FR3125251A1 - Procédé de fabrication d’un vitrage feuilleté éclairant transparent à l’état éteint - Google Patents

Procédé de fabrication d’un vitrage feuilleté éclairant transparent à l’état éteint Download PDF

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FR3125251A1
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light
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Florian Flamary Mespoulie
Leila Dumotier
Sophie Marie BARAT
François COMPOINT
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un vitrage feuilleté comprenant au moins deux feuilles de verre collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, caractérisé en ce qu’il comprend, préalablement à l’assemblage du vitrage feuilleté, une impression digitale d’une face destinée à être à l’intérieur de la structure feuilletée, d’au moins une des deux feuilles de verre après leur éventuel formage / bombage, et/ou d’une face au moins de la couche adhésive intercalaire, au moyen d’une encre organique homogène de viscosité comprise entre 1 et 50 mPa.s comprenant 50 à 99 % en masse de résine durcissable sous rayonnement ultraviolet, et 0,05 à 20 % en masse de particules diffusantes, puis le durcissement de l’encre organique sous illumination par un rayonnement ultraviolet ; utilisation d’un vitrage feuilleté obtenu par ce procédé, comme vitrage de véhicule terrestre, aquatique ou aérien, ou comme vitrage de bâtiment. Pas de figure

Description

Procédé de fabrication d’un vitrage feuilleté éclairant transparent à l’état éteint
Cette invention a trait aux vitrages éclairants selon différents procédés d’émission de lumière connus, selon des motifs de toutes complexités, selon des couleurs différentes, entre autre. Une demande pour ce type de vitrages existe notamment dans le domaine automobile, par exemple pour les toits en verre.
On pourrait envisager d’imprimer sur le verre avant le bombage un émail (minéral) diffusant la lumière, ou d’imprimer une encre diffusante sur la couche adhésive intercalaire avant l’assemblage du vitrage feuilleté. Les motifs imprimés ainsi obtenus sont alors illuminés en actionnant un éclairage de bord du vitrage, pouvant consister en une barre à diode électroluminescente DEL (en anglais light-emitting diode – LED -) disposée sur les bords du vitrage, ou une DEL circulaire disposée dans un trou ménagé au sein du vitrage éclairant.
L’un des inconvénients de ces technologies est que les motifs diffusants imprimés sont visibles par les passagers de l’automobile, que l’éclairage du vitrage soit actionné ou pas. En effet, les matériaux imprimés peuvent être colorés ou translucides par exemple. Ainsi, même sans éclairage de bord (état éteint ou absence de celui-ci), les motifs imprimés sont visibles de l’intérieur du véhicule et peuvent gêner la visibilité à travers le vitrage. Cet effet peut être diminué en imprimant des motifs très fins mais cela limite beaucoup la flexibilité de ces motifs. L’invention vise à résoudre ce problème en proposant un procédé pour obtenir une solution d’extraction de lumière qui soit transparente à l’état éteint.
Selon une première voie, il peut être envisagé d’imprimer un matériau minéral. Des pâtes transparentes minérales requérant un traitement thermique entre 550 et 800 °C, déposées avant le formage du verre, ne sont pas compatibles avec les techniques de bombage, car elles présentent un comportement collant pendant la mise en œuvre. Elles ne peuvent pas résister au contact avec l’outillage ou le contre-verre appairé (différentes feuilles de verre d’un vitrage feuilleté sont fréquemment bombées, de manière connue, par affaissement par gravité, en contact intime les unes avec les autres). Les techniques pour rendre ces pâtes non collantes leur font perdre la transparence.
Le positionnement de ces matériaux minéraux sur la face d’une feuille de verre destinée à constituer la face principale intérieure du vitrage feuilleté, ne requérant pas l’absence de caractère collant des matériaux, n’est pas acceptable car les émaux transparents ont une faible résistance au vieillissement, et ce positionnement n’est pas apprécié des consommateurs. (La face principale intérieure du vitrage feuilleté est relative au volume délimité par le vitrage feuilleté, notamment habitacle de véhicule automobile).
Selon une seconde voie, l’impression d’encre organique semble la solution la plus prometteuse pour fabriquer un revêtement extracteur de lumière qui soit transparent. Cette encre est imprimée sur la couche adhésive intercalaire car en raison de sa nature organique, elle ne résiste pas à la température de formage du verre, supérieure à 500 °C. Les encres courantes à base de polyvinylbutyral (PVB) dans un solvant requièrent une opération de séchage longue lorsqu’elles sont imprimées sur le PVB, car ce substrat en matériau polymère est incompatible avec un séchage par infrarouge (IR).
