EP1588815A1 - Procédé de fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes - Google Patents

Procédé de fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes Download PDF

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EP1588815A1
EP1588815A1 EP05370007A EP05370007A EP1588815A1 EP 1588815 A1 EP1588815 A1 EP 1588815A1 EP 05370007 A EP05370007 A EP 05370007A EP 05370007 A EP05370007 A EP 05370007A EP 1588815 A1 EP1588815 A1 EP 1588815A1
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fibers
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fibrous
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Michèle Queneudec T'Kint
Blaise Dupré
Rose-Marie Dheilly
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Universite de Picardie Jules Verne
Institut Technique du Lin ITL
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Universite de Picardie Jules Verne
Institut Technique du Lin ITL
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00—Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing felt pens plants from tows and the product obtained by this process and especially its use in thermal and / or sound insulation or in the field of packaging.
  • the seats and the fuel tanks of the first aircraft were natural fibers impregnated with some polymer, which acted as the binder.
  • plant-based fibers may be envisaged in many industrial fields, particularly automobiles.
  • thermosetting matrix such as an epoxy, vinylester or polyester resin.
  • the object of the present invention is to propose a method of manufacture of vegetable felts which overcomes the aforementioned drawbacks, particularly with regard to the manufacturing process.
  • Another object of the present invention is to propose the manufacture of 100% vegetable felts.
  • the tows used in the present invention are obtained using conventional methods of separating the woody part of the fiber in textile plants.
  • the fibers used according to the present invention are strongly loaded in anas, which allows to value many co-products more or less woody plants and to respect the imperatives environmental recycling.
  • cutting means the mechanical operation that consists of separate the textile fibers from the rest of the plant stem.
  • the felt obtained are 100% vegetable.
  • the fibers used in the process can be previously bleached by chemical treatment without affecting the process.
  • the tows in a first step, the tows to form a fibrous ground material. More precisely, in this step, we grind the tows into fluffy flakes.
  • cellulosic agricultural co-products and / or lignocellulosic can optionally be incorporated as a mixture, and thus the tows are ground to form a fibrous grind, possibly with other cellulosic and / or lignocellulosic co-products.
  • tows eg linen
  • tows can to be partially substituted, in varying proportions that can reach 95%, depending on the physicochemical, hydric and mechanical characteristics and desired thermal, by other tows, or more generally, by any other cellulosic and / or lignocellulosic plant mixture, including beet pulp.
  • the type of grinding can be adapted to the starting materials and the desired texture, producing felts that can be more or less ends according to the proportion of capitaous fractions and the type of grinding.
  • the tows are tows of flax.
  • Flax has the advantage of having good mechanical properties among other plant fibers (table below) and being easy to supply in France.
  • flax tow can be used, whether oleaginous linseed or flax fiber, whatever the varieties and regardless of the treatments undergone in culture and the degree of retting.
  • Retting means the microbial action intended to eliminate the pectic cement encapsulating cellulosic fibers in the bark of plants textiles, such as flax, and to isolate the latter in order to obtain the tow.
  • the bromates are brewed in a liquid medium.
  • brewing is carried out cold in an aqueous medium, and can be carried out manually or mechanically.
  • the brewing remains very short, of the order of the minute and the water is provided in sufficient quantity to totally soak the fiber, eliminating in this way a part of the water-soluble molecules.
  • the stirred fibrous ground material to heat treatment.
  • the heat treatment to which the fibrous ground material is subjected is carried out by microwaves.
  • the treatment time is adapted to the power of the microwave and its mode of operation, know continuously or discontinuously.
  • Microwave heating in a humid environment the advantage of speed, of lack of inertia, because the stops and the road are instantaneous, ease of use with a regulation of the easy power.
  • the molecular agitation within the mixture is sufficient to entangle the fibers while a fraction of the water is removed by evaporation, which favors the posterior drying of the product.
  • the stirred fibrous ground material is molded to form a felt. More precisely, after the microwave treatment, the wet fibrous mixture is cast in a hot mold and in particular pressed to remove most of the water. With the pressing, the fiber sample is reduced to about half of its original volume and a more or less compactness can be applied according to the texture desired.
