Les monoesters de phosphate (MEP)

Les monoesters de phosphate (MEP)

Aspects théoriques

Conception des supports antiadhésifs

Ce sous-chapitre met en discussion le concept de support antiadhésif tel qu’il existe présentement sur le marché. Nous allons faire une courte présentation des principaux substrats et des propriétés requises pour la fabrication des supports antiadhésifs, de la silicone et de ses propriétés particulières qui en font le meilleur agent anti-adhésif et de l’application de la silicone sur des substrats et de sa réaction de durcissement.

Substrats

Dans le monde, il y a un nombre limité de substrats viables économiquement et techniquement pouvant être revêtus de couches antiadhésives. Aujourd’hui, comme en témoignent les données du tableau 2.1, 85 % de ces substrats sont constitués de papiers et seulement 15 % de films de plastiques. Toutefois, les films ont le taux de croissance le plus élevé, en dépit du fait que leur proportion est encore faible par rapport aux papiers. Le substrat principal utilisé pour la fabrication de supports antiadhésifs demeure encore le papier kraft supercalandré: l’Amérique du Nord produit du papier kraft supercalandré tandis que l’Europe produit du papier cristal aussi un papier kraft, mais plus densif TI Y a trois catégories de propriétés clés qui définissent la capacité d’un substrat à être utilisé pour la fabrication d’un support antiadhésif ou à faire partie d’une matrice adhéslve:
Les propriétés de barrière et de surface (le lissé). Ce sont les propriétés de base, d’après lesquelles un substrat est conçu et auxquelles il répond premièrement. Concrètement, le substrat doit être caractérisé d’une surface très lisse et d’une structure fermée, ayant la porosité la plus faible possible et la plus grande densité possible. Dans ces conditions, la quantité de matériau antiadhésif nécessaire pour couvrir complètement et uniformément la surface du substrat est minimisée [17]. L’avantage secondaire qui découle d’une structure hautement densifiée est la grande valeur de la transmittance. Les capteurs à diodes électroluminescentes (DEL) qui fonctionnent d’après le principe de la lumière transmise permettent de détecter la position des objets déposés sur le support antiadhésif.
Avec ces informations, la machine d’étiquetage enlève l’étiquette et l’applique ·sur le produit à enregistrer.
Les papetiers réussissent à créer des papiers avec de telles propriétés à partir des fibres sélectionnées, par un raffinage, un pressage humide et un calandrage poussé.
L’inconvénient de ce procédé de fabrication est qu’il est très énergivore et les fibres subissent des modifications mécaniques sévères [17]. De bonnes propriétés de barrière peuvent également être obtenues dans des conditions moins sévères pour les fibres, en couchant le papier avec du kaolin, de l’alcool polyvinylique ou par polycouchage en appliquant un film de polymère synthétique (polyéthylène, polypropylène) sur la surface du papier. Quant aux films, qui sont habituellement faits de polyester, ils ont les meilleures propriétés de barrière et de surface, ce qui les rendent très attractifs pour toutes sortes de couchages ultérieurs.
Les propriétés de résistance mécanique. Ces propriétés demeurent aussi importantes lorsque nous parlons de l’élaboration d’un substrat bien que celles qui prévalent soient les propriétés de barrière et de surface. Une grande résistance à la traction et au déchirement est nécessaire pendant les processus de fabrication et de conversion et au moment de l’usage final du produit. Les films de plastique répondent très bien à ces exigences même pour de faibles grammages ou épaisseurs. Quant aux papiers, les propriétés de résistance sont dictées par le type de fibres utilisé, le degré de raffinage, les conditions de fabrication sur la machine à papier, le grammage, l’épaisseur et la teneur en humidité du papier.
Pour une matrice adhésive, le substrat agit comme l’enclume lors de la coupe dans le format souhaité. Afin que cette opération soit réalisée avec succès, le substrat doit fournir une dureté et une incompressibilité assez élevée. Cette propriété est obtenue dans le cas du papier par une densité et une zone de contact entre les fibres aussi grande que possible.
La stabilité dimensionnelle. Une fois créé, le substrat subit plusieurs étapes de couchage, de laminage et d’assemblage pour arriver finalement à une structure typique d’une matrice adhésive. La stabilité dimensionnelle et la planéité sont donc essentielles pour bien passer à travers toutes ces opérations de fabrication et atteindre l’utilisateur final en bon état. L’humidité et la température sont les principaux facteurs environnementaux responsables de la stabilité dimensionnelle d’un substrat. L’exposition aux gradients élevés de température ou d’humidité peut causer le phénomène de cloquage (l’apparition des rides et de boucles sur le substrat) surtout si le substrat est du papier [20]. L’impact négatif du cloquage se fait sentir à deux niveaux différents:
-Processus de fabrication: pertes de productivité et de matériaux dues au blocage des installations de conversion ou à une impression défectueuse;
-Utilisateur final: perception de mauvaise qualité due à l’apparence inesthétique ou à l’adhésivité faible et inégalement distribuée.
-Les méthodes utilisées pour limiter le phénomène de cloquage et augmenter la stabilité dimensionnelle d’un substrat de papier sont [20] :
-L’application de barrières physiques à la surface qui limitent la pénétration de la vapeur d’eau (par couchage ou polycouchage du papier);
-L’entreposage dans des endroits climatisés à humidité et température contrôlées;
-L’emballage des bobines en plastique, l’usage de grammages et d’épaisseurs plus élevés.

