FR3106835A1 - Procédé de préparation d’une poudre de matériau d’origine naturelle et poudre obtenue par un tel procédé - Google Patents

Procédé de préparation d’une poudre de matériau d’origine naturelle et poudre obtenue par un tel procédé Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé de préparation d’une poudre d’un matériau d’origine naturelle, qui comprend une étape de traitement d’une matière contenant au moins 70 % en poids de déchet(s) de cuir sous forme particulaire dans une extrudeuse bi-vis dans laquelle il est appliqué un profil de température croissant depuis une température initiale comprise entre 10 et 40 °C jusqu’à une température maximale comprise entre 60 et 120 °C, en présence d’eau dans une quantité telle que le rapport en poids d’eau par rapport à ladite matière est compris entre 0,20 et 6.

Description

PROCÉDÉ DE PRÉPARATION D’UNE POUDRE DE MATÉRIAU D’ORIGINE NATURELLE ET POUDRE OBTENUE PAR UN TEL PROCÉDÉ
La présente invention s’inscrit dans le domaine de la valorisation des matières d’origine naturelle, plus précisément d’origine animale.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de préparation d’une poudre d’un matériau d’origine naturelle, à partir de déchets de cuir, ainsi qu’une poudre de matériau d’origine naturelle obtenue par un tel procédé.
L’épuisement programmé des ressources fossiles incite depuis plusieurs années les industriels à développer des solutions de remplacement mettant en œuvre des ressources renouvelables, et ce dans tous les domaines de l’industrie. Le recyclage et la valorisation des déchets d’origine animale ou végétale revêtent à ce titre un intérêt croissant, tant du point de vue économique qu’environnemental.
Il a ainsi été proposé par l’art antérieur de fabriquer des articles en matériaux solides formés à partir de déchets d’origine animale ou végétale, par exemple de déchets industriels issus de l’élevage ou de rebuts de production tels que des chutes générées lors du travail du cuir, en visant à ce que de tels articles tirent profit des propriétés tant esthétiques que mécaniques des matières naturelles dont ils sont formés.
Le document de brevet WO-A-2019/077112 décrit par exemple un procédé de fabrication d’un article sous forme d’un bloc solide, à partir d’une matière naturelle sous forme particulaire contenant des scléroprotéines, notamment de cuir. Ce procédé permet de former des pièces massives dans un matériau reproduisant les propriétés de la matière naturelle initiale, et même améliorant certaines de ces propriétés.
Le document FR-A-3081468 décrit quant à lui un procédé de fabrication d’un article en matériau composite solide à partir de particules d’une matière naturelle contenant des scléroprotéines, ces protéines étant dispersées dans une matrice d’un polymère thermoplastique.
Dans l’un comme l’autre de ces procédés, la granulométrie des particules de matière contenant des scléroprotéines est de quelques centaines de micromètres. Des particules de telle taille peuvent être obtenues par des techniques classiques de broyage ou de déchiquetage, notamment au moyen d’un broyeur à couteaux ou à marteaux.
Cherchant à préparer de telles particules, et s’intéressant plus particulièrement aux matières d’origine naturelle du type à fort taux en collagène, en particulier aux cuirs, les présents inventeurs ont mis au point un procédé particulier qui permet de préparer un matériau sous forme pulvérulente dont les propriétés, notamment les propriétés mécaniques, sont fortement améliorées par rapport aux poudres obtenues par les techniques classiques de broyage. Ces propriétés le rendent tout à fait avantageux pour une utilisation en tant que matériau de départ pour les procédés de fabrication d’articles proposés par l’art antérieur, notamment les procédés mentionnés ci-avant.
La présente invention vise ainsi à proposer un procédé qui permette de préparer une poudre d’un matériau à base principalement de collagène, dont les propriétés sont améliorées par rapport aux poudres obtenues par les techniques classiques de broyage.
Un objectif supplémentaire de l’invention est que ce procédé soit simple et peu coûteux à mettre en œuvre, qui plus est au moyen d’un appareillage trouvé couramment dans le commerce.
A cet effet, il est proposé selon la présente invention un procédé de préparation d’une poudre d’un matériau d’origine naturelle, à partir d’une matière initiale contenant au moins 70 % en poids de cuir, notamment de déchet(s) de cuir, ledit cuir étant préparé à partir de peau d’un animal non-humain; cette matière initiale se trouvant sous forme particulaire.
On entend dans la présente description, par le terme «cuir», de manière classique en elle-même, une peau d’animal ayant été soumise à des opérations de tannage et corroyage, de sorte à la rendre imputrescible. Le cuir contient un taux élevé de collagène.
Les déchets de cuir peuvent être de tout type, notamment des rebuts de production de l’industrie du cuir, des articles ou parties d’articles en cuir usagés, etc.
On entend, par «matière initiale», une unique matière ou un mélange d’une pluralité de matières, pouvant ou non être du cuir, par exemple un mélange de plusieurs types de déchets de cuir différents.
On entend, par forme particulaire, le fait que la matière initiale se trouve sous forme de particules plus ou moins grossières, de taille de quelques dizaines ou centaines de micromètres ou plus, pouvant aller jusqu’à quelques centimètres.
