EP1581696B1 - Fabrication d un voile en fibres de verre et de cellulose en milieu cationique - Google Patents

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EP1581696B1
EP1581696B1 EP04700461A EP04700461A EP1581696B1 EP 1581696 B1 EP1581696 B1 EP 1581696B1 EP 04700461 A EP04700461 A EP 04700461A EP 04700461 A EP04700461 A EP 04700461A EP 1581696 B1 EP1581696 B1 EP 1581696B1
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EP
European Patent Office
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fibers
cellulose
dispersion
white water
cationic
Prior art date
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EP04700461A
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German (de)
English (en)
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EP1581696A1 (fr
Inventor
Michel Droux
Carl Desaint Jean
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Adfors SAS
Original Assignee
Saint Gobain Vetrotex France SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Vetrotex France SA filed Critical Saint Gobain Vetrotex France SA
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36—Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/38—Inorganic fibres or flakes siliceous
    • D21H13/40—Inorganic fibres or flakes siliceous vitreous, e.g. mineral wool, glass fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4218—Glass fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/425—Cellulose series
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/58—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing in a cationic medium a web comprising glass fibers and cellulose fibers.
  • Sails comprising cellulosic fibers and glass fibers have both high tensile strength and high tear strength. This combination of properties makes this type of material an excellent candidate for shingle strengthening, often referred to as "Canadian shingles". These shingles are generally obtained by impregnating a fibrous structure like a veil by a tar or asphalt.
  • the term "veil” means a nonwoven consisting of fully dispersed filaments.
  • the webs of the present invention generally have a basis weight of from 20 to 150 g / m 2 and more particularly from 30 to 130 g / m 2 , for example about 100 g / m 2 .
  • WO 9913154 teaches a process for wet preparation of a glass / cellulose web comprising 5 to 15% binder. According to this document, the dispersion of the fibers is ensured in the presence of an anionic viscosity modifier (Nalco 2388) and a dispersant whose nature is not specified.
  • an anionic viscosity modifier NaC 2388
  • a dispersant whose nature is not specified.
  • WO 0111138 teaches a two-step preparation process comprising a first step of preparing a suspension comprising cellulose fibers and a cationic polymer, a second step of preparing a suspension comprising glass fibers, a dispersant and a Viscosity modifier, these two suspensions then being combined before passing on a training fabric.
  • This document does not teach anything about the ionic or non-ionic nature of the process water at the time of its passage on the training web.
  • the aqueous solution in which the fibers are dispersed is called process water.
  • process water The aqueous solution in which the fibers are dispersed.
  • the method according to the invention is particularly simple because it allows suspending in a single step and directly in the process water both glass fibers and cellulose fibers.
  • the manufacture of a continuous web involves the passage of a bed of dispersed fibers by a set of several successive devices in front of each apply to said fibers a particular treatment.
  • the fiber bed after its formation in a "training device”, then crosses if necessary a "binder removal device” and then a “steaming device”.
  • the transport of the bed through these devices is achieved through moving mats, the bed can usually be moved from one carpet to another.
  • the process water is cationic at least as soon as one begins to add fibers to it.
  • the process water as well as the dispersion containing it remains cationic at least until it passes over the forming web.
  • it is usually permanently cationic.
  • the process can be continuous, the process water being recycled and having a cationic character throughout its circulation loop.
  • the cationic character of the process water is at the origin of a favorable dispersion of the glass and cellulose fibers as soon as they are introduced into said water, until they pass on the forming fabric.
  • the maintenance of a cationic character of the process water does not exclude the presence in said water if necessary of anionic, nonionic or amphoteric (ie both cationic and anionic) ingredients. ) since overall, thanks to the presence of at least one other cationic ingredient, the overall cationic character of the process water is ensured.
  • the process water contains at least one cationic dispersant in an amount sufficient for the process water to be cationic.
  • the ionic character of the process water can be determined by potentiometric assay.
  • a particle charge detector such as that of the trademark Mütek PCD 03 and a titrator Mütek Titrator PCD-Two.
  • the principle of the method consists in neutralizing a determined volume (for example 10 ml) of the process water whose cationic character is to be determined by a measured volume of an anionic aqueous titrating solution.
  • titrant solution it is possible for example to use a solution of sodium polyethylene sulfonate ("Pes-Na"), for example at 10 -3 N.
  • Pes-Na sodium polyethylene sulfonate
  • the cationic nature of the process water can be expressed by the number of milliliters of Na-Na solution needed to neutralize 10 milliliters of process water.
  • the process water is cationic so that 10 ml of process water can be neutralized with 1 to 10 ml of anionic titrating solution at 10 -3 N and more preferably at 1.5 to 4 ml of said anionic titrant solution.
