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CA 02468261 2004-05-25
WO 03/048455 PCT/FR02/04168
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FEUILLE AYANT UN TOUCHER RUGUEUX
La présente invention concerne une feuille ayant un toucher rugueux.
Elle concerne aussi le procédé de fabrication de la feuille et l'utilisation
de cette
feuille.
La Demanderesse s'est intéressée en particulier à fournir une feuille qui,
sans être
très rugueuse, ni abrasive, présente toutefois un certain aspect granuleux
uniquement sensible
au toucher, sa surface paraissant parfaitement lisse à l'oeil nu.
La recherche d'un certain toucher rugueux demeure à la connaissance de la
demanderesse un domaine inexploré de l'industrie du papier, des plastiques en
film mince, de
l'emballage ou de l'édition en général.
En effet, jusqu'à présent, les recherches effectuées dans ces domaines
s'appliquaient au contraire à conférer des caractéristiques de douceur ou de
velouté à la
feuille.
Ainsi, la Demanderesse a protégé une feuille ayant un toucher permettant de
rappeler une caractéristique spécifique du contenu d'un emballage, en
particulier pour
l'emballage de produits cosmétiques et, ce, dans lé brevet FR 2 791 368.
La Demanderesse vise à fournir une feuille à toucher rugueux mais agréable,
c'est-à-dire n'accrochant pas au doigt.
Les feuilles devront en outre pouvoir être imprimables, avoir des
caractéristiques
de blancheur, être manipulables par exemple.
La Demanderesse a recherché des particules répondant à ces buts.
La Demanderesse a mis en évidence deux grandes catégories de particules
- celles pour lesquelles le rôle abrasif prédomine, et
qui présentent un état de surface microscopique anguleux et une
répartition plutôt homogène à la surface de la feuille, telles
l'alumine ou le corindon.
- et celles pour lesquelles le rôle d'espaceur et de
résistance à l'abrasion est recherché, et qui présentent un état de
surface microscopique plus arrondi, une forme plus volumineuse,
telles l'amidon.
Dans sa recherche d'un toucher rugueux, la Demanderesse s'est attachée en
priorité à utiliser des particules issues de la dernière catégorie citée, de
façon à atténuer le plus
possible l'accroche aux doigts de la feuille ainsi recouverte.
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Elle a constaté que l'effet rugueux résulte en fait de plusieurs causes :
- la granulométrie des particules utilisées, c'est-à-dire leur répartition en
taille,
- la forme des particules utilisées,
- la quantité de particules déposées, et
- la répartition sur la feuille des particules utilisées.
Elle a constaté également que les résultats les plus intéressants s'obtiennent
en
enduisant une feuille, papier ou plastique, à l'aide d'une couche de
particules d'amidon non
gélatinisé, et de préférence d'amidon de fécule de pomme de terre.
Par observation au microscope électronique à balayage, il est facile de voir
que les
grains d'amidon de fécule de pomme de terre sont de forme quasi sphérique ou
ovale,
possèdent une répartition moyenne en taille de 28 micromètres et sont
constitués de grosses
particules, mais peu nombreuses.
La Demanderesse a pu également constater que le toucher rugueux ne
s'obtient pas avec tous les types d'amidon, notamment qu'une enduction de
grains d'amidon
de maïs ne donne pas la sensation rugueuse désirée.
L'explication tient au fait que les particules sont petites, leur diamètre
moyen se
situant en dessous de 15 micromètres, et leur granulométrie plutôt peu
différentiée.
Les grains d'amidon de maïs s'étalent donc en une couche régulière, épousant
le
relief de la feuille sur laquelle ils s'appliquent.
De ces différentes analyses, la Demanderesse a tiré un certain nombre
d'enseignements, permettant de restreindre le type de particules utilisables.
D'abord, les particules doivent être suffisamment grosses pour pouvoir
affleurer
de la couche de façon à être perçues par le manipulateur.
Ensuite, les particules doivent être peu anguleuses de façon à créer une
sensation
de toucher rugueux léger, voire agréable.
