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La présente invention est relative à des structures de boites ou récipients et, plus particulièrement, à des structures, dans lesquelles les surfaces intérieures et extérieures, sont constituées en papier, les couches de papier intérieure et extérieure étant séparées par une couche de matière plastique en mousse.
L'invention concerne une structure de boite pouvant être utilisée dans nombre d'applications pour lesquelles des boites bien connues en car- ton ondulé ont été utilisées jusqu'à présent et convenant également bien pour être utilisées comme récipient pour l'expédition de marchandises, dans de nombreux cas ou des boites ou caisses sont ordinairement utilisées de façon à satisfaire à des conditions, dans lesquelles des boites en carton ondulé ne donneraient pas satisfaction. Ainsi, pour l'expédition d'aliments et autres produits, en particulier ceux qui doivent être plus ou moins ré- frigérés,les récipients contenant ces aliments et autres produits sont sou- mis à des conditions d'humidité variables, en sorte que, si l'on tente d'utiliser à cette fin des boites en papier ou carton ondulé, ces boites se déforment, en particulier si elles sont empilées.
En conséquence, pour ces applications, il fallait avoir recours à des récipients en bois ou en métal, qui sont relativement couteux.
On a constaté qu'une structure de boite, propre à satisfaire, de manière économique, aux diverses conditions d'utilisation évoquées ci-dessus peut être constituée en une matière à plusieurs couches, dont les couches superficielles sont en une matière à base de papier , notamment en carton , tandis qu'entre ces couches superficielles est collée une couche en une ma- tière plastique en mousse ou écume, de préférence en polystyrène, qui a été dilatée de manière à contenir des multitudes d'alvéoles closes ..
Lorsqu'une matière, telle que le polystyrène, est transformée en mousse ou écume, de manière à présenter une' densité comprise entre certai- nes limites, cette matière peut être transformée en feuilles ou couches, qui sont relativement molles, assez aisément compressibles et non cassanter, Ainsi, cette matière peut être rendue quelque peu plus molle et plus compres- sible qu'une couche comparable, par exemple, en liège, mais en elle-même une telle couche de matière transformée en mousse peut très aisément être brisée ou réduite en petits morceaux fermes et analogues à de la pulpe, qui ne se fendillent pas lorsqu'ils sont brisés.
Ainsi, ci cette matière en feuille est collée sur ces deux surfaces à des feuilles de papier ou de carton, tel que des feuilles de papier Kraft, on constate, non sans surpri- se, que le produit à plusisurs couches ainsi obtenu est assez rigide et analogue à'du carton,, tout en étant capable de résister , sans subir de dom- mages sérieux, à des chocs tels que ceux que subissent les surfaces de boites ou récipients ,au cours de leur transport. Des boites formées d'une telle matière peuvent, par exemple, être jetées oortre los coins d'autres boites, de meubles ou analogues, avec une force qui provoquerait la destruc- tion de.) boites en carton ondulé ou du contenu de celles-ci.
On a également constaté, non sans surprise, que la matière compo- site à plusieurs couches décrite plus haut peut être entaillée ou quelque peu refoulée suivant des lignes désirées, par exemple à l'aide d'une lame émoussée, puis pliée le long de ces lignes, de façon à former les coins d' une boite, sans rupture de la couche de matière plastique en mousse ou écu- me ou des feuilles intérieure et extérieure en carton ou papier. En fait, la matière à plusisurs couches peut être repliée sur elle-même,c'est-à-dire sur environ 360 , sans rupture de la couche dematière plastique ou des couches en carton ou en papier.
Ainsi, on a constaté ,de manière inatten- due et surprenante pour les spécialistes de la fabrication des boites, que la matière à plusisurs couches susdite peut être entaillée et pliée, de ma- nière à former des boites, en faisant usage des mêmes machines que celles
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qui sont généralement utilisées pour la fabrication de boites en carton on- dulé.
