Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 02/072956 PCT/FR02/00770
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FEUILLE DE PAPIER AVEC COUSSINETS
L'invention porte sur une feuille de papier constituée de deux plis au moins
d'ouate de cellulose formant des coussinets.
Le domaine de l'invention est celui des papiers à usage sanitaire ou
domestique. Il comprend notamment les produits en papier absorbant dont la
forme,
la composition et la structure sont déterminées en fonction de leur
application. Ainsi
on peut citer à titre d'exemples non limitatifs, les papiers hygiéniques, les
mouchoirs,
les mouchoirs à démaquiller, les serviettes de table, nappes, les essuie-tout
ménagers,
les ouates d'essuyage industriel, etc.
Le papier toilette par exemple se présente sous la forme de coupons
prédécoupés dans une bande continue enroulée autour d'un mandrin. Les coupons
peuvent aussi se présenter sous une forme individuelle et être enchevêtrés. La
feuille
peut être simple, mais le plus souvent elle est composée de deux ou plusieurs
épaisseurs, appelées aussi plis, d'ouate de cellulose. Dans une feuille les
plis peuvent
être simplement juxtaposés, libres les uns par rapport aux autres mais, le
plus
souvent, ils sont gaufrés et liés entre eux par collage ou bien mécaniquement
par
moletage.
L'ouate de cellulose est un papier de faible grammage : 10 à 40 g/mz,
constitué
essentiellement ou exclusivement de fibres papetières et comportant le cas
échéant un
ou plusieurs additifs pour renforcer l'une ou l'autre de ses caractéristiques.
Selon les
applications, on peut mettre l'accent sur l'une ou l'autre de ses propriétés
et faire en
sorte qu'elle présente plus de douceur, d'absorption, de résistance ou bien un
aspect
textile plus marqué pour la rendre plus attrayante. Par exemple,
l'incorporation de
résines sert à améliorer la résistance à la déchirure quand la feuille est
humide.
Par ailleurs l'ouate de cellulose peut être crêpée, c'est à dire comporter des
ondulations qui lui confèrent une certaine capacité d'allongement dans le sens
marche. Le crêpage peut être obtenu, par exemple, au moment du séchage de la
feuille. Celle ci est appliquée encore humide sur un cylindre chauffé à une
température suffisante pour en extraire l'humidité. On décolle la feuille au
moyen
d'une lame formant racle placée entre celle-ci et la surface du cylindre.
Cette
opération, convenablement menée, entraîne la formation d'ondulations disposées
perpendiculairement au sens de défilement de la feuille, dit sens marche. On
caractérise le crêpage de la feuille par le nombre de crêtes comptées dans le
sens
marche ramené à une unité de longueur.
On connaît le brevet US 3 673 060 ; il décrit un produit, une serviette de
table
par exemple, formé de deux plis d'ouate de cellulose crêpée liés entre eux par
adhésif.
Ce dernier est réparti selon un motif constitué de surfaces ponctuelles
rapprochées les
unes des autres et laissant des parties substantielles des deux plis non
liées. De 4 à
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8 % de la surface seulement est liée et les deux plis, dont les lignes de
crêpage sont
parallèles, ne sont pas tendus de la même façon. On obtient cet écart de
tension en
étirant différemment les deux plis avant qu'ils ne soient liés l'un à l'autre
le long du dit
motif. Un tel contrôle des tensions permet, après que l'adhésif a été fixé,
que l'un des
plis se contracte plus que l'autre. Il en résulte une tendance à la séparation
des plis
dans les parties non liées entre les zones avec adhésif.
Le brevet enseigne d'appliquer l'adhésif sur un pli au moyen d'un rouleau
applicateur convenablement gravé. On dépose ensuite le second pli sur le
premier
puis on entraîne les deux plis entre deux cylindres de calandrage dont l'un
est gravé et
en phase avec le rouleau applicateur. Enfin la feuille est entraînée entre
deux
cylindres en acier gravés, pour y être gaufrée le long des bords de ce qui
sera la
serviette après découpage. Ce procédé paraît ainsi d'application limitée à la
fabrication d'un produit de type serviette au pourtour gaufré.
