[0001] La présente invention se rapporte à la technique des substrats enduits, et, en particulier,
à la technique de revêtement de substrats avec des résines durcies par exposition
à un faisceau d'électrons ou à un rayonnement ultraviolet.
[0002] On connaît une grande variété de techniques pour le revêtement de substrats tels
que du papier, des films, du métal, etc. Un problème fréquemment rencontré dans ce
domaine est l'obtention d'une adhérence suffisante entre le substrat et le revêtement
appliqué. Des problèmes d'adhérence peuvent résulter de nombreux facteurs, comme le
retrait de l'enduit après séchage ou durcissement ou encore l'incompatibilité des
deux matériaux.
[0003] Il a été proposé récemment de revêtir des substrats métalliques avec des résines
liquides durcissables par un faisceau d'électrons ou par un rayonnement ultraviolet,
mais le développement de ce concept a été entravé par le manque d'adhérence qui est
associé en général avec les revêtements durcis par un faisceau d'électrons. Etant
donné que le durcissement par un faisceau d'électrons est quasi instantané, on croit
qu'il n'y a pas de temps suffisant pour qu'il se produise une relaxation des tensions
lorsque le revêtement est appliqué sur le métal. Ceci est probablement dû au retrait
qui se produit pendant la transition de l'état liquide à l'état solide et celui associé
à une diminution du nombre de double liaisons pendant le processus de durcissement.
Par conséquent, ce concept plein de promesses n'a pas été commercialisé sur une grande
échelle.
[0004] Ces défauts sont décevants, parce que le durcissement par un faisceau d'électrons
présente beaucoup d'autres avantages attrayants dans la technique de revêtement, comme
par exemple des vitesses beaucoup plus élevées que celles qui sont possibles avec
des systèmes basés sur des solvants ou thermodurcissables. Ces derniers systèmes présentent
également des problèmes d'adhérence dus au manque de relaxation suffisante des tensions
pendant la mise en liberté du solvant et le refroidissement du revêtement échauffé.
Un procédé de revêtement de substrats avec des résines durcissables par un faisceau
d'électrons ou par un rayonnement ultraviolet qui procure une adhérence accrue entre
le revêtement et le substrat serait très souhaitable et présenterait un progrès important
dans la technique de revêtement.
[0005] Un premier objet de la présente invention est de procurer un procédé pour appliquer
sur un substrat un revêtement de résine synthétique durcie par un faisceau d'électrons
ou par un rayonnement ultraviolet.
[0006] Un autre objet de la présente invention est de procurer un article enduit avec une
adhérence améliorée entre le revêtement et le substrat.
[0007] Un objet supplémentaire de la présente invention est de procurer un procédé de revêtement
qui comprend l'utilisation d'une feuille non durcie solide de résine synthétique comme
matière de revêtement.
[0008] Un objet supplémentaire de la présente invention est de procurer un procédé de revêtement
qui comporte l'usage de la vitesse d'un durcissement par un faisceau d'électrons ou
par un rayonnement ultraviolet, mais qui évite les problèmes de retrait et/ou de relaxation
des tensions et conduit à une adhérence améliorée.
[0009] Dans la description qui suit, pris conjointement avec les dessins, il sera décrit
comment ces objets et d'autres objets de l'invention sont réalisés. En général toutefois,
ces objets sont réalisés en utilisant une feuille de résine synthétique non durcie
du type qui peut être durcie par exposition à un faisceau d'électrons ou à un rayonnement
ultraviolet. La feuille est de préférence supportée sur au moins une face par une
feuille détachable de poly(téréphtalate d'êthylëne) ou un autre matériau approprié
quelconque. La feuille peut être préparée sous forme de rouleau ou de'feuille. Les
feuilles de support améliorent la manipulation de la feuille de résine flexible, solide,
non durcie et, en outre, elles protègent la feuille de résine d'un contact avec l'air
pendant le stade de durcissement par faisceau d'électrons ou par rayonnement. Le procédé
de la présente invention comprend la fixation initiale de la feuille non durcie au
substrat à revêtir, un stade du procédé qui peut être exécuté de différentes manières
mais qui est de préférence réalisé par chauffage de la feuille non durcie et en appliquant
une pression pour former un joint initial. Lorsque la feuille non durcie a été revêtue
de deux feuilles de support, la feuille inférieure est enlevée avant le stade d'adhésion.
