Titre : Armature de renfort en fibres minérales pour dalles souples de revêtement de sol

L’invention est relative à une armature complexe en fibres de verre pour dalles de revêtement de sol souples permettant de limiter le coefficient de dilatation thermique des dalles, ainsi que les dalles de revêtement de sol souples comprenant cette armature complexe en fibres de verre.

Les revêtements de sol dits « LVT » (de l’anglais Luxury Vinyl Tiles) sont des revêtements de sol multicouches à base de PVC plus épais et plus durables que les sols PVC usuels. Ils sont généralement commercialisés non pas sous forme de rouleaux, mais sous forme de dalles individuelles, éventuellement adhésives.

On distingue classiquement, d’une part, les dalles de revêtements de sol souples, ou flexibles, conformes à la norme ISO 24344/2008, et d’autre part les dalles rigides qui ne fléchissent pas significativement sous leur propre poids lorsqu’elles sont tenues par une extrémité. Ces dernières sont généralement posées librement, sans adhésifs, avec entre le revêtement de sol et le mur un espace périphérique, appelé joint de dilatation. Les dalles rigides lorsqu’elles sont soumises à une augmentation de température (exposition au soleil à proximité d’une fenêtre, proximité d’un chauffage, sol chauffant etc.) se dilatent en se repoussant mutuellement et sans se déformer à condition que le joint de dilatation soit suffisamment large.

Dans le cas des revêtements de sol souples, il ne suffit généralement pas de prévoir un joint de dilatation périphérique. Lorsque des dalles PVC flexibles sont exposées à une augmentation de température, la dilatation thermique dans le sens du plan du revêtement provoque presque systématiquement un gondolement très gênant d’un point de vue esthétique.

La présente invention a pour objectif de proposer une solution à l’apparition de tels défauts de planéité de dalles de revêtement de sol souples en limitant efficacement le coefficient de dilatation thermique des dalles, sans toutefois les rigidifier excessivement. Il est connu d’utiliser des structures de renfort à base de fibres organiques ou minérales pour renforcer les dalles de PVC. Les structures de renfort peuvent être des fibres individuelles, des voiles non-tissés, des textiles tissés, des grilles, notamment à base de fils de verre ou une combinaison de telles structures. Bien entendu, lorsqu’on souhaite limiter la dilatation thermique des dalles, l’utilisation de structures de renfort à base de fibres minérales, qui présentent de façon inhérente un coefficient de dilatation thermique beaucoup plus faible que les polymères thermoplastiques, est particulièrement intéressante.

La différence entre le coefficient de dilatation de l’armature de renfort en fibres minérales et celui du polymère organique thermoplastique peut toutefois être à l’origine d’une délamination lorsque la liaison entre l’armature de renfort et le polymère thermoplastique est insuffisante.

Le risque de délamination est particulièrement important dans le cas de dalles fabriquées non pas par enduction/gélification de plastisol de PVC, mais par mise en contact de l’armature de renfort avec du PVC plastifié, sous application de chaleur et pression. Le PVC plastifié peut alors être sous forme de granulés, de feuilles ou d’une masse de PVC extrudée directement sur le renfort. Dans ce type de procédé de fabrication utilisant, non pas du plastisol, mais du PVC préalablement plastifié, l’interface entre l’armature de renfort et le PVC plastifié constitue une zone de fragilité susceptible d’amorcer une délamination.

Le but de la présente invention a été de proposer des armatures de renfort pour dalles PVC qui permettent de limiter à la foi la dilatation thermique des dalles PVC souples et le risque de délamination au niveau de l’interface PVC/armature de renfort. La Demanderesse a découvert qu’il était possible d’atteindre ce double objectif en utilisant des stratifiés voile/grille suffisamment « ouverts » pour permettre au PVC, au contact de l’armature de renfort, de pénétrer dans et à travers cette dernière de manière à établir un contact adhésif avec le polymère thermoplastique situé sur l’autre face de l’armature. Le contact adhésif entre les deux couches de polymère thermoplastique entourant l’armature de renfort à base de fibres minérales est d’autant plus fort que la surface de contact entre les deux couches de polymère est importante. En utilisant des armatures de type stratifié voile/grille avec un voile trop « ouvert » on n’arrive toutefois pas à limiter efficacement la dilatation thermique des dalles si la grille du stratifié ne compense pas efficacement la moindre résistance mécanique du voile.

