FR2785570A1 - Piston suiveur d'encre pour stylo a bille - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un piston suiveur pour stylo à bille, caractérisé en ce qu'il comprend un élément liquide ou en gel dans lequel est introduit au moins partiellement un élément solide constitué d'un réseau de pores ouverts.

Description

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L'invention concerne un piston suiveur d'encre pour stylo à bille ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel piston.

Ce type de piston comprend un élément gélifié, contenant optionnellement un élément solide et plus particulièrement destiné à être utilisé en combinaison avec une encre de viscosité comprise entre 10 et 30 000 mPa.s (ou présentant des propriétés rhéofluidifiantes), placée dans un réservoir équipé à l'une de ses extrémités d'une pointe d'écriture
La gamme des encres pour stylos-bille peut être décomposée en trois principaux groupes comprenant .

- les encres aqueuses liquides de faible viscosité, utilisées dans des articles d'écriture dont la régulation de débit est assurée au moyen d'un système de chicanes ou d'un réservoir fibreux, - les encres à haute viscosité en phase solvant, utilisées dans des réservoirs tubulaires alimentant directement la pointe , le débit des stylos étant ajusté en modifiant la viscosité de l'encre, - les encres aqueuses de viscosité moyenne, utilisées dans des réservoirs tubulaires alimentant directement la pointe
Dans ce dernier groupe, il est nécessaire d'éviter l'écoulement de l'encre par l'arrière de la cartouche réservoir en plaçant au-dessus de la colonne d'encre un piston suiveur. Ce piston, insoluble dans l'encre et généralement constitué d'un bouchon de graisse, permet également de limiter l'évaporation des solvants volatils contenus dans l'encre (l'eau en particulier), et dans une certaine mesure de réguler le débit du stylo-bille Par ailleurs, lors de l'utilisation du stylo, le piston suit la colonne d'encre dans le tube, d'où la qualification de suiveur, évitant ainsi des dépôts d'encre résiduelle sur les parois du réservoir
Dans l'état de la technique, on mentionne différentes compositions chimiques utilisées comme piston suiveur et formulées à partir d'un ou plusieurs solvant(s) organique (s) peu volatil(s), en particulier le polybutène, et d'un agent épaississant de type di- ou tribenzylidène sorbitol (JP 6220418) pour former une graisse correspondant à un état pâteux réversible obtenu par l'établissement de liaisons internes physiques (liaisons hydrogène et/ou liaisons de Van der Wals...).

Afin de garantir leur tenue dans le tube, quelles que soient les conditions de stockage des stylos, ces compositions présentent généralement une viscosité importante. En outre, au cours de l'utilisation du stylo, ces graisses ont tendance à adhérer aux parois du tube en dégradant l'aspect esthétique du réservoir Par ailleurs, cette adhérence entraîne une perte de matière ou une déformation du

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piston provoquant ainsi un dysfonctionnement du système avec des risques d'écoulement de l'encre par l'arrière du tube, et d'évaporation des solvants volatils contenus dans l'encre. Par ailleurs, en cas de choc, la viscosité importante de ces pistons suiveurs peut conduire à une désolidarisation de la colonne d'encre et du piston, provoquant des interruptions, voire un arrêt complet de l'écriture.

Afin de limiter les effets négatifs dus à la viscosité du piston suiveur, différentes voies ont été explorées. Parmi celles-ci, il convient de relever l'incorporation dans les graisses précédemment citées, d'un additif, de type poly(siloxane) modifié polyéther (US 5 348 989), ou des composés polaires (WO 9804421 ), destinés à améliorer le glissement le long du tube, et à garantir un meilleur contact encre/suiveur en particulier en cas de choc
Une autre solution envisagée dans le US 4 671 691 consiste à formuler des compositions de graisses viscoélastiques, à base d'huile minérale, de polybutène, et d'argiles organophiles traitées onium Ces compositions, de viscosité élevée au repos, peuvent se fluidifier sensiblement sous l'effet d'une contrainte (écoulement normal dans un tube ou déplacement rapide du piston suiveur en cas de choc) pour un meilleur suivi de l'encre
Toutefois, les valeurs de viscosité de ces graisses, même après cisaillement, restent relativement élevées, ce qui gêne leur transfert, en particulier au moment du remplissage des cartouches
D'autre part, ces graisses, réalisées à partir d'un mélange d'huile minérale et de polybutène, subissent d'importantes variations de leur viscosité en fonction de la température, ce qui pour un stylo stocké dans des conditions très variables et parfois sévères (climats tropicaux, plage arrière d'une voiture...) peut entraîner une liquéfaction du bouchon de graisse et conduire à un écoulement de l'encre par l'arrière.

Le remplacement du mélange (huile minérale + polybutène), par des huiles de silicones épaissies par du silicate d'aluminium comme, par exemple, dans le EP 0 792 759, forme toujours une graisse dont la viscosité est toutefois moins sensible aux variations de température
Cependant, certains problèmes techniques subsistent. Ainsi, l'introduction de ces compositions, de viscosité encore élevée, dans les cartouches reste difficile, et ceci d'autant plus que le diamètre du tube est faible En outre, la flexibilité de toutes les solutions proposées reste limitée, puisque leurs propriétés doivent être adaptées aux caractéristiques du stylo envisagé, ce qui nécessite une reformulation longue et complète du piston suiveur pour chaque stylo.