Silicone

Actuellement, il y a un nombre limité de matériaux qui une fois couchés sur un substrat peuvent lui conférer des propriétés antiadhésives. La condition de base, ne pas avoir un transfert de masse .entre adhésif et non-adhésif qui réduirait la performance du produit, limite leur nombre. Dans cette catégorie de matériaux non migrateurs, nous pouvons identifier: les polyoléfines, les carbamates, les polyacrylates, les complexes de chrome stéarate, les hydrocarbures fluorés et les silicones [2, 21]. Parmi ceux-ci, la silicone est la plus utilisée pour la fabrication des supports antiadhésifs, car:
Elle montre de remarquables propriétés antiadhésives et d’ailleurs, elle peut être physiquement et chimiquement modifiée de façon à être« compatible» avec n’importe quel type d’adhésif;
Le profil du pelage est bien établi dès le départ et il reste assez stable, cela signifie que le comportement du support antiadhésif est moins influencé par des facteurs tels que la durée, les conditions de pelage ou environnementales;
Son application est développée à l’échelle industrielle; la synthèse, le couchage et la réticulation de la silicone sont des procédés bien connus qui ont atteint la maturité.
Le terme « silicone» se réfère à une grande famille de polymères de silicium avec une chaîne principale composée d’atomes de silicium et d’oxygène en alternance (squelette inorganique de siloxane), où chaque atome de silicium est lié à son tour à des groupes organiques (généralement des groupes méthyle) [22]. Le polydiméthylsiloxane (PDMS) est la plus connue des silicones disponibles dans le commerce. Elle est utilisée dans la fabrication des supports antiadhésifs. Sa structure chimique est représentée à la figure 2.1

Table des matières

Avant-propos
Remerciements
Résumé
Mots Clés
Table des Matières
Liste des Figures
Liste des Tableaux
Liste des Équations
Liste des Abréviations
Chapitre 1 – Introduction
1.1 Support antiadhésif: Classification et fonctions
1.2 Support antiadhésif: Tendances et perspectives
Chapitre 2 – Aspects théoriques
2.1 Conception des supports antiadhésifs
2.1.1 Substrats
2.1.2 Silicone
2.1.3 Couchage de la silicone
2.2 Recyclabilité des papiers siliconés
2.3 Décollement des autocollants des supports siliconés
2.3.1 Théories d’adhésion
2.3.2 Travail d’adhésion
2.3.3 Résistance au pelage
2.4 Esters de phosphate
2.4.1 Synthèse et applications
2.4.2 Caractère tensioactif
2.4.3 Choix des esters de phosphate
2.5 Couchage rideau
Chapitre 3 – Matériel et méthodes
3.1 Schéma des travaux
3.2 Les monoesters de phosphate (MEP)
3.2.1 Synthèse
3.2.2 Purification
3.2.3 Caractérisation
3.2.3.1 Spectroscopie InfraRouge à Transformée de Fourier (IRTF)
3.2.3.2 Spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)
3.2.3.3 Analyse quantitative des esters synthétisés
3.2.3.4 Analyse thermogravimétrique (ATG)
3.2.3.5 Point de fusion
3.2.3.6 Détermination des pKa des monoesters de phosphate
3.2.4 Dispersions des monoesters de phosphate
3.2.4.1 Préparation
3.2.4.2 Potentiel Zêta et taille des particules
3.2.4.3 Viscosité dynamique et viscoélasticité
3.3 Expérimentation sur le couchage
3.3.1 Substrats pour couchage
3.3.2 Matériel de couchage
3.3.3 Évaluation des papiers couchés
3.3.3.1 Poids de la couche d’ester de phosphate
3.3.3.2 Énergie libre de surface
3.3.3.3 Résistance au pelage et adhésion résiduelle
3.3.3.4 Distribution et capacité de recouvrement
3.3.3.5 Topographie de la surface
3.3.3.6 Rugosité et porosité des papiers
3.3.3.7 Recyclabilité des papiers couchés avec esters de phosphate
Chapitre 4 – Caractérisation des esters de phosphate synthétisés
4.1 Analyse quantitative
4.2 Spectroscopie RMN
4.3 Spectroscopie IRTF
4.4 Point de fusion et stabilité thermique
4.5 Comportement dans l’eau: solubilité, charge électrique et acidité
4.6 Rhéologie des dispersions (émulsions) d’esters de phosphate
4.7 Conclusions
Chapitre 5 – Application d’esters de phosphate sur le papier – essais préliminaires
5.1 Propriétés superficielles et de barrière
5.2 Comportement au décollement
5.3 Conclusions
Chapitre 6 – Application d’esters de phosphate sur le papier – essais avec la coucheuse CLC
6.1 Couchage d’esters de phosphate sur le papier Kraft calandré
6.1.1 Effet du poids de la couche sur le comportement au décollement
6.1.2 Effet de l’urée sur le comportement au décollement
6.1.2.1 Rapport molaire EP-C 18/urée
6.1.2.2 Température du traitement thermique
6.1.2.3 Durée du traitement thermique
6.1.3 Effet du type d’ester de phosphate sur le comportement au décollement
6.1.4 Recyclabilité du papier Kraft couché
6.2 Couchage d’esters de phosphate sur le papier commercial
6.2.1 Capacité de couverture de la surface
6.2.2 Comportement au décollement
6.2.3 Comparaison EP-C8 – EP-C18
6.2.4 Énergie libre de surface
6.3 Couchage de l’alcool gras sur le papier Kraft
6.4 Conclusions
Conclusions
Bibliographie

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