteint, on ferme la vanne de la conduite 6. Pendant ce temps la solution d'imprégnation a été mise à chauffer dans le ballon 3 grâce au serpentin de chauffage 4. On ouvre les vannes de la conduite 2, et éventuellement à l'aide de la pompe 21 la solution passe du ballon 3 ve-rs la cuve 1 pour réaliser la phase d'imprégnation par immersion totale du carton dans la solution.Lorsqu'on juge que le carton est suffisamment imprégné on refoule le liquide par la pompe 21 vers le ballon 3 soit en inversant le refoulement de la pompe soit au moyen d'un jeu de vannes. Ensuite, on extrait les vapeurs de solvant en mettant la cuve 1 en communication avec le condenseur 9, lequel a été préalablement mis en dépression par la pompe 7 par l'intermédiaire du ballon 12 et de la conduite 13. La conduite 6 est à ce moment obturée. Les vapeurs de solvant passent dans le condenseur 9 où elles sont liquéfiées et s'écoulent par gravité vers le ballon 12 où le solvant est recueilli avant d'être recyclé.

Lorsque cette phase est terminée, on ferme la vanne de la conduite 8 et on met l'enceinte de la cuve 1 à la pression atmosphérique en introduisant de préférence un gaz neutre, azote par exemple, prove- nant d'une source 15 par la conduite 14. On choisit un gaz neutre pour éviter les risques de formation de mélange détonnant avec les restes de vapeurs de solvant. Lorsque la cuve est à la bonne pression, on peut l'ouvrir et la décharger par un nouveau cycle.

Cependant, comme expliqué plus haut, ce procédé conduit à une imprégnation non uniforme. On constate, par rapport au dépôt moyen de produit, un dépôt plus important près de la région d'admission de la solution dans la cuve. Cette dispersion est due à la phase initiale de l'étape d'imprégnation où une fraction du solvant se vaporise et se condense sur le carton encore froid. Les parties du carton éloignées de l'admission absorbent plus de solvant, qui en formant barrage, limite le dépôt de résine.

On remédie à cet inconvénient, conformément à l'invention, en faisant précéder l'étape d'imprégnation par la solution d'une étape de préim prégnation par le solvant seul qui va éliminer ou, pour le moins, réduire ce phénomène. De préférence, le solvant doit se présenter sous forme de vapeur afin de faciliter son dépôt.

Une modification relativement mineure de l'installation permet de réaliser cette étape supplémentaire. Il suffit de mettre en place une conduite additionnelle 30, avec sa vanne 31, reliant la cuve 1 au ballon 3 par leur partie supérieure respective.

Considérant le procédé décrit précédemment, la préimprégnation du carton avec le solvant s'effectue donc après mise sous vide de la cuve 1. On ouvre la vanne 31. La différence de pression entre ces deux éléments, à ce stade du procédé, et la différence de température entre la solution et le carton provoquent l'évaporation du solvant et son transfert par la conduite 30 vers la cuve 1. Au contact avec le carton le solvant se condense, I'imprègne et le chauffe. Le processus s'arrête à l'équilibre des températures et des pressions entre la cuve et le ballon 3. On introduit ensuite la solution de traitement depuis le ballon 3 dans la cuve 1 au moyen de la pompe 21 comme dans le procédé connu.

Conformément à un deuxième aspect de l'invention, I'installation telle que modifiée permet d'améliorer le rendement d'imprégnation du carton. En effet, l'adloncticn de cette conduite 30, en refermant le circuit ballon 3/conduite 2/cuve 1, offre la possibilité de faire circuler la solution au terme de la phase de son chargement dans la cuve 1.

Cette circulation provoque la rupture des couches limites de solutions appauvries existant au contact des composants du carton ondulé et leur renouvellement en solutions enrichies.

On réalise cette nouvelle étape en fin de chargement de la solution dans la cuve 1 en utilisant la force motrice de la pompe 21 pour faire circuler en continu la solution. En effet, une fois le remplissage de la cuve 1 terminé, il suffit de laisser la pompe en action ; l'excès de solution est alors ramené vers le ballon 3 par le moyen de la conduite 30. Il est souhaitable de laisser la pompe fonctionner tout le temps que dure l'imprégnation. Lorsqu'on juge le carton suffisamment imprégné, on vidange la cuve de traitement 1 par inversion de la pompe 21 comme dans le procédé connu.