Le fait que la couche de matière plastique en mousse ne se fendille pas ou ne se réduit pas en morceaux à l'endroit des lignes de pli est appa- remment dû àl l'adhérence de cette matière à la feuille en carton ou papier Kraft, cette adhérence étant telle que des fentes ou fissures n'ont pas l'occasion de se former dans la matière plastique, celle-ci étant simple- ment-comprimée, au lieu d'être ameriée à se fendre.' Quant au fait que les- feuilles superficielles en papier Kraft ne se brisent pas à l'endroit des plis formant les coins, alors que l'on devrait s'attendre à ce qu'une rup- ture ait lieu avec de telles matières, il est dû à la tendance de la couche de matière plastique en mousse ou écume à être= comprimée, à l'endroit où elle est pliée, de façon à devenir plus mince,
ce qui permet à la feuille extérieure de papier Kraft d'acquérir une forme uniformément arrondie, tar.:- dis que la feuille intérieure de papier Kraft s'incurve de manière à former un angle obtus en s'enfonçant dans la matière plastique compressible. Etant donné que la matière plastique en mousse ou écume est assez molle, elle ne présente pas de zones de coin rigides, qui pourraient tendre à amorcer une déchirure des feuilles de papier Kraft. Il semble que, par suite de la compression de la matière plastique en masse, qui acquiert ainsi une densi- té plus grande dans les zones des coins, ces zones acquièrent même une dure- té et une résistance aux chocs plus grandes qu'aux endroits où la matière à plusieurs couches reste plane.
D'autres particularités, objets et avantages de l'invention res- sortiront de la description donnée ci-après, en référence aux dessins ci- annexés, qui illustrent, à seul titre d'exemple, une forme préférée d'exécu- tion de l'invention.
Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue en perspective montrant une boite typi- que conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie de coin de la matière à plusisurs couches utilisée pour fabriquer la boite, cette vue montrant les feuilles de surface en papier Kraft enlevées ou séparées de la couche de matière plastique en mousse et indiquant la manière dont la couche de matière plastique seule peut être aisément brisée; - la figure 3 est, à plus grande échelle, une coupe montrant la manière dont les parties de la matière à plusieurs couches sont facçonnées et courbées au coin supérieur de la boite, nette coupe étant faite sensi- blement suivant la ligne 3-3 de la figure l;
- la figure 4 est une coupe similaire à celle de la figure 3, mais faite suivant la ligne 4-4 de la figure 1 et montrant à plus grande échelle un coin supérieur avant son pliage; - la figure 5 est, également à plus grande échelle, une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 1, illustrant la forme et les courbures qui se présentent à'l'endroit des coins verticaux de la boite et dans ces coins; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, mais montrant la forme et les courbures qui se présentent avant la formation du pli; - la figure 7 est une vue en perspective de la boite finie sous forme repliée;
- la figure 8 est, à plus grande échelle, une coupe suivant la li- gne 8-8 de la figure 7, montrant les formes et courbures se présentant à
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l'endroit d'un-des coins de la boite et dans ce coin, les côtés de la boite étant repliés, et - la figure 9 est une vue en perspective d'une forme différente , qui peut être prévue aux bords des divers pans formant la boite.
En se référant de manière plus détaillée aux dessins, on compren- dra que la boite peut être fabriquée en une seule pièce à l'aide de la ma- tière à plusieurs couches évoquée plus haut, qui est coupée à la forme et aux dimensions voulues, de manière à former des parois latérales en 10 ,
11, etc... et des pans supérieurs et inférieurs de forme habituelle,, comme en 12, 13, etc.., ces pans étant séparés l'un de l'autre en formant des fentesappropriées , comme en 14, 15, etc...
Lorsque l'ébauche de boite a été pliée, les bords jointifs ou chevauchants du joint vertical peuvent être fixés l'un à l'autre de n'impoi- te laquelle des diverses manières bien connues, notamment à l'aide d'une bande adhésive de tissu, comme indiqué en 16.
A la figure 4, on a représenté en coupe transversale, à plus gran- de échelle, une des régions avoisinant un coin avant son pliage et telle qu'elle se présente à la jonction d'un des pans de fermeture avec une des parois latérales de la boite. Lorsqu'on fait passer l'ébauche de boite à travers une machine courante de fabrication de boites en papier ondulé, le dispositif de refoulement ou d'entaillage est tel que la feuille de pa- pier Kraft intérieure 17 est comprimée dans une direction s'étendant vers l'extérieur de la boite finie et'le long d'une bande étroite , comme indi- qué en 18. Simultanément, la feuille de papier Kraft 18 est supportée ou pressée vers l'intérieur le long de lignes 20 et 21, de chaque côté de la bande comprimée 18.