  • the process water is cationic from 1.10 -4 N to 1.10 -3 N and more preferably from 1.5 ⁇ 10 -4 N to 4.10 -4 N.
  • the fibers To be dispersed in water, the fibers must be able to remain in the individual state and not mix together in the process water. If we disperse in the water cut son, set of fibers, these son must be able to disintegrate in dispersion in the water.
  • the term "wire" means a set of contiguous filaments and more particularly comprising from 10 to 2000 fibers.
  • the fibers can be introduced into the process water in the form of yarns comprising more particularly 10 to 2000 fibers.
  • the glass fibers may have been sized during their manufacture, to be gathered, where appropriate, in the form of threads, in particular by sizing liquids comprising an organosilane and / or a tackifier ("film former"). It is preferable in this case not to dry the fibers before dispersing them in water, so as to prevent them from sticking together, which would hinder their dispersion in the form of individual filaments.
  • Cellulose fibers are usually obtained from wood pulp. This wood pulp is usually obtained from commercial cardboard sheets which are softened with water. This water used to soften the cardboard is then used to transport the pulp towards the installation for producing the dispersion. This water / pulp mixture generally contains just sufficient water to be able to convey the pulp by flow. This pulp / water mixture before reaching the dispersion medium generally contains 70 to 99% by weight of water and 1 to 30% by weight of cellulose.
  • the dispersion in the process water of the two types of fibers can be carried out, for example in a pulper.
  • This dispersion can be carried out initially in a pulper, for example with a proportion of fibers such that the sum of the fiberglass + cellulose fiber mass ranges from 0.01% to 0.5% by weight of the fiber. sum of the weight of the fibers and the process water.
  • the fiber / process water dispersion at the time of passing into the bed forming step on the forming wire is such that the sum of the mass of the fibers is 0.01 to 0.5% by weight of said dispersion and preferably 0.02 to 0.05% by weight of said dispersion.
  • the dispersion may experience a decrease in fiber concentration from the pulper to the bed-forming device.
  • the ratio of the mass of the glass fibers to that of the mass of the cellulose fibers is the same as that desired in the final veil.
  • the process water may include a thickener to increase the viscosity of the process water.
  • This thickener may be present in an amount of 0 to 0.5% by weight in the process water.
  • This thickener may for example be a hydroxyethylcellulose (for example Natrosol 250HHR from Hercules). Hydroxyethylcellulose is an anionic compound.
  • the process water generally comprises a cationic dispersant.
  • This cationic dispersant can generally be present in an amount of from 0 to 0.1% by weight in the process water.
  • This cationic dispersant can be, for example, guanidine or a fatty chain amine.
  • guanidine or a fatty chain amine.
  • the thickener is preferably introduced so that the process water has a viscosity at 20 ° C. of between 1 and 20 mPa.s and preferably of between 3 and 16 mPa.s.
  • the process water / fiber dispersion is agitated and then passed onto a permeable forming web, allowing process water to flow therethrough and retaining the fibers on its surface.
  • the process water can be aspirated to improve its evacuation.
  • the process water can be recycled to be mixed again with fibers.
  • the fibers thus form a bed on the surface of the forming fabric.
  • the dispersion does not comprise the binder or the precursor of the final binder, and this binder where this binder precursor is generally applied to the web in a device for applying the binder or its precursor placed between the binder stage and the binder. bed formation and the heat treatment stage.
  • the binder may be of the type commonly used in this type of embodiment.
  • it may be plasticized polyvinyl acetate (PVAc) or acrylic styrene or self-crosslinking acrylic or urea formalin or melamine formaldehyde. The excess binder can be sucked out through the forming fabric.
  • the heat treatment step is intended to evaporate water and perform any chemical reactions between the various constituents and / or to transform the binder precursor by binding and / or to give the binder its final structure.
  • the heat treatment can be performed by heating between 140 and 250 ° C and more generally between 180 and 230 ° C.
  • the duration of the heat treatment is generally from 2 seconds to 3 minutes and more generally from 20 seconds to 1 minute (for example 30 seconds at 200 ° C.).
  • the veil can be dried and heat-treated in a circulating hot air oven through the carpet.
  • FIG. 1 shows schematically an industrial process for the continuous preparation of a web according to the invention.
  • Glass fibers are introduced in (g) into a pulper and the cellulose fibers are introduced in (c) in the same pulper in the presence of process water and stirring to form a dispersion.
  • the mixture is then possibly discharged into a storage tank 2 through the pipe 3, the function of the storage tank being to increase the mixing time between the filaments and the process water.