En outre la surface recommandée de la partie non liée entre deux zones liées
adjacentes est de l'ordre 0,65 cmz. Elle est relativement faible. Selon
l'exemple donné,
la surface des zones ponctuelles de liaison est de l'ordre de 2 mm2 avec un
espacement de 4,75 mm. Il est mentionné dans le brevet que la feuille imite
ainsi
l'aspect et la texture d'un produit textile. De préférence, les picots sont
répartis
uniformément sur la feuille.
Le brevet français 70 35063 décrit un procédé de fabrication d'une nappe à
plusieurs épaisseurs de matière flexible, en papier ou en plastique, selon
lequel on
imprime une matière adhésive sur l'un des plis le long d'un motif, dit
périphérique
ouvert, représentant des losanges ou des carrés. Les deux plis ont été
préalablement
gaufrés selon un motif uniforme de protubérances et l'un des deux est mis sous
tension longitudinalement de manière à donner à la feuille, après la découpe
en
serviettes, un aspect capitonné . On observe que les losanges sont très
larges sinon
sans doute la colle déposée le long de lignes continues créerait un produit
relativement rigide. Ce brevet s'applique ainsi à des produits de types
serviettes ou
nappes de table.
Le brevet US 3 650 882 décrit un papier, composé de trois plis d'ouate de
cellulose, dans lequel le pli central est extensible et élastique et les plis
extérieurs sont
gaufrés et moins extensibles. Les plis sont liés le long de zones espacées de
façon à
laisser des parties non liées entre elles. A l'état humide le pli interne peut
ainsi se
détendre et occuper l'espace des parties non liées. On prévoit de lier le pli
central aux
plis externes alors qu'il est en extension par rapport à ces derniers. Lors du
relâchement des tensions auxquelles la feuille est soumise, le pli central se
rétracte et
les autres plis se mettent en volume dans les parties non liées. Les zones
liées et les
parties non liées paraissent être de même étendue.
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Le brevet US 4 469 735 décrit également un produit à plusieurs plis d'ouate de
cellulose de caractéristiques d'allongement différentes pour permettre la
formation de
poches et une augmentation de leur volume d'absorption à l'état humide.
La présente invention a pour objectif la réalisation d'un produit, constitué
d'au
moins deux plis d'ouate de cellulose crêpée, présentant un aspect attractif
pour le
consommateur, en particulier un aspect s'apparentant à celui d'un produit
textile et qui
est amélioré par rapport à l'état de la technique.
L'invention a ainsi pour objet un produit composé d'au moins deux plis, un pli
supérieur et un pli inférieur, d'ouate de cellulose crêpée, chacun de grammage
compris entre 10 et 40 g/m2, dont le pli supérieur est gaufré et comprend des
premières protubérances sur la face tournée vers le pli intérieur, par le
sommet
desquelles ils sont liés. Ce produit est caractérisé en ce que les dites
premières
protubérances sont réparties selon des alignements qui délimitent entre eux
des
cellules de surface comprise entre 1 et 20 cmz, le pli supérieur étant plus
long dans le
sens marche que le pli inférieur d'au moins 0,6 %, de préférence de 0,6 à 2%
et étant
lié au pli inférieur par les sommets des dites premières protubérances, de
telle façon
qu'il se forme des coussinets à l'intérieur des cellules.
Par coussinet, selon le brevet, on comprend une zone dont les deux plis ne
sont pas liés entre eux, et qui est délimitée par des alignements de premières
protubérances formant un contour fermé. Le coussinet se caractérise par le
fait que le
pli supérieur paraît détaché du pli inférieur et crée un effet bombé .
Grâce à l'invention, on obtient un produit présentant une surface en relief
avec
des coussinets à l'intérieur des cellules définies par les alignements de
protubérances,
et dont l'aspect se rapproche de celui de produits textiles, molletonnés
notamment. De
manière avantageuse lorsque le produit se présente sous forme de rouleau,
l'effet de
coussinets en relief est particulièrement visible lorsqu'on déroule ce
dernier.
Préférentiellement, les cellules présentent un rapport longueur/largeur
compris
entre 1 et 5, de préférence compris entre 1 et 1,5.
Conformément à une autre caractéristique, les dits alignements sont constitués
de premières protubérances espacées les unes des autres d'une distance
inférieure à
3 mm. En effet au-delà de cet écartement les coussinets ne se forment pas
convenablement. Les ondulations ont tendance à s'étendre dans le sens travers.