  • the felt obtained is dried. More precisely, and according to one example, the drying of the fibers can be carried out in two steps, a first drying step with the fibers in the mold, and a second step with the demolded fibers. In other modes of realization, the drying can be carried out by microwave or by infrared or any suitable treatment.
  • Another object of the present invention relates to the product obtained by the process object of this patent.
  • This product namely a 100% vegetable felt, presents the advantage of being compatible with mineral materials, of being able to shaped at will during the process and retain its shape after drying.
  • the felts are completely recyclable in circuit closed for the production of new felts or for the production of compost, in the case of end-of-life markers.
  • the felts obtained by the present process can be made non-flammable.
  • the product obtained according to the process described in the present invention is used in thermal insulation and / or soundproofing, as well as in various furnishing accessories, in the automotive industry, toy and decoration industries, packaging, horticulture, etc.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes obtenues après séparation de la partie ligneuse de la fibre. Selon l'invention, le procédé est caractérisé par le fait que : on broie les étoupes pour former un broyat fibreux, on brasse le broyat fibreux en milieu liquide, on soumet le broyat fibreux brassé à un traitement thermique, on moule le broyat fibreux brassé pour former un feutre. on sèche le feutre obtenu. La présente invention concerne également le produit obtenu directement par le procédé objet de la présente invention ainsi qu'à son utilisation dans l'isolation thermique et/ou phonique, emballage, horticulture, etc...

Description

L'invention concerne un procédé de fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes ainsi que le produit obtenu par ce procédé et notamment son utilisation dans l'isolation thermique et/ou phonique ou encore dans le domaine de l'emballage.
L'utilisation des fibres naturelles, notamment végétales, dans de nombreuses applications remonte aux origines de l'homme. Ces fibres étaient jusqu'au début du XXème siècle les seules fibres utilisées pour la réalisation de vêtements, de cordages, et dans de nombreuses autres réalisations artisanales ou dans l'industrie naissante, telles que l'industrie automobile, le transport aérien, ferroviaire, etc.
A la fin du XIX et début du XXème siècle, les sièges et les réservoirs à carburant des premiers avions étaient en fibres naturelles imprégnées d'un peu de polymère, qui jouait le rôle de liant.
A partir des années 1950, les fibres synthétiques s'imposèrent grâce notamment au bas prix du pétrole et au développement de la pétrochimie. Les fibres d'origine naturelle ne retiennent à nouveau l'attention que depuis les années 1990.
L'utilisation des fibres d'origine naturelle, notamment végétale, au lieu des fibres de verre, permet de réaliser des composites dont la masse volumique est notablement inférieure à celle obtenue avec des fibres de verre pour les mêmes caractéristiques mécaniques.
Par ailleurs, la cellulose étant le polymère le plus répandu de la biosphère, l'utilisation de cette ressource de matière primaire, renouvelable par culture, permet d'économiser des réserves naturelles utilisées pour la production de certaines fibres synthétiques, comme par exemple le pétrole.
En outre, l'utilisation des fibres d'origine végétale peut être envisagée dans de nombreux domaines industriels, notamment automobiles.
Toutefois, bien que très répandus, les matériaux obtenus à partir des fibres naturelles présentent de nombreux inconvénients, notamment en ce qui concerne leur composition chimique et leur procédé de fabrication.
Actuellement, les matériaux obtenus à partir des fibres naturelles, sont fabriqués soit par aiguillage à partir de fibres courtes faiblement chargées en anas, soit en imprégnant les fibres naturelles d'une matrice thermodurcissable, telle qu'une résine époxy, vinylester ou polyester.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de feutres végétaux qui pallie les inconvénients précités, notamment en ce qui concerne le procédé de fabrication.
Un autre but de la présente invention est de proposer la fabrication de feutres 100 % végétaux.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaítront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes obtenues après séparation de la partie ligneuse de la fibre, caractérisé par le fait que :
  • on broie les étoupes pour former un broyat fibreux,
  • on brasse le broyat fibreux en milieu liquide,
  • on soumet le broyat fibreux brassé à un traitement thermique,
  • on moule le broyat fibreux brassé pour former un feutre,
  • on sèche le feutre obtenu.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante.