  • This storage bin is optional.
  • the mixture is then passed through line 4 to line 5, which brings the flow of mixture from line 4 to a stream of recycled process water from headbox 6 ("head box"). ) at line 7. At this level, the fiber content in the fiber / process water mixture is greatly lowered.
  • Process water is drained at 14 and possibly aspirated at 15 through the forming fabric 8 and is recycled via line 17. This recycled water is then shared at 16, for example at about 10% for return to the pulper through the pipe 10 and for about 90% to return to the headbox 6 through the pipes 9, 7 and 5.
  • the circulation in the pipes is provided by the pumps 11, 12 and 13.
  • the pump It is called the main pump ("fan pump" in English).
  • the forming veil 18 then makes a "carpet jump" to the parboiling device 19 carrying out the heat treatment, and the final veil is wound in 20.
  • the invention allows the production of sails whose tear resistance may even be greater than 430 or even greater than 450 gf as measured by the ISO 1974 standard, and this while showing a high tensile strength, generally greater than 22 kgf as measured according to ISO 3342 adapted in that the width of the cutting template of the specimen is 50 mm and that the movement speed of the clamps is 50 mm / min ⁇ 5 mm / min.
  • the weight ratio glass / cellulose ranges from 2.4 / 97.5 to 14.6 / 85.3.
  • the viscosity of the process water is 15 mPa.s at 20 ° C before introduction of the cellulose and glass fibers.
  • this pre-dispersion is placed in a rectangular laboratory mold (30 cm ⁇ 30 cm) containing 25 liters of the process water. The water is then drained and the fiber mixture is recovered on a training fabric.
  • the web formed on the fabric passes over a suction slit where the excess process water is sucked.
  • the form is then impregnated with a binder (of urea-formaldehyde self-crosslinkable type) in aqueous dispersion by dipping between two forming webs.
  • the excess binder is removed by passing over a suction slot.
  • the resulting sheet is then dried and heat treated in a hot air oven 90 seconds at 200 ° C).
  • the invention leads to a web whose weight is 100 g / m 2 .
  • This veil has a high level of tear resistance.
  • the table below gives values of tensile strength and tear resistance as a function of the glass / cellulose mass ratio: Glass / cellulose 100/0 99/1 95/5 90/10 85/15 80/20 Tear (gf) 395 410 468 469 396 420 Traction (kgf) 24 24 24 23 22 20
  • Poly-DADMAC Poly diallyl dimethyl ammonium chloride
  • the viscosity of the process water is 2.6 mPa.s at 20 ° C before introduction of the cellulose and glass fibers.
  • this pre-dispersion is placed in a rectangular laboratory form (30 cm ⁇ 30 cm) containing 25 liters of the process water. The water is then drained and the fiber mixture is recovered on a training fabric.
  • the distribution of the fibers on the canvas is very bad. There is flocculation of all the fibers (glass and cellulose) due to the anionic character of the water of process.
  • the fibrous network comprises only reagglomerate fibers. It is possible to pass on a suction slot where the excess process water is sucked, to impregnate the fibers with a binder (of urea-formaldehyde self-crosslinkable type) in aqueous dispersion by dipping between two forming webs , evacuate the excess binder by passing it over a suction slit and dry and heat-treat the fibrous structure in a hot-air oven for 90 seconds at 200 ° C.
  • a binder of urea-formaldehyde self-crosslinkable type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Paper (AREA)
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  • Synthetic Leather, Interior Materials Or Flexible Sheet Materials (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

  • L'invention concerne un procédé de fabrication en milieu cationique d'un voile comprenant des fibres de verre et des fibres de cellulose.
  • Les voiles comprenant des fibres cellulosiques et des fibres de verre présentent à la fois une forte résistance à la traction et une forte résistance à la déchirure. Cette combinaison de propriétés font de ce type de matériau un excellent candidat pour le renforcement des bardeaux (« shingle » en anglais), souvent appelés « bardeaux canadiens ». Ces bardeaux sont généralement obtenus par imprégnation d'une structure fibreuse comme un voile par un goudron ou asphalte.
  • On entend par voile (« veil » en anglais) un non-tissé constitué de filaments complètement dispersés. Les voiles de la présente invention ont généralement une masse surfacique allant de 20 à 150 g/m2 et plus particulièrement 30 à 130 g/m2, par exemple environ 100 g/m2.
  • Le WO 9913154 enseigne un procédé de préparation par voie humide d'un voile verre/cellulose comprenant 5 à 15 % de liant. Selon ce document, la dispersion des fibres est assurée en présence d'un modifieur de viscosité anionique (Nalco 2388) et d'un dispersant dont la nature n'est pas précisée.