Ceci assure la compression de la couche de matière plas- tique en mousse ou écume 22, l'épaisseur de cette couche diminuant graduel- lement,comme montré en 23 et 24, en des points voisins de la région du pli de coin, en sorte qu'en des points situés à l'intérieur du coin arrondi fi- ni, c'est-à-dire dans la région 25, l'épaisseur de la couche de matière lilas-- tique est d'environ un tiers ou une demi fois celle de cette couche en des points situés:; dans les zones des parois latérales planes de la boite.
Lorsque la partie montrée à la figure 4 est pliée à angle droit , de la manière montrée à la figure 3, de façon à former un coin supérieur de la boite, la feuille intérieure de papier Kraft 17 s'étend, à l'endroit du coin, vers l'extérieur en formant un angle d'environ 45 avec les autres parties de cette feuille et forme un coin arrondi 18a,autour duquel la partie comprimée 25 de la couche de matière plastique s'étend suivant un grand angle, en ayant une section transversale semi-circulaire, cette partie étant recouverte d'une partie 19a de la feuille extérieure en papier Kraft qui présente, en cet endroit, une section transversale également semi-cir culaire.
Les parties-- de la couche de matière plastique, qui présentent une épaisseur graduellement décroissante en 23, 24, sont comme on le remar quera, telles qu'elles offrent un espace ample pour les parties s'étlendant vers l'extérieur 18a de la feuille intérieure 17, Ainsi, à l'intérieur du coin, aucune partie ne s'étend vers l'intérieur de la boite au delà des plans plats de la feuille en papier Kraft intérieure, tandis qu'aucune des parties extérieures du coin ne s'étend au delà des plans plats de la feuille en papier Kraft extérieure.
La figure 6 représente, à grande échelle, une coupe transversale d'une partie qui doit former un des coins verticaux de la boite. En faisant passer l'ébauche de boite dans une machine à former des boites, la feuille de papier intérieure 17 est comprimée le long d'une bande 26 dans une direc- tion s'étendant vers l'extérieur de la boite, de façon à comprimer une partie
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27 de la couche 22 de matière plastique jusqu'à ce qu'elle présente, par exemple, une épaisseur égale à la moitié ou au tiers de l'épaisseur normale de la couche en matière plastique. De même, les parties 28 et 29 de la cou- che de matière plastique, proches de la partie 27, présentent une épaisseur graduellement décroissante.
Lorsque ce coin est plié à angle droit dans la machine à former des boites, les diverses parties prennent les positions et les courbures montrées à la figure 5. Ainsi, la feuille intérieure 17 présente, à l'endroit de la bande 26a, une section similaire à celle d'un oeillet quelque peu arrondi vers l'extérieur et recouvert par les parties comprimées 27 de la couche de matière plastique, qui est elle-même unifor- mément arrondie et recouverte d'une partie uniformément arrondie 30 de la feuille extérieure 19.
Bien que la figure 5 montre, en coupe transversale ,le coin ver- tical, lorsque la boite est pliée, en vue de son utilisation, de la manière illustrée à la figure 1, il est évident que, lorsque la boite quitte la ma- chine usuelle de fabrication de boites, elle est repliée de la manière mon- trée à la figure 7. Dans cet état replié, le coin opposé à la bande de jonc- tion 16 est aplati, de manière à présenter une section telle que celle il- lustrée à la figure 6, mais les deux autres coins, tels que 31,32 (figure 7)pont les sections illustrées à la figure 8.
On remarquera que la feuille de papier Kraft intérieure 17 présente, à l'endroit du coin, une section sensiblement en forme de T, comme indiqué en 26b, cette partie 26b étant entourée d'une partie 27 de matière plastique comprimée, qui présente sen- siblement une section semi-circulaire et est recouverte d'une partie 30 de feuille extérieure, dont la section est également sensiblement semi-circu- laire. Lorsque la boite est ouverte, en vue de son utilisation, les parties montrées à la figure 8 reprennent évidemment les formes et positions mon- trées à la figure 5.