Les étoupes utilisées dans la présente invention sont obtenues en utilisant des méthodes classiques de séparation de la partie ligneuse de la fibre dans les plantes textiles.
Les fibres utilisées selon la présente invention sont fortement chargées en anas, ce qui permet de valoriser de nombreux coproduits végétaux plus ou moins ligneux et de respecter les impératifs environnementaux de recyclage.
Ainsi, la présence de poussières pectiques n'est pas un handicap et les étoupes peuvent être utilisées sans nettoyage à la sortie du teillage. Par « teillage », on entend l'opération mécanique qui consiste à séparer les fibres textiles du reste de la tige du végétal.
Par ailleurs, selon la présente invention, les feutres obtenus sont 100 % végétaux.
En outre, les fibres utilisées lors du procédé peuvent être blanchies préalablement par traitement chimique sans incidence sur le procédé.
Selon l'invention, dans une première étape, on broie les étoupes pour former un broyat fibreux. Plus précisément, dans cette étape, on broie les étoupes afin de les transformer en flocons cotonneux.
Cela étant, d'autres coproduits agricoles cellulosiques et/ou lignocellulosiques peuvent éventuellement être incorporés en mélange, et ainsi on broie les étoupes pour former un broyat fibreux éventuellement avec d'autres coproduits cellulosiques et/ou lignocellulosiques.
Plus précisément, les étoupes, de lin par exemple, peuvent être substituées en partie, dans des proportions variables pouvant atteindre 95 %, suivant les caractéristiques physico chimiques, hydriques, mécaniques et thermiques souhaitées, par d'autres étoupes, ou plus généralement, par tout autre substance végétale cellulosique et/ou lignocellulosique, voire en mélange, dont notamment les pulpes de betteraves.
Le type de broyage peut être adapté aux matériaux de départ et à la texture souhaitée, produisant des feutres qui peuvent être plus ou moins fins suivant la proportion de fractions ligneuses et le type de broyage.
Selon un mode particulier de la présente invention, les étoupes sont des étoupes de lin.
Le lin a l'avantage de présenter de bonnes propriétés mécaniques parmi d'autres fibres végétales (tableau ci-dessous) et d'être d'approvisionnement facile en France.
Cellulose (%) Contrainte de traction (MPa) Allongement à la rupture densité
Sisal 67-78 507-508 2-4.3 1.5
Coir 37-43 106-270 15-47 1.45-1.5
Coton 90 350 6-7 1.5
Lin 71 780-2000 2-3 1.2
Banane 64-66 529-914 3-10 1.35
En outre, les étoupes de lin peuvent être utilisées, qu'elles soient issues de lin oléagineux ou de lin fibre, quelles que soient les variétés et quels que soient les traitements subis en culture et le degré de rouissage. Par « rouissage », on entend l'action microbienne ayant pour but d'éliminer le ciment pectique enrobant les fibres cellulosiques de l'écorce des plantes textiles, telles que le lin, et d'isoler ces dernières en vue d'obtenir la filasse.
Selon la présente invention, et après la première étape de broyage des étoupes afin d'obtenir un broyat fibreux, dans une deuxième étape on brasse les broyats en milieu liquide.
Selon un mode particulier de la présente invention, le brassage est réalisé à froid en milieu aqueux, et peut être réalisé manuellement ou mécaniquement. Le brassage reste très court, de l'ordre de la minute et l'eau est apportée en quantité suffisante pour imbiber totalement la fibre, éliminant de cette façon une partie des molécules hydrosolubles.
Selon la présente invention et après la deuxième étape, on soumet le broyat fibreux brassé à un traitement thermique. Plus particulièrement, le traitement thermique auquel le broyat fibreux est soumis est effectué par micro-ondes. Le temps de traitement est adapté à la puissance de l'appareil micro-ondes et à son mode de fonctionnement, à savoir en continu ou discontinu.
A titre d'exemple, non limitatif, on a obtenu de bons résultats avec une fréquence de 2.450 MHz et une puissance de 900 W, et avec un temps de traitement en discontinu de l'ordre de 1 mn pour 10 g de broyat sec.