  • Le WO 0111138 enseigne un procédé de préparation en deux étapes comprenant une première étape de préparation d'une suspension comprenant des fibres de cellulose et un polymère cationique, une seconde étape de préparation d'une suspension comprenant des fibres de verre, un dispersant et un modifieur de viscosité, ces deux suspensions étant ensuite réunis avant passage sur une toile de formation. Ce document n'enseigne rien sur le caractère ionique ou non de l'eau de procédé au moment de son passage sur la toile de formation.
  • La solution aqueuse dans laquelle les fibres sont dispersées est appelée eau de procédé. La demanderesse a découvert que la nature du caractère ionique de l'eau de procédé au moment du passage de la suspension comprenant les deux types de fibres sur la toile de formation revêtait une grande importance pour la qualité de la dispersion elle-même et en conséquence pour l'homogénéité du voile formé. Le procédé selon l'invention est particulièrement simple car il permet la mise en suspension en une seule étape et directement dans l'eau de procédé à la fois des fibres de verre et des fibres de cellulose.
  • La fabrication d'un voile en continu implique le passage d'un lit de fibres dispersées par un ensemble de plusieurs dispositifs successifs devant chacun appliquer aux dites fibres un traitement particulier. Le lit de fibres, après sa formation dans un « dispositif de formation », traverse ensuite le cas échéant un « dispositif de dépose de liant » puis un « dispositif d'étuvage ». Le transport du lit au travers de ces dispositifs est réalisé grâce à des tapis défilants, le lit pouvant généralement être amené à passer d'un tapis à l'autre.
  • Le procédé selon l'invention comprend :
    • une étape de mise en dispersion dans une eau de procédé de fibres coupées de verre et de fibres de cellulose, puis,
    • une étape de formation d'un lit dans un dispositif de formation par passage de la dispersion sur une toile de formation à travers laquelle l'eau de procédé est drainée, les fibres étant retenues sur ladite toile, ladite dispersion présentant au moment dudit passage une charge ionique positive (c'est-à-dire cationique) du fait que l'eau de procédé à cet instant est elle même cationique, de préférence telle que 10 millilitres de l'eau de procédé à cet instant est neutralisable par 1 à 4 millilitres de solution titrante anionique à 1.10-3 N puis,
    • une étape de traitement thermique dans un dispositif d'étuvage.
  • Selon l'invention, l'eau de procédé est cationique au moins dès que l'on commence à lui ajouter des fibres. De préférence, l'eau de procédé ainsi que la dispersion qui la contient reste cationique au moins jusqu'au passage sur la toile de formation. Dans un procédé en continu recyclant l'eau de procédé, celle-ci est généralement en permanence cationique. Ainsi, le procédé peut être continu, l'eau de procédé étant recyclée et présentant un caractère cationique tout au long de sa boucle de circulation.
  • Le caractère cationique de l'eau de procédé est à l'origine d'une dispersion favorable des fibres de verre et de cellulose dès l'introduction de celles-ci dans ladite eau, jusqu'au passage sur la toile de formation. Ainsi, selon l'invention, il n'est pas nécessaire de préparer une pré-dispersion à caractère cationique de l'un des types de fibre (cellulose ou verre) avant de mélanger lesdites fibres avec l'autre type de fibres. Notamment, Il n'est donc pas nécessaire par exemple d'appliquer un polymère cationique (ni un autre produit à caractère cationique) sur la cellulose dans une dispersion préalable, avant de mélanger ladite cellulose avec la fibre de verre dans l'eau de procédé. Il n'est pas non plus nécessaire d'appliquer un polymère cationique (ni un autre produit à caractère cationique) sur la fibre de verre dans une dispersion préalable, avant de mélanger ladite fibre de verre avec la cellulose dans l'eau de procédé. Ainsi, ni la fibre de cellulose ni la fibre de verre ne sont généralement traitées par une espèce cationique avant d'être introduits dans l'eau de procédé.
  • Le maintien d'un caractère cationique de l'eau de procédé n'exclut pas la présence dans ladite eau si nécessaire d'ingrédients à caractère anionique, non-ionique ou amphotère (c'est-à-dire à la fois cationique et anionique) dès lors que globalement, grâce à la présence d'au moins un autre ingrédient à caractère cationique, le caractère globalement cationique de l'eau de procédé est assuré. Généralement, l'eau de procédé contient au moins un dispersant cationique en quantité suffisante pour que l'eau de procédé soit cationique.