L’invention a pour but la mise à disposition d’un procédé de réalisation de tels motifs invisibles lorsque l’éclairage est à l’état éteint, ne présentant pas les inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un vitrage feuilleté comprenant au moins deux feuilles de verre collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, caractérisé en ce qu’il comprend, préalablement à l’assemblage du vitrage feuilleté, une impression digitale d’une face destinée à être à l’intérieur de la structure feuilletée, d’au moins une des deux feuilles de verre après leur éventuel formage / bombage, et/ou d’une face au moins de la couche adhésive intercalaire, au moyen d’une encre organique homogène de viscosité comprise entre 1 et 50 mPa.s comprenant 50 à 99 % en masse de résine durcissable sous rayonnement ultraviolet, et 0,05 à 20 % en masse de particules diffusantes, puis le durcissement de l’encre organique sous illumination par un rayonnement ultraviolet.
Conformément à l’invention, une encre durcissable (ou réticulable) sous UV diffusant la lumière et transparente est déposée par un procédé d’impression digitale. Une technique d’impression digitale (impression directe sur le substrat) permet d’imprimer l’encre sans aucun contact avec le substrat à imprimer. Sont imprimées la couche adhésive intercalaire et/ou une face interne à la structure feuilletée d’une feuille de verre bombée (après le procédé de formage).
Une résine durcissable sous rayonnement UV est une composition de monomères et/ou oligomères non réticulés, dans un état intermédiaire de réaction / polymérisation, et éventuellement d’un ou plusieurs initiateurs de durcissement sous UV.
Le séchage de l’encre est rapide (durcissement sous UV), compatible avec les temps de cycle requis sur les lignes de fabrication de vitrage feuilleté automobile. Ce séchage n’est plus le goulot d’étranglement de l’assemblage du vitrage feuilleté. L’adhésion au verre est bonne. Aucun primaire d’adhésion n’est nécessaire.
De préférence, la couche adhésive intercalaire est en polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU), copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA), ionomère. Un exemple de résine monomère est commercialisé par la Société Kuraray sous la marque enregistrée SentryGlas®.
De préférence, l’encre contient 0,01 à 20 % en masse d’un ou plusieurs agents de modification de sa rhéologie.
De préférence, l’encre contient 0,1 à 20 % en masse de matériau polymère thermoplastique à 1 à 20 % en masse dans un ou plusieurs solvants organiques. Le matériau thermoplastique peut être choisi parmi les polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU), copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA), ionomère, seul ou en mélange ou copolymère de plusieurs d’entre eux. Le matériau polymère thermoplastique peut contenir 5 à 45 % en masse de plastifiant. Comme plastifiant, on peut citer un ester de benzoate, un phtalate et/ou son dérivé, un adipate et/ou son dérivé, un ester d’acide gras, un trioctyltrimellitate, une triacetine, un glycérol, un propylèneglycol, un sorbitol ou un triméthylpentanedioldiisobutyrate, seul ou en mélange de plusieurs d’entre eux.
De préférence, les particules diffusantes ont une granulométrie définie par D90 inférieur à 2 µm, de préférence compris entre 100 et 700 nm, notamment autour de 400 nm.
De préférence, les particules diffusantes sont choisies parmi des particules de TiO2, SiO2, CaCO3, ZnO, Al2O3, ZrO2non luminescentes.
Dans une réalisation particulière intéressante, l’encre organique comprend au plus 5 % en masse de particules luminescentes, choisies parmi des luminophores, des particules fluorescentes à décroissance rapide ou des molécules enrobant des particules non luminescentes. Les particules luminescentes sont dispersées dans la matrice polymère. La durabilité de ces particules luminescentes au rayonnement lumineux doit être élevée pour ne pas conduire à une décroissance accélérée des propriétés initiales. Un exemple en est constitué du produit commercialisé par la Société BASF sous la marque enregistrée TINOPAL® OB CO.
De préférence, la résine durcissable sous rayonnement ultraviolet est choisie parmi un produit de réaction entre un thiol et un alcène (appelé thiol-ene), un acrylate tel qu’epoxy-acrylate, polyester-acrylate, urethane-acrylate, silicone-acrylate seul ou en mélange de plusieurs d’entre eux.