L'échauffement par micro-ondes en milieu humide présente l'avantage de la rapidité, de l'absence d'inertie, car les arrêts et les mises en route sont instantanés, de la facilité d'utilisation avec une régulation de la puissance aisée.
En outre, le transfert de l'énergie est rapide dans toute la masse de broyat sans surchauffe superficielle.
Par ailleurs, l'agitation moléculaire au sein du mélange suffit pour enchevêtrer les fibres pendant qu'une fraction de l'eau s'élimine par évaporation, ce qui favorise le séchage postérieur du produit.
Selon une quatrième étape, on moule le broyat fibreux brassé pour former un feutre . Plus précisément, après le traitement micro-ondes, le mélange fibreux humide est coulé à chaud dans un moule et notamment pressé pour éliminer la plus grande partie de l'eau. Avec le pressage, l'échantillon de fibres est ramené à environ la moitié de son volume initial et un compactage plus ou moins important peut être appliqué suivant la texture souhaitée.
Selon une cinquième étape, on sèche le feutre obtenu. Plus précisément, et selon un exemple, le séchage des fibres peut être réalisé en deux étapes, une première étape de séchage avec les fibres dans le moule, et une deuxième étape avec les fibres démoulées. Dans d'autres modes de réalisation, le séchage pourra être effectué par hyperfréquence ou par infrarouge ou tout traitement adapté.
On a obtenu de bons résultats en réalisant le séchage dans une enceinte ventilée, à une température de l'ordre de 70 °, pendant 24 heures et avec les fibres dans le moule. Les fibres ont été ensuite démoulées et le séchage se poursuit jusqu'à masse constante. Le temps de séchage peut s'adapter en fonction de la taille de l'échantillon de fibres.
Un autre but de la présente invention concerne le produit obtenu par le procédé objet de ce brevet.
Ce produit, à savoir un feutre 100 % végétal, présente l'avantage d'être compatible avec des matériaux minéraux, de pouvoir être façonné à volonté lors du procédé et de conserver sa forme après séchage.
En outre, les feutres sont totalement recyclables en circuit fermé pour la production de nouveaux feutres ou pour la production de compost, dans le cas de feutres en fin de vie.
Par ailleurs, les feutres obtenus par le présent procédé peuvent être rendus ininflammables.
Selon la présente invention, le produit obtenu selon le procédé décrit dans la présente invention est utilisé dans l'isolation thermique et/ou phonique, ainsi que dans divers accessoires d'ameublement, dans l'industrie automobile, industries du jouet et de la décoration, de l'emballage, de l'horticulture, etc.
Naturellement, d'autres modes de réalisation de la présente invention, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

  1. Procédé pour la fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes obtenues après séparation de la partie ligneuse de la fibre, caractérisé par le fait que :
    on broie les étoupes pour former un broyat fibreux,
    on brasse le broyat fibreux en milieu liquide,
    on soumet le broyat fibreux brassé à un traitement thermique,
    on moule le broyat fibreux brassé pour former un feutre,
    on sèche le feutre obtenu.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on broie les étoupes pour former un broyat fibreux éventuellement avec d'autres coproduits agricoles cellulosiques et/ou lignocellulosiques.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les étoupes sont des étoupes de lin.
  4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les coproduits cellulosiques sont les pulpes de betteraves.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on brasse le broyat fibreux en milieu aqueux.
  6. Procédé selon les revendications 1 ou 3, caractérisé par le fait que le brassage est réalisé à froid.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 4, caractérisé par le fait que le brassage est réalisé manuellement.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 4, caractérisé par le fait que le brassage est réalisé mécaniquement.
  9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement thermique est effectué par micro-ondes.
  10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on moule les fibres à chaud.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 8, caractérisé par le fait que les fibres sont pressées après moulage.
  12. Produit obtenu selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  13. Utilisation du produit obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans l'isolation thermique et/ou phonique.
  14. Utilisation du produit obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans l'emballage.
  15. Utilisation du produit obtenu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans l'horticulture.
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