  • Le caractère ionique de l'eau de procédé peut être déterminé par dosage potentiométrique. Pour cela, on peut notamment utiliser un détecteur de charge de particules comme celui de marque Mütek PCD 03 et un titrateur Mütek Titrator PCD-Two. Le principe de la méthode consiste à neutraliser un volume déterminé (par exemple 10 ml) de l'eau de procédé dont on veut déterminer le caractère cationique, par un volume mesuré d'une solution aqueuse titrante anionique. Comme solution titrante, on peut par exemple utiliser une solution de polyéthylène-sulfonate de sodium (dite « Pes-Na »), par exemple à 10-3N. On peut exprimer le caractère cationique de l'eau de procédé par le nombre de millilitres de solution de Pes-Na nécessaires pour neutraliser 10 millilitres d'eau de procédé dosée.
  • De préférence l'eau de procédé est cationique de sorte que 10 ml d'eau de procédé puisse être neutralisée par 1 à 10 ml de solution titrante anionique à 10-3N et de manière encore préférée par 1,5 à 4 ml de ladite solution titrante anionique.
  • Ceci revient également à dire que de préférence, l'eau de procédé est cationique de 1.10-4N à 1.10-3N et de manière encore préférée de 1,5.10-4N à 4.10-4N.
  • Pour être mises en dispersion dans l'eau, les fibres doivent pouvoir rester à l'état individuel et ne pas se regrouper mélangées dans l'eau de procédé. Si l'on disperse dans l'eau des fils coupés, ensemble de fibres, ces fils doivent pouvoir se défilamentiser en dispersion dans l'eau. On entend par « fil » un ensemble de filaments contigus et comprenant plus particulièrement de 10 à 2000 fibres. Ainsi, les fibres peuvent être introduites dans l'eau de procédé sous la forme de fils comprenant plus particulièrement 10 à 2000 fibres.
  • Les fibres de verre peuvent avoir été ensimées lors de leur fabrication, pour être rassemblés le cas échéant sous forme de fils, notamment par des liquides d'ensimage comprenant un organosilane et / ou un agent collant (« film former » en anglais). Il est préférable dans ce cas de ne pas sécher les fibres avant de les mettre en dispersion dans l'eau, de façon à éviter qu'ils ne se collent entre eux, ce qui gênerait leur dispersion à l'état de filaments individuels.
  • Les fibres de cellulose sont généralement obtenues à partir de pulpe de bois. Cette pulpe de bois est généralement obtenues à partir de feuilles commerciales en carton que l'on ramollit avec de l'eau. Cette eau utilisée pour ramollire le carton sert ensuite au transport de la pulpe en direction de l'installation de réalisation de la dispersion. Ce mélange eau / pulpe contient généralement juste l'eau suffisante pour pouvoir véhiculer la pulpe par écoulement. Ce mélange pulpe / eau avant d'atteindre le milieu de la dispersion contient généralement de 70 à 99 % en poids d'eau et 1 à 30% en poids de cellulose.
  • La mise en dispersion dans l'eau de procédé des deux types de fibres peut être réalisée, par exemple dans un pulpeur. Cette mise en dispersion peut être réalisée dans un premier temps dans un pulpeur par exemple avec une proportion de fibres telle que la somme de la masse fibres de verre + fibres de cellulose aille de 0,01% à 0,5% en poids de la somme du poids des fibres et de l'eau de procédé.
  • De préférence, la dispersion fibres/eau de procédé au moment de passer dans l'étape de formation du lit sur la toile de formation est telle que la somme de la masse des fibres représente 0,01 à 0,5% en poids de ladite dispersion et de préférence 0,02 à 0,05% en poids de ladite dispersion. La dispersion peut subir une diminution de concentration en fibres en passant du pulpeur au dispositif de formation du lit.
  • Dans l'eau de procédé, le rapport de la masse des fibres de verre sur celui de la masse des fibres de cellulose est le même que celui souhaité dans le voile final.
  • L'eau de procédé peut comprendre un épaississant pour faire augmenter la viscosité de l'eau de procédé. Cet épaississant peut être présent à raison de 0 à 0,5 % en poids dans l'eau de procédé. Cet épaississant peut par exemple être une hydroxyéthylcellulose (par exemple Natrosol 250HHR de Hercules). L'hydroxyéthylcellulose est un composé de type anionique.
  • L'eau de procédé comprend généralement un dispersant cationique. Ce dispersant cationique peut généralement être présent à raison de 0 à 0,1% en poids dans l'eau de procédé. Ce dispersant cationique peut être par exemple la guanidine ou une amine à chaîne grasse. On peut notamment utiliser l'aérosol C 61 commercialisé par CYTEC. Il peut également s'agir d'une alkylamine polyoxylée.