Les matériaux combinés sont ensuite exposés à un faisceau d'électrons ou a la lumière
ultraviolette pour durcir la feuille de résine. Ceci est effectué typiquement avec
la feuille supérieure en place. Après ce stade de durcissement, la feuille supérieure
est enlevée de la combinaison feuille de résine- substrat. Des variantes de la présente
invention apparaîtront à l'homme de métier après lecture de la description qui suit.
Certaines seront immédiatement reconnues, comme par exemple l'utilisation de feuilles
claires, chargées, pigmentées, non pigmentées ou gaufrées. D'autres peuvent ne pas
être reconnues immédiatement, mais sont considérées comme tombant dans le cadre de
la présente invention si elles suivent ces enseignements généraux et tombent sous
le couvert des revendications qui suivent la description de la forme de réalisation
préférée.
[0010] Dans les dessins d'accompagnement:
la figure 1 représente schématiquement le procédé selon la forme de réalisation préférée
de l'invention où la feuille de résine est supportée sur les deux faces par une feuille
détachable de film protecteur;
la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1;
la figure 3 représente schématiquement le procédé selon la forme de réalisation préférée
de la présente invention où la feuille de résine est supportée sur la face supérieure
par une feuille détachable de film protecteur;
la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3;
la figure 5 est une vue en plan du haut d'une feuille de résine selon la présente
invention dans laquelle la feuille est pigmentée de manière décorative.
[0011] Dans la figure 1 est illustré le procédé selon la forme de réalisation préférée de
la présente invention. Le produit à préparer par le procédé est une feuille d'acier
en rouleau revêtue de résine.
[0012] Dans cette figure, on montre une première bobine 10 de matière 12 en feuille, cette
matière comprenant trois couches séparées 13-15. Les couches 13 et 15 constituent
le dessus et le dessous d'un sandwich de résine et comprennent des feuilles claires
de films de support détachables. Pour les couches 13 et 15 le matériau préféré à utiliser
est le poly(téréphtalate d'éthylène), mais d'autres films de support détachables connus
dans la technique peuvent aussi être employés, par exemple, des films thermoplastiques
tels que le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène ou l'acétate de polyvinyle. Il
faut mentionner ici également que les figures illustrent un procédé dans lequel les
films de support 13 et 15 sont enlevés mécaniquement, c'est-â-dire par dépouillage,
mais il est évident pour un homme du métier que des films du type lavable, tels que
l'acétate de polyvinyle pourraient être utilisés pour un ou pour les deux films de
support. Evidemment, dans un cas pareil, le procédé serait modifié pour prévoir des
stations de lavage en lieu et place des rouleaux récepteurs qui seront sous peu décrits
dans la description.
[0013] La couche centrale 14 de la matière 12 en feuille est une couche de résine durcissable
par un faisceau d'électrons ou un rayonnement ultraviolet, qui est solide à des températures
inférieures à environ 10-32°C, c'est-à-dire les températures communément rencontrées
dans l'environnement de procédés de revêtement.
[0014] La couche 14 doit fondre à des températures élevées, comme par exemple une résine
désignée dans le langage technique anglo-saxon par le terme "hot-melt". Le type particulier
de résine à employer pour la couche 14 n'est pas critique pour la présente invention
pourvu qu'il satisfasse aux critères précédents. Un type préféré de matériau est celui
décrit dans le brevet américain 4.078.015 délivré le 7 mars 1978 à Leitheiser et Szwarc
intitulé "Copolymerizable Compositions and Method of Making the Same". La description
de ce brevet est expressément incorporée ici par cette référence.
[0015] Les résines du brevet Leitheiser comprennent au moins deux monomères, ayant chacun
au moins un groupe terminal acrylique et contenant chacun au moins deux liaisons uréthane
intérieures. Une résine de ce genre comprend un premier monomère diuréthane acrylique
et un second monomère polyuréthane polyacrylique préparé à partir d'un diisocyanate
organique, d'un ester alkylique bêta-hydroxylé d'un acide acrylique et d'un vi. Des
réactifs appropriés et des méthodes appropriées pour préparer les résines sont décrits
dans le brevet précité, une description complémentaire de ceux-ci ne sera donc pas
nécessaire ici.