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Par ailleurs, ces graisses forment des pistons dont la trop grande capacité de déformation a tendance à perturber la qualité de l'écriture. En outre, ces graisses sont opaques, ce qui rend le piston apparent dans des tubes/réservoirs translucides ou transparents, ce qui n'est pas satisfaisant sur le plan esthétique
Enfin, lorsque le piston suiveur comporte aussi un élément solide (comme dans le FR 2 709 444), ce dernier est réalisé nécessairement avec des pores fermés car la viscosité des graisses est trop importante pour qu'elles puissent pénétrer dans des pores ouvert Cette configuration rend l'élément solide flottant et donc particulièrement instable
Les pistons suiveurs développés dans le cadre de la présente invention ont pour but de résoudre les problèmes techniques inhérents à l'utilisation des pistons suiveurs traditionnels
Ce but est atteint conformément à l'invention, au moyen d'un piston suiveur pour stylo à bille comprenant un élément liquide ou en gel dans lequel est introduit au moins partiellement un élément solide constitué d'un réseau de pores ouverts
Selon une caractéristique avantageuse, la densité apparente de l'élément solide est comprise entre 0,5 et 1,0
Selon un premier mode de réalisation, ledit élément solide est constitué de poudres de polyéthylène à haut poids moléculaire thermocollées
Selon un autre mode de réalisation, ledit élément solide est constitué d'une mousse de polyuréthanne
Selon une autre caractéristique, la densité de l'élément solide est inférieure à celle de l'élément liquide en gel
Selon encore une autre caractéristique, la densité de l'élément liquide ou en gel est comprise entre 0,8 et 1,1
Lorsque l'élément en gel du piston de l'invention est préparé à partir d'un milieu constitué principalement de deux composants liquides réactifs de faible viscosité initiale, il se durcit après mélange des deux réactifs avec une cinétique qui est fonction des conditions de température, pour former un gel stable et homogène ayant une bonne tenue mécanique dans le tube
Le milieu liquide obtenu immédiatement après mélange est facilement transférable, ce qui facilite l'introduction dans le réservoir ainsi que le dégazage, quel que soit le diamètre du tube De ce fait, l'interface entre l'encre et le piston suiveur est parfaitement nette et définie, ce qui permet d'améliorer, outre l'aspect esthétique du tube, l'adhérence entre la colonne d'encre et le piston suiveur et par

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conséquent la résistance du système aux chocs éventuellement subis par la cartouche réservoir, par exemple, en cas de chute du stylo.

De plus, le mode de préparation des pistons suiveurs, selon l'invention par post-gélification, permet d'obtenir des compositions relativement dures et compactes (dont les propriétés sont proches de celles d'un élastomère). En effet, un gel correspond, à la différence d'une graisse, à un état épaissi irréversible où les liaisons internes sont de nature chimique en étant formées par réticulation. Ces pistons en gel suivent parfaitement le déplacement de la colonne d'encre, sans laisser de traces sur le réservoir, et donc sans perdre de leur épaisseur au cours des déplacements liés à l'écriture Le piston suiveur de l'invention conserve ses propriétés du début à la fin de l'utilisation de la cartouche (stabilité de l'état de gel, débit du stylo, perméabilité, résistance aux chocs, tenue mécanique du piston suiveur dans le tube). Par ailleurs, les pistons formulés selon un mode de réalisation préféré, à partir de produits siliconés ne subissent que de faibles variations de dureté en fonction de la température.

Enfin, notons que les pistons de l'invention sont particulièrement flexibles, puisque leurs propriétés, en particulier leur dureté, peuvent être ajustées notamment par une variation du rapport entre les deux composants liquides initiaux Ainsi, l'on peut adapter une composition de piston suiveur à un article d'écriture, sans modifier sa formulation initiale.

Ce piston en gel, qui comporte éventuellement un élément solide, sera utilisé, de préférence, en combinaison avec une encre de viscosité faible à moyenne, ou présentant des propriétés rhéofluidifiantes, placée dans un réservoir équipé à l'une de ses extrémités d'une pointe et ouvert à l'autre extrémité Il évitera ainsi l'écoulement de l'encre par l'arrière du tube/réservoir, limitera l'évaporation des solvants volatils contenus dans l'encre, et permettra de contrôler le débit du styl o-bille
Bien entendu, il est. possible aussi de mettre en oeuvre le procédé de fabrication de l'élément en gel à partir d'un milieu ne contenant qu'un seul composant liquide susceptible de se gélifier in situ par réaction chimique initiée au moyen soit d'un traitement physique (irradiation, UV ou traitement thermique...) soit d'un agent de réticulation
Un mode de fabrication de ce piston suiveur sera mis en oeuvre, de préférence, par mélange de deux réactifs tluides distincts A et B, gélification puis durcissage in situ pour obtenir une structure de gel élastomérique stable et homogène

