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CA 02379081 2002-01-10
WO 01/86066 PCT/FR01/01433
PRODUIT EN PAPIER ABSORBANT
A STRUCTURE DISSYMETRIQUE
La présente invention concerne les produits en papier absorbant et plus
particulièrement en ouate de cellulose, à usage sanitaire ou domestique et
vise une
feuille, constituée d'au moins deux plis dont l'un est gaufré, destinée à la
réalisation
de papier toilette essentiellement, mais aussi de mouchoirs, serviettes ou
essuie-tout.
Dans l'industrie du papier sanitaire ou domestique, on utilise, pour la
réalisation de ces produits, un papier absorbant généralement crêpé de faible
grammage, désigné : ouate de cellulose ou tissu ouaté. On profite de la
capacité
d'allongement de la structure conférée par exemple par le crêpage pour gaufrer
la
feuille, c'est-à-dire la déformer par endroits de façon permanente et obtenir
des
protubérances sur une face correspondant à des zones en creux sur l'autre
face.
En effet, la tendance de ces dernières années, en ce qui concerne les produits
d'hygiène a été de les rendre plus doux, plus moelleux en travaillant leurs
caractéristiques d'épaisseur et de résistances, notamment par le gaufrage. Ce
dernier
permet en outre d'améliorer l'attrait visuel du produit. L'opération de
gaufrage
s'effectue soit sur du papier à fort taux d'humidité, c'est-à-dire en partie
humide de la
machine à papier, soit sur du papier à faible taux d'humidité, c'est-à-dire en
transformation. La présente invention concerne le papier transformé en partie
sèche.
Les motifs de gaufrage les plus répandus sont constitués d'une répétition sur
une base géométrique de protubérances élémentaires de faible surface ou sommet
transversale, c'est à dire de faible surface au sommet, et de forme
géométrique
simple. Un exemple est décrit dans le brevet US 3 414 459 qui porte sur une
feuille à
deux ou trois plis, c'est à dire constituée d'une pluralité de feuilles
élémentaires,
appelées plis, liées ou collées ensemble. Les plis sont gaufrés avec une
fréquence de
répartition des protubérances et une hauteur des protubérances adaptées à la
réalisation de produits absorbant l'eau tels que des essuie-tout, le nombre de
protubérances allant de 5 à 30 au cmz. Par ailleurs, la Demanderesse a
développé,
pour du papier toilette notamment, des motifs dont le nombre d'éléments est
supérieur, allant de 30 à 80 au cm2. Dans ce cas, en raison de leur nombre,
ces
éléments forment des protubérances de hauteur plus faible et ont
nécessairement une
surface élémentaire au sommet également très faible, inférieure à 1 mm 2. On
obtient
pour ces dern.ières réalisations un aspect qui imite celui d'un produit tissé.
On a décrit
un exemple dans le' brevet EP 426 548. Ce type de gaufrage affecte
principalement
les caractéristiques liées à l'épaisseur de la feuille, d'une part, et à sa
rigidité et sa
résistance, d'autre part. Ces motifs permettent de réaliser un bon compromis
entre les
améliorations souhaitées des caractéristiques lorsque l'on transforme le
produit semi-
fini en produit fini, et les conditions de marche industrielle ; ils
permettent,
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notamment, l'application d'une intensité de gaufrage suffisante. Ils
présentent
toutefois un attrait visuel limité.
D'autres produits en papier absorbant sont constitués de deux plis ou plus
mais
obtenus suivant une technique d'association différente. On gaufre d'une part
un pli
simple ou double et d'autre part un deuxième pli, également simple ou double
au
moyen de deux dispositifs distincts de gaufrage. Le premier pli ainsi que le
deuxième
pli sont gaufrés selon des motifs en relief constitués de protubérances. La
densité de
motifs reste nécessairement faible : inférieure à 20 protubérances/cm' pour ce
type de
produit. En effet les deux plis sont associés au moyen d'un cylindre marieur
de
manière que les surfaces distales des protubérances des deux plis superposés
soient
disposées en face des surfaces situées entre deux protubérances dans le plan
du
deuxième pli. Cette technique est encore appelée procédé nested . Avec une
structure de ce type on cherche à obtenir des produits épais ayant une bonne
main.