Les stratifiés voile/grille de la présente invention allient par conséquent un voile présentant une perméabilité au passage de l’air relativement important et une grille constituée de fils ayant un titre élevé.

La présente demande a plus particulièrement pour objet un stratifié voile/grille, formé

- d’un voile de fibres de verre, lié par un premier polymère organique, présentant une perméabilité à l’air, mesurée selon la norme NF EN ISO 9237 à une pression de 200 Pa, comprise entre 6000 et 12000 l/m ² . s, de préférence entre 7000 et 11000 l/m ² .s,

- d’une grille de fils de verre ayant un titre compris entre 30 et 150 tex, enrobée par un deuxième polymère organique.

Comme expliqué en introduction, la perméabilité à l’air élevée des voiles non tissés en fibres de verre servant à la fabrication des stratifiés est un paramètre important. Si le réseau de fibres de verre formant le voile était plus serré, le PVC des couches adjacentes au stratifié serait en contact principalement avec le complexe voile/grille, mais très peu avec l’autre couche de PVC en contact avec l’autre face du complexe. Or, le contact adhésif direct entre les deux couches de PVC situées de part et d’autre du complexe est un facteur important de prévention de la délamination.

Le voile de verre utilisé dans la présente invention est un textile non-tissé, également appelé intissé, fabriqué par voie humide ( wetlaid) ou par voie sèche ( drylaid ), par exemple par voie sèche avec cardage ( drylaid carded) ou par un procédé aérodynamique ( airlaid ). Le voile de verre est de préférence un textile non-tissé fabriqué par voie humide.

Il contient avantageusement des fibres de verre courtes et relativement grosses, présentant une longueur comprise entre 10 et 30 mm, en particulier entre 12 et 25 mm, présentent avantageusement un diamètre compris entre 11 pm et 18 miti, de préférence entre 12 pm et 17 pm.

Le polymère organique utilisé pour lier les fibres de verre du voile de fibres de verre peut en principe être n’importe quel polymère organique permettant, après séchage et durcissement, de conférer au voile de verre une cohésion qui résiste à la mise en contact du voile lié avec de l’eau. Le polymère organique du liant est par conséquent de préférence un polymère thermodurcissable choisi avantageusement parmi les résines urée-formaldéhyde, les résines mélamine- formaldéhyde, les résines phénol-formaldéhyde, les résines acryliques et les mélanges de ces résines, de préférence parmi les résines urée-formaldéhyde. Le polymère thermodurcissable peut également être un liant polyester, exempt de formaldéhyde, formé avantageusement par estérification de sucres et/ou de sucres hydrogénés, et d’au moins un acide polycarboxylique, de préférence d’acide citrique, en présence d’un catalyseur, de préférence de l’hypophosphite de sodium, tels que ceux décrits dans les demandes W010/029266, WO201 3/014399, WO2013/021112, WO2015/132518, WO2015/159012, ou bien un liant thermodurcissable obtenu à partir de réactifs de Maillard, tel que décrit dans la demande internationale W02007/014236.

Il est appliqué avantageusement sous forme d’une solution de réactifs monomères ou d’oligomères (résines à base de formaldéhyde) ou sous forme de latex (résines acryliques).

Le durcissement du liant du voile de fibres de verre se fait par exemple par chauffage à une température comprise entre 180 et 230 °C pendant une durée comprise entre 5 secondes et 5 minutes, de préférence entre 10 secondes et 2 minutes.