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Le premier réactif A est alors constitué d'au moins un polymère siliconé comportant au moins deux fonctions éthyléniques insaturées et qui peut également comporter des radicaux méthyles, éthyles, phényles et/ou
3,3,3-trifluoropropyles Ce composant A peut être choisi, par exemple, parmi les: - poly(diméthylsiloxanes) terminés vinyldiméthyle, de viscosité à 25 C, comme toutes les viscosités exprimées par la suite, comprises entre 2 et
1 000 000 mPa s (ex : produits de la Société PETRARCH SYSTEM
PS 443,PS 445), - poly(diméthylsiloxanes) terminés vinylphénylméthyle, de viscosité comprise entre 1000 et 100 000 mPa.s (ex produits PETRARCH SYSTEM PS 463), - poly(diméthylsiloxanes) terminés divinylméthyle, de viscosité comprise entre 1000 et 100 000 mPa.s (ex produits PETRARCH SYSTEM PS 483,
PS488), - copolymères diméthylsiloxane/méthylvinylsiloxane terminés vinyldiméthyle (ex :produits PETRARCH SYSTEM PS 493), - copolymère diméthylsiloxane/méthylvinylsiloxane, terminés triméthylsiloxy, de viscosité comprise entre 250 et 300 000 mPa s, - copolymère diméthylsiloxane/diphénylsiloxane terminés vinyldiméthyle, de viscosité comprise entre 500 et 150 000 mPa s (ex produit PETRARCH
SYSTEM PS 735, PS 765, PS 784)
On utilisera, de préférence, des polymères ou copolymères siliconés terminés par plusieurs fonctions vinyle, de viscosité comprise entre 200 et 165 000 mPa s, de préférence, 1000 et 5000 mPa s, et contenant un minimum de 50% d'unités diméthylsiloxane
Le cas échéant, la teneur en groupements vinyles du produit est comprise selon la viscosité du polymère, entre 0,025 et 0,300 m Mol/g
Les polymères peuvent contenir jusqu'à 3% de substances volatiles
Le second réactif B est constitué d'au moins un polymère siliconé pourvu d'au moins deux fonctions Si-H
Ce polymère siliconé peut être choisi, par exemple, parmi les : - polyméthylhydrosiloxane, de viscosité comprise entre 1 et 1000 mPa.s (ex produits PETRARCH SYSTEM, PS 118, PS 122), - copolymères diméthylsiloxane/méthylhydrosiloxane, de viscosité comprise entre 10 et 100 000 mPa s (ex produits PETRARCH SYSTEM, PS 123, PS 124),

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- copolymères phénylméthylsiloxane/méthylhydrosiloxane, de viscosité comprise entre 10 et 1000 mPa.s (ex. : produit PETRARCH SYSTEM PS 128.5), - polyméthylsiloxane portant un atome d'hydrogène à leur extrémité, de viscosité comprise entre 1 et 20 000 mPa.s (ex -produits PETRARCH SYSTEM, PS 542, PS 545).

Le composant B permettra, par mélange et réaction d'hydrosilylation avec le composant A dans le milieu liquide, de former un réseau tridimensionnel qui est à l'origine de l'état de "gel stable homogène".

On utilisera, de préférence, comme composant B, un polymère polyméthylhydrosiloxane ou un copolymère diméthylsiloxane/methylhydrosiloxane comportant au minimum trois groupements méthylhydrosiloxy par molécule, et de viscosité comprise entre 20 et 10 000 mPa s
On ajustera les quantités de composants A et B de telle sorte que le rapport entre le nombre de mol de fonctions éthyléniques insaturées ou vinyles et le nombre de mol de fonctions (Si-H) varie de 1 5 à 5 1 et de préférence de 13à 3:
Afin de permettre, ou d'accélérer la réaction d'hydrosilylation ou bien d'améliorer son rendement, un catalyseur C sera ajouté au mélange A + B.

Ce catalyseur C est, par exemple, choisi parmi les : - complexe platine/divinyltétraméthyldisiloxane, en solution dans un solvant (ex produit PETRARCH SYSTEM, PC 072), - complexe platine/divinyltétraméthyldisiloxane mélangé à une solution de polydiméthylsiloxane terminé vinyle (ex produit PETRARCH SYSTEM PC 075), - complexe platine/cyclovinylméthylsiloxane en solution dans un vinylméthylsiloxane cyclique (ex produit PETRARCH SYSTEM PC 085).

Ce catalyseur sera présent en une quantité telle que l'apport de platine représente entre 0,et 1 OOOppm
De préférence, le milieu réactionnel liquide comprend un agent diluant (I) Cet agent diluant est constitué d'un polymère siliconé inerte pouvant être choisi, par exemple, parmi les - polydiméthylsiloxane de viscosité comprise entre 1 et 2 500 000 mPa.s, de préférence entre 10 et 1 000 000 mPa s (ex . huiles NM1 de la Société SIVENTO), - polyphénylsiloxane, - polyméthylphénylsiloxane, - copolymère diméthylsiloxane/diphénylsiloxane, de viscosité comprise entre 50 et 500 000 mPa s (ex. produits PETRARCH SYSTEM PSI 60, PS162)

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On utilisera, de préférence, des polymères ou copolymères siliconés terminés par des groupements triméthylsiloxy.

Ce polymère qui agit comme diluant de la composition, permettra d'affiner les propriétés initiales du milieu liquide (viscosité) et finales du gel (dureté, propriétés lubrifiantes).

Il peut être avantageux dans certains cas, d'ajouter à la composition du piston un ou plusieurs autres additifs, tels que, notamment : - une matière de charge D choisie par exemple parmi les silices, les talcs ou les carbonates de calcium.