Cependant, surtout pour l'application au papier toilette, la douceur n'est pas
optimale
en raison du gaufrage relativement grossier. En outre, il est nécessaire de
gaufrer
fortement pour obtenir l'épaisseur importante souhaitée.
Dans l'un et l'autre mode de réalisation d'une feuille double, on gaufre les
deux plis. Si le gaufrage apporte de l'épaisseur à chacun des plis il entraîne
cependant
une réduction sensible de sa résistance à la rupture. En effet, le travail
mécanique sur
la feuille s'accompagne d'un relâchement des liaisons interfibres dans les
zones
gaufrées.
L'invention a ainsi pour premier objectif la réalisation d'une feuille double
dont la résistance à la rupture est améliorée par rapport à une feuille double
gaufrée
de même épaisseur.
Inversement, en augmentant la pression de gaufrage on accroît l'épaisseur de
la feuille et/ou la qualité du marquage du motif de gaufrage mais on est
limité par la
nécessité de ne pas induire une perte en résistance à la rupture trop
importante.
L'invention a pour second objectif la réalisation d'une feuille double dont
l'épaisseur et/ou la visibilité du motif de gaufrage est améliorée par rapport
à une
feuille double gaufrée de l'art antérieur tout en présentant une bonne
résistance à la
rupture.
Conformément à l'invention, une feuille satisfaisant à l'un ou l'autre des
deux
objectifs visés ci-dessus, constituée d'un pli d'ouate de cellulose crêpée de
grammage
10 à 40 g/mz et gaufré avec des motifs en relief, consistant au moins en
partie de
protubérances discrètes orientées vers l'intérieur de la feuille, et d'au
moins un pli
non gaufré, est caractérisée en ce que le pli gaufré présente sur au moins une
portion
de surface au moins 30 protubérances par cmz dont la surface au sommet est
inférieure à 1 mmz, de préférence inférieure à 0,7 mmz, les deux plis étant de
grammages différents et/ou de compositions fibreuses différentes.
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En particulier, les grammages des plis diffèrent de plus de 5% . De préférence
ils diffèrent de 5 à 30 %.
La Demanderesse a constaté, avec surprise, qu'une double feuille ainsi
caractérisée présentait la même épaisseur qu'une double feuille réalisée avec
deux
plis gaufrés de la même manière que le pli gaufré de l'invention et assemblés
en
position pointes/ pointes.
Par ailleurs, la Demanderesse a constaté, tous paramètres étant égaux par
ailleurs, que l'on pouvait réduire dans une certaine mesure le grammage du pli
gaufré
tout en maintenant la résistance de la feuille à la déchirure. Il s'agit de la
résistance
1o mesurée dans le sens travers de la feuille. Cette combinaison permet ainsi
une
économie de matière sans sacrifier à la tenue du produit ou bien à son
épaisseurï Par
exemple, on a trouvé qu'une feuille constituée d'un pli gaufré de 21 g/ma et
d'un pli
non gaufré de 23g/m2 présentait la même résistance sens travers qu'une feuille
constituée des deux plis de 23 g/m2 dont l'un avait été gaufré dans les mêmes
conditions, c'est-à-dire avec la même valeur d'empreinte, que le pli de 21
g/ma
précédent.
Il est possible de réaliser d'autres combinaisons dans le cadre de
l'invention.
