Carton ondulé à double face résistant à Phumidité
et procédé de fabrication de ce carton ondulé
La présente invention comprend un carton ondulé à double face résistant à l'humidité et un procédé de fabrication de ce carton ondulé.
Jusqu'à présent, on a essayé de rendre imperméable le carton ondulé en appliquant par pulvérisation des revêtements intérieurs et extérieurs de filins et de produits d'imprégnation étanches à l'humidité sur la matière première de carton.
Au sujet de l'amélioration de la résistance à l'humidité du carton ondulé, on a déjà décrit des adhésifs à résistance améliorée à l'humidité. Ces perfectionnements doivent être distingués de l'amélioration de la résistance à l'humidité des nappes de papier elles-mêmes.
L'amélioration de la résistance à l'humidité des nappes de papier peut être obtenue commercialement, dans une mesure limitée, grâce à un procédé connu dans l'industrie sous la dénomination de Cirage à sec > (voir < The Chemistry and Technology of Wa pesa, par Aubin N. Warth, Reinhold Publishing Corps., 1947, p. 433). Le cirage à sec du carton ondulé comporte une opération de revêtement pendant la fabrication du carton ondulé, après la mise en place de la doublure de dessus, pendant que celles est encore tiède, cette opération de revêtement consistant à ap pliquer de la paraffine à un taux de 24,4 kgI1000m2 à la face extérieure de la doublure de dessus.
La cire tend à remplir les vides compris entre les fibres de papier.
I1 est également connu de prendre un carton ondulé à double face et d'enduire l'une des faces ou les deux faces avec de la paraffine à un taux d'environ 24,4 kg/1000 m2. Ce processus est le cirage à l'état humide : a, c'est-à-dire l'application d'un film continu à la surface du carton. Ce procédé tend à accroître la résistance à l'humidité du papier car le film de revêtement recouvre les fibres sur l'une des faces de la doublure. Une pénétration substantielle n'a pas lieu car le carton ondulé a déjà été fabriqué et est relativement froid au moment du traitement.
On peut mentionner une autre pratique de l'industrie qui n'est pas un procédé d'imperméabilisation vis-à-vis de l'humidité, mais qui s'y apparente, car elle comporte l'application de faibles quantités de cire à la couche ondulée du carton. Selon cette pratique, oil applique une couche très mince de paraffine sur les crêtes des ondulations d'un cylindre cannelé, dans un but de lubrification, de sorte que la feuille ondulée ne colle pas aux cylindres cannelés, mais se sépare facilement de ces derniers. I1 est à noter que les films de paraffine du cylindre cannelé entrent en contact avec les creux de la nappe ondulée.
I1 est également à noter que l'on emploie dans ce cas seulement environ 0,3 kg de paraffine par 1000 me de papier ce qui représente une quantité nettement insuffisante pour permettre une pénétration significative de la nappé. Dans la pratique courante de l'industrie, la paraffine est remplacée par de 1' huile de paraffine .
Le carton ondulé à double face résistant à l'humidité que-comprend l'invention comprend une couche intermédiaire ondulée, une doublure de dessus et une doublure de dessous, un adhésif thermodurcissable liant les crêtes de la couche intermédiaire ondulée à l'une ou à l'autre doublure et une cire absorbée dans ce carton ondulé. Le carton ondulé est caractérisé en ce que cette cire a un degré de concentration dans la couche intermédiaire ondulée qui est supérieur au degré de concentration qui résulterait de la répartition finale invariable entre les couches si elles étaient soumises à une température comprise dans l'intervalle de fusion de la cire pendant une longue durée, alors que. le degré de concentration de la cire absorbée dans l'une ou rautre des doublures est inférieur à celui qui résulterait de ladite répartition de la cire.
La présente invention comprend également un procédé pour la fabrication de ce carton, dans lequel un mélange adhésif est appliqué aux crêtes. exposées de la nappe ondulée d'un carton ondulé à simple face, une deuxième nappe de doublure étant appliquée aux crétes et le tou. étant chauffe,, caractérisé en ce que l'on applique airxdites crêtes un mélange adhésif activable par la chaleur, suffisamment consistant à l'état non durci, et résistant à la cire, puis en ce que l'on applique sur le côté exposé de la nappe ondulée une cire fondue qui, en raison du caractère résistant à la cire du mélange adhésif consistant à l'état non durci, ne peut pas contacter directement les surfaces desr dites crêtes,
puis en ce que l'on applique une seconde nappe de doublage sur les crêtes exposées de la nappe ondulée et en ce que l'on durcit le mélange adhésif par chauffage, ce mélange adhésif cessant en même temps d'être résistant à la cire de sorte que la cire fondue appliquée sur la nappe ondulée puisse émigrer vers l'extérieur de la nappe ondulée vers les nappes de doublage.