On utilisera, de préférence, une silice finement divisée et, par exemple micronisée, ayant éventuellement subi un traitement hydrophobe dans une quantité comprise entre 0,1% et 20% en poids, de préférence, entre 0,5% et 10% en poids.

Cette charge permettra d'ajuster les propriétés physiques du gel (dureté en particules) et de réduire l'adhérence du gel sur la paroi du tube/réservoir du stylo
Selon une variante de l'invention, le système (A+B+C+D+I), pourra être constitué par des systèmes siliconés bi-composants durcissables à température ambiante tels que les produits SIVENTO des gammes NG 3712, NG 3714 ou NG 3716 (commercialisés par HULS silicones)
Par ailleurs, il peut être avantageux dans certains cas d'ajouter à la composition du piston un ou plusieurs agents lubrifiants E choisis parmi - les huiles minérales blanches ou transparentes (ex les huiles SEMTOL type 70/28 à base d'hydrocarbures commercialisées par la Société WITCO), - les huiles isoparaffiniques, - les matières grasses telles que les esters d'acides gras, les esters d'alcools gras, triglycérides
On utilisera, de préférence, une huile minérale, compatible avec le gel, c'est-à-dire ne présentant pas de problemes d'exsudation en une quantité comprise entre 0,1 % et 20% en poids, et de préférence, entre 0,2% et 12% en poids
Cet agent lubrifiant assurera un bon suivi dans le tube du piston gel, en limitant son adhérence sur les parois.

L'ajout de cet agent peut se faire indifféremment dans le milieu liquide contenant les composants A, B avant mélange ou immédiatement après mélange.

Toutefois, les produits pouvant contenir des composés soufrés, aminés ou toute autre substance susceptible d'empoisonner le catalyseur d'hydrosilylation C seront, de préférence, ajoutés immédiatement après mélange de A et B, de manière à

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conserver à ce catalyseur, une activité constante sur une longue période de stockage.

Selon une autre variante de l'invention, il peut être intéressant d'ajouter à la composition un agent tensioactif F assurant la cohésion entre la colonne d'encre et le piston suiveur, afin d'améliorer la résistance aux chocs de l'ensemble.

Cet additif, sera choisi par exemple parmi : - les dérivés siliconés, - les dérivés fluorés, - les dérivés phosphatés.

On utilisera cet additif en une quantité comprise entre 0,01% et 10% en poids, de préférence, 0,1% et 5% parties en poids On introduira cet additif, de préférence, immédiatement après mélange de A et B
Selon encore une autre variante de l'invention, il peut être intéressant d'ajouter à la composition, une matière colorante G choisie, par exemple, parmi - les pigments organiques azoïques. phtalocyanines, quinacriolon, - les pigments inorganiques : dioxyde de titane, oxyde de fer, - les colorants organosolubles . Solvent Red 27, Solvent Blue 35.

Cet additif G ajouté, de préférence, immédiatement après mélange de A et B, sera utilisé de telle sorte que sa quantité soit comprise entre 0,1% et 20% en poids et de préférence 0,5% à 10% en poids
Selon l'invention, d'autres réactions de gélification pourront être mises en oeuvre pour former le piston suiveur Ces réactions, ainsi que les produits mis enjeu sont décrits par exemple dans le brevet US 5 079 300 (DUBROW et al) et comprennent par exemple : (i) - une réaction entre fonctions silanol et silane

(ii) - une réaction entre fonctions silanol et alkoxy

(iii) - une réaction entre fonctions silanol et énoxy

(iv) - une réaction entre fonctions silanol et aminé :

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(v) - une réaction entre silanol et oxime

De manière encore plus générale, le piston suiveur en gel peut être formé par réaction chimique catalysée, ou non, entre deux composants A et B choisis parmi les systèmes : - polyuréthannes : par exemple dans les brevets US 4 600 261 et
US 4 634 207.

- époxy - polyesters - polybutyles - polyacryliques
Selon une autre variante de l'invention, il peut être intéressant d'ajouter un inhibiteur H de la réaction d'hydrosilylation afin d'augmenter la durée de conservation du composant liquide A Cet inhibiteur peut être choisi par exemple parmi les : - dialkyl décarboxylates (comme dans le US 4 256,870, US 4 476,166), - dialkyl acetylène-dicarboxylates (comme dans le US 4 347,346), - alcools acétyléniques (comme dans les US 3 989,866 et US 4 336,364), - dérivés de benzotriozole, - les vinylsiloxanes à chaîne courte
Les pistons suiveurs en gel ainsi obtenus se caractérisent par des valeurs de dureté correspondant à des valeurs de pénétration de cônes s'échelonnant de 100.10-1 à 400.10-1 mm, de préférence de 200.10-1 à 360. 10-1 mm (mesures réalisées à 25 C sur un pénétromètre PETROTEST PNRIO, équipé d'un cône de 102.5g et d'un guide de 47.5g selon la norme DIN 51580).

D'autre part, le gel homogène ainsi réalisé peut également être "armé" ou "consolidé" par un élément solide au moins partiellement introduit dans ledit élément en gel ou dans un élément liquide quelconque formant le support où, bien que stable, il conserve une faible mobilité relative Ce mode de réalisation présente un intérêt particulier dans les cas où le gel aurait tendance à se déformer en son centre. Ce phénomène peut, par exemple, être observé sur des réservoirs de diamètre important, lorsque l'élément en gel du piston suiveur est soumis à la dépression créée par l'écoulement de l'encre vers la pointe.