En particulier, les grains de silice ou de corindon comme ceux employés pour
fabriquer des abrasifs ne conviennent pas pour le toucher recherché, les
particules ayant une
géométrie fracturée trop agressive.
De préférence, les particules présenteront une géométrie relativement
sphérique et
volumineuse, ce qui exclut également les particules en plaquettes comme le
talc.
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Finalement, les particules doivent être non défornmables.
Ainsi, les matériaux comme le caoutchouc ou les nlicrobilles expansées ne
conviennent pas du fait de leur caractère compressible et élastique, conférant
un toucher
gommeux et non rugueux à la feuille enduite.
De ce point de vue, certains grains d'amidon semblent constituer une solution
privilégiée au regard de leur adéquation aux conditions susmentionnées, et du
fait de leur
coût, de leur disponibilité à l'état naturel et de leur recyclabilité.
En définitive, l'invention se rapporte à une feuille présentant sur au moins
une de
ses faces un toucher de surface rugueux, ladite feuille étant revêtue sur la
ou les faces d'une
couche comportant des particules microscopiques incompressibles, volumineuses
et
présentant une forme arrondie.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une feuille revêtue sur la ou
les
faces d'une couche d'enduction comportant des particules microscopiques
incompressibles,
volumineuses et présentant une forme arrondie, caractérisée en ce que ces
particules ont un
diamètre moyen supérieur à 25 micromètres et sont des grains d'amidon non
gélatinisé ou des
particules issues du broyage d'un plastique, ces particules définissant sur la
ou les faces de la
feuille des bosses et des creux dont la hauteur les séparant est d'au moins 25
micromètres, de
façon à ce que la feuille présente sur sa ou. ses faces un toucher de surface
rugueux.
En particulier, l'invention se caractérise par le fait que les particules ont
un
diamètre moyen en poids supérieur à 25 micromètres, et de préférence inférieur
à 200
micromètres.
En particulier, l'invention se caractérise par le fait que les particules ont
une
forme quasi sphérique.
De façon préférentielle, les particules sont des grains d'amidon non
gélatinisés,
notamment des grains d'amidon de fécule de pomme de terre.
Selon un cas particulier, les particules peuvent être aussi des rnicrobilles
de verre,
ou du plastique broyé, le plastique étant de préférence un polyamide, un
polyester, une
polyoléfine ou un PVC.
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De manière particulière, l'invention se caractérise par le fait que la
répartition des
particules en surface est comprise entre 20 et 250 particules par mm2. On peut
notamment
déterminer cette répartition par analyse topologique de la surface de la
feuille obtenue.
De préférence, le grammage (le la feuille obtenue sera compris entre 50 et 500
g/m2.
Selon un mode de réalisation, le poids de la couche sur chaque face enduite
est
compris entre 3 et 30 g/m2 en poids sec, de préférence entre 5 et 18 g/m2 en
poids sec.
En particulier, l'invention se caractérise par le fait que ladite couche
comporte
100 parts en poids sec des dites particules,
- de 5 à 300 parts en poids sec d'un liant, de préférence de 10 à 50
parts,
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- de 0 à 500 parts en poids sec de charges.
De manière particulière, le liant est choisi parmi les latex de styrène
butadiène, les
latex acryliques, les latex vinyliques, les amidons solubilisés, l'alcool
polyvinylique, les
protéines, notamment la caséine, la gélatine ou la protéine de soja, la
nitrocellulose, le
plastisol, les résines glycérophtaliques, les résines époxydiques, les
polyesters.
De manière particulière les charges sont choisies parmi le carbonate de
calcium, le
kaolin, le talc, le dioxyde de titane, le sulfate de baryum, la silice
précipitée ou pyrogénée, les
pigments plastiques.
D'autres ingrédients comme des cires, des modificateurs de rhéologie, des
antimousses, des agents d'étalement, des bactéricides ou fongicides, ...
peuvent également
prendre place dans la composition d'enduction.
Ces ingrédients ne changeront pas la structure de surface du matériau et par
suite
l'effet tactile obtenu.