On a trouvé que les mélanges adhésifs, activables par la chaleur, suffisamment consistants à l'état non durci, contenant de l'eau à l'état libre, et comprenant des mélanges adhésifs à base d'argile silicatée, de silicate, d'amidon, employés jusqu'à présent dans l'industrie pour lier la nappe ondulée aux nappes de doublage dans la fabrication du carton ondulé, peuvent être appliqués sur les crêtes exposées d'une nappe ondulée avant l'application à cette nappe, sur le même côté de celle, une cire fondue, et que malgré cette dernière application de la cire fondue, la nappe ondulée peut être combinée avec succès à une seconde nappe de doublage, sans qu'il y ait diminution de l'adhérence.
Le mélange adhésif suffisamment consistant à l'état non durci est un produit résistant à la cire, et empêche la cire fondue de contacter les portions de la nappe ondulée qui sont antérieurement enduites d'adhésif, c'est-à-die les crêtes des ondulations, permettant ainsi l'action normale de l'adhésif vis-à-vis de la nappe ondulée. En outre, la cire, même si elle est appliquée après le mélange d'adhésif, ne peut pas s'opposer (apparemment en raison de la résistance à la cire du mélange adhésif) à la liaison du mélange adhésif avec la nappe de doublage qui est ensuite appliquée à chaud sur les crêtes de la nappe ondulée. On ne sait pas si la cire désagrégée appliquée recouvre l'adhésif et est refondue ou broyée ou exprimée mécaniquement lorsque la feuille de doublage est appliquée, ou si la cire laisse les dépôts d'adhésif pratiquement à découvert.
La concentration en cire dans les doublures, ou au moins dans l'une des doublures doit être inférieure à la concentration en cire à l'équilibre et la concentration en cire dans la couche intermédiaire doit être supérieure à la concentration en cire à l'équilibre.
L'équilibre n'est jamais atteint dans les conditions
normales. L'état de non-équilibre du carton dure
indéfiniment tant que le carton n'est pas exposé à une température comprise dans l'intervalle de fusion
de la cire.
La fig. 1 du dessin annexé est un schéma illus
trant à titre d'exemple une mise en oeuvre du procédé
que comprend l'invention.
Les fig. 2 et 3 sont respectivement une coupe du
carton ondulé résultant, et une coupe du même carton
ondulé mais amené à l'état d'équilibre.
Comme on le voit à la fig. 1, une nappe de papier
10 qui formera la nappe ondulée dans le carton est
d'abord ondulée sur des cylindres cannelés 19, puis un mélange adhésif 20 et une première doublure 1 1
sont appliqués à cette nappe après le passage de la
nappe 10 sur les cylindres cannelés d'une façon con
ventionnelle. Ces dispositifs pour l'ondulation et l'application d'un mélange adhésif et de la première
doublure 1 1 sont bien connus dans la technique.
Le mélange adhésif 20 employé pendant l'opération d'ondulation peut être le même que le mélange
adhésif 21 qui sera appliqué ultérieurement pour faire
adhérer une seconde doublure 12 à la couche ondulée
10. Ces mélanges comprennent des mélanges adhésifs
contenant de l'eau à l'état libre, activables par la chaleur et suffisamment consistants pour se maintenir momentanément sur les crêtes des ondulations jus
qu'à ce que la doublure extérieure ou intérieure du
carton soit pressée et mise en position. Cette propriété
nécessaire de consistance est bien connue dans la
technique. (Voir par exemple Technology of Adhe
sives par John Delmonte, Reinhold Publishing
Corp., 1947, p. 454).
Des mélanges adhésifs appropriés du type à base
d'amidon, de silicate, d'argile silicatée sont décrits
dans l'ouvrage < x Technology of Adhes, ives précité.
Tous ces mélanges adhésifs comprennent un mélange
adhésif activable par la chaleur, contenant de l'eau
à l'état libre, suffisamment consistant à l'état non
durci, pour l'application de la nappe ondulée du car
ton, et à ce titre, tous ces mélanges constituent des produits résistant à la cire et sont utilisables dans le procédé présentement décrit. Il apparaît que les mélanges adhésifs à base d'amidon sont préférables aux mélanges à base de silicate et d'argile silicatée.