Les
premières protubérances constituant les contours des coussinets sont de
préférence de
forme tronconique avec une base circulaire ou ovale. Toutefois cette base peut
aussi
être de forme polygonale. Elle peut aussi présenter une forme très allongée
donnant
des empreintes selon des traits continus ou discontinus.
Selon un mode de réalisation préféré, les protubérances ont une forme
tronconique, notamment de section circulaire, et leur espacement le long des
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alignements est très faible. Il est, de préférence, inférieur au diamètre de
la section de
la protubérance.
Les alignements peuvent être rectilignes ou ondulés. Selon un mode de
réalisation particulier ils forment un réseau, dont les dites cellules sont
définies par
leurs intersections. En particulier elles ont une forme sensiblement en
losange et les
côtés des derniers sont ondulés. Un tel exemple de motif est décrit dans le
brevet
US 5 436 057.
Selon un autre mode de réalisation, à l'intérieur des dites cellules, le pli
supérieur est gaufré selon un motif constitué des secondes protubérances.
Celles-ci
sont tronconiques ou bien présentent un sommet de forme linéaire. Le sommet
des
deuxièmes protubérances est libre, c'est à dire qu'il n'est pas collé ou
autrement lié
au second pli.
Le deuxième pli est gaufré ou non.
La présente invention a également pour objet un procédé permettant de
réaliser un produit à au moins deux plis d'ouate de cellulose crêpée, de
grammage
compris entre 10 et 40 g/m2.
Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins les
étapes suivantes :
- on déroule une première bande d'ouate de cellulose depuis une bobine mère
et on la gaufre sur un cylindre de gaufrage gravé selon un motif constitué au
moins de
premières protubérances formant des alignements qui définissent entre eux des
cellules fermées,
- on déroule une deuxième bande d'ouate de cellulose depuis une bobine mère,
on applique la deuxième bande sur la première, et
- on lie les deux bandes en mettant en contact les deux bandes par les sommets
des premières protubérances de telle sorte qu'au moment de la liaison des
plis, ceux-
ci sont différenciés au moment de la liaison des plis de manière à ce que, au
repos, la
longueur des plis soit différente de plus de 0,6%, de préférence de 0,6 à 2%.
On
enroule ensuite la bande obtenue autour d'un mandrin en exerçant une tension
et on
tronçonne le dit rouleau en rouleaux plus petits.
Les deux bandes se différencient l'une de l'autre par l'une ou l'autre des
caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : la vitesse de
déroulement,
la tension dans le sens marche, le niveau ou la profondeur du gaufrage, et
l'élasticité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la
description qui suit, à titre d'exemple non limitatif, d'un mode de
réalisation en
référence aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 représente une vue de dessus d'une feuille conforme à l'invention
La figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1
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La figure 3 représente de façon schématique une installation permettant de
réaliser une feuille conforme à l'invention.
La feuille, représentée sur les figures 1 et 2, est composée de deux plis
d'ouate
de cellulose crêpée. L'ouate de cellulose peut être du type obtenu selon un
procédé
par pressage humide conventionnel de la feuille, et désigné dans le domaine
par CWP
ou bien selon un procédé comprenant une étape de séchage par soufflage d'air
traversant de type TAD. Le grammage pour chacun des plis est compris entre 10
et
40g/mz. Pour une application comme papier toilette, on choisit de préférence
un
grammage compris entre 15 et 24 g/m2. On distingue un pli supérieur (10) et un
pli dit
inférieur (20). L'ouate de cellulose est crêpée avec les ondulations, comme
cela est
connu, orientées toutes, perpendiculairement à la direction du défilement de
la
machine. Le nombre de lignes de crêpage est compris entre 40 et 80 lignes par
cm.
Ainsi les plis présentent un taux d'allongement à la rupture d'au moins 25%.
De préférence il n'est pas inférieur à 20%.
Conformément à l'invention, le pli supérieur comprend des protubérances (12)
sur la face du pli qui est tournée vers le pli inférieur. Ces protubérances
étant formées
par gaufrage, une cavité leur correspond sur la face tournée vers l'extérieur
de la
feuille. Elles ont une section dans le plan de la feuille qui peut être
circulaire, ovale
ou bien polygonale. Une pellicule de colle appliquée entre le sommet de ces
premières protubérances et le pli inférieur rend les deux plis solidaires l'un
de l'autre.