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Afin d'assurer cette fonction, l'élément solide doit présenter une densité apparente inférieure ou égale à la densité de l'élément liquide ou en gel. En revanche, la forme de l'élément solide et sa couleur (blanche ou colorée) peuvent être quelconques, avec une section cylindrique, ou polygonale (carrée, triangulaire, hexagonale). Par ailleurs, l'élément solide est poreux et peut comporter des évidements coaxiaux permettant un meilleur ajustement de la densité apparente.

L'élément solide est constitué de différents matériaux, en mélange ou superposés, par exemple collés ou soudés De préférence, l'élément solide sera fabriqué selon l'un des deux procédés présentés ci-dessous
1) Par extrusion et découpe d'un barreau de matière plastique obtenue à partir du mélange d'au moins un composant choisi parmi les polyoléfines, le polystyrène avec un agent d'expansion constitué de préférence de l'azodicarbonamide Sous l'effet de la température, l'agent d'expansion se décompose en libérant des bulles de gaz (azote), créant ainsi des pores, de types "pores fermés" au sein de la matière La densité de l'élément solide est ajustée par le choix du matériau de base, et la quantité d'agent d'expansion introduite, de telle sorte qu'il vienne se positionner automatiquement à la surface de l'élément liquide ou en gel Ainsi l'on peut atteindre pour l'élément solide des densités apparentes comprises entre 0,5 et 1,0, voire davantage si la matière plastique est préalablement chargée.

Cet élément solide, mobile sera, le cas échéant, utilisé en combinaison avec des éléments liquides ou en gel dont la densité varie entre 0,8 et 1,1
2). Par thermocollage de poudres de polyéthylène à haut poids moléculaire, comme par exemple l'Hostalen GUR 8020 de TARGOR (commercialisé par la société HOECHST), dans un moule sans compression. Sous l'effet de la chaleur, ces poudres vont fondre superficiellement et adhérer entre elles pour constituer un réseau poreux formé de "pores ouverts" Dans ce cas, la densité de l'élément solide est déterminée par la nature du matériau le constituant. Afin de positionner l'élément solide à la surface de l'élément de support liquide ou en gel.

La densité est maintenue à une valeur légèrement inférieure à celle de l'élément de support, qui a alors la possibilité de pénétrer à l'intérieur des pores
Par ailleurs, selon une autre variante, on réalisera l'élément solide avec tout matériau permettant l'obtention de mousses (telles que les mousses polyuréthanne)
Les pistons suiveurs développés dans le cadre de cette invention pourront être utilisés dans des stylos-bille munis de tubes/réservoirs de diamètre variable, s'échelonnant de 1 à 30 mm, voire davantage

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Ces stylos-bille sont fabriqués à partir de plusieurs étapes : - dans un premier temps, le tube formant réservoir d'encre est muni à une extrémité d'un porte-pointe et d'une pointe à bille, - puis, l'encre est introduite dans le réservoir, - le milieu liquide réactionnel est ensuite préparé par exemple en mélangeant les composants A et B, le catalyseur C et les additifs D à I selon des ratios prédéterminés. Le milieu réactionnel peut aussi être constitué d'un unique composant associé à un agent ou à un traitement de gélification.

Selon une première méthode, le mélange réactionnel ainsi obtenu est immédiatement introduit dans le tube/réservoir contenant l'encre, par l'extrémité opposée à la pointe, au moyen d'au moins une pompe doseuse (non représentée). Selon une autre méthode, le piston suiveur est introduit dans le tube au moyen de deux pompes doseuses après mélange en continu et début de réaction Cette seconde méthode évite le durcissage du gel dans le réservoir en cas d'arrêt de la chaîne d'assemblage Dans tous les cas, la cinétique de la réaction entre les composants du milieu liquide étant relativement lente, c'est essentiellement dans le tube/réservoir, c'est-à-dire in situ et non pendant le transfert du milieu liquide, que se forme par réaction chimique l'élément en gel.

Lorsque les caractéristiques du stylo le nécessitent, on peut introduire dans le milieu liquide un élément solide du type décrit plus haut, - lorsque l'élément solide possède des pores ouverts, le milieu liquide pénètre dans la structure poreuse pour remplir les pores, ce qui augmente sa densité et le stabilise, - le tube contenant l'encre et le piston suiveur est ensuite dégazé par centrifugation, pendant que le milieu liquide est encore suffisamment fluide, - dans une étape de finition, l'élément en gel du piston suiveur subit une opération de durcissage accéléré par voie thermique, à une température comprise entre
50 et 80 C En fonction des conditions de gélification choisies, cette opération peut nécessiter de quelques minutes à quelques heures
EXEMPLES
Les exemples cités ci-dessous ne sont pas limitatifs Toutes les quantités auxquelles il est fait référence sont des grandeurs massiques.