[0016] La matière 12 en feuille peut être préparée par des techniques connues en soi, mais
dans la forme de réalisation préférée elle est préparée en faisant fondre une quantité
de la résine pour la couche 14 et en l'appliquant de manière uniforme sur la couche
inférieure 13. Un enduit de démoulage (non représent) peut être appliqué sur la couche
13 avant que la couche de résine 14 est appliquée. On laisse refroidir la résine fondue
et la couche supérieure 15 est appliquée sur celle-ci (avec ou sans un enduit de démoulage
comme mentionné précédemment).
[0017] Les films de support 13 et 15 servent à plusieurs usages pratiques dans la présente
invention. En premier lieu, en utilisant deux couches, la matière 12 en feuille peut
être enroulée ou déroulée aisément de la bobine 10. A ce moment il faut mentionner
aussi que si la couche 14 est suffisamment exempte de collant à froid, la couche inférieure
13 peut être éliminée. La deuxième raison pour laquelle un support pour la couche
de résine 14 est préféré, est que beaucoup de résines durcissables par un faisceau
d'électrons ou un rayonnement ultraviolet sont sensibles à l'exposition à l'air, aussi
bien pendant l'entreposage que en particulier pendant le procédé de durcissement.
Si la couche 14 est sensible à l'exposition lors de l'entreposage, il faut utiliser
à la fois les deux couches 13 et 15. Si la sensibilité apparaît principalement pendant
le durcissement, la couche de support inférieure 13 peut être éliminée. L'adhérence
entre les films de support et la couche 14 devrait être suffisante pour permettre
la manipulation et l'entreposage adéquats du sandwich de résine mais ne devrait pas
être aussi grande que pour causer des dommages physiques à la couche 14 lorsque les
films de support sont enlevés de celles-ci.
[0018] Le premier stade dans le procédé de l'invention consiste à enlever la couche 13 de
la matière 12 en feuille, ce qui est effectué à la figure 1 en utilisant le rouleau
récepteur 17. Un rouleau libre 18 est disposé à proximité de la bobine 10 et la couche
13 passe autour de celui-ci et vers le rouleau 17.
[0019] Un autre rouleau d'alimentation 20 contient un rouleau d'acier 22, qui est à revêtir
par le procédé de la présente invention. Une paire de rouleaux libres 23 est localisée
à proximité mais espacée du rouleau 18, la couche inférieure 13 étant ainsi, en fait,
remplacée par l'acier 22 en tant que partie d'un sandwich 25 qui existe en aval des
rouleaux 18 et 23.
[0020] Une surface de travail 30 est représentée à la figure 1, laquelle peut prendre n'importe
quelle forme appropriée connue dans la technique de revêtement, telle que des rouleaux
de transport parallèles et espacés ou une table de travail lisse. Etant donné que
la surface de support elle-même ne fait pas partie de la présente invention, des détails
de celle-ci ont été omis dans les figures.
[0021] Le stade suivant dans le procédé de l'invention est de former un joint initial entre
la couche de résine 14 et l'acier 22. Dans la forme de réalisation illustrée, ceci
est effectué en faisant passer les couches 14 et 15 et l'acier 22 par la chambre chauffante
26 où les composants sont chauffés au-dessus de la température de fusion de la couche
14 pour ramollir celle-ci. Dans les dessins, la chambre 26 est représentée comme renfermant
une pluralité d'éléments de chauffage 36 disposés au-dessus et au-dessous des feuilles.
Les éléments 36 peuvent être des radiateurs du type à résistance, des lampes infrarouges,
etc. En outre, on comprendra aisément que les dessins sont en général sous une forme
schématique et ne sont pas destinés à limiter la présente invention. D'autres techniques
de chauffage peuvent être utilisées, comme par exemple l'usage de rouleaux chauffés
touchant une ou les deux feuilles.