Les protubérances forment des alignements (14). On peut défmir un
alignement comme une succession de protubérances présentant consécutivement
les
plus faibles écartements. Dans le mode de réalisation représenté, les
alignements sont
ménagés selon deux directions sensiblement à 90 l'une de l'autre de telle
façon qu'ils
se croisent en formant un réseau et des cellules régulières (16).
Conformément à un mode préféré de l'invention, les cellules (16) ont une
forme de parallélogramme de préférence de losange. Le rapport de la longueur,
sa
plus grande dimension, sur la largeur, la plus grande dimension mesurée
transversalement à la première, n'est pas supérieur à 5, de préférence il
n'est pas
supérieur à 1,5. Les côtés du parallélogramme sont rectilignes ou bien de
forme
ondulée comme cela est représenté sur la figure 1.
Le pli supérieur reste décollé du pli inférieur au niveau des cellules. Cela
signifie que sa dimension dans le sens marche est supérieure à celle du pli
inférieur.
L'analyse montre que la longueur du pli supérieur doit au moins être plus
grande que
celle du pli inférieur de 0,6 % au moins pour que l'on constate la formation
de
coussinets sur le pli supérieur.
Une autre condition nécessaire est la distance séparant deux protubérances
adjacentes le long d'un alignement. En effet si l'écartement dépasse un
certain seuil,
les coussinets ne se forment pas. Certes des ondulations existent, en raison
de la
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différence de longueur entre les deux plis, mais elles sont irrégulières. On a
constaté
que les coussinets ne se forment que si cette distance entre les protubérances
reste
inférieure à 3 mm.
A l'intérieur des cellules (16), on peut prévoir comme cela est représenté sur
les figures, un gaufrage secondaire formé de secondes protubérances (18). Ces
protubérances (18) ont une hauteur de gaufrage inférieure à celle des
premières
protubérances (12). Elles ne forment pas de zones de liaison du pli supérieur
avec le
pli inférieur.
Un procédé de fabrication d'une feuille conforme à l'invention et
correspondant à un mode de réalisation tel que représenté sur la figure 3 est
décrit ci-
après. On déroule une première bande continue d'ouate de cellulose (10) depuis
une
bobine mère (100) qui est montée sur un support rotatif. On entraîne cette
bande à une
certaine vitesse à travers un groupe de gaufrage comprenant un cylindre (102)
à
surface rigide et gravée et un cylindre (104) à surface en matière résiliante
telle que le
caoutchouc. Le motif de la gravure du cylindre rigide est par exemple celui de
la
figure 1, avec des premiers éléments en relief ou picots à un premier niveau
de
gravure pour la réalisation des premières protubérances et des seconds
éléments en
relief à un niveau inférieur au premier pour la réalisation des secondes
protubérances.
Les gravures de cylindres de gaufrage à deux niveaux sont connues de l'homme
de
l'art.
La bande après gaufrage, reçoit une pellicule de colle qui est déposée sur les
surfaces en relief, c'est à dire celles du motif de gaufrage, par un cylindre
(106)
applicateur connu en soi. Le motif de la gravure du cylindre rigide correspond
aux
premières protubérances. Il peut également être constitué de protubérances de
profondeurs différentes. Dans ce cas, la pellicule de colle est déposée
uniquement sur
les protubérances au relief le plus haut. L'adhésif est une colle à l'eau, par
exemple
une colle polyvinylique courante dans le domaine de l'invention.
Selon un autre mode de réalisation, la liaison des plis est obtenue de façon
mécanique ou de toute autre façon connue de l'homme de l'art.
On applique ensuite le deuxième pli sur le premier au moyen d'un cylindre
marieur (108). Le deuxième pli (20) vient d'une bobine mère (200) que l'on
déroule à
une vitesse déterminée. La pression exercée par le cylindre marieur assure la
liaison
des plis l'un à l'autre. La feuille double est ensuite entraînée en étant
maintenue sous
tension vers le poste de fabrication des logs . Un log est un rouleau
intermédiaire au diamètre du produit après qu'il a été fmi et de largeur égale
à la laize
de la bobine mère. Une fois formé, le log est entraîné vers un poste de sciage
où il est
tronçonné. Enfin les rouleaux obtenus sont guidés vers les postes d'emballage,
de
conditionnement et de stockage.
