EP1588815B1 - 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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EP1588815B1
EP1588815B1 EP05370007A EP05370007A EP1588815B1 EP 1588815 B1 EP1588815 B1 EP 1588815B1 EP 05370007 A EP05370007 A EP 05370007A EP 05370007 A EP05370007 A EP 05370007A EP 1588815 B1 EP1588815 B1 EP 1588815B1
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EP
European Patent Office
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ground material
hards
fibers
fibrous
brewed
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EP05370007A
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EP1588815A1 (fr
Inventor
Michèle Queneudec T'Kint
Blaise Dupré
Rose-Marie Dheilly
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Universite de Picardie Jules Verne
Institut Technique du Lin ITL
Original Assignee
Universite de Picardie Jules Verne
Institut Technique du Lin ITL
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Publication date
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21BFIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21JFIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J3/00Manufacture of articles by pressing wet fibre pulp, or papier-mâché, between moulds

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing vegetable felts from tows and the product obtained by this process and in particular its use in thermal insulation and / or sound 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 can be envisaged in many industrial fields, particularly automobiles.
  • the materials obtained from natural fibers have many disadvantages, in particular as regards their chemical composition and their manufacturing process.
  • thermosetting matrix such as an epoxy, vinylester or polyester resin.
  • Document is known DE-42 42,538 a process for the manufacture of a textile based on natural fibers, which does not use tows.
  • the starting material may be flax or not.
  • the cohesion between the fibers of the product is obtained after extraction of the pectins from the fibers and use of the pectins as binding agent. Hot water, or water vapor dissolves the pectins of a linen cloth. This web is then subjected to a calendering step to obtain the cohesion of the fibers.
  • the object of the present invention is to provide a method of manufacturing vegetable felts which overcomes the aforementioned drawbacks, particularly with regard to the manufacturing process.
  • Another object of the present invention is to provide the manufacture of 100% vegetable felts.
  • the tows used in the present invention are obtained using conventional methods of separating the woody portion of the fiber from textile plants.
  • the fibers used according to the present invention are heavily loaded with shives, which makes it possible to efficiently valorize many more or less woody plant co-products and to respect the environmental requirements of recycling.
  • the presence of pectic dust is not a handicap and the tows can be used without cleaning at the exit of the scutch.
  • cutting is meant the mechanical operation of separating the textile fibers from the rest of the plant stem.
  • the felt obtained are 100% vegetable.
  • the fibers used in the process can be bleached beforehand by chemical treatment without affecting the process.
  • the tows are ground to form a fibrous ground material. More precisely, in this step, the tows are crushed in order to turn them into fluffy flakes.
  • cellulosic and / or lignocellulosic agricultural co-products may optionally be incorporated in a mixture, and thus the tows are ground to form a fibrous millstock optionally with other cellulosic and / or lignocellulosic co-products.
  • tows may be substituted in part, in variable proportions up to 95%, depending on the physicochemical, hydric, mechanical and thermal characteristics desired by other tows, or more generally by any other cellulosic and / or lignocellulosic plant substance, or even in a mixture, in particular 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 fine depending on the proportion of woody 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 from linseed or flax fiber, whatever the varieties and whatever the treatments in culture and the degree of retting.
  • "Retting” means the microbial action intended to remove the pectic cement coating cellulosic fibers of the bark of textile plants, such as flax, and to isolate the latter in order to obtain the tow. .
  • the ground materials are stirred in a liquid medium.
  • the stirring is carried out cold in an aqueous medium, and can be carried out manually or mechanically.
  • the stirring remains very short, of the order of one minute and the water is supplied in sufficient quantity to fully soak the fiber, thereby eliminating part of the water-soluble molecules.
  • the stirred fiber mill is subjected to a heat treatment. More particularly, the heat treatment to which the fibrous ground material is subjected is carried out by microwaves.
  • the processing time is adapted to the power of the microwave and its mode of operation, namely continuous or discontinuous.
  • good results have been obtained with a frequency of 2.450 MHz and a power of 900 W, and with a batch treatment time of the order of 1 min for 10 g of dry ground material.
  • Microwave heating in humid environments has the advantage of speed, of lack of inertia, because stops and start-ups are instantaneous, ease of use with easy power control .
  • the molecular agitation within the mixture is sufficient to entangle the fibers while a fraction of the water is removed by evaporation, which promotes the subsequent drying of the product.
  • the stirred fibrous ground material is molded to form a felt. More specifically, 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 pressing, the fiber sample is reduced to about half of its initial volume and more or less compacting can be applied according to the desired texture.
  • the felt obtained is dried. More specifically, and according to one example, the drying of the fibers can be carried out in two stages, a first drying step with the fibers in the mold, and a second step with the demolded fibers. In other embodiments, the drying may 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 which is the subject of this patent.
  • This product namely a 100% vegetable felt, has the advantage of being compatible with mineral materials, to be able to be shaped at will during the process and to retain its shape after drying.
  • the felts are completely recyclable in closed circuit for the production of new felts or for the production of compost, in the case of end-of-life felts.
  • the felts obtained by the present process can be rendered non-flammable.
  • the product obtained according to the method described in the present invention is used in thermal and / or sound insulation, as well as in various furniture accessories, in the automotive industry, toy and decoration industries. , packaging, horticulture, etc.

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  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
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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.
  • On connait du document FR-2.705.369 un procédé pour la fabrication d'un non-tissé à partir de lin. Les fibres nobles, à savoir les filasses, sont utilisées pour la réalisation de ce non-tissé.
  • On connaît du document DE-42 42 538 un procédé pour la fabrication d'un textile à base de fibres naturelles, qui n'utilise pas d'étoupes. Le matériau de départ peut être du lin roui ou non. La cohésion entre les fibres du produit est obtenue après extraction des pectines des fibres et utilisation des pectines comme agent liant. De l'eau chaude, ou de la vapeur d'eau permet de dissoudre les pectines d'une nappe de lin. Cette nappe est ensuite soumise à une étape de calandrage pour obtenir la cohésion des fibres.
  • 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 apparaîtront 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 dans lequel :
    • on obtient les étoupes en séparant la partie ligneuse de la fibre,
    • 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 par micro-ondes,
    • 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.

Claims (14)

  1. Procédé pour la fabrication de feutres végétaux à partir d'étoupes dans lequel :
    - on obtient les étoupes en séparant la partie ligneuse de la fibre,
    - 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 par micro-ondes,
    - 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 ou 2, dans lequel les étoupes sont des étoupes de lin.
  4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les coproduits cellulosiques sont les pulpes de betteraves.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on brasse le broyat fibreux en milieu aqueux.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le brassage est réalisé à froid.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le brassage est réalisé manuellement.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le brassage est réalisé mécaniquement.
  9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on moule les fibres à chaud.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 9, dans lequel les fibres sont pressées après moulage.
  11. Produit obtenu selon l'une quelconque des revendications 1à10.
  12. Utilisation du produit obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans l'isolation thermique et/ou phonique.
  13. Utilisation du produit obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans l'emballage.
  14. Utilisation du produit obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans l'horticulture.
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