Si la plaque en matière à plusieurs couches, dont la boite est constituée, est découpée par une action de cisaillement, par exemple à l' aide de lames analogues à des ciseaux, on forme un bord présentant la forme indiquée en 33 à la figure 5. Ainsi, les feuilles intérieure et extérieure sont graduellement rapprochées de manière à venir presque en contact l'urne avec l'autre au bord libre 34 et, dans les régions voisines de ce bord li- bre, la couche de matière plastique 22 est graduellement comprimée, comme montré en 35. Ce genre de bord peut, dans certains cas, être souhaitable pour certains ou tous les bords des pans, en particulier: pour les pans extérieurs, qui doivent présenter des bords exposés, lorsque la boite est remplie et fermée.
Avec ce type de bord, le bord de la couche de matière plastique, peut être sensiblement dissimulé, en sorte que la teinte et l' aspect des bords seront sensiblement les mêmes que ceux des autres zones exposées ou découvertes, tandis que le bord en question est uniforme et sensiblement exempt de toutes irrégularités.
Pour obtenir une bonne matière composite formée d'une couche de matière plastique dilatée et de feuilles de papier Kraft, les facteurs suivants doivent être maintenus dans certaines limites prédéterminées : a) la densité de la couche de matière plastique en mousse; b) le nombre de petites alvéoles contenues par unité de volume dans la couche de matière plastique; c) le poids et la solidité de la matière à base de papier utili- sée; d) l'épaisseur globale de la matière composite à couches multiples-.
Des exemples et des limites préférées pour ces divers facteurs seront discutés à présent.
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Pour la fabrication de la matière,composite à base de papier et de matière plastique en mousse ou écume )on peut partir de petites per-
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les ou granules sphériques ou d'une mD:Jae fèuIDhle pciratyrëne, dans laquelle est réparti un catalyseur approprié sensible à la chaleur ou autre agent de formation de mousse, qui peut affecter diverses formes connues et qui, lorsque la composition est chauffée et ramollie, donne lieu à la formation de petites bulles de gaz dans cette composition et à une dilatation consé- quente de la matière, celle-ci prenant alors la forme de la couche de ma- tière plastique désirée. Avant dilatation, le polystyrène présente une den- sité telle qu'il pèse environ 65,5 livres anglaises par pied cubique.
Si le mélange de polystyrène et de catalyseur ou agent de formation de mousse ou d'écume est chauffé et admis à ne se dilater que jusqu'à atteindre un volume plusieurs fois supérieur à son volume originel, le produit en mousse obtenu présente ordinairement une densité trop grande et est trop dur pour pouvoir être utilisé conformément à la présente invention. D'autre part, si la dilatation est poussée trop loin, les bulles de gaz formées dans la ma- tière peuvent devenir aisément beaucoup trop grandes et le produit en mous- se résultant tendra, après refroidissement, à être trop cassant et à se fis- surer, lorsqu'on lui applique une pression.
Pour que la matière plastique en écume ou mousse se trouve dans un étant propre à.son utilisation confor- mément à la présente invention, l'action de formation de mousse ne doit être exécutée qu'à un stade intermédiaire et de façon que le produit ait une den- sité également à environ 3 livres anglaises par pied cubique. Toutefois, cette densité peut varier entre les limites voisines de 2 à 10 livres anglai- ses par pied cubique, dans une certaine mesure selon l'épaisseur désirée de la couche de matière plastique dans la matière composite et selon le poids et la solidité des feuilles de papier Kraft utilisées dans cette matière.
Une densité de l'ordre de 10 livres anglaises par pied cubique implique qe- pendant, den manière générale, une dépense inutile pour la matière plasti- que. Il est entendu que la solidité des feuilles de papier Kraft, en rela- tion avec la compressibilité et le degré de consistance de la matière plas- tique, ainsi qu'avec son épaisseur, doit être telle que',' lorsque la matière composite à plusisurs couches est entaillée ou refoulée de la manière dé- crite plus haut et pliée de manière à former un coin, les feuilles de papier Kraft peuvent être aisément pressées ou refoulées dans la matière plastique de manière à produire la réduction nécessaire d'épaisseur de la matière plastique à l'endroit du coin et à permettre le pliage du coin, sans que les feuilles de papier ou la couche de matière plastique comprimée soient brisées.