De préférence, préalablement à l’assemblage du vitrage feuilleté, la couche adhésive intercalaire a une rugosité Rz comprise entre 5 et 25, de préférence 10 et 15 µm.
Selon un premier mode de réalisation, l’encre est directement imprimée sur la couche adhésive intercalaire par impression à jet d’encre à une ou plusieurs passes.
Selon un deuxième mode de réalisation, l’encre est directement imprimée sur une feuille de verre bombée par impression à jet d’encre à une ou plusieurs passes. Dans ce cas, trois variantes sont possibles. Conformément à la première, les têtes d’impression sont montées sur un robot multi-axe et la feuille de verre est fixe. Dans la deuxième, au contraire, la feuille de verre bombée est maintenue par un robot multi-axe sous les têtes d’impression immobiles. Dans la troisième, il y a à la fois un déplacement du substrat et un déplacement des têtes d’impression s’adaptant à la forme du vitrage. L’impression jet d’encre est réalisable sur un substrat en trois dimensions.
La mise en œuvre du premier mode de réalisation (impression sur la couche adhésive intercalaire) et celle du second (impression sur une feuille de verre bombée) ne s’excluent pas mutuellement, au contraire elles peuvent être réalisées toutes deux sur un vitrage feuilleté.
De préférence, le vitrage feuilleté comprend une source de lumière, telle que diode électroluminescente DEL (en anglais light-emitting diode – LED -), l’une desdites deux feuilles de verre ou ladite couche adhésive intercalaire constitue un guide de lumière couplé optiquement à la source de lumière d’une part, au produit de ladite impression digitale qui est apte à extraire la lumière ainsi guidée d’autre part. La ou les LEDs peu(ven)t être dans ou au voisinage d’un trou (traversant) de la feuille de verre intérieure pour un couplage optique par la paroi délimitant le trou, ou bien en regard de la tranche de la feuille de verre intérieure.
Lorsque l’encre organique du procédé de l’invention comprend des particules luminescentes, le vitrage feuilleté comprend de préférence une source de lumière, telle que diode électroluminescente DEL (en anglais light-emitting diode – LED -), émettant une lumière de longueur d’onde à laquelle les particules luminescentes sont excitées et ré-émettent un rayonnement lumineux dans le domaine visible. Cette ou ces LEDs peu(ven)t être positionnée(s) comme déjà indiqué précédemment. Cette longueur d’onde d’excitation est par exemple dans l’UV en particulier UVA, et même 365 à 400 ou 390 nm. On pourrait envisager des LEDs émettant à la fois à cette longueur d’onde d’excitation et dans le visible.
Dans une réalisation avantageuse, le vitrage feuilleté est à basse transmission d’énergie solaire (en anglais Total Solar Transmittance) dans les domaines visible et infra-rouge. En d’autres termes, la quantité d’énergie solaire transmise par le vitrage feuilleté est faible. A cette fin, dans le cas d’un vitrage feuilleté à deux feuilles de verre dont les faces sont numérotées de 1 à 4 à partir de l’extérieur en position de montage, la face 2 est munie d’un empilement de couches minces de contrôle solaire (réfléchissant le rayonnement solaire), tel que multicouche argent, et/ou la face 4 d’un revêtement bas-émissif notamment à base d’oxyde d’indium dopé à l’étain (en anglais Indium Tin Oxide – ITO -), par exemple. Un revêtement bas-émissif réfléchit le rayonnement infra-rouge à l’intérieur d’un bâtiment ou d’un habitacle, de manière à en garder la chaleur lorsque la température extérieure est basse.
De préférence, le vitrage feuilleté comprend un film fonctionnel à base de cristaux liquides encapsulés, ou dispersés dans une matrice polymère (en anglais Polymer Dispersed Liquid Crystals – PDLC -), de particules électrophorétiques dispersées dans un milieu, de particules dispersées dans un fluide électrophorétique, ou un film de dispositif de particules en suspension (en anglais Suspended Particle Device – SPD -), ou un système électrochrome.
De préférence, celle desdites deux feuilles de verre destinée à être plus à l’extérieur du volume délimité par le vitrage feuilleté est teintée, tandis que l’autre desdites deux feuilles de verre, la feuille intérieure, est claire ou extra-claire (en particulier lorsque celle-ci constitue le guide de lumière).