Selon un dernier mode de réalisation, la feuille possède un coefficient de
frottement dynamique mesuré selon la norme NF Q 03-082 sur papier buvard
inférieur à 0,5.
L'invention concerne aussi le procédé d'enduction d'une feuille.
Selon un cas particulier, le procédé d'enduction de feuille se caractérise en
ce qu'il
comporte les étapes suivantes :
a) on traite au moins une des faces de la feuille par une composition en
milieu aqueux comprenant :
100 parts de particules microscopiques incompressibles,
volumineuses et présentant une forme arrondie,
de 5 à 200 parts en poids sec de liant, de préférence de 10 à 50 parts
en poids sec,
de 0 à 500 parts en poids sec de charges,
b) on sèche la feuille obtenue,
Selon un cas particulier du procédé, l'étape a) est réalisée à l'aide d'un
dispositif
de couchage choisi parmi les coucheuses à rouleaux d'enduction, type hélio, ou
reverse roll,
qui correspondent aux coucheuses à rouleaux marchant en sens inverse, les
coucheuses à lame
traînante, les coucheuses à lame d'air, les presses encolleuses à transfert de
film, les
coucheuses à rideau.
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Selon un autre cas particulier, l'étape a) est réalisée à l'aide d'un
dispositif de
pulvérisation.
Selon une autre variante, le procédé d'enduction de feuille se caractérise en
ce
qu'il comporte les étapes suivantes :
5 a) on traite au moins une des faces de la feuille avec un vernis comprenant
:
100 parts de particules microscopiques incompressibles,
volumineuses et présentant une forme arrondie,
de 5 à 200 parts en poids sec de liant, de préférence de 10 à 50 parts
en poids sec,
- de 0 à 500 parts en poids sec de charges,
b) on sèche la feuille obtenue,
L'invention concerne aussi l'utilisation d'une feuille telle que décrite
précédemment pour fabriquer un support d'impression en papier ou en plastique,
un
emballage papier ou plastique, une couverture destinée à la reliure, une boîte
en carton ou
plastique.
La présente invention sera expliquée plus avant au moyen d'exemples
accompagnés des figures correspondantes.
Les Figure lA et 1B représentent les observations au microscope électronique à
balayage d'une feuille de papier couchée avec des grains d'amidon de fécule de
pomme de
terre respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois.
La figure 1 C représente la même feuille mais vue en coupe à un grossissement
de
1000 fois.
Les figures 2A et 2B représentent une feuille de papier couchée avec des
grains
d'amidon de maïs respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois.
La figure 2C représente la même feuille vue en coupe à un grossissement de
1000
fois.
Les figures 3A et 3B représentent une feuille de papier couchée avec des
grains
d'amidon de fécule de pomme de terre et du carbonate de calcium en tant que
charge
respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois.
La figure 3C représente la même feuille vue en coupe à un grossissement de
1000
fois.
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Les figures 4A et 4B représentent une feuille de papier couchée avec des
particules de silice respectivement à un grossissement de 50 et 750 fois.
La figure 4C représente la même feuille vue en coupe à un grossissement de
1000
fois.
La figure 5 représente une feuille de papier couchée avec des microsphères
thermoplastiques expansées, type EXPANCEL 820 commercialisées par la société
EXPANCEL à un grossissement de 500 fois.
La figure 6 représente une feuille de papier couchée avec des microbilles de
verre
à un grossissement de 500 fois.
La figure 7 représente une feuille de papier couchée avec des particules
d'alumine
à un grossissement de 500 fois.
La figure 8 représente une feuille de papier couchée avec des grains d'amidon
de
blé à un grossissement de 500 fois.
Comme vu précédemment, en couchant des particules d'amidon de fécule de
pomme de terre sur un papier, la demanderesse a réussi à obtenir le toucher
rugueux
agréable qu'elle recherchait, alors qu'elle n'a pas obtenu ce résultat avec
des grains
d'amidon de maïs.
En comparant les figures lA, 1B et 2A, 2B, correspondant respectivement aux
deux types d'amidon précédemment cités, il ressort que la répartition, la
forme et la taille des
grains permettent d'expliquer cette différence.