Des expérimentations multiples ont montré que le procédé ainsi perfectionné conduit à des dépôts de résine sur le carton ondulé présentant des variations de plus ou moins 10 % par rapport au dépôt moyen. Par ailleurs, les variations observées n'ont plus de répartition spatiale particulière.

Le tableau ci-dessous résume les améliorations moyennes des propriétés physiques du matériau obtenues par le procédé selon le brevet FR 2294763 d'une part et par le procédé selon l'invention d'autre part, à 200C et 65 % d'humidité relative.

<tb>

<SEP> selon <SEP> brevet
<tb> <SEP> : <SEP> : <SEP> selon <SEP> invention
<tb> <SEP> FR <SEP> 2294763
<tb> : <SEP> Eclatement <SEP> : <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 96 <SEP> : <SEP> <SEP> 9% <SEP>
<tb> : <SEP> Perforation <SEP> : <SEP> + <SEP> 10 <SEP> % <SEP> : <SEP> <SEP> 19 <SEP> %
<tb> : <SEP> Rigidité <SEP> : <SEP> + <SEP> 50 <SEP> % <SEP> : <SEP> 73 <SEP> %
<tb> : <SEP> Ecrasernent <SEP> sur <SEP> champ <SEP> : <SEP> + <SEP> 72 <SEP> % <SEP> : <SEP> 85 <SEP> % <SEP>
<tb> : <SEP> Résistance <SEP> nu <SEP> gerbage <SEP> des
<tb> <SEP> + <SEP> 46 <SEP> % <SEP> 61 <SEP> %
<tb> : <SEP> caisses
<tb>
La figure 2 représente une installation conforme à l'invention comportant trois cuves en parallèle. Les éléments remplissant les mêmes fonctions, portent les mêmes références, indicées le cas échéant. Les cuves la, lb, 1c sont reliées à un ballon de chauffage de solution unique 3, par trois conduites 2a, 2b, 2c réunies au niveau de la pompe 21. De même trois conduites 30a, 30b, 30c ferment les circuits respectifs la, 2a, 3, lb, 2b, 3 et lc, 2c, 3. Chaque cuve est reliée par une conduite 6a, 6b, 6c à la pompe à vide commune 7, et par un conduit 8a, 8b, 8c au groupe condenseur.

Cette installation peut fonctionner en temps partagé, la répartition dans le temps de chacune des phases des fonctionnements pour les trois cuves peut s'établir comme suit

<tb> Cuve <SEP> a <SEP> C <SEP> DE <SEP> F <SEP> I <SEP> 1H <SEP> I <SEP> A. <SEP> B <SEP> I <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F <SEP>
<tb> Cuve <SEP> b <SEP> G <SEP> íH, <SEP> 1. <SEP> A,B <SEP> C <SEP> DE. <SEP> F <SEP> G
<tb> Cuve <SEP> c. <SEP> H,l. <SEP> A <SEP> B <SEP> IC,D. <SEP> E,F <SEP> G <SEP> <SEP> I, <SEP> A,B
<tb>
La longueur de chaque segment est proportionnelle â la durée de chaque phase et les lettres désignent respectivement
A : Chargement du carton
B :Evacuation de l'air
C: Préimprégnation
D : Chargement de la solution
E : Circulation de la solution
F : Vidange de la cuve de traitement
G : Récupération du solvant
H : Introduction gaz neutre
Déchargement du carton
Il apparait qu'il est possible de faire coïncider le début d'une phase de préimprégnation d'une cuve avec le début d'une étape de récupération du solvant d'une autre cuve.