Le liant est appliqué généralement en une quantité, exprimée en matières sèches, comprise entre 10 et 35 % en poids, de préférence entre 15 et 25 % en poids rapporté au poids total du voile de fibres de verre.

Le voile de fibres de verre lié, utilisé pour la fabrication du complexe, a avantageusement une masse surfacique comprise entre 25 et 50 g/m ² , de préférence entre 30 et 45 g/m ² , en particulier entre 32 et 40 g/m ² , idéalement entre 32 et 39 g/m ² .

Son épaisseur est avantageusement comprise entre 250 pm et 500 miti, de préférence entre 270 et 400 pm, et en particulier entre 300 pm et 350 pm.

Le liant du voile de verre renferme en outre avantageusement des agents retardateurs de flamme choisis parmi les hydroxydes de métaux, hydrates de métaux et carbonates hydratés. On peut citer à titre d’exemples de tels retardateurs de flamme minéraux l’hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2) ou l’hydroxyde d’aluminium (AIO(OH)3), les plus communément utilisés, ou encore la huntite (3MgC03-CaC03) et hydromagnésite (4MgC03-Mg(0H)2-4H20). Ces retardateurs de flamme se dégradent par réaction endothermique, libérant de l’eau et/ou du CO2.

Sur le voile de fibres de verre décrit ci-avant, on colle ensuite une grille de fils de verre (en anglais glass fiber mesh ou glass fiber grid). Cette grille de fils de fils de verre peut être une grille tricotée, une grille tissée ou une grille turbinée (en anglais laid scrim). On utilisera de préférence une grille de fils de verre tricotée.

Les fils de chaîne et les fils de trame de la grille ont de préférence un titre compris entre 30 et 140 tex. Le titre des fils de chaîne peut en principe être différent de celui des fils de trame, mais dans un souci de conférer à la dalle de PVC souple des propriétés les plus homogènes possible, il est préféré que la grille de fils de verre soit constituée de fils de trame et de fils de chaîne ayant tous le même titre.

La « densité » des fils de trame et de fils de chaîne est avantageusement comprise entre 3 et 4 fils/cm.

Dans un mode de réalisation préféré les fils de fibres verre formant la grille sont des fils retordus. Cette torsion augmente généralement la résistance à la rupture des fils et de la grille.

Les fils de verre formant la grille présentent avantageusement entre 10 et 30 torsions/m, de préférence de 15 à 28 torsions/m.

La colle servant à fixer la grille sur le voile de verre sert de préférence également de liant ou d’enrobage à la grille, ou formulé de manière inverse : le deuxième polymère organique enrobant la grille sert avantageusement aussi de colle fixant la grille au voile de verre. Une grille de fils de verre non liée, appelée greige, est imprégnée d’une composition polymérique (« colle ») et mise en contact sous pression, immédiatement après son imprégnation, avec le voile de fibres de verre lié, dont le liant est déjà durci. Le procédé consiste à saturer la grille avec une suspension du deuxième polymère organique par un procédé de foulardage, puis à presser les matériaux ensemble et enfin à sécher l’ensemble par exposition à un rayonnement infra-rouge et/ou par séchage convectif (air chaud) et/ou par séchage par contact avec des rouleaux chauffés. La grille de fils de verre est alors collée au voile de fibres de verre au moyen du deuxième polymère organique qui enveloppe la grille.

La colle qui assure l’adhésion entre la grille et le voile peut toutefois être différente de l’enrobage de la grille. Ce mode de réalisation peut être intéressant en particulier pour les grilles turbinées qui, à l’état non lié, ne forment pas un textile de type greige permettant une manipulation aisée de la grille en vue de la mise en contact avec le voile. Pour les grilles turbinées il peut donc être avantageux de les préparer préalablement « off-line » à l’aide d’un liant différent de l’adhésif qui servira à coller la grille au voile de verre.