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un vitrage feuilleté obtenu par un procédé de fabrication décrit ci-dessus, comme vitrage de véhicule terrestre, aquatique ou aérien, ou comme vitrage de bâtiment, en particulier comme vitrage automobile, tout particulièrement comme toit automobile.
L’invention est maintenant illustrée à l’aide des exemples suivants.
Contre-exemple 1
On prépare une encre organique de viscosité comprise entre 1 et 50 mPa.s, en mélangeant
  • 80 % de 4-Phenoxyethyl Monomere acrylate (PEA), résine durcissable sous UV commercialisée par la Société Sartomer (Groupe Arkema) sous la référence commerciale SR 410, viscosité à 25 °C = 38 mPa.s,
  • 16 % de polyvinylbutyral (PVB) à 10 % dans un solvant ethanol / Di(propylene glycol) methyl ether 50 / 50, le PVB contenant 30 % de dimethylcyclohexyl phtalate (plastifiant), et
  • 4 % de 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropanone (photoinitiateur) commercialisé par la Société Sartomer sous la marque enregistrée Speedcure® 73.
Toutes les proportions sont en masse. On ne réussit pas à homogénéiser en solution le PVB.
Exemple 1
On réussit cette fois à préparer une encre organique homogène de viscosité comprise entre 1 et 50 mPa.s, en substituant à la résine durcissable sous UV du Contre-exemple 1, une proportion identique de résine durcissable sous UV commercialisée par la Société Sartomer (Groupe Arkema) sous la référence commerciale SR 238, viscosité à 25 °C = 7 mPa.s ; il s’agit de 1,6-Hexanediol Di Monomere acrylate (HDDA).
Cette encre est bien homogène en solution. On observe une bonne qualité du dépôt sur verre au tire film 50 µm, ainsi qu’une bonne réticulation aux UV en un passage de convoyeur.
A 99,8 % de cette encre, on mélange 0,2 % de TiO2en particules diffusantes dont la granulométrie répond aux relations 100 nm inférieur à D90 inférieur à 700 nm. On obtient une solution blanche homogène et stable sur plusieurs jours au repos. On obtient une bonne qualité du dépôt sur verre et sur PVB au tire film 50 µm, une bonne adhésion même sur PVB flexible, une bonne réticulation aux UV en un passage de convoyeur.
On effectue une évaluation optique de la transparence d’une feuille de verre revêtue de l’encre transparente réticulée, avec et sans particules de TiO2, en utilisant un Hazemeter modèle haze-gard plus 4725 de marque enregistrée BYK®. Celui-ci contrôle une transparence totale selon les méthodes des normes internationales ASTM D1003 – Méthode standard de test de voile et de transmission lumineuse des plastiques transparents.
Sont consignées dans le tableau ci-dessous les valeurs de
  • TL : transmission lumineuse (en anglais Transmittance),
  • H : flou / voile (en anglais Haze),
  • C : netteté / clarté (en anglais Clarity).
Echantillon TL H C
Encre sans TiO2 91,9 0,53 99,7
Encre avec TiO2 80,8 22,2 99,5
Avec TiO2, on obtient un substrat muni de motifs transparents ne dégradant la transmission lumineuse et le flou que dans une très faible proportion, et maintenant la clarté quasi inchangée, par rapport à l’absence de particules de TiO2. L’utilisation comme vitrage automobile, latéral, lunette arrière, toit en verre… est parfaitement réalisable dans le respect des normes optiques.
Les motifs formés avec les particules de TiO2sont aptes à extraire la lumière d’une barre de LED en bord de vitrage, par exemple, la feuille de verre ou la couche de PVB constituant à la fois le substrat et le guide de lumière couplant la barre de LED et les motifs. En employant des particules diffusantes de diverses natures, et/ou des sources lumineuses de diverses natures, voire des particules luminescentes de diverses natures, l’invention permet d’obtenir un vitrage apte à éclairer en plusieurs couleurs, simultanément, ou séquentiellement.
Contre-exemple 2
On mélange 10 % de PVB dans 90 % de résine durcissable sous UV HDDA utilisée à l’exemple 1. On ne réussit pas à bien homogénéiser en solution le PVB.