Ainsi, on peut conserver le même grammage d'ensemble et la même épaisseur
mais vouloir une feuille plus résistante. Dans ce but, selon un mode de
réalisation
conforme à l'invention, on choisit un pli non gaufré dont la résistance à la
déchirure
est la même que celle du pli gaufré mais dont le grammage est légèrement plus
lourd. On compense l'augmentation de poids par l'emploi d'un pli gaufré plus
léger
que l'on gaufre de façon à obtenir la même épaisseur que la feuille
précédente. La
perte en résistance de l'ensemble résultant du gaufrage du pli plus léger est
plus faible
grâce. à l'emploi d'un pli non gaufré plus lourd ; le grammage total restant
quant lui
inchangé.
Selon un autre mode de réalisation, le pli gaufré présente une résistance à la
déchirure supérieure. Il s'agit par exemple d'un papier dont la composition
fibreuse
comporte plus de fibres longues. On constate en effet que les pertes de
résistance sont
moins élevées si le pli le plus résistant est le pli gaufré.
Selon un autre mode de réalisation, le pli gaufré est de grammage plus lourd
que le pli non gaufré. Par rapport à un produit dont les deux plis sont
identiques et de
même grammage total, les caractéristiques physiques sont égales. On constate
cependant que l'on obtient une amélioration de la visibilité du motif de
gaufrage et de
la qualité du marquage.
On comprend que l'on peut aussi, en appliquant le même enseignement,
obtenir une feuille plus épaisse en gaufrant plus profondément le pli gaufré
tout en
renforçant légèrement le grammage du pli non gaufré.
Les propriétés en relation avec l'épaisseur et la résistance n'ont été
observées
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que pour des densités du motif au moins égales à 30 picots par cm2 sur des
portions
de surface couvrant au moins 30 % de la surface totale.
La surface au sommet des protubérances est d'autant plus faible que le
nombre de ces dernières est localement élevé. Elle est de préférence
inférieure à 0,7
mmz pour 30 protubérances par cm2 et de préférence inférieure ou égale à 0,4
mmz
pour 50 protubérances par cm2.
Par épaisseur, dans le présent domaine technique, on entend l'épaisseur
mesurée sur un empilement d'un certain nombre de feuilles (12 plis par
exemple) sur
lequel on applique une légère pression ( 2 kPa par exemple). Il s'ensuit que
l'épaisseur
prend en compte une certaine résistance à l'écrasement de la structure. Ainsi
sans
vouloir être lié par une explication, la conservation de l'épaisseur de la
structure de
l'invention résulte de la meilleure résistance à l'écrasement d'un pli qui a
été gaufré
avec un motif à densité élevée.
Conformément à une autre caractéristique le produit selon l'invention présente
sur au moins 50% de la surface totale au moins 30 protubérances par cm2.
Conformément à une autre caractéristique le nombre de protubérances est au
moins de 50 par cm2.
Conformément à une autre caractéristique le produit présente un second motif
de gaufrage entre lesdites portions de surface. Avantageusement ce motif peut
être de
type linéaire, c'est à dire constitué de protubérances dont la surface au
sommet est de
forme linéaire et dessine, par exemple, le contour d'une fleur. Plus
particulièrement,
le premier et le second motif peuvent être à des niveaux différents. Autrement
dit
leurs sommets respectifs peuvent être à des hauteurs différentes par rapport
au plan
du pli.
L'invention est décrite avec plus de détails dans la présentation qui suit
d'un
mode de réalisation avec les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une coupe agrandie de la structure
réalisée conformément à l'invention ;
- la figure 2 représente une installation permettant de réaliser l'invention.
En référence à la figure 1, le produit 1 comprend deux plis, un pli gaufré 2,
et
un pli non gaufré ou lisse 4. Le pli gaufré comprend des protubérances 11
réparties
suivant un pas déterminé sur au moins une portion de surface. Quand on
considère la
structure du produit, les protubérances du pli gaufré sont orientées vers
l'intérieur de
la feuille. Les deux plis sont de préférence liés entre eux. En particulier,
ils peuvent
être liés entre eux au niveau des surfaces distales des protubérances du pli
gaufré.