  • On introduit de préférence l'épaississant de façon à ce que l'eau de procédé présente à 20°C une viscosité comprise entre 1 et 20 mPa.s et de préférence comprise entre 3 et 16 mPa.s.
  • La dispersion eau de procédé/fibres est agitée, puis envoyée sur une toile de formation perméable laissant s'écouler l'eau de procédé à travers elle et retenant les fibres à sa surface. L'eau de procédé peut être aspirée pour améliorer son évacuation. L'eau de procédé peut être recyclée pour être de nouveau mélangée avec des fibres. Les fibres forment ainsi un lit en surface de la toile de formation.
  • Il n'est pas nécessaire de faire passer le lit formé par un dispositif d'application d'un liant si l'on a déjà mis dans la dispersion un liant ou un précurseur de liant du voile final.
  • Cependant, généralement, la dispersion ne comprend pas le liant ou le précurseur du liant final, et ce liant où ce précurseur de liant sont généralement appliqués sur le voile dans un dispositif d'application du liant ou de son précurseur placé entre l'étape de formation du lit et l'étape du traitement thermique.
  • Le voile final (sec après traitement thermique) comprend généralement 8 à 27 % en poids de liant et plus généralement 15 à 21 % en poids de liant, le reste de la masse du voile étant généralement constitué par la masse des fibres ce qui inclut les éventuels produits d'ensimage qui les recouvrent. Ainsi, le voile final comprend généralement
    • 2 à 12 % de cellulose,
    • 70 à 80 % de verre,
    • 8 à 27 % de liant.
  • Si l'on choisit d'appliquer au moins une partie du liant total par un dispositif d'application d'un liant, on applique généralement celui-ci sous la forme d'une dispersion aqueuse
    • soit par trempage entre deux toiles de formation auquel cas le produit maintenu entre les deux toiles est plongé dans un bain par l'intermédiaire de paires de rouleaux,
    • soit par dépôt sur le lit de fibres, par une cascade, ce qui signifie que la dispersion aqueuse de liant est coulée sur la nappe de fibres selon un filet perpendiculaire à ladite nappe et perpendiculaire au sens de défilement de ladite nappe.
  • Le liant peut être du type de ceux habituellement utilisés dans ce genre de réalisation. Notamment il peut s'agir d'acétate de polyvinyle (PVAc) plastifié ou styrène acrylique ou acrylique auto-réticulable ou urée formol ou mélamine formol. L'excès de liant peut être évacué par aspiration à travers la toile de formation.
  • L'étape de traitement thermique à pour but d'évaporer l'eau ainsi que réaliser les éventuelles réactions chimiques entre les différents constituants et/ou pour transformer le précurseur de liant en liant et/ou pour donner au liant sa structure finale. Le traitement thermique peut être réalisé par chauffage entre 140 et 250°C et plus généralement entre 180 et 230°C. La durée du traitement thermique va généralement de 2 secondes à 3 minutes et plus généralement de 20 secondes à 1 minute (par exemple 30 secondes à 200°C). Le voile peut être séché et traité thermiquement en étuve à air chaud à circulation au travers du tapis.
  • La figure 1 représente schématiquement un procédé industriel de préparation en continu d'un voile selon l'invention. Les fibres de verre sont introduites en (g) dans un pulpeur et les fibres de cellulose sont introduites en (c) dans le même pulpeur en présence d'eau de procédé et sous agitation pour former une dispersion. Le mélange se déverse ensuite éventuellement dans un bac de stockage 2 à travers la canalisation 3, la fonction du bac de stockage étant de d'augmenter la durée de mélange entre les filaments et l'eau de procédé. Ce bac de stockage est facultatif. Le mélange est ensuite amené à travers la canalisation 4 à la canalisation 5, laquelle rassemble le flux de mélange provenant de la canalisation 4 à un flux d'eau de procédé recyclé et provenant de la caisse de tête 6 (« head box » en anglais) à travers la canalisation 7. A ce niveau, la teneur en fibres dans le mélange fibres/eau de procédé est fortement abaissée. De l'eau de procédé est drainée en 14 et éventuellement aspirée en 15 à travers la toile de formation 8 et est recyclée par l'intermédiaire de la canalisation 17. Cette eau recyclée est ensuite partagée en 16, par exemple pour environ 10% pour retourner vers le pulpeur à travers la canalisation 10 et pour environ 90% pour retourner vers la caisse de tête 6 à travers les canalisations 9, 7 puis 5. La circulation dans les canalisations est assurée par les pompes 11, 12 et 13. La pompe 11 est appelée pompe principale (« fan pump » en anglais). Le voile en formation 18 fait ensuite un « saut de tapis » vers le dispositif d'étuvage 19 réalisant le traitement thermique, et le voile final est enroulé en 20.