Claims (22)

  1. Procédé de fabrication d’un vitrage feuilleté comprenant au moins deux feuilles de verre collées l’une à l’autre par une couche adhésive intercalaire, caractérisé en ce qu’il comprend, préalablement à l’assemblage du vitrage feuilleté, une impression digitale d’une face destinée à être à l’intérieur de la structure feuilletée, d’au moins une des deux feuilles de verre après leur éventuel formage / bombage, et/ou d’une face au moins de la couche adhésive intercalaire, au moyen d’une encre organique homogène de viscosité comprise entre 1 et 50 mPa.s comprenant50 à 99 % en masse de résine durcissable sous rayonnement ultraviolet, et 0,05 à 20 % en masse de particules diffusantes, puis le durcissement de l’encre organique sous illumination par un rayonnement ultraviolet.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche adhésive intercalaire est en polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU), copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA), ionomère.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’encre contient 0,01 à 20 % en masse d’un ou plusieurs agents de modification de sa rhéologie.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’encre contient 0,1 à 20 % en masse de matériau polymère thermoplastique à 1 à 20 % en masse dans un ou plusieurs solvants organiques.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique peut être choisi parmi les polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU), copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA), ionomère, seul ou en mélange ou copolymère de plusieurs d’entre eux.
  6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau polymère thermoplastique contient 5 à 45 % en masse de plastifiant.
  7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules diffusantes ont une granulométrie définie par D90 inférieur à 2 µm, de préférence compris entre 100 et 700 nm, notamment autour de 400 nm.
  8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules diffusantes sont choisies parmi des particules de TiO2, SiO2, CaCO3, ZnO, Al2O3, ZrO2non luminescentes.
  9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’encre organique comprend au plus 5 % en masse de particules luminescentes choisies parmi des luminophores, des particules fluorescentes à décroissance rapide ou des molécules enrobant des particules non luminescentes.
  10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine durcissable sous rayonnement ultraviolet est choisie parmi un produit de réaction entre un thiol et un alcène (appelé thiol-ene), un acrylate tel qu’epoxy-acrylate, polyester-acrylate, urethane-acrylate, silicone-acrylate seul ou en mélange de plusieurs d’entre eux.
  11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que préalablement à l’assemblage du vitrage feuilleté, la couche adhésive intercalaire a une rugosité Rz comprise entre 5 et 25, de préférence 10 et 15 µm.
  12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’encre est directement imprimée sur la couche adhésive intercalaire par impression à jet d’encre à une ou plusieurs passes.
  13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’encre est directement imprimée sur une feuille de verre bombée par impression à jet d’encre à une ou plusieurs passes.
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les têtes d’impression sont montées sur un robot multi-axe et la feuille de verre est fixe.
  15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la feuille de verre bombée est maintenue par un robot multi-axe sous les têtes d’impression immobiles.
  16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’il y a à la fois un déplacement du substrat et un déplacement des têtes d’impression s’adaptant à la forme du vitrage.
  17. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté comprend une source de lumière, telle que diode électroluminescente DEL (en anglais light-emitting diode – LED -), l’une desdites deux feuilles de verre ou ladite couche adhésive intercalaire constitue un guide de lumière couplé optiquement à la source de lumière d’une part, au produit de ladite impression digitale qui est apte à extraire la lumière ainsi guidée d’autre part.
  18. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté comprend une source de lumière, telle que diode électroluminescente DEL (en anglais light-emitting diode – LED -), émettant une lumière de longueur d’onde à laquelle les particules luminescentes sont excitées et ré-émettent un rayonnement lumineux dans le domaine visible.
  19. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté est à basse transmission d’énergie solaire.
  20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté comprend un film fonctionnel à base de cristaux liquides encapsulés, ou dispersés dans une matrice polymère (en anglais Polymer Dispersed Liquid Crystals – PDLC -), de particules électrophorétiques dispersées dans un milieu, de particules dispersées dans un fluide électrophorétique, ou un film de dispositif de particules en suspension (en anglais Suspended Particle Device – SPD -), ou un système électrochrome.
  21. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que celle desdites deux feuilles de verre destinée à être plus à l’extérieur du volume délimité par le vitrage feuilleté est teintée, tandis que l’autre desdites deux feuilles de verre, la feuille intérieure, est claire ou extra-claire.
  22. Utilisation d’un vitrage feuilleté obtenu par un procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comme vitrage de véhicule terrestre, aquatique ou aérien, ou comme vitrage de bâtiment.
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