[0022] Après le chauffage des matériaux jusqu'à ce que la couche 14 se trouve dans une condition
semi-fondue, on fait adhérer la couche 14 à l'acier 22, par exemple en faisant passer
l'ensemble entre une paire de rouleaux presseurs 40. A ce stade du procédé, un nouveau
sandwich 41 à trois composants est formé.
[0023] Avant de continuer la description des stades ultérieurs du procédé, il convient de
discuter maintenant différentes variantes de la présente invention. Ainsi par exemple,
de nombreux matériaux peuvent être substitués au rouleau d'acier 22. Parmi ceux-ci,
on peut mentionner d'autres métaux, du papier, du tissu, des films synthétiques, etc.
En outre le matériau en rouleau à revêtir, peut être muni d'un primer ou comporter
un film d'un enduit d'accrochage (non représenté), si on le désire pour améliorer
l'adhérence entre la couche 14 et le matériau en rouleau 22. L'homme de métier, après
avoir lu la présente description et après avoir apprécié les principes de base de
la présente invention, sera capable de choisir des primers ou des enduits d'accrochage
appropriés. Comme exemples de primers ou de couches d'accrochage appropriés, on peut
mentionner des esters époxy, des composés époxy durcis par des aminoplastes et/ou
des résines époxy durcies par des polyamides ou des amines.
[0024] Après les stades exposés jusqu'à présent, un sandwich de résine a été préparé, mais
la couche de résine 14 est encore à l'état non durci. Pour effectuer le durcissement
désiré de ce matériau, le sandwich est exposé à un faisceau d'électrons ou à un rayonnement
ultraviolet actinique dans la chambre 42. L'exposition se fait à travers la couche
supérieure 15, la couche 14 étant ainsi protégée de l'exposition à l'air pendant le
stade de durcissement. Une variété d'appareils est disponible dans le commerce pour
effectuer le durcissement par un faisceau d'électrons ou par un rayonnement ultraviolet
de matières en feuille, mais des appareils préférés pour l'utilisation dans la mise
en oeuvre de la présente invention sont les unités du durcissement par irradiation
ultraviolette équipées de lampes à vapeur de mercure, telles que le modèle 18H fabriqué
par Ashdee Corp. ou des accélérateurs d'électrons à cathode linéaire ou à balayage
tels que ceux fabriqués par Energy Sciences Inc. ou Radiation Polymer Corp. Il convient
aussi de rappeler que le procédé illustré à la figure 1 est un procédé continu et
que les feuilles se déplacent de manière continue de droite à gauche dans les dessins.
Pour cette raison, l'appareil de durcissement doit être capable d'effectuer un durcissement
complet de la couche 14 pendant son passage par la chambre 42. Par conséquent, la
dimension de la chambre 42 et le nombre d'appareils producteurs de rayonnements qu'elle
renferme seront choisis en fonction de la vitesse des feuilles en mouvement, de la
résine particulière utilisée dans la couche 14 et de l'épaisseur de la couche 14.
La vitesse de durcissement peut également dépendre du colorant ou de la pigmentation
de la couche 14, des facteurs qui seront aisément appréciés pour l'homme du métier
après la lecture de la présente description. A titre d'exemple et en utilisant l'appareil
de durcissement Ashdee cité ci-dessus, un durcissement complet d'une résine "hot melt"
uréthane-acrylate peut être effectué en une épaisseur de 127, 381 ou 762
Ym à une vitesse de 15,24 m/mn. Dans cet exemple, la couche supérieure 15 est du poly(téréphtalate
d'éthylène) de 127 rm et le matériau en rouleau 22 est de la tôle d'acier munie d'un
primer de copolymère acétate de vinyle-chlorure de vinyle.
[0025] Une fois que la couche 14 a été durcie à l'état solide, le stade final du procédé
de la présente invention comprend l'enlèvement de la feuille supérieure 15. Ceci est
effectué en tirant la feuille autour d'un autre rouleau libre 43 et en enroulant la
feuille supérieure 15 autour de la bobine réceptrice 44. Les feuilles de support peuvent
être mises au rebut, réutilisées dans le procédé ou encore recyclées.