Le nombre de petites alvéoles présentes dans la matière plastique est évidemment en relation avec le degré auquel cette matière est dilatée, c'est-à-dire en d'autres termes avec sa densité. Dans un cas typique préfé- ré, la matière plastique comportait, par exemple, environ 150.000 petites alvéoles closes par centimètre cube de matière dilatée, cette matière ayant une densité voisine de 3 livres anglaises par pouce carré. Lorsque la ma- tière plastique est dilatée à des densités moindres, le nombre d'alvéoles peut descendre jusqu'à un : minimum de 50.000 par centimètre cube, tandis qutavec des densités plus élevées, par exemple de 10 livres anglaises par' pied cubique le nombre d'alvéoles peut atteindre 1.000.000 par centimètre cube.
A titre d'exemples préférés, le papier utilisé était constitue par du papier Kraft naturel , à savoir du papier Kraft pour couverture pe- sant environ 126 livres anglaises par 3.000 pieds carrés et ayant une résis tance telle qu'un ruban d'un pouce de ce papier résiste, dans la direction de la machine, à une tension d'environ 70 livres anglaises. Le poids du.' papier Kraft utilisé peut cependant varier entre un minimum d'environ 60
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livres anglaises et un. maximum d'environ 200 livres anglaises par 3.000 pieds carrés, tandis que sa résistance à la tension (pour des bandes d'une largeur d'un pouce, dans la direction de la machine) peut varier entre en- viron 25 et 200 livres anglaises.
Si la matière à plusieurs couches est re- lativement mince et présente, par exemple, une épaisseur totale d'environ 3/16é de pouce, les qualités les plus, légères de feuilles de papier Kraft peuvent être utilisées, sans que ces feuilles risquent de se déchirer ou de se fendre à l'endroit des coins, tandis que lorsque la matière composite à plusieurs couchés est plus épaisses et présente par exemple, une épais- seur de 3/8è de pouce, il faut employer des feuilles plus lourdes. Pour pouvoir être repliée , de manière à former la boite repliée illustrée à la figure 7, la matière composite formée de feuilles de papier et d'une couche intercalaire de matière plastique doit, de préférence, présenter une épais- seur ne dépassant pas environ 3/8è de pouce.
Toutefois, si les ébauches de boites doivent être expédiées à l'état entièrement plat et non plié et fixé aux coins jusqu'au moment de leur utilisation, aucun des coins ne doit être plié à plus de 90 . Dans ce cas, on peut utiliser une matière à plusieurs couches présentent une épaisseur d'un demi pouce, à condition que cette ma- tière soit entaillée profondément le long de bandes se trouvant aux endroits où doivent se présenter les plis des coins.
Si le polystyrène contenant l'agent de formation de mousse ou d'écume est fourni initialement sous forme d'une feuille, ce qui constitue une forme particulièrement appropriée pour le but envisagé, cette feuille peut simplement être placée entre deux feuilles de papier Kraft ou autres feuilles de papier -carton et l'ensemble peut être chauffé entre deux pla- ques opposées contenant, par exemple, un milieu de chauffage fluide et dans lesquelles on peut subséquemment faire passer un fluide de refroidissement; de manière à refroidir l'ensemble, de façon à arrêter l'action de forma- tion d'écume ou de mousse, au moment voulu.
Si le chauffage et la formation de mousse s'opérent dans le polystyrène sous une certaine pression,tandis que ce polystyrène est appliqué contre des feuilles de papier Kraft chauf- fées, les parties constituant la matière composite peuvent être amenées à adhérer l'une à l'autre, sans interruption d'une matière adhésive quelcon- que. Cependant, dans certains cas, l'utilisation d'adhésifs s'est révélée souhaitable et on peut, par exemple, utiliser des mélanges aqueux d'adhésifs du type latex ou divers adhésifs au formol, qui constituent des non solvants pour le polystyrène.
Une autre forme de polystyrène contenant un agent de formation de mousse est vendue par la société Koppers Company Inc, sous forme de pe- tites perles sphériques, qui peuvent être collées de manière à former une mince couche par l'adhésif entre les feuilles de papier Kraft ou autre pa- pier, avant que le chauffage et la formation d'écume ou de mousse aient lieu.