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L'efficacité des pistons suiveurs cités dans les exemples 1 à 14 et en exemples comparatifs 1 et 2 a été évaluée à partir de stylos-bille réalisés comme suit : - remplissage du tube réservoir de diamètre intérieur 5,0 mm avec de l'encre (voir tableau 1) pour former une cartouche - fixation de la pointe sur le stylo, - introduction du piston suiveur dans la cartouche sous forme d'un milieu liquide réactionnel ou d'une graisse (dans le cas des exemples comparatifs), dont la viscosité est comprise entre 1 OmPas et 10 000 mPas - centrifugation de la cartouche à 2 000 tr/min durant 10 min.

La formule de l'encre utilisée lors de la préparation des cartouches est donnée dans le tableau1 ci-dessous : TABLEAU 1

<tb>
<tb> Constituants <SEP> Quantités <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids)
<tb> Matière <SEP> colorante <SEP> 8,0
<tb> Eau <SEP> 68,9
<tb> Cosolvant <SEP> 20,0
<tb> Résine <SEP> 2,0
<tb> Agent <SEP> anti-corrosion <SEP> 1,0
<tb> Bactéricide <SEP> 0,1
<tb>

Des modes de réalisation des pistons suiveurs de la présente invention sont donnés dans les exemples suivants .

Exemple
Un piston suiveur en gel selon l'invention est obtenu en mélangeant deux produits liquides fabriqués et commercialisés par la Société SIVENTO sous la formulation référencée NG3712 S3 PRODUTI 1 Fraction (1) du composant A, 29,0% de polydiméthylsiloxane terminé vinyle de viscosité 1000 mPa.s.

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Fraction (1) de l'agent diluant (I), 67,9% de polydiméthylsiloxane terminé triméthylsiloxy de viscosité 1000 mPa.s.

Composant C, 0,2% d'un catalyseur contenant 1% de platine Composant D, 2,9% de silice traitée hydrophobe PRODUIT 2 Fraction (2) du composant A, 48,1% d'un polydiméthylsiloxane terminé vinyle de viscosité 1000 mPa.s Fraction (2) de l'agent diluant (1), 48,5% d'un polydiméthylsiloxane à terminaison triméthylsiloxy de viscosité 1000 mPa.s - Composant B, 0,5% d'un copolymère diméthylsiloxane/méthylhydrosiloxane - Contenant 0,7% de groupements méthylhydrosiloxane - Composant D, 2,9% de silice traitée hydrophobe
Les deux produits liquides 1 et 2 sont mélangés sous faible agitation de telle sorte que le ratio en poids produit 1/ produit 2 soit de 1.32. Le milieu réactionnel liquide résultant du mélange est introduit dans le réservoir du stylo au-dessus de l'encre L'ensemble est ensuite centrifugé 10 mn à 2000 t/mn puis stocké à 50 C durant 18 heures pour une gélification complète du piston suiveur.

Le tableau 2 regroupe des exemples de pistons suiveurs selon l'invention

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TABLEAU 2

####""####JJlJJ:l~~EiJ~J~~E~ Ex.12 Ex.13 Ex.14 Produit 1 SIVENTONG 3712 S3 57% 20% 15 % 15 % ######### PltoDUtr2 SIVENTO NG 3712 S3 43% 30% 30% 30%

<tb> PRODUIT <SEP> 1 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 3712 <SEP> S6 <SEP> 50 <SEP> % <SEP> 27,5 <SEP> % <SEP>
<tb> PRODUIT <SEP> 2 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 3712 <SEP> S6 <SEP> 50 <SEP> % <SEP> 22 <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb> Produit <SEP> 1 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 3712 <SEP> S7 <SEP> 27,5 <SEP> %
<tb> PRODUIT <SEP> 2 <SEP> SI <SEP> VENTO <SEP> NG <SEP> 3712 <SEP> S7 <SEP> 22,5 <SEP> %
<tb> Produit <SEP> 1 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 3712 <SEP> S8 <SEP> 5() <SEP> % <SEP> 54 <SEP> %
<tb>

l'K<>nulr2 SIVf:N1'O N( :712 S8 4.5% 41 % PRO....T.S.VEN,ONC,37,2S) 17% G6,7% 12 SIVI-'N1-0 N(i '712 83% 33,3% Produit I SIVENTONG 3716 SI

<tb> 50% <SEP> 45%
<tb> Produit <SEP> 2 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 3716 <SEP> SI
<tb> 45% <SEP> 45%
<tb> Produit <SEP> 1 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 33716 <SEP> S4
<tb> 50% <SEP> 45%
<tb> PRODUIT <SEP> 2 <SEP> SIVENTO <SEP> NG <SEP> 3716 <SEP> S4
<tb> 50% <SEP> 55%
<tb> E/ <SEP> huile <SEP> sthcone <SEP> NM1 <SEP> 1000 <SEP> 50 <SEP> %
<tb> E/ <SEP> huile <SEP> silicone <SEP> NM <SEP> 1.5000 <SEP> 55 <SEP> %
<tb> E/ <SEP> huile <SEP> silicone <SEP> NM1.10000 <SEP> 55 <SEP> %
<tb> E/ <SEP> huile <SEP> isoparaffinique <SEP> SEMTOI, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> 5 <SEP> % <SEP> 5% <SEP> 10%
<tb> CONDITIONS <SEP> DE <SEP> GELIFICATION <SEP> @ <SEP> @
<tb>

à 50 C 18h 18h 18h 18h 12h ou 4h ou 4h 4h 20h 20h 4h 4h 4h 4h

<tb> à <SEP> 22 C <SEP> 4 <SEP> jours <SEP> 4 <SEP> jours <SEP> ou <SEP> ou <SEP> ou <SEP> ou <SEP> ou <SEP> ou <SEP> ou <SEP> ou
<tb>

à 20*C 1 jours 2 jours 7 jours 7 jours jours | 2 jours | jours jours

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Deux compositions de pistons suiveurs monocomposant de types graisses de l'art antérieur ont été évaluées parallèlement au mode de réalisation bicomposants de l'invention.