Après l'application du mélange adhésif, activable par la chaleur, suffisamment consistant àl'état non dur- ciet résistant àla cire, surles crêtes exposéesdela nap pe ondulée l0,une cire 22, quipeut être delaparaffine,
est appliquée à l'état fondu sur le côté exposé de la
nappe ondulée 10. En raison de la résistance à la cire
du mélange adhésif consistant, cette dernière ne peut
pas contacter directement les surfaces des crêtes de la nappe 10. En outre, pour la même raison, elle ne peut pas s'opposer à la liaison du mélange adhésif
21 avec la doublure 12.
La seconde nappe de doublage 12 est alors appli
quée à la nappe 10 de la manière usuelle et le mé
lange adhésif 21 est durci par chauffage en 23. Le
chauffage peut être réalisé dans la section à plaque chauffante d'un appareil de traitement à double plaque, connu. Le durcissement du mélange adhésif déterminant la liaison adhésive définitive rend l'adhésif perméable à la cire qui a été appliquée à la nappe ondulée 10 et cette cire peut sortir de la nappe ondulée 10 et pénétrer dans la nappe de doublure 12 (et également dans la nappe de doublure 11).
La cire fondue est appliquée de préférence par pulvérisation ou par projection à l'emplacement indiqué bien que l'on puisse envisager également l'application par étendage à la brosse ou par trempage.
La cire qui est employée est une cire d'imprégnation pour papier qui améliore la résistance à l'humidité. La paraffine ou les cires du genre de la paraffine ou les cires de pétrole peuvent être employées entre autres. La cire peut être amorphe, cristalline ou microcristalline ou présenter une combinaison de ces états, avec ou sans addition de modifiants ou additifs.
On peut employer les cires qui servent à l'imprégnation du carton (voir par exemple The Chemistry and Technology of Waxes , p. 433, précité. A noter la référence cire ordinaire à la page 442). Les mélanges paraffine-polyéthylène peuvent constituer une cire appropriée.
La cire fond de préférence dans un intervalle de température suffisamment bas ou à un point suffisamment bas pour éviter l'activation prématurée du mélange adhésif 21. Ceci veut dire que le point de fusion de la cire ne doit pas être très supérieur à la température à laquelle le mélange adhésif 21 durcit ou se gélifie. Une température de gélification type pour un adhésif à base d'amidon est de 630 C. Une température de fusion de cire d'environ 600 C est préférée dans cet exemple, quoique des températures élevées de l'ordre de 93,30 C ou plus ont été utilisées avec succès avec des adhésifs à base d'amidon, lorsque la quantité de cire appliquée pour un poids donné de papier est relativement faible, de l'ordre d'environ 63,5 ka/1000 m2 de couche¯ondulée 10.
Il convient que le point de fusion ou l'intervalle de fusion de la cire soit supérieur aux températures ambiantes auxquelles est soumis le produit final, par exemple supérieur à 37,80 C. Les températures de fusion 490 C ou 540 C sont des limites inférieures préférables.
Le procédé ci-dessus décrit peut être mis en oeuvre dans des installations d'ondulation, et de doublage fonctionnant à des vitesses de production normales d'environ 53,3 à 91,5 ou à 122 mètres par minute, où la nappe de doublage 12 est soumise à l'action de la chaleur pour le durcissement de l'adhésif dans un appareil de traitement à double plaque (chauffé à 1630 C) sur une longueur de 9,1 ou de 12,2 mètres ou davantage. On peut employer des poids usuels de nappes comprenant par exemple des couches stratifiées de 125 kg/1000 m2 (avant l'ondulation) et des doublures de 127, 161, 205, 229,5, 336,9 ou 439,5 kg/1000 m2.
Pour une couche ondulée 10 pesant environ 180,4 kg/1000 m2 (127 ka/1000 m2 avant l'ondulation), on peut appliquer environ 48,8 à 244 kg de cire par 1000 mu, de préférence de 97,6 à 146,5 kg. de cire par 1000 m2. Pour les applications spéciales, la quantité peut varier de 24,4 à 390,6 kg de cire par 1000 m2.
11 est entendu que la cire peut être appliquée seulement sur des zones choisies du carton à fabriquer. A cet effet, le pulvérisateur ou le dispositif d'enduisage dans la station d'application de la cire peut être enclenché et déclenché à volonté sans affecter le restant du procédé de fabrication. Ainsi, le passage de la fabrication d'un carton non ciré à celle du carton ciré peut être réalisé sans arrêter l'installation d'ondulation et de doublage. On comprend facilement que ceci constitue un avantage important au point de vue de production. A des vitesses de production standard, même avec une application assez forte de la cire fondue, la cire pénètre très peu ou pas du tout dans les surfaces des nappes de doublage pendant le temps de passage du carton à travers l'appareil de traitement à double plaque.
Une pénétration complète et une résistance maximum du carton ondulé peut ne se produire qu'au bout de plusieurs heures après les opérations d'ondulation et de combinaison.
