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Perfectionnements aux poudres à bronzer et aux procédés pour les fabriquer
Cette invention a trait à la fabrication de poudre à bronzer telles que les poudres à bronzer . base d'alumi- nium, de cuivre et d'alliages. Les poudres de ce genre sont des fragments de métaux sous forme de paillettes, plaques ou écailles. Cette forme de paillette est désirable pour permettre à un faible poids de métal de couvrir le maximum de surface et produire un revêtement d'aspect mé- tallique lorsqu'il est appliqué à la façon d'une peinture.
Toutefois, la forme de paillette de la particule ne cons- titue qu'une des caractéristiques importantes d'une poudre à bronzer désirable.; Un autre désideratum de cette poudre est que, lorsqu'on l'applique à la façon d'une peinture, les paillettes se placent parallèlement à la surface. La perfection plus ou moins grande de ce résultat dépend des caractéristiques de la surface de la paillette et, jusqu'à un certain point, de la nature du milieu ou véhicule dans
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lequel la poudre est dispersée.
Si l'on considère les pou- dres à bronzer efficaces qui existent actuellement dans le oommerce, il est probable que les surfaces des paillettes sont munies d'une pellicule qui donne la propriété de "mi- roitement" et fait que les particules flottent à la surface du liquide de la même manière qu'une aiguille graisseuse flotte à la surface de l'eau. Dans ce qui suit, cette forma- tion d'une pellicule qui communique la susdite propriété de "miroitement" sera appelée "pelliculage".
Dans l'industrie, pour convertir en poudre à bronzer les fragments de métal de grosseur appropriée, on place ces fragments dans un broyeur à pilon avec une certaine propor- tion (une faible fraction de 1%) de quelque lubrifiant tel que le suif, l'huile d'olive, etc. et pilonne le tout. A mesure que les particules se trouvent suffisamment réduites de grosseur, on les enlève -continuellement ou périodique- ment- par tamisage ou à l'aide d'un courant de gaz. Ceci peut entraîner plusieurs opérations répétées. Après le pi- lonnage et le triage, on place la poudre dans un tambour muni de brosses polisseuses.
Ces brosses sont actionnées de façon qu'elles se meuvent sur la surface interne du tam- bour en produisant une action de palissage et la distribu- tion, sur la surface des particules, de l'acide stéarique introduit en même temps que la poudre ou ultérieurement.
Après avoir poli la poudre pendant un certain nombre d'heu- res, variant suivant les conditions, on emmagasine cette pou- dre et on la laisse mûrir ou vieillir. Au cours de ce vieillissage, il s'effectue certains changements qui amélio- rent ou rehaussent le "pelliculage"et la propriété de "mi- roitement".
La demanderesse a découvert que, en dissolvant l'aci- de stéarique ou son équivalent dans un liquide convenable, on peut communiquer rapidement la propriété de "miroitement" désirée à la poudre traitée et que, en outre,,cette propriété
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peut être développée en même temps que s'effectue l'opéra- tion de broyage ou de transformation en paillettes. On a en outre découvert qu'il existe plusieurs facteurs qu'il est important de considérer pour réaliser ce résultat. Par exemple, si l'opération combinée de la formation de pail- lettes et de pellicules miroitantes doit être réalisée, il faut que le broyage résulte d'un choc, et non d'une usure, et il faut éviter de soumettre le métal à des efforts et fatigues exagérés.
En d'autres termes, il existe une force ou choc "optiman" qu'il convient d'exercer sur la particule métallique et, à mesure que la force augmente à partir de cette valeur, les résultats deviennent progressivement de moins en moins satisfaisants. La température à laquelle l'opération est réalisée doit être réglée parce qu'il règne aussi une condition optimum à cet égard. Il existe aussi une relation entre la quantité de métal, la grosseur de la particule de métal, la quantité d'acide stéarique et de stéarate d'aluminium, la quantité et le genre du liquide, l'atmosphère et la température. Ces facteurs ne sont pas susceptibles d'être calculés et il faut par conséquent les déterminer empiriquement.
La demanderesse a découvert qu'on peut communiquer la propriété de "pelliculage" et de "miroitement" à une poudre métallique propre en paillettes en traitant cette poudre par l'agent de pelliculage en solution dans un liquide con- venable en présence d'un milieu oxygéné, et que le chauffage accélère l'action* Par exemple, on chauffe un poids donné-G de métal en paillettes en présence d'air à 50 C, en agitant avec cinq fois son poids d'une solution à 2% d'acide stéa- rique dans de la benzine et l'on élimine alors le liquide en excès. Le produit résultant "pelliculers" dans la ben- zine.