Le deuxième polymère organique servant d’enrobage de la grille de fils de verre peut être choisi par exemple dans le groupe formé par les copolymères acryliques, les caoutchoucs styrène-butadiène (SBR), le poly(acétate de vinyle), poly(chlorure de vinylidène) (PVDC), poly(chlorure de vinyle) (PVC) et des copolymères à base d’acétate de vinyle, de chlorure de vinylidène, de chlorure de vinyle et/ou d’autres comonomères.

Le stratifié voile/grille final présente avantageusement une masse surfacique comprise entre 70 et 150 g/m ² , de préférence entre 75 et 120 g/m ² . Son épaisseur totale est comprise entre 0,45 et 0,80 mm, de préférence entre 0,50 et 0,75 mm.

Sa résistance à la rupture en traction est comprise entre 400 et 1000N/5cm.

Le stratifié voile/grille présente généralement une teneur en matières organiques, déterminée par la perte au feu (LOI, de l’anglais loss on ignition), comprise entre 30 et 35 % rapporté au poids total du stratifié.

La présente demande a également pour objet une dalle souple pour revêtements de sol à base de poly(chlorure de vinyle) (PVC) comprenant un stratifié voile/grille tel que décrit ci-avant.

On entend par dalle souple ou revêtement de sol souple dans la présente demande des structures multicouches présentant une flexibilité leur permettant de satisfaire aux exigences de la norme ISO 24344:2008. Dans cette norme, la flexibilité est définie par la capacité d’une structure multicouches à être enroulée autour d’un mandrin ayant un diamètre de 20 mm, sans que des fissures ou des craquelures ne se forment. La dalle de la présente demande soumise au test de la norme ISO 24344:2008 ne présente ainsi pas de ruptures, fissures, craquelures ou autres défaut permanent résultant de l’enroulement.

Le stratifié voile/grille est de préférence la seule armature de renfort de la dalle souple de l’invention, autrement dit la dalle de renfort ne comporte pas d’autres textiles à base de fils ou fibres de verre.

Le stratifié se trouve dans la zone médiane de la dalle, appelée ci-après couche de base, et est pris en sandwich entre deux couches de PVC plastifié en contact adhésif respectivement avec les deux faces du stratifié voile/grille.

Dans un mode de réalisation préféré la dalle de revêtement de sol souple de la présente invention comprend

- une couche de base comportant une face supérieure et une face inférieure, ladite couche de base étant constituée d’un stratifié voile/grille selon l’invention, et de deux couches en PVC plastifié en contact respectivement avec les deux faces du stratifié voile/grille,

- une couche décorative imprimée sur la face supérieure de la couche de base,

- une couche d’usure transparente, recouvrant la couche décorative imprimée sur la couche supérieure de la couche de base.

Dans la présente demande on entend par face supérieure d’une couche la face de ladite couche orientée vers l’utilisateur une fois que le revêtement de sol est posé et prêt pour l’utilisation, et on entend par face inférieure d’une couche la face orientée vers le sol après pose du revêtement de sol. Par analogie l’adjectif « inférieur » lorsqu’il décrit une structure, en particulier une couche, indique que cette structure/couche est plus proche du sol/support qu’une autre structure/couche. L’adjectif « supérieur » indique que la structure/couche en question est plus éloignée du sol qu’une autre structure/couche.

La couche de base de la dalle de la présente invention est donc une structure tri-couche constituée d’un stratifié voile/grille et de deux couches en polymère thermoplastique, de préférence en PVC, qui sont en contact adhésif avec les deux faces du stratifié voile/grille. Grâce à la perméabilité à l’air élevée du voile utilisé pour la fabrication du stratifié, les deux couches en polymère thermoplastique sont également directement en contact l’une avec l’autre à travers les ouvertures du voile. Le PVC des deux feuilles ou couches thermoplastiques de la couche de base est du PVC non expansé, plastifié et contenant des charges. Sa masse volumique est typiquement supérieure à 1 ,4 g/cm ³ , de préférence supérieure à 1 ,5 g/cm ³ et ne dépasse généralement pas 2,0 g/cm ³ .