Avantageusement les deux plis sont liés par collage.
Le produit selon l'invention a un grammage d'environ 20 à 80 g/m2. Chacun
des plis est en ouate de cellulose. L'ouate de cellulose est un papier
absorbant de
faible grammage compris entre 10 et 40 g/m2. Lorsqu'elle est fabriquée selon
la
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technique conventionnelle par pressage humide (désignée dans le domaine par
les
termes CWP - conventional wet pressed) la feuille est pressée contre un
cylindre
sécheur alors qu'elle est encore humide. La feuille est séchée sur le cylindre
et elle en
est détachée au moyen d'une lame appelée racle de crêpage. Les ondulations ou
5 lignes de crêpage sont formées à ce stade de la fabrication.
Sur des portions de surface représentant ensemble au moins 30 % de la
surface totale, le pli gaufré a une densité de motifs supérieure à 30
protubérances/cm2
et inférieure à 300, de préférence une densité inférieure à 90
protubérances/cma. Il
peut encore présenter en plus un ou plusieurs types de motifs différents avec
eux-
mêmes des densités de motif différentes. Les protubérances peuvent alors avoir
des
hauteurs différentes, et le pli présenter des motifs de niveaux différents.
Les
demandes de brevet européen N 0 426 548 et N 0 797 705 illustrent des
produits
gaufrés selon ces principes mais comportant deux plis gaufrés.
Dans le produit selon l'invention, selon une première caractéristique le
deuxième pli n'est pas gaufré.
La composition fibreuse et/ou chimique des plis peut être identique ou diffé-
rente. En particulier selon un mode de réalisation de l'invention le pli
gaufré a une
composition fibreuse essentiellement à base de fibres longues telles que des
fibres de
résineux, et le pli non gaufré, une composition fibreuse essentiellement à
base de
fibres courtes. Cette combinaison permet d'obtenir un produit plus résistant
sans
sacrifier à la douceur apportée par les fibres courtes. Selon un autre mode de
réalisation l'un des plis comprend un additif résistant humide temporaire ou
éventuellement permanent. Si cet additif est déjà présent dans une certaine
quantité
dans le pli gaufré, le pli non gaufré pourra en contenir une quantité plus
importante
ou inversement. Un exemple d'additif résistant humide est un composé du type
polyamine épichlorhydrine, commercialisé sous le nom KYMENE SLX par la société
HERCULES. Selon un autre mode de réalisation l'un des plis, de préférence le
pli
gaufré, comprend un adoucissant ou déliant. La feuille ainsi constituée
présente une
très bonne résistance humide et donc une bonne solidité du fait en particulier
de la
composition du pli non gaufré. Elle offre par ailleurs une douceur de surface
par le
choix de la composition fibreuse et chimique du pli gaufré.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention le pli gaufré 2 est plus
léger que le pli non gaufré. De préférence, les plis présentent un écart de
grammage
d'au moins 5 %. On a représenté la feuille avec les deux plis 2 et 4
superposés. Ils
sont disposés de telle sorte que les protubérances sont à l'intérieur de la
feuille. On
peut lier les deux plis l'un à l'autre de toute manière connue de l'homme du
métier,
telle que, par exemple, mécaniquement par moletage, c'est-à-dire en faisant
passer la
feuille entre une molette et un contre-cylindre lisse.
De préférence cependant, on lie les deux plis l'un à l'autre au moyen d'une
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substance adhésive interposée entre les sommets des protubérances des plis
représentés qui viennent en contact. La substance adhésive est alors de
préférence
déposée sur les sommets les plus élevés des éléments du motif, et peut être
avantageusement colorée afin d'en faire ressortir les détails. Ainsi lorsque
le pli
gaufré présente des protubérances dont les sommets sont à des niveaux
différents, on
réalise un produit partiellement associé sur une faible surface. On obtient un
produit
particulièrement souple lorsque la dite surface d'association est inférieure à
5 %.