Comme il est très commode de réaliser le pelliculage et la transformation en paillettes simultanément, il est
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préférable de procéder de cette façon. Quoique le broyage puisse être réalisé dans divers dispositifs broyeurs tru- vaillant par des chocs, il est préférable d'utiliser un bro yeur à billes.
Dans les dessins annexés; les figures 1 et 2 représen tent un broyeur à billes comme on peut en employer pour mettre l'invention en pratique.
La figure 1 représente la façon dont il convient de faire travailler le broyeur, comme il sera expliqué ci-après pour que les billes agissent principalement par des chocs sur les particules métalliques.
La figure 2 représente ce qui arrive lorsque les condi- tions de travail convenables ne sont pas réalisées et que l'action d'usure et de frottement est trop grande. four un poids de 0,45kg d'aluminium broyé pour paâser à travers un tamis de 39 mailles au centimètre (voir les paragraphes A et B), on a trouvé que 0,45 kg de "varnoline" (voir paragraphe C), 3% d'acide stéarique (voir paragraphes D et E), 1% de stéarate d'aluminium (voir paragraphe E) et 9kg de billes (voir paragraphes F et J) donnent de bons ré- sultats lorsque le tout est broyé pendant 7 heures (voir paragraphe G) dans un broyeur'de 40,6% de diamètre x 15,2% (voir paragraphe H) à l'aide de trilles de 9,
5% (voir pa- ragraphe 1) -travaillant à 65 tours par minute (voir para- graphe J) avec une charge de 1,125 kg d'aluminium (voir paragraphe K) à une température de 50 C (voir pararaphe L) et dans une atmosphère d'air (voir paragraphe D); et qu'on obtient aussi de bons résultats dans un broyeur de 60,9 cm de diamètre x 15,2 cm contenant des billes de 6,3% et travaillant à 54 tours par minute avec une charge de 2,16 kg d'aluminium.
A.- L'application de l'aluminium est indiquée à titre d'exemple parce que c'est la poudre à bronzer la plus souvent demandée et la plus typique. Les mêmes principes s'appliquent toutefois à d'autres métaux et
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alliages.
B.- On a spécifié un tamis de 39 mailles au centimètre parce qu'on a trouvé qu'il est avantageux de désagréger le métal à ce degré de finesse avant de commencer la conversion en paillettes et le "pelliculage".
C.- La "varnoline" a été choisie à titre de liquide de broyage parce qu'elle constitue un élément habituel des ver- nis et que, en outre, son point d'ébullition est tel que la perte subie par évaporation n'est pas excessive et que le risque d'incendie n'est pas très grand, bien que ce liquide puisse etre facilement éliminé par évaporation lorsqu'on désire un produit sec. Les liquides tels que la térébenthine le benzol ou le naphte dissolvant peuvent être substitués @@varnoline, à titre de liquide dans lequel on développe la pellicule "miroitante". Toutefois, il ne s'ensuit pas nécessairement que les particules "pelliculeront" dans ce liquide. Par exemple, si l'on broie l'aluminium dans la varnoline, il "pelliculera" dans ce liquide ainsi que dans le véhicule de la peinture.
Si l'on broie l'aluminium dans le naphte, il ne "pelliculera" pas dans le naphte, mais pellicoulera" dans le véhicule de la peinture. On règle la quantité appliquée de façon à obtenir l'émulsion désirée (voirparagraphe E).
D.- Le fait qu'il existe entre le métal et l'acide stéarique une réaction chimique à laquelle prendpart l'oxy- gène est évident. A mesure que le broyage s'accomplit, la quantité d'acide stéarique à l'état dissous diminue et un composé, qui est probablement le stéarate d'aluminium, prend naissance. Lorsque le broyage sera réalisé dans un broyeur hermétiquement clos, il se;produira, pourvu que l'élévation de température ne soit pas suffisante pour produire une pression de vapeur compensatrice, une chute de pression due à l'absorption d'oxygène par le liquide. En outre, si l'on se sert d'un gaz exempt d'oxygène tel que l'hydrogène, il
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ne se produit pas de chute de pression et l'action de "pplliculage" ou de "miroitement" ne se développe pas.
Une atmosphère d'anhydride carbonique substituée à l'air donne sensiblement les mêmes résultats et est d'ailleurs préféra- ble lorsqu'une atmosphère incombustible est désirable.