[0026] La présente invention fournit un substrat enduit avec une adhérence entre le revêtement
et le substrat qui est plus grande que celle obtenue en appliquant des revêtements
de types similaires à l'état liquide et en utilisant un durcissement par un faisceau
d'électrons ou par un rayonnement ultraviolet. A titre d'exemple, l'adhérence de l'article
enduit confectionné dans l'exemple cité ci-dessus était de 100% par la méthode d'essai
sur entailles en croix et décollage d'un ruban ("cross hatch and tape pull method"
en anglais) comparé à une adhérence de 0 à 25% en utilisant la même méthode d'essai
lorsqu'un article enduit était préparé en appliquant un film liquide d'une résine
d'un ester vinylique comme revendiqué dans le brevet américain 4.216.306,en une épaisseur
de 127, 381 ou 762 rm sur de l'acier muni d'un primer similaire avec un durcissement
effectué par un appareil de durcissement Ashdee et une vitesse de défilement de 15,24
m/mn.
[0027] La description précédente de la forme de réalisation préférée de la présente invention
est donnée à titre d'illustration plutôt que de limitation. Une modification serait
d'utiliser une couche de résine 14 supportée sur la face supérieure comme représentée
à la figure 3. Le procédé est identique à celui de la figure 1, sauf que le rouleau
libre 18 et le rouleau récepteur 17 sont éliminés. En outre, dans la figure 3, une
couche de primer 45 est représentée comme étant appliquée sur le matériau 22 avant
son passage par les rouleaux 23. Le sandwich formé dans cette forme de réalisation
est représenté à la figure 4 au-dessus de la table de travail 30. Une autre modification
est représentée à la figure 5 dans laquelle la couche 14 est pigmentée en 46 de manière
décorative avant l'application au matériau en rouleau 22. De plus, comme mentionné
plus haut, la couche de résine 14 servant de revêtement peut être colorée, pigmentée
ou encore gaufrée selon n'importe quel motif souhaité. Il faut aussi mentionner que
bien que le procédé soit illustré comme étant continu et comportant l'usage de matériaux
en rouleau, les mêmes principes sont applicables au même titre au revêtement de matériaux
en forme de feuille avec des feuilles de résine solide non durcie. Ainsi, bien que
la présente invention a été décrite en relation avec,la forme de réalisation préférée
et les deux modifications illustrées, elle n'est pas limitée aux modes illustrés mais
elle est seulement limitée par les revendications qui suivent.
1. Procédé pour appliquer sur un substrat un revêtement de résine durcie par un faisceau
d'électrons ou par un rayonnement ultraviolet, caractérisé en ce que
(1) on applique sur le substrat à revêtir un film de revêtement d'une résine non durcie
qui fond à une température élevée et qui est solide à des températures inférieures
à environ 10-32°C, la résine étant choisie parmi les résines durcissables par exposition
à un faisceau d'électrons et les résines durcissables par exposition à un rayonnement
ultraviolet;
(2) on fait adhérer le film de revêtement au substrat tout en maintenant la résine
à l'état non durci; et,
(3) on durcit ensuite le film de revêtement par exposition à un faisceau d'électrons
ou à un rayonnement ultraviolet.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est choisi
parmi des métaux, un papier, un tissu et des films synthétiques.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le film de revêtement
comporte sur ses deux faces et avant le stade d 'adhésion, une feuille de support
détachable de résine synthétique, en ce qu'une des deux feuilles de support est enlevée
avant le stade d'adhésion pour que le film de revêtement puisse être collé au substrat
et en ce que l'autre feuille de support est enlevée du film de revêtement après le
stade de durcissement.
4. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le film de revêtement
comporte sur une face une feuille de support détachable de résine synthétique et en
ce que l'autre face est collée sur le substrat pendant le stade d'adhésion, la feuille
de support étant enlevée du film de revêtement après le stade de durcissement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
le substrat est muni d'un primer ou d'un enduit d'accrochage.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que
le stade d'adhésion comprend le chauffage de la résine au-dessus de son point de fusion
pour la ramollir, l'application d'une pression conjointement sur le film de revêtement
et sur le substrat et le refroidissement de la résine afin de la solidifier avant
le stade de durcissement.