I1 est parfois désirable d'appliquer la cire sur une partie de la largeur du carton. Ceci peut être réalisé facilement en rendant inactive une partie du dispositif de pulvérisation ou du dispositif d'enduisage. Le dispositif de pulvérisation peut comporter simplement une tuyauterie ou une tubulure perforée ou à buses, alimentée en cire fondue sous une pression suffisante pour projeter celle-ci sur le dessous exposé de la nappe ondulée 10. Il peut être disposé anessus d'un réservoir collecteur et il peut être rendu en partie inactif simplement par obturation d'un certain nombre de perforations ou de buses.
Lorsqu'on emploie un mélange adhésif activable par la chaleur contenant de l'eau à l'état libre, et qui n'est pas par lui-même potentiellement résistant à l'humidité, sa résistance à l'humidité est améliorée dans le carton ondulé ci-dessus décrit, probablement en raison de la migration de la cire à travers l'adhésif.
Bien entendu on peut utiliser des mélanges adhésifs activables par la chaleur et contenant de l'eau à l'état libre qui sont par eux-mêmes potentiellement résistants à l'eau, par exemple les mélanges adhésifs à base d'amidon qui sont rendus potentiellement imperméables par addition par exemple de résorcine.
On peut prévoir des barrières pour limiter la migration de la cire vers l'extérieur, par exemple lorsqu'on désire qu'une ou les deux surfaces extérieures du carton ne soient pas tachées par la cire, ou bien lorsque le coût d'une barrière est compensé par la réduction de la quantité de cire à employer. Cette barrière peut être constituée par un film de polyéthylène combiné à l'une des doublures 1 1 et 12 ou aux deux doublures, sous forme d'une couche intermédiaire ou d'une couche extérieure.
Les opérations d'impression peuvent être conduites après l'application et avant la pénétration compiète de la cire. Toutefois, la pratique préférée consiste à conduire les opérations d'impression après la pénétration de la cire, jusqu'à la surface. Ces opérations d'impression peuvent être identiques, ou similaires à celles conduites couramment sur du carton ondulé qui n'est pas imprégné de cire.
Le carton ondulé représenté à la fig. 2 comprend une couche intermédiaire ondulée 30 et des doublures de dessus et de dessous 31, 32 respectivement. La couche intermédiaire 30 et les doublures 31 et 32 sont identiques aux éléments 10 à 12 de la fig. 1.
Un adhésif thermodurcissable 33 assure la liaison des crêtes de la couche intermédiaire ondulée 30 aux doublures 31 et 32 de façon indiquée. Un tel adhésif peut résulter du durcissement du mélange adhésif 20, 21.
La cire du type décrit précédemment pénètre dans la couche intermédiaire ondulée 30 et présente un degré de concentration supérieur à celui obtenu dans les conditions d'équilibre. Dans l'une au moins des doublures 31 et 32 et de préférence dans les deux doublures à la fois, la cire est présente à une concentration inférieure à celle obtenue dans les conditions d'équilibre. De préférence, la cire doit être présente dans les deux doublures 31 et 32 à la fois.
Les conditions d'équilibre sont schématiquement illustrées à la fig. 3 et représentent la distribution de cire finale, invariable, qui résulte finalement par exemple entre les trois couches 30 à 32 après traite- ment prolongé de ces trois couches à une température élevée située dans l'intervalle de fusion de la cire.
Comme indiqué à la fig. 3, à l'équilibre, la concentration de la cire n'est pas nécessairement identique
dans toutes les trois couches ou dans les couches prises deux par deux. Ceci est particulièrement vraisemblable si les couches sont en papiers différents. Par exemple le papier semi-chimique est habituellement plus absorbant que le papier Kraft, tous les autres facteurs étant égaux. Ceci est dû apparemment à la petitesse des fibres du papier semi-chimique et à la surface spécifique plus forte résultante (surface spécifique de fibre par unité de poids). Même si les couches comportent le même papier, elles peuvent être traitées par des agents qui affectent leur capacité
d'absorption vis-à-vis de la cire.
Le carton ondulé fabriqué comme décrit ci- des- sus présente une solidité améliorée en comparaison
des cartons ondulés de la technique antérieure, en particulier dans les conditions d'humidité défavorables. Par exemple, lorsqu'il est trempé dans l'eau, ce
carton ondulé présente une solidité structurale nettement plus grande que celle d'un autre carton ondulé
trempé, utilisant les mêmes types et les mêmes quantités de papier, d'adhésif et de cire, mais dans lequel la concentration en cire dans les diverses couches n'est pas différente de celle à l'état d'équilibre.