L'agent de "pelliculage" doit avoir de l'affinité pour le métal en cours de traitement et développer une pellicule qui se comporte, à l'égard du véhicule de la préparation d'une certaine façon dont la natureexacte n'est pas connue d'une façon définie. On peut ajouter l'agent au commencement de l'opération ou vers la fin. On a indiqué l'acide stéarique à titre d'agent de "pelliculage", mais on peut appliquer des substances telles que l'alpha-naphtylamine ou l'acide pal- mitique.
E.- Dans le fonctionnement d'un broyeur à billes tel que celui représenté, il existe différentes zones d'action (voir J) et il est nécessaire que l'action sur le métal ait lieu autant que possible dans la zone de choc. Pour empê- cher le métal de filtrer à travers les espaces interstitiels de la masse de billes et d'apparaître en grande partie dans la zone de frottement, il est nécessaire de produire une émulsion ou écuime chargée des particules métalliques et possédant une consistance et une tér.acité suffisantes pour enduire les billes et se mouvoir avec elles à travers la zone de choc, tout en perraettart une mobilité suffisante des particules pour qu'elles puissent présenter leurs côtés aplatis aux côtés adjacents des billes et du broyeur lors du contact.
L'acide stéarique et le stéarate d'aluminium sont indiqués pour ce but, mais on pourrait adopter un nombre quelconque de substances telles que l'huile de palme l'acide oléique, l'huile d'olive, l'acide palmitique, etc..
F.- Un rapport de 20 à 1 entre les billes et l'alu- minium a donné de bons résultats pour le broyage efficace aveo la production d'une paillette brillante et d'un bon "pelliculage",
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G.- Le temps de broyage nécessaire est influencé 'dans la pratique par tous les autres facteurs mentionnés et par la finesse désirée pour le produit.
H.- La longueur et le diamètre du broyeur déterminent sa capacité de travail et sa production, le choix des di- mensions étant une question d'économie.
I.- Dans l'exemple indiqué, on s'est servi de billes de mais il est bien entendu que la force nécessaire dé pend des propriétés physiques du métal et de la grosseur des fragments en cours de broyage et que ceci influencera la grosseur des billes, le diamètre du broyeur ou les deux. On remarquera en outre que le poids spécifique du métal en coure de traitement a une influence sur le rapport entre le métal et d'autres facteurs.
Si l'on désire traiter des déchets de clinquant ou de feuille directement $près qu'il ont été découpés en morceaux de 3,1 à 12,7% et, dans le cas de clinquant, de 5 centièmes à un dizième de millimètre d'é- paisseur, le broyage peut être réalisé avantageusement en deux phases : 1) avec des billes de 19 millimètres dans un broyeur de 40,6%,. le finissage étant le même que ci-dessus; 2) dans le cas d'une feuille de des billes de 50,8 à 76,2% peuvent être appliquées avantageusement pour la phase initiale.
J. - La vitesse d'un broyeur à billes détermine le point de savoir si le broyage est effectué par une action d'usure (fig. 2) ou principalement par des chocs (fig. 1).
Lorsque le broyeur est animé d'un mouvement de rotation, les billes sont entraînées vers le haut le long d'un des côtés et ont tendance à glisser. On retarde ce glissement par l'insertion de nervures internes. Lorsqu'une certaine hauteur, qui dépend de la charge, se -trouve atteinte (voir fig. 1) et au-dessous de certaines vitesses, les billes des couches supérieures retombent en cascade, tandis que les couches de billes adjacentes à la paroi du broyeur sont en-
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traînées vers le haut, les billes tournant autour d'axes non orientés. Les points en contact ont une action de frot- tement, et, par conséquent, une action d'usure qui, dans les couches inférieures, est intensifiée par le poids des billes superposées.
La conversion en paillettes n'est pas satisfaisante et il en résulte a1a contraire la prodc- tion d'une quantité excessive de boues, ainsi qu'une dété- rioration ou une destruction de la pellicule "miroitante".
L'effet est moins prononcé à mesure que la grosseur des billes diminue et que le nombre de points en contact au@- mente. Si l'on dispose la charge convenable :le billes dans le broyeur, soit environ les 2/5 de la contenance totale du broyeur, et fait tourner ce broyeur à la vites- se convenable, les billeà sont entraînées vers le haut, sous l'influence combinée de la force centrifuge et de la gravité, jusqu'à un point où elles sont projetées à l'écart de la paroi du broyeur et des billes montantes, retombent selon une trajectoire libre et viennent heur- ter le côté opposé du broyeur et les billes qui les ont précédées, ce qui produit les paillettes désirées.