On a représenté, sur la figure 2, une machine permettant de fabriquer une
telle
structure de feuille. Elle est constituée essentiellement d'éléments faisant
partie de
l'état de la technique. Un premier cylindre de gaufrage 10 a été gravé selon
un motif
avec des picots de forme adaptée aux protubérances souhaitées. Le procédé
consiste à
gaufrer un pli d'ouate de cellulose 20, déroulé à partir d'une bobine non
représentée,
entre le cylindre de gaufrage 10 et un cylindre en caoutchouc 12 puis à venir
assembler au moyen d'un cylindre marieur 14 un pli d'ouate de cellulose non
gaufré
40, déroulé également à partir d'une bobine non représentée, sur le premier 20
alors
qu'il est toujours en contact avec le cylindre de gaufrage. Auparavant on a
appliqué le
cas échéant de la substance adhésive, de préférence à base aqueuse, sur les
sommets
du pli gaufré, au moyen d'un cylindre d'encollage 16.
Les produits selon l'invention présentent des caractéristiques très
avantageuses
par rapport aux produits constitués de deux plis existants sur le marché.
Ceci est illustré par les exemples suivants où l'on a réalisé, à partir de
feuilles
d'ouate de cellulose de qualité papier hygiénique et de grammages différents,
des
produits selon l'invention, c'est à dire avec un seul pli gaufré et présentant
des
grammages différents, et des produits avec un seul pli gaufré mais réalisés à
partir de
feuilles de même grammage. Dans les trois premiers exemples la composition
fibreuse des différents plis était la même, c'est à dire : 50 % de fibres
courtes telles
que des fibres d'eucalyptus et 50% de fibres longues. Dans ces trois exemples,
le
motif de gaufrage est celui qui est actuellement commercialisé sous la marque
LOTUS. Il comprend un premier motif constitué d'éléments relativement larges,
de
fleurs par exemple, et espacés les uns des autres, et un second motif couvrant
la
surface entre les éléments du premier motif et constitué de 80 protubérances
par cm2.
La surface au sommet de ces dernières est inférieure à 0,4 mm2.
Dans l'exemple A, on a comparé un produit combiné, réalisé avec des plis de
papier tissue de grammages différents (A1, A2), à un produit combiné réalisé
avec
des plis de papier tissue présentant le même grammage (A2). Les plis étaient
respectivement de 21 g/m2 pour Al et de 23 g/m2 pour A2 avant transformation.
On a
choisi les papiers de façon que leurs résistances mesurées sens travers
présentent
sensiblement la même valeur (102 - 104 N/m). On a vérifié si la transformation
du pli
de plus faible grammage n'affectait pas la résistance de l'ensemble. On
observe que
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pour une même empreinte de gaufrage (28 mm), on obtient des caractéristiques
physiques similaires sur les produits : ils ont la même épaisseur (0,37-0,38
mm) et la
valeur de leur résistance sens travers a baissé dans les mêmes proportions (86
- 88
N/m). Ainsi dans un produit conforme à l'invention, on a une réduction de 8,5
% du
grammage pour des propriétés physiques similaires du produit fini.
Dans l'exemple B, on a comparé un produit combiné, réalisé avec des plis de
papier tissue de même grammage ( deux plis B 1 de 21 g/mZ avant
transformation), à
un produit combiné réalisé avec des plis de papier tissue présentant des
grammages
différents ( un pli B2 de 18 g/m2 et un pli B3 de 23 g/m2 avant
transformation) mais
dont le grammage total était sensiblement le même. Les qualités de papier ont
été
choisies de façon que les résistances mesurées sens travers soient de même
valeur
(100 - 102 N/m). On observe qu'en gaufrant l'un des plis dans le premier cas,
et le pli
de plus faible grammage dans le second cas, on obtient des produits de même
épaisseur (0,37-0,38 mm) mais de résistance nettement supérieure (94 - 77 N/m)
pour le produit à grammages différents. Ainsi avec un grammage total identique
sur
deux plis, on améliore significativement la résistance du produit fini à
l'aide d'une
combinaison de grammages différents.