Le PVC plastifié contient généralement une quantité de plastifiant comprise entre 20 et 70 parts, de préférence entre 30 et 50 parts pour 100 part de résine PVC.

Les plastifiants sont des plastifiants connus. On peut citer à titre d’exemples le phtalate de diisononyle (DINP), le phtalate de diisodécyle (DIDP), le téréphtalate de dioctyle (DOTP), le 1 ,2-cyclohexane-dicarboxylate de diisononyle (DINCH), les plastifiants de la famille des benzoates et des adipates, l’huile de soja époxydée (HSE) et l’époxystéarate d’octyle (ESO).

La quantité de charges présente dans le PVC plastifié des deux couches de la couche de base est généralement comprise entre 70 et 300 parts, de préférence entre 100 et 200 parts pour 100 parts de résine PVC.

On peut utiliser de manière connue des charges minérales telles que les argiles, de la silice, de la craie, du kaolin, du talc et du carbonate de calcium.

La couche de base, formée par le stratifié voile/grille et par les deux couches de PVC en contact avec celui-ci, a généralement une épaisseur totale comprise entre 0,8 et 2,8 mm.

La couche de base de la dalle souple selon l’invention ne peut en principe pas être fabriquée par enduction du complexe voile/grille avec une composition de plastisol suivie d’une étape de gélification par chauffage. En effet, le taux d’ouverture important de l’armature de renfort rend difficile l’étape d’enduction, le plastisol liquide n’étant généralement pas retenu suffisamment par le stratifié voile/grille de la présente invention.

On utilise par conséquent pour la fabrication de la couche de base du PVC préalablement plastifié, sous forme de granules, de feuilles extrudées ou calandrées ou sous forme d’une masse visqueuse extrudée à chaud directement sur le complexe voile/stratifié.

Un procédé de fabrication utilisant des feuilles de PVC extrudées est décrit par exemple dans la demande internationale W02020/152408. Lorsqu’on utilise des feuilles de PVC plastifié, la fixation des feuilles sur l’armature de renfort se fait de préférence par thermolamination.

La face supérieure de la couche de base est ensuite imprimée d’un décor, appelé couche décorative, qui sera visible à travers la couche d’usure transparente ou translucide recouvrant la couche décorative. L’application de la couche décorative peut se faire en principe par tout procédé d’impression connu et on citera ici à titre d’exemples la sérigraphie, l’héliogravure, l’impression off set e t l’impression par jet d’encre.

Selon l’invention, la couche supérieure d’usure est transparente ou translucide à la lumière visible de manière à ce que la couche décorative imprimée sur la face supérieure de la couche de base puisse être visible au travers de la couche d’usure. La couche d’usure est généralement réalisée à partir d’un polymère thermoplastique, par exemple à partir de poly(chlorure de vinyle). Cette couche présente de préférence une épaisseur comprise entre 0,10 et 1 ,0 mm. La couche d’usure peut être obtenue par extrusion, par calandrage, par pressage, ou par enduction/gélification d’un plastisol. De préférence la couche d’usure est une couche de plastisol de PVC gélifiée, comprenant avantageusement de 20 à 70 parts de plastifiant pour 100 parts de résine PVC. Les plastifiants peuvent être choisis par exemple parmi ceux énumérés ci-dessus en rapport avec le PVC de la couche de base.

La dalle souple pour revêtements de sol de la présente invention peut comprendre en outre une couche de support qui est en contact avec la face inférieure de la couche de base. La couche de support est réalisée de préférence en poly(chlorure de vinyle) (PVC), expansé ou non, et présente avantageusement une épaisseur comprise entre 0,4 et 5 mm, de préférence entre 0,4 et 3 mm.