A par- tir du point de choc, dans le sens de rotation, il existe une zone d'usure, mais la réduction de la grosseur des particules est principalement due au choc. En vue du bro- yage le plus efficace, les particules métalliques doivent être situées entre les surfaces d'impact, et ceci est as- i sure par l'écume ou émulsion sus-mentionnée. Il est er. outre certain que la grosseur des billes et le diamètre du broyeur déterminent la force du choc. ur choc trop intense détruit les paillettes et la surface des pellicules, et ces deux facteurs, combinés avec la résistance des particules métalliques, déterminent le rapport entre le diamètre du broyeur et la grosseur des billes.
K.- Pour charger convenablement un broyeur de 40,6% de diamètre x 15,2%, il faut 1,13kg d'aluminium et 22,7kg
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de billes pour la hauteur désirée. En diminuant la quantité de métal, or. augmente la finesse du produit. Inversement, en augmentant la quantité de métal, on augmente la grosseur du produit, toutes choses égales d'ailleurs.
L.- Une tem@érature de 50 C constitue une températu re satisfaisante pour le travsil. A mesure que la tempéra- ture s'élève au-dessus de 50 C, la tendance à une perte de "pelliculage" augmente progressivement et le "pelliculage" est sérieusement diminué à 100 C.
La matière telle qu'elle est retirée du broyeur, avec 1'élimination d'une partie du liquide, est un produit pâ- teux fini sans autre traitement et on peut l'emmagasiner indéfiniment sans qu'elle perde sa propriété "miroitante".
Il est bien connu que les peintures de poudre à bronzer mélangées d'avance et prêtes à servir perdent leur éclat à la longue. Par conséquent, il est usuel de vendre la poudre et le véhicule séparément et de les mélanger à pied d'oeuvre, Ceci présente plusieurs inconvénients dus à la nature ex- trêmement légère de la/poudre. Par conséquent, il est pré- férable de vendre le présent produit sous forme d'une pâte et, à cet effet, un agent d'émulsionnement tel que le stéarate d'aluminium ou le stéarate de triéthanolamine est désirable. Lorsque le broyage est effectué avec de l'acide stéarique en solution, il se forme apparemment du stéarate d'aluminium dans une mesure qui augmente avec la températu- re, et %'on peut produire une pâte satisfaisante par un réglage convenable.
Toutefois, il est préférable d'ajou- ter du stéarate d'aluminium à la charge, étant donné que cette addition augmente en même temps l'efficacité du broyage.
Un produit typique sous iorme de pâte contient 58% d'aluminium; 1% d'acide stéarique; 1% de stéarate d'alu- minium (qui, oomme on l'a vu, contribue à assurer l'action de broyage ainsi que la production et le maintien de la
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pâte à l'état homogène); et 40% de varnoline. Les paillet- tes du produit possèdent la qualité de "pelliculage" qui se manifeste dans les peintures liquides ordinaires et ces paillettes ne comportent pas d'ingrédients susceptibles de nuire cette propriété.
Si l'on désire un produit sec, on peut évaporer le li- quide dans des conditions de température et d'atmosphère soigneusement réglées et maintenir la propriété de "pellicu- lage". Il convient de chauffer la pâte à 50 C dans un mil lieu contenant de l'oxygène. Si la température s'élève con- sidérablement au-dessus, la propriété de "pelliculage" tend à diminuer, et si or. chauffe la pâte jusqu'à ce qu'elle soit devenue parfaitement sèche, à 100 C, cette propriété est plus ou moins complètement détruite en présence d'oxy- gène.
Dans un milieu non oxydant tel que le gaz d'éclairage, il est possible de sécher la pâte à 200 c et au-dessus sans détruire la propriété de "pelliculage". Il est possible il.appliquer un vide au cours du séchage, mais ceci diminue la température admissible en comparaison avec le séchage dans un milieu de gaz.
Les principes de cette invention concernent ies pou- dres à bronzer en général, bien que les détails concernent les poudres à bronzer à base d'aluminium et que la deman- deresse ne prétende pas que ces détails puissent être appliqués à d'autres métaux avec les mêmes résultats.
Etant donné que les métaux possèdent des propriétés dif- férentes, tant physiques que chimiquesn les facteurs doi- vent être réglés pour satisfaire aux caractéristiques ir;- dividuelles. Il a toutefois été démontré qu'une pellicule "miroitante" peut, dans les conditions spécifiées, être développée par broyage sur de l'aluminium, du cuivre, du zinc, et de l'étain, et l'on a toutes raisons de croire qu'il en serait de même avec les alliages de ces métaux..