  • L'invention permet la réalisation de voiles dont la résistance à la déchirure peut même être supérieure à 430 voire supérieure à 450 gf tel que mesuré par la norme ISO 1974, et ce tout en montrant une forte résistance à la traction, généralement supérieure à 22 kgf telle que mesurée selon la norme ISO 3342 adaptée en ce que la largeur du gabarit de découpe de l'éprouvette est de 50 mm et que la vitesse de déplacement des pinces est de 50 mm/min ± 5 mm/min. Ceci vaut notamment pour un voile selon l'invention dont le rapport massique verre/cellulose (hors liant) va de 2,4 / 97,5 à 14,6 / 85,3.
    • EXEMPLE
  • Dans ce qui suit, on décrit un mode de réalisation de laboratoire non continu. On prépare une eau de procédé cationique contenant :
    • 0,25 % en poids d'hydroxyéthyl cellulose (de marque Natrosol 250HHR de la société Hercules) en tant qu'épaississant,
    • 0,015% en poids d'Aérosol C61 de Cytec (tensio-actif « complexe d'alkylguanidine-amine-ethanol dans l'isopropanol ») en tant que dispersant cationique,
    • de l'eau pour compléter à 100% la composition de l'eau de procédé.
  • Elle présente le caractère cationique requis au sens de la présente invention compte tenu de ce qu'on mesure 2,6 ml de contre-ion à une concentration de 10-3N pour 10 ml d'eau de procédé.
  • On met dans 5 litres de cette eau de procédé:
    • 3 grammes de suspension de fibre de cellulose dans l'eau dont les caractéristiques sont : raffinage de 60°SR, siccité de 14,5% (soit 14,5 % de matière sèche),
    • 8 grammes de fibre de verre de diamètre filamentaire d'environ 13 µm coupée à une longueur d'environ 18 mm.
  • La viscosité de l'eau de procédé est de 15 mPa.s à 20°C avant introduction des fibres de cellulose et de verre.
  • Après 7 minutes de forte agitation de cette dispersion, on met cette pré-dispersion dans une formette (« hand sheet mold » en anglais) de laboratoire rectangulaire (30 cm x 30 cm) contenant 25 litres de l'eau de procédé. L'eau est ensuite drainée et le mélange de fibres est récupéré sur une toile de formation.
  • Le voile formé sur la toile passe sur une fente d'aspiration où l'eau de procédé en excès est aspirée. La formette est ensuite imprégnée par un liant (de type urée-formaldéhyde auto-réticulable) en dispersion aqueuse par trempage entre deux toiles de formation. L'excès de liant est évacué par passage sur une fente d'aspiration.
  • La feuille obtenue est ensuite séchée et traitée thermiquement en étuve à air chaud 90 secondes à 200°C).
  • L'invention mène à un voile dont le grammage est de 100 g/m2. Ce voile présente un niveau de résistance à la déchirure élevée. Le tableau ci-dessous donne des valeurs de résistance à la traction et de résistance à la déchirure en fonction du rapport massique verre/cellulose :
    Verre/cellulose 100/0 99/1 95/5 90/10 85/15 80/20
    Déchirure (gf) 395 410 468 469 396 420
    Traction (kgf) 24 24 24 23 22 20
  • On constate que la résistance à la déchirure est supérieure de 19% pour les voiles contenant 5 et 10 % de cellulose par rapport aux autres voiles, tout en ayant des résistances à la traction très élevées.
    • EXEMPLE COMPARATIF
  • Dans ce qui suit, on décrit un mode de réalisation de laboratoire non continu. On prépare une eau de procédé anionique contenant :
    • 0,0044% en poids de polyacrylamide anionique (de marque Nalco D 9641 de la société Nalco) en tant qu'épaississant,
    • 0,0044% en poids d'alkylamine grasse éthoxylée (de marque Schercopol DSB 140 de la société Scher Chemicals) en tant que dispersant cationique,
    • de l'eau pour compléter à 100% la composition de l'eau de procédé.
  • Elle présente le caractère anionique compte tenu de ce qu'on mesure 1,6 ml de contre-ion ( solution titrante cationique : Poly-DADMAC = Poly diallyl dimethyl ammonium chloride) à une concentration de 10-3N pour 10 ml d'eau de procédé.
  • On met dans 5 litres de cette eau de procédé:
    • 3 grammes de suspension dans l'eau de fibre de cellulose dont les caractéristiques sont : raffinage de 60°SR, siccité de 14,5% (soit 14,5 % de matière sèche),
    • 8 grammes de fibre de verre de diamètre filamentaire d'environ 13 µm coupée à une longueur d'environ 18 mm.