Conformément à un autre aspect de l'invention, on utilise le carton froid que l'on vient de charger dans une cuve et dans laquelle l'air a été extrait, comme condenseur pour le solvant à récupérer dans une autre cuve qui vient de terminer son étape d'imprégnation et dont on a évacué la solution, en mettant en communication ces deux cuves à ce moment-là. Le solvant s'évapore sur le carton chaud imprégné de solvant et de résine, et passe dans la cuve en dépression comprenant le carton "froid", grâce aux différences de températures et de pressions existant entre ces deux cuves. Le processus s'arrête à l'équilibre de pressions et de températures dans les deux cuves, le procédé reprend ensuite son cycle tel que décrit précédemment.C'est-à-dire que l'on commute la cuve contenant le carton chaud sur le condenseur pour éliminer le solvant résiduel et que l'on commute la deuxième cuve sur le ballon de manière à compléter le chargement en solvant pour la préimprégnation.

Ainsi pour des masses de carton identiques dans les deux cuves, I'économie d'énergie au condenseur est de 50 % de l'énergie totale nécessaire à la condensation. Elle est également de 50 % de l'énergie nécessaire au chauffage initial du carton. Ce perfectionnement permet également de réduire notablement, dans ce cas, les dimensions du condenseur 9.

Il est possible de mettre en communication les cuves deux par deux au cours de ces étapes supplémentaires du procédé en utilisant les conduites 30a, 30b, 30c par exemple. Après avoir fermé une vanne 32 disposée sur la partie commune de ces conduits, on met sélectivement les cuves en communication entre elles au moyen de vannes 32a, 32b, 32c commandant respectivement les conduites 30a, 30b, 30c entre la vanne 32 et les cuves. Si nécessaire, on peut prévoir également des conduits spécifiques à cet effet.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   ledit solvant seul.

   ceinte, on réalise une étape de préimprégnation du carton avec

   caractérisé en ce qu'avant le chargement de la solution dans l'en

   - déchargement

   - extraction du solvant résiduel

   - évacuation de la solution

   temps déterminé

   - maintien du carton immergé dans la solution pendant un

   complètement le carton

   - chargement de la solution dans l'enceinte jusqu'a immerger

   - évacuation de l'air de l'enceinte

   - introduction du carton dans une enceinte étanche

   solvant, comprenant au moins les étapes suivantes

   au moyen d'une solution d'un agent d'imprégnation dilué dans un

   1) Procédé d'imprégnation sous-vide de cartons ou autres matériaux
2. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant

   est introduit dans l'enceinte sous forme de vapeur.
3. 3) Procédé selon la revendication 2, la solution d'imprégnation étant

   préchauffée avant son chargement dans l'enceinte étanche, carac

   térisé en ce que la vapeur du solvant avec lequel est réalisée la

   préimprégnation, est obtenue par vaporisation du solvant de ladite

   solution préchauffée.
4. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste,

   pendant l'étape d'imprégnation à assurer une circulation continue

   de la solution.
5. 5) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, où le carton à

   traiter est réparti dans au moins deux enceintes étanches fonc

   tionnant en temps partagé, caractérisé en ce qu'on utilise une

   enceinte se trouvant à l'étape du procédé où l'air vient d'être

   évacué, comme condenseur pour une enceinte se trouvant à l'étape

   du procédé où le solvant résiduel doit être extrait.
6. 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des

   revendications 3 à 5 comprenant

   - au moins une cuve (1 ? étanche pour recevoir le carton à

   traiter

   - un ballon (3), pourvu d'un moyen de chauffage (4), pour

   recevoir ladite solution.

   vers la cuve (1).

   solvant produite par l'évaporation de la solution, du ballon (3)

   et disposée de manière à pouvoir faire passer de la vapeur de

   niquer par une deuxième conduite (30) pourvue d'une vanne (31)

   caractérisé en ce que la cuve (1) et le ballon (3) peuvent commu

   avec le ballon

   transfert (21), de la solution faisant communiquer la cuve

   - au moins une conduite (2) pourvue d'une pompe de
7. 7) Dispositif selon la revendication 6, comportant au moins deux

   cuves de traitement pour un fonctionnement en temps partagé,

   caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mettre sélec

   tivement en communication lesdites cuves deux par deux.
8. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit

   moyen est constitué par les conduites (30a, 30b, 30c), pourvues

   de vannes, reliant chacune des cuves (la, lb, lc) au ballon (3)

   de chauffage de la solution par une portion commune comportant

   une vanne (32).