Dans le cas de la fécule de pomme de terre, l'amidon a une répartition plutôt
hétérogène sur la feuille, des grains de petite taille venant soit,
s'agglutiner autour de grains
plus gros, soit, se déposer de manière isolée et au hasard sur la feuille.
Dans le cas du maïs, cette répartition est au contraire totalement homogène
sur la
feuille, les grains possédant des tailles relativement proches et formant une
couche mince
finement granuleuse sur le papier.
La comparaison des figures 1C et 2C permet d'apprécier ce que le doigt du
manipulateur va percevoir lors d'un passage tactile sur la surface du papier
couché.
Dans le premier cas, le doigt va passer d'un creux à une bosse assez
fréquemment,
la hauteur les séparant étant d'au moins 25 micromètres.
Dans le deuxième cas, le doigt va passer d'un sommet de grains à un autre
sommet de grains, la distance les séparant étant d'au plus 10 micromètres.
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En dessous de la dizaine de micromètres, il est difficile pour un manipulateur
d'apprécier la granulosité de la surface et de ressentir une quelconque
sensation de rugosité.
La demanderesse a également pu observer une sensation de rugosité accrue lors
d'un ajout de charges, notamment de carbonate de calcium.
Les figures 3A, 3B et 3C représentent bien cet aspect de l'invention, puisque
l'on
peut voir une répartition inchangée des grains d'amidon de fécule de pomme de
terre, mais un
aspect de ces grains eux-mêmes totalement différent.
En fait, le carbonate de calcium, particule de taille proche du micromètre,
vient
couvrir la surface des grains d'amidon, qui perdent ainsi de leur lissé de
surface et en
deviennent plus accrocheurs au toucher.
Les figures 4A, 4B et 4C identifient un autre cas que la demanderesse a
volontairement exclu, celui d'un papier couché avec des particules anguleuses
de silice.
La figure 4C montre en particulier le caractère très anguleux et accidenté des
particules de silice, incompatible avec un toucher rugueux agréable.
Si la feuille obtenue présente malgré tout un degré de rugosité peu agressif,
elle ne
le doit qu'à la faible proportion de particules de silice ajoutée et au faible
relief ainsi créé.
Mais ce toucher ne correspond pas au toucher rugueux agréable recherché
par
la Demanderesse.
La figure 5 montre, quant à elle, la surface d'une feuille recouverte de
microbilles
thermoplastiques expansées de type EXPANCEL.
L'observation permet de constater que les particules sont en majorité petites
et
quasi sphériques.
Les grosses particules étant à la fois peu nombreuses et relativement molles,
l'effet rugueux recherché n' est pas obtenu.
La figure 6 montre, au contraire, la surface d'une feuille recouverte de
microbilles
de verre.
Même si la répartition et la forme des microbilles sur la feuille présentent
une
certaine ressemblance avec le cas précédent, le toucher obtenu est totalement
différent du fait
de la dureté du verre.
Le toucher est effectivement rugueux et non gommeux comme dans le cas
précédent.
Les figures 7 et 8 confirment le fait qu'un toucher rugueux agréable ne
peut
être obtenu en utilisant de l'alumine, ou l'amidon de blé.
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En effet, dans un cas, les particules d'alumine, trop anguleuses, confèrent un
caractère rêche à la surface, peu agréable au toucher.
Dans l'autre cas, l'amidon de blé produit une surface assez similaire à celle
de
l'amidon de maïs ; de ce fait, le caractère rugueux sera pratiquement
imperceptible.
Des exemples de compositions de couchage conformes à l'invention sont décrits
ci-après.
Exemple 1 :
Sur une face d'une feuille de papier support, on applique, à l'aide d'une
presse encolleuse de
laboratoire, une composition de couchage contenant des grains d'amidon de
fécule de pomme
de terre, à raison de 10,7 g/m2.
La feuille ainsi traitée est séchée vers 150 C.