Dans l'exemple C, on a utilisé un pli C1 de 21 g/m2 et un pli C2 de 23 g/m2.
Par opposition à l'exemple A, on a examiné l'effet d'une augmentation de
l'empreinte
de gaufrage du pli gaufré. On a ainsi augmenté l'empreinte de gaufrage du pli
gaufré
tout en cherchant à conserver la même valeur de la résistance sens travers du
produit
fini. Celle-ci a été obtenue par le choix d'un grammage plus élevé pour le pli
non
gaufré. On a pu ainsi augmenter l'épaisseur de 20% ( 0,34 - 0,42 mm).
Dans l'exemple D, un premier pli Dl, 18 g/m2, présente une composition
fibreuse à base de fibres longues, telles que de bois de résineux, et de
fibres courtes,
telles que de bois d'eucalyptus. Ses résistances sens travers ST et sens
marche SM
sont respectivement de 81 N/m et 150 N/m. Pour le deuxième pli D2, 18 g/mz, on
a
choisi sa composition fibreuse de façon qu'il présente des caractéristiques
mécaniques
plus faibles : pour ST une valeur de 50 N/m et pour SM une valeur de 97 N/m.
On
constate qu'en gaufrant D 1, on obtient une structure D 1/D2 plus résistante
qu'en
gaufrant D2, à autres caractéristiques égales.
Dans l'exemple E, on a réalisé deux structures constituées de deux plis
présentant des grammages différents et une structure de même grammage total
mais
dont les deux plis sont identiques.
Les grammages sont respectivement pour El, 21 g/ma, pour E2, 23 g/m2 et
pour E3, 18 g/mz. On a constaté que l'on pouvait obtenir un produit ayant les
mêmes
résistances sens travers que le produit, constitué'de deux plis de même
grammages
avec un même poids total mais dont la visibilité est supérieure avec un pli
plus lourd.
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Ces résultats sont rassemblés dans le tableau suivant.
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Plis de papier tissue et structures /gmZ Epaisseur Résistance Résistance
Empreinte
mm SM ST gaufrage
N/m N/m mm
Al 21 120 50
A2 23 148 52
A Al + A2 lisses 2 43,4 0,27 268 102 0
Al gaufré + A2 lisse, 42,6 0,37 223 86 28
A2 + A2 lisses 1. 46 0,29 296 104
A2 gaufré + A2 lisse. 45,2 0,38 255 88 28
B B1 21 115 50
B2 18
B3 23
B1+B1 lisses,. 40,8 0,24 230 100 0
B1 Iisse+B1 gaufré. 41,1 0,35 214 77 28
B2 + B3 lisses . 40,9 0,25 245 102 0
B2 gaufré + B3 lisse,. 41,1 0,34 226 94 28
C C1 21 115 50
C2 23 153 52
C1+C1 lisses, . 40,8 0,24 230 100 0
C1 gaufré + Cl lisse, . 41,1 0,34 214 77 28
C1+C21isses, 2. 43,4 0,27 268 102 0
C1 gaufré + C2 lisse. 42,4 0,42 205 74 34
D D1 18 150 81
D2 18 97 50
Dl + D2 lisses 35,6 0,2 247 131
D 1 lisse + D2 gaufré 35,7 0,31 216 100
Dl gaufré + D2 lisse 35,5 0,31 239 107
E E1 21 115 50
E2 23
E3 18
E1+E1 lisses 40,8 0,24 230 100
E1 gaufré + El lisse 41,1 0,35 214 77 28
E2 + E3 lisses 40,9 0,25 245 102
E2 gaufré + E3 lisse 40,3 0,33 232 76 28
E2 lisse + E3 gaufré 41,1 0,34 226 94 28