Une matière composite appropriée a été obtenue en chauffant un tel ensemble entre des plaques à une température d'environ 250 - 275 F pendant 4 à 6 minutes, puis en refroidissant les plaques à l'eau pendant environ 4 minu- tes, avant d'enlever le produit fini. D'autres matières polystyrèniques transforma'bles en mousse ou écume sont disponibles sous forme de granules, notamment celle vendue par la société Monsanto Chemical Company.
Les durées et températures appropriées poux provoquer la forma- tion désirée de mousse peuvent être aisément déterminées par des essais et dépendront ordinairement de l'agent de formation de mousse particulier incorporé au polystyrène. La matière à plusieurs couches est, de préférence, entaillée et pliée de manière à former les boites assez tôt après la forma- tion de la matière composite, car après un certain vieillissement cette matière devient ordinairement un peu plus rigide.
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Le polystyrène avec son agent de formation d'écume ou de mousse peut être chauffé;, et, si on le désire, extrudé et dilaté jusqu'à une épais- seur limitée entre deux feuilles de papier Kraft mobiles en une opération cortinue, la matière à plusieurs couches étant, au cours de son avancement, refroidie de manière à interrompre toute action ultérieure de formation de mousse, lorsqu'une couche de matière plastique de densité désirée a été formée.
Bien que l'utilisation de polystyrène soit à présent préférée pour former la couche de matière plastique en mousse, à cause de son faible cout étde la facilité avec laquelle il peut être transformé en un produit désiré compressible et quelque peu mou, il va de soi que diverses autres,,ma- tières plastiques pourraient être utilisées, notamment du chlorure de poly- vinyle
Les boites formées conformément à l'invention résistent fortement à l'absorption d'eau, de même qu'à la transmission de vapeurs d'eau, étant donné que les alvéoles de la couche de matière plastique ne communiquent pas entre elles.
Par ailleurs, la nature de la matière plastique en mousse ou écume est telle qu'elle résiste fortement aux champignons et insectes et possède de bonnes propriétés d'isolement thermique et électrique. Mais, une des caractéristiques avantageuses les plus importantes des boites sui- vant l'invention réside peut-être dans le fait que, comparées, par exemple, aux boites en carton ondulé, elles résistent à raison d'environ 50% de plus à certains essais de perforation standardisés.
Ainsi, lorsque des ouvertu- res sont pratiquées dans les parois latérales d'une boite suivant l'inven- tion, la rupture de la matière à plusieurs couches ne s'étend que sur envi- ron 1/4 de pouce à partir de la perforation , alors que, si des essais cor- respondant sont effectués sur des boites en carton ondulé,la destruction peut s'étendre jusqu'à 5 ou 6 poucesdes points de perforation.
Malgré la nature analogue à celle-.du carton et malgré la solidité de la matière à plusieurs couches, c'est-à-dire de la matière composée de feuilles de papier Kraft et d'une couche intercalaire de matière plastique en mousse ou écume, les chocs ne sont pas aisément transmis à travers cette matière, Celle-ci n'est pas suffisamment molle pour s'infléchir aisément et transférer ainsi les chocs au contenu de la boite, comme cela se passe avec les boites en carton ondulé, mais la matière plastique en mousse est @ suffisamment com- pressible pour amortir les chocs et plus la compression de la matière plas- tique est grande dans certaines limites, plus la zone de compression semble être résistante, en particulier à l'endroit des coins, qui résistent à des chocs très violents,
sans se déformer ou s'ébrécher plus que superficielle- ment. Lors de l'entaillage et du pliage des coins, la couche de matière plas- tique subit une compression jusqu'à la moitié (ou encore moins) de son épaisseur normale en d'autres points et en ces endroits sa densité est, en conséquence, doublée ou plus que doublée, ce qui augmente sa résistance aux chocs, aux endroits où une telle résistance est le plus nécessaire.
Dans les cas où l'on désire que toutes les parties de la boite, y compris les feuilles en papier, résistent fortement aux endommagements dus à l'humidité, ces feuilles peuvent être formées de carton pour couverture fortement résistant à l'humidité ou en un autre carton ou analogue, qui a été traité à l'aide d'une matière résineuse à base de mélamine ou à l'aide d'autres compositions résistant à l'humidité.
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