Exemple comparatif 1

<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> silicone <SEP> NM1.5000 <SEP> : <SEP> 94,6 <SEP> % <SEP>
<tb> Silice <SEP> micronisée <SEP> traité <SEP> hydrophobe <SEP> : <SEP> 5,2 <SEP> % <SEP>
<tb> Tensioactif <SEP> siliconé <SEP> modifié <SEP> polyéther <SEP> . <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP>
<tb>

La silice est dispersée dans l'huile sous forte agitation mécanique, afin d'obtenir une graisse parfaitement homogène
Exemple comparatif 2

<tb>
<tb> Polybutène <SEP> - <SEP> 41,0 <SEP> %
<tb> Huile <SEP> minérale <SEP> 55,7 <SEP> % <SEP>
<tb> Stéarate <SEP> d'aluminium <SEP> 3,3 <SEP> %
<tb>

La graisse ainsi préparée par mélange est ensuite broyée
Les pistons suiveurs décrits ci-dessus sont ensuite soumis à divers tests Evaluation de la viscosité du mélange liquide initial
Cette viscosité est mesurée à 20 C à 1,S-1 avec un rhéomètre HAAKE Rheostren RS150 muni d'un système cône et plateau C60/1 (pour les ex 1à 14) ou C20/1 (pour les ex comparatifs 1 et 2) Evaluation du procédé de réalisation du piston suiveur dans le tube/réservoir
Le barème suivant permet d'évaluer de manière qualitative la facilité de mise en oeuvre des opérations de transfert, d'introduction dans le tube/réservoir du stylo-bille et de dégazage du piston suiveur L'échelle d'appréciation de ces critères est établie comme suit
4 transfert, introduction dans le tube et dégazage aisés.

3 transfert, introduction dans le tube aisés, dégazage moyen
2 transfert aisé, introduction dans le tube et dégazage moyens
1 transfert, introduction dans le tube et dégazage possibles mais difficiles.

0 transfert, introduction dans le tube et dégazage très difficiles, voire impossibles Performances de l'effet piston sur l'encre

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On étudie les performances de l'effet piston du suiveur sur l'encre en faisant subir aux stylos-bille un test d'écriture automatisé sur 4 x 100 m d'écriture, en mesurant le débit d'encre tous les 100 m. On évalue ainsi la régularité d'écriture en considérant l'évolution du débit du stylo entre 100 et 400 m, selon :
4 : variation de débit < 2 %.

3 : 2 % < variation de débit < 5 %
2 : 5 % < variation de débit < 10 %
1 10 % < variation de débit < 15 %
0 variation de débit > 15 % Esthétique du stylo-bille :
L'aspect du stylo-bille sera évalué à partir de deux indicateurs que sont : - l'aspect du tube (ou "clear-drain") après un écoulement de hauteur donnée de la colonne d'encre et du piston suiveur (dans notre cas 400 m d'écriture automatique). Ce test est noté comme suit
4 aucune trace sur le tube
3 présence d'un résidu de piston suiveur au niveau de sa position initiale.

2 présence de faibles traces de piston suiveur et/ou d'encre
1 présence de traces importantes de piston suiveur et/ou d'encre le long du tube
0 tube régulièrement taché par le piston suiveur et/ou par l'encre - l'aspect de l'interface encre/piston suiveur avant et après les 400 m d'écriture.

4 . interface parfaitement régulière et horizontale
3 . interface régulière, inclinée
2 interface relativement régulière
1 interface irrégulière, relativement horizontale
0 . interface irrégulière comportant cratère(s) ou bulle(s) d'air Résistance aux chocs du stylo-bille
Afin de vérifier la résistance aux chocs des stylos, on les fait tomber à trois reprises d'une hauteur de 1,5 m sur un sol en béton, de manière que le choc intervienne à leur extrémité arrière On évalue chaque stylo après les chocs, d'après l'échelle ci-dessous : 4 système non modifié, écriture immédiate possible 3 léger retrait de l'ensemble encre + piston suiveur, avec léger retard au démarrage de l'écriture
2 . léger retrait avec déformation du piston suiveur
1 : retrait et/ou déformation important(e)(s) du piston suiveur.

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0 : écoulement d'encre par l'arrière du tube Influence de la température : a) Viscosité
Afin de juger de l'influence de la température sur la viscosité des pistons suiveurs, on mesure la viscosité des compositions à 20 C et 50 C
Ces mesures sont effectuées sur un rhéomètre HAAKE Rheostress RS 150, muni d'un système cône/plan de 20 mm, à un gradient de cisaillement de 1 s-1. b) Dureté
L'influence de la température sur la dureté des pistons suiveurs en gel des exemples 1 à 14 est déterminée en mesurant les variations de dureté au moyen d'un pénétromètre PETROTEST PNR10 équipé d'un cône de 102,5g et d'un guide de 47,5g.