  • La viscosité de l'eau de procédé est de 2,6 mPa.s à 20°C avant introduction des fibres de cellulose et de verre.
  • Après 7 minutes de forte agitation de cette dispersion, on met cette pré-dispersion dans une formette de laboratoire rectangulaire (30 cm x 30 cm) contenant 25 litres de l'eau de procédé. L'eau est ensuite drainée et le mélange de fibres est récupéré sur une toile de formation.
  • La répartition des fibres sur la toile est très mauvaise. Il y a floculation de l'ensemble des fibres (verre et cellulose) due au caractère anionique de l'eau de procédé. Le réseau fibreux ne comporte que des fibres réagglomérées. Il est possible de passer sur une fente d'aspiration où l'eau de procédé en excès est aspirée, d'imprégner les fibres par un liant (de type urée-formaldéhyde auto-réticulable) en dispersion aqueuse par trempage entre deux toiles de formation, d'évacuer l'excès de liant par passage sur une fente d'aspiration et de sécher et traiter thermiquement la structure fibreuse en étuve à air chaud 90 secondes à 200°C.
  • Cependant, la structure fibreuse obtenue n'a aucune tenue et il est impossible de réaliser des tests de résistance mécanique.

Claims (20)

  1. Procédé de préparation d'un voile comprenant des fibres de verre et des fibres de cellulose, comprenant :
    - une étape de mise en dispersion dans une eau de procédé de fibres coupées de verre et de fibres de cellulose, puis,
    - une étape de formation d'un lit dans un dispositif de formation par passage de la dispersion sur une toile de formation à travers laquelle l'eau de procédé est drainée, les fibres étant retenues sur ladite toile, ladite dispersion comprenant au moment dudit passage une eau de procédé cationique, puis,
    - une étape de traitement thermique dans un dispositif d'étuvage.
  2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que au moment du passage de la dispersion sur la toile de formation, l'eau de procédé est cationique de 1.10-4 N à 1.10-3N.
  3. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que au moment du passage de la dispersion sur la toile de formation, l'eau de procédé est cationique de 1,5.10-4N à 4.10-4N.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le procédé est continu, l'eau de procédé étant recyclée et présentant un caractère cationique tout au long de sa boucle de circulation.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'eau de procédé comprend un dispersant cationique.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que au moment du passage de la dispersion sur la toile de formation la somme de la masse des fibres représente 0,01 à 0,5% en poids de ladite dispersion.
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que au moment du passage de la dispersion sur la toile de formation la somme de la masse des fibres représente 0,02 à 0,05% en poids de ladite dispersion.
  8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que au moment du passage de la dispersion sur la toile de formation l'eau de procédé présente à 20°C une viscosité comprise entre 1 et 20 mPa.s.
  9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que au moment du passage de la dispersion sur la toile de formation l'eau de procédé présente à 20°C une viscosité comprise entre 3 et 16 mPa.s.
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une étape comprenant un « dispositif de dépose de liant » entre la formation du lit et le traitement thermique.
  11. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé entre 140 et 250°C.
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le voile final comprend
    - 2 à 12 % de cellulose,
    - 70 à 80 % de verre,
    - 8 à 27 % de liant.
  13. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le voile final présente une masse surfacique allant de 20 à 150 g/m2.
  14. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le voile final présente une masse surfacique allant de 30 à 130 g/m2.
  15. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la fibre de cellulose est introduite dans l'eau de procédé sous la forme d'un mélange eau / pulpe.
  16. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la cellulose n'est pas traitée par un polymère cationique avant d'être introduite dans l'eau de procédé.
  17. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ni la fibre de cellulose ni la fibre de verre ne sont traitées par une espèce cationique avant d'être introduits dans l'eau de procédé.
  18. Voile comprenant
    - 2 à 12 % de cellulose,
    - 70 à 80 % de verre,
    - 8 à 27 % de liant.
    dont la résistance à la déchirure est supérieure à 430 gf telle que mesuré par la norme ISO 1974.
  19. Voile selon la revendication précédente caractérisé en ce que la résistance à la déchirure est supérieure à 450 gf telle que mesuré par la norme ISO 1974.
  20. Voile selon l'une des revendications de voile précédentes caractérisé en ce que la résistance à la traction est supérieure à 22 kgf telle que mesurée selon la norme ISO 3342 adaptée en ce que la largeur du gabarit de découpe de l'éprouvette est de 50 mm et que la vitesse de déplacement des pinces est de 50 mm/min ± 5 mm/min.
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