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Conformément à l'invention, on règle la tension de l'une des deux bandes
d'ouate de cellulose par rapport à l'autre en amont de la station où les plis
sont liés
l'un à l'autre. Il s'agit de permettre au pli inférieur de se rétracter plus
que l'autre
lorsque les tensions sont relâchées. A cette fin, on peut prévoir un groupe de
tirage
(disposé en amont de la station où les deux plis sont liés l'un à l'autre). En
ralentissant
par exemple la vitesse du pli inférieur de 0,6% à 2% par rapport à la vitesse
du
gaufreur, on reste dans la plage de déformation élastique et on augmente le
niveau de
tension du pli. Lorsque l'on relâche ultérieurement cette tension, le pli
inférieur se
rétracte proportionnellement et les coussinets se forment à la surface du pli
supérieur.
En particulier, lorsque le pli inférieur est non gaufré comme cela est
représenté sur la
figure 3. La différence de tension entre le pli inférieur et le pli supérieur
est alors
créée par le gaufrage qui modifie les caractéristiques physiques du pli
supérieur. Le
pli inférieur conservant quant à lui son élasticité, il se rétractera
davantage.
On a réalisé des produits selon ce procédé, et mesuré les différences de
longueur entre les deux plis.
La méthode de mesure a consisté à:
- mesurer la longueur de 10 coupons consécutifs sur un rouleau,
- séparer les deux en faisant attention à ne pas déchirer le papier aux points
de
collage ni l'étirer au-delà de sa limite de déformation élastique, et
- étaler les deux plis sous une règle métallique et mesurer l'écart de
longueur
en sens marche.
Pour calculer le pourcentage relatif d'écart (ER) de longueur entre les plis,
on
a tenu compte du fait qu'à l'enroulement le pli extérieur est plus long.
On applique la formule :
ER=(100/Llx{L2-L1x(DI2-Din2)/[(D1+D2)x2xNxL]}, où les paramètres sont
définis ci-dessous :
L1 est la longueur de 10 coupons, et D1 le diamètre initial du rouleau.
L2 est l'écart de longueur mesuré entre les deux plis, D2 le diamètre après
avoir enlevé 10 coupons.
Din est le diamètre du mandrin, N le nombre de feuilles initial, et L la
longueur unitaire d'un coupon.
Exemple 1
On a fabriqué deux produits avec la même ouate de cellulose dont les
caractéristiques sont les suivantes (mesures effectuées sur 2 plis)
Grammage 40.3 g/mz.
Résistance sens marche : 215 N/m. Il s'agit de la valeur de la force
nécessaire pour rompre une éprouvette découpée dans le sens marche de la
feuille,
ramenée à un mètre de largeur.
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Résistance sens travers : 75 N/m. idem ci-dessus, mais l'éprouvette a
été découpée dans le sens perpendiculaire au précédent.
Taux d'allongement à la rupture : 16 %.(mesuré dans le sens marche)
Les produits ont été fabriqués selon le procédé décrit plus haut. Le pli
supérieur était gaufré selon le motif représenté à la figure 1, le pli
inférieur n'était pas
gaufré.
On a fabriqué un premier produit en appliquant une différence de tension entre
les plis, de telle manière que le produit final présente un effet coussinet
marqué. On a
fabriqué un second produit en réduisant l'écart de tension entre les deux plis
de telle
façon que le produit final ne présente pas d'effet coussinet.
On a procédé à dix mesures sur chacun des produits. Les écarts moyens
relatifs mesurés sont les suivants
Premier produit : 1.12%
Second produit : 0.23%
Exemple 2
Afin d'évaluer la méthode d'analyse précédente et de vérifier si le résultat
obtenu est significatif, on a réalisé un troisième produit en gaufrant
ensemble deux
plis selon le motif de la figure 1. L'ouate de cellulose présentait les
caractéristiques
suivantes : grammage, 40.3 g/mz ; résistance 1VID, 215 N/m ; résistance CD, 75
N/m ;
avec un taux d'allongement à la rupture de 16%.
Dix mesures ont été effectuées sur le produit. Les écarts moyens relatifs
mesurés ont été de 0.15%. Cela permet de conclure que la différence de
longueur
mesurée entre deux produits dont l'un présente un effet coussinet et l'autre
pas est
significative.