Les résultats des tests seront exprimés en % de variation de la viscosité ou de la dureté entre 20 et 50 C, selon le barème
4 . variation 20-50 C < 5 %
3 : 5 % < variation 20-50 C < 10 %
2 10 % < variation 20-50 C < 20 %
1 20 % < variation 20-50 C < 30 % 0 variation 20-50 C > 30 % Tenue dans le tube du piston suiveur
Afin de vérifier si, quelles que soient les conditions de stockage (position, température), le piston suiveur reste en place dans le tube, empêchant ainsi l'écoulement de l'encre, chaque stylo-bille a été placé pointe en l'air dans une étuve thermostatée à 55 C
Les stylos ont été examinés après une semaine de stockage, et notés selon les critères suivants
4 aucun retrait du système encre + piston suiveur
3 léger retrait du système encre + piston suiveur
2 retrait et/ou déformation du système encre + piston suiveur
1 retrait et/ou déformation important(e)(s) du système encre + piston suiveur.

0 . écoulement d'encre par l'arrière du tube Note moyenne globale du piston suiveur
11 s'agit de la moyenne arithmétique des notes caractérisant chaque test
Les résultats de l'ensemble de ces tests sont présentés dans le tableau 3.

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TABLEAU 3 Résultats des tests réalisés sur les pistons suiveurs mono- et bicomposants

<tb> Viscosité <SEP> Dureté <SEP> Dureté <SEP> Procédé <SEP> Régularité <SEP> Aspect <SEP> Interface <SEP> Résistance <SEP> Influence <SEP> de <SEP> Tenue <SEP> dans <SEP> Note
<tb> milieu <SEP> liquide <SEP> Gel <SEP> final <SEP> à <SEP> 25 C <SEP> Voland <SEP> débit <SEP> au\ <SEP> chocs <SEP> la <SEP> le <SEP> tube <SEP> # <SEP> à <SEP> à <SEP> moyenne
<tb> initial <SEP> Ciel <SEP> final <SEP> température <SEP> 50 C <SEP> globale
<tb> Exemple! <SEP> 1360 <SEP> mPa <SEP> s <SEP> 332 <SEP> 10-1 <SEP> mm <SEP> 5,2 <SEP> g <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 3,6
<tb> Exemple <SEP> 2 <SEP> 950 <SEP> mPa <SEP> s <SEP> 345 <SEP> 10-1 <SEP> mm <SEP> 4,3 <SEP> g <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3,4
<tb> Exemple <SEP> 1280 <SEP> mPa <SEP> s <SEP> 277 <SEP> 10-1 <SEP> mm <SEP> 10,9 <SEP> g <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3,4
<tb> Exemple <SEP> 4 <SEP> 2215 <SEP> mPa <SEP> s <SEP> 255 <SEP> 10-1 <SEP> mm <SEP> 14,8 <SEP> g <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3,3
<tb> Exemple <SEP> 1350 <SEP> mPa <SEP> s <SEP> 295 <SEP> 10-1 <SEP> 111111 <SEP> 8.5 <SEP> g <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 3,3
<tb>

Exemple 6 1400 iiiilii 281 10 1 illili I(1.3 4 4 3 4 4 4 4 3,8 Exemple 7 I I I(1 ntl'a 302 10' 111111 7.7 4 -1 4 4 4 3 4 3,8 Exemples \0901111'" 325 10-' 111111 5.6 g 4 -1 4 4 4 4 4 4,0 1'\Cllll)le 9 1690mPas 100 I(1 111111 126.2 3 3 .l 3 3 4 3,4 hemple 10 15-10 II1l'a 400 1 (f' 111111 2.1) 4 Il 3 3 3 3 3 3,1 hemple Il l325inPas )0(, 10' 111111 7,3 4 3 3 4 3 4 4 3,6 1-Acmple 12 1568mPas 318 1 (f' 111111 O.2 g 4 3 3 4 3 3 3 3,3

<tb> Exemple <SEP> 1 <SEP> 1230 <SEP> mPa <SEP> s <SEP> 327 <SEP> 101 <SEP> mm <SEP> 5,5 <SEP> g <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3,7
<tb>

Exemple 14 1290 I11l'a s 315 5 I01 iiuii 6,5 g 4 4 4 4 4 4 4 4,0 Exemple comparatif 1 185225 mPa s >4l)() 10 iiuii <2,0 g 2 3 2 2 3 4 3 2,7 hcmple comparatif 2 284885 ntl'a s >400 10' 111111 <2,0 g 1 . ~2 - 1 1 0 0 0,7

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Piston suiveur pour stylo à bille, caractérisé en ce qu'il comprend un élément liquide ou en gel dans lequel est introduit au moins partiellement un élément solide constitué d'un réseau de pores ouverts

2. Piston suiveur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité apparente de l'élément solide est comprise entre 0,5 et 1,0.

3 Piston suiveur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément solide est constitué de poudres de polyéthylène à haut poids moléculaire thermocollées

4. Piston suiveur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément solide est constitué d'une mousse de polyuréthanne.

5. Piston suiveur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité de l'élément solide est inférieure à celle de l'élément liquide en gel

6 Piston suiveur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité de l'élément liquide ou en gel est comprise entre 0,8 et 1,1.