La composition contenant les grains d'amidon est réalisée en milieu aqueux et
contient en
sec:
100 parts de HICAT 110 commercialisé par ROQUETTE ( amidon de fécule de pomme
de
terre)
32 parts d'ACRONAL S 305 D commercialisé par BASF (latex)
4,8 parts de AMP 90 commercialisé par ANGUS Chemie Gbinh (régulateur de pH)
6,7 parts de STEROCOLL D commercialisé par BASF ( épaississant)
On obtient la feuille représentée aux figures 1A, 1B, 1 C.
Exemple 2:
Sur une face d'une feuille papier support, on applique, à l'aide d'une presse
encolleuse de
laboratoire, une composition de couchage contenant des grains d'amidon de
fécule de pomme
de terre et du carbonate de calcium en tant que charges, à raison de 22,5
g/m2.
La feuille ainsi traitée est séchée vers 150 C.
La composition contenant les grains d'amidon et le carbonate de calcium est
réalisée en
milieu aqueux et contient en sec :
100 parts de HICAT 110 commercialisé par ROQUETTE (amidon de fécule de pomme
de
terre)
60 parts de HYDROCARB 90 commercialisé par OMYA (carbonate de calcium)
32 parts d'ACRONAL S 305 D commercialisé par BASF (latex)
4,8 parts de AMP 90 commercialisé par ANGUS Chemie Gbmh (régulateur de pH)
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6,7 parts de STEROCOLL D commercialisé par BASF (épaississant)
On obtient la feuille représentée aux figures 2A, 2B et 2C.
Exemple 3 :
Sur une face d'une feuille de papier support, on dépose, à l'aide d'une presse
encolleuse de
laboratoire, une composition de couchage contenant des microbilles de verre, à
raison de 47
g/m2.
La composition contenant les microbilles de verre est réalisée en milieu
aqueux et contient en
sec :
100 parts de MICROPERL 050-20-215 commercialisé par 3M (microbilles de verre)
parts d'ACRONAL S 360 D commercialise par BASF (latex)
2,4 parts de BLANOSE commercialisé par AQUALON (épaississant)
On obtient la feuille représentée à la figure 6.
La Demanderesse s'est attachée également à caractériser l'état de surface
rugueux
agréable des feuilles obtenues, autrement que par une appréciation tactile
effectuée par un
manipulateur pris au hasard, méthode pouvant être considérée comme trop
subjective.
Dans un souci de fournir une valeur chiffrée concrète et non ambiguë, la
Demanderesse a mesuré le coefficient de frottement dynamique selon la norme
française NF
Q 03-082.
La norme basée sur le mesurage de la force de traction nécessaire pour amorcer
puis
entretenir le déplacement d'une surface sur une autre peut s'appliquer à
l'évaluation du
glissement d'une feuille du matériau à mesurer sur un autre matériau de
référence.
Dans ses essais, la Demanderesse a donc choisi comme matériau de référence un
papier buvard, de graminage voisin de 275 ghn2, qui répond notamment aux
exigences de la
nonne ISO 5269-1 dans son paragraphe 4.4.
Le tableau I reprend les mesures faites pour différentes compositions de
couchage,
en faisant varier les particules introduites.
Au vu des résultats, on peut déjà constater que le coefficient de frottement
dynamique est d'autant plus grand que le papier obtenu est rugueux.
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En fait, on constate que le toucher rugueux agréable recherché par la
Demanderesse correspond à un coefficient Kd inférieur à 0,5.
Les particules telles que les microsphères thermoexpansées de type EXPANCEL,
les
particules d'alumine, les grains d'amidon de blé ou la poudre de caoutchouc
sont donc à
5 exclure.
Ceci confirme les observations faites précédemment.
Mesure du
Grammage du Poids de couche (en
Types de particules coefficient de
support (en g/m) g/m2)
frottement Kd
Amidon de pomme de
249 16 0,31
terre
Amidon de pomme de
249 17 0,28
terre + CaCO3
EXPANCEL 120 2 0,87
Microbilles de verre 249 18 0,35
Polyamide broyé 249 12 0,41
Alumine 249 15 0,61
Amidon de blé 249 13 0,31
Poudre de caoutchouc 249 31 0,97
Tableau I