La couche de support peut être compacte (dense) ou moussée (expansée) et peut comprendre une ou plusieurs sous-couches. Elle peut être obtenue par tout procédé bien connue de l’homme du métier notamment par calandrage, par pressage, par extrusion ou par enduction/gélification.

Lorsqu’il s’agit d’une couche de type mousse, la masse volumique peut être comprise entre 0,2 et 0,5 g/cm ³ , de préférence entre 0,30 et 0,40 g/cm ³ . Exemple

On prépare une dalle A selon l’invention et une dalle comparative B ayant les caractéristiques techniques suivantes :

Dalle A : Couche de base en PVC renforcée par un stratifié voile/grille avec un voile non- tissé de fibres de verre E ayant une longueur de 18 mm et un diamètre de 13 miti, liées par un liant urée/formaldéhyde, masse surfacique de 35 g/m ² , LOI 20 %, perméabilité à l’air 9200 l/m ² . s à 200 Pa, et une grille tricotée (densité 3,5 fils/cm ; 34 tex (chaîne) ; 68 tex (trame) ; liant acrylique). L’épaisseur totale de la dalle (y compris couche d’usure, couche de base et couche de support) est de 4 mm.

Dalle B :

Couche de base en PVC renforcée par un voile non-tissé de fibres de verre E ayant une longueur de 18 mm et un diamètre de 13 miti, liées par un liant urée/formaldéhyde, masse surfacique de 35 g/m ² , LOI 20 %, perméabilité à l’air 9200 l/m ² .s à 200 Pa. L’épaisseur de la dalle (y compris couche d’usure, couche de base et couche de support) est de 4 mm.

On mesure la dilatation thermique de ces deux dalles de la manière suivante par analyse mécanique dynamique en température (DMTA) à l’aide d’un appareil de DMTA, modèle 0800 de la société TA Instruments : La dalle PVC est découpée en échantillons de 25 mm x 6 mm (dans le sens longitudinal (chaîne) et transversal (trame)). L’échantillon est attaché entre deux mors de l’appareil DMTA qui sollicitent l’échantillon en traction, puis un four vient se fermer autour de l’échantillon. L’échantillon est ensuite soumis à une sollicitation mécanique périodique en traction : déformation de 0.001%, fréquence 1 Hz.

L’échantillon est d’abord refroidi à une vitesse de 2°C/min de la température ambiante jusqu’à 5°C, puis chauffé à raison de 1°C/min jusqu’à 50°C, et à nouveau refroidi jusqu’à la température de 5°C à une vitesse de 2°C/min. Le cycle chauffage/refroidissement est réalisé 3 fois en tout pour chaque échantillon.

Pendant le deuxième et troisième cycle, on enregistre l’augmentation de la longueur de l’échantillon entre 12 °C (L12) et 38°C (L38), et on calcule la dilatation sur cet intervalle de température selon la formule suivante : Dilatation (%) : 100 x (Lss - LI ₂ )/LI ₂

Les résultats correspondent à la moyenne calculée sur les deux cycles de chauffage/refroidissement.

Pour la dalle A selon l’invention la dilatation thermique est de 0,13 % dans le sens des fils de chaîne de 34 tex ( machine direction) et comprise entre 0,11 et 0,14 % dans le sens des fils de trame de 68 tex ( cross-machine direction).

Pour la dalle B comparative la dilatation thermique est de 0,19 % dans le sens « chaîne » ( machine direction) et de 0,22 % dans le sens « trame » ( cross- machine direction). Ces résultats montrent que l’utilisation d’un stratifié voile de fibres de verre/grille de fils de verre selon l’invention permet de limiter efficacement la dilatation thermique des dalles souples par rapport à des dalles identiques renforcées par un simple voile non-tissé en fibres de verre.

Les dalles ne présentent pas de problème de délamination.