Le procédé selon l’invention comprend une étape de traitement de cette matière initiale, principalement d’origine naturelle, et très majoritairement à base de collagène, dans une extrudeuse bi-vis dans laquelle il est appliqué un profil de température croissant depuis une température initiale comprise entre 10°C et 40°C, jusqu’à une température maximale comprise entre 60 et 120°C, en présence d’eau dans une quantité telle que le rapport en poids d’eau par rapport à ladite matière initiale introduite dans l’extrudeuse, à l’état sec, est compris entre 0,20 et 6.
La matière initiale ne comprend de préférence aucune substance polymère ou précurseur de polymère. Au cours de l’étape de traitement du procédé selon l’invention, la matière initiale n’est en outre de préférence mélangée à aucune substance polymère ou précurseur de polymère. L’étape de traitement du procédé selon l’invention n’est ainsi nullement une étape de compoundage, mettant en œuvre un liant polymère, mais une étape de fragmentation de la matière sous l’effet des forces de cisaillement exercées sur elle dans l’extrudeuse bi-vis. Cette fragmentation s’accompagne d’un phénomène de plastification de la matière provoquée par son chauffage, en présence d’une quantité spécifique d’eau mélangée à la matière initiale.
Il a été découvert par les présents inventeurs que, de manière tout à fait surprenante, la combinaison de ces phénomènes permet d’obtenir une poudre de matériau qui présente, par rapport à la matière de départ, non seulement une taille de grains fortement réduite, mais également une masse volumique apparente accrue, qui peut être jusqu’à deux ou trois fois plus importante, ce qui, notamment, facilite son stockage, sa manutention et sa manipulation.
La masse volumique apparente de la poudre de matériau peut être déterminée par le test dit de mesure de la densité tapée, bien connu de l’homme du métier, selon le protocole décrit dans la norme ASTM B527, par mesure de la hauteur de la poudre dans une éprouvette après une série de battements verticaux, par exemple 2500 battements à raison de 249 battements par minute. Un exemple d’instrument adéquat pour la mise en œuvre de ce test est le Densi-tap commercialisé par la société Ma.Tec..
En outre, cette poudre obtenue selon l’invention présente des propriétés mécaniques telles que, mise en œuvre en tant que matériau de départ dans un procédé de fabrication d’articles en matériau d’origine naturelle, notamment un des procédés mentionnés ci-avant, par exemple par thermopressage, elle confère à cet article une résistance mécanique supérieure à celle des pièces obtenues à partir des matières pulvérulentes de l’art antérieur, obtenues par les techniques de broyage traditionnelles. Un tel résultat avantageux pourrait en partie s’expliquer par le fait que la poudre de matériau obtenue selon l’invention présenterait une meilleure capacité de frittage lorsqu’elle est soumise à une élévation de température. Cet article présente en outre une meilleure résistance à l’humidité, notamment en raison du fait que la poudre de matériau obtenue par le procédé selon l’invention est avantageusement moins hygroscopique que la matière initiale sur laquelle a été appliqué le procédé selon l’invention.
Le collagène est une protéine structurale fibreuse, formant une triple hélice, présente dans les tissus conjonctifs des animaux et ayant pour fonction de conférer à ces tissus une résistance mécanique à l’étirement. Le collagène, plus précisément le collagène de type I, est notamment la protéine majoritaire du derme des animaux.
On ne préjugera pas ici des phénomènes sous-tendant l’obtention des propriétés tout à fait avantageuse du matériau sous forme de poudre obtenu par le procédé selon l’invention. On peut cependant supposer qu’au cours de l’étape de traitement de la matière initiale dans l’extrudeuse, la combinaison des forces de cisaillement qui y sont exercées sur la matière, et de l’élévation de température, a pour effet de modifier la structure tridimensionnelle de la protéine qu’est le collagène, facilitant ainsi la pénétration de l’eau entre les chaines protéiques, le tout provoquant un changement de conformation de la protéine, avec transition d’une structure en hélices α à une structure en feuillets β, permettant aux chaines protéiques en présence de mieux interagir entre elles. Ce changement de conformation participerait à conférer au matériau obtenu ses propriétés avantageuses.
La matière initiale à partir de laquelle est appliqué le procédé selon l’invention contient du cuir issu du derme d’un animal non-humain, notamment d’un reptile ou d’un mammifère, par exemple d’un bovin ou d’un ovin.
Ce cuir peut être de tout type, et notamment aussi bien être obtenu par traitement du derme des animaux par des agents tannants végétaux, que par tannage au chrome ou par des tannins synthétiques.
Selon l’invention, la matière initiale peut contenir au moins 80 % en poids, ou encore au moins 90% en poids ou même au moins 95% en poids, de cuir, notamment de déchet(s) de cuir.
La matière initiale, à base de collagène, à partir de laquelle le procédé selon l’invention est appliqué peut se présenter sous forme de particules de toutes dimensions, de toute forme et de tout taux d’humidité. Préférentiellement, elle se présente sous forme de particules de taille comprise entre5mm et 10cm. Lorsque la matière initiale est sous forme de morceaux de plus grande taille, le procédé selon l’invention comprend de préférence une étape préalable de découpage et/ou broyage de cette matière en particules de plus petite taille, par exemple au moyen d’un broyeur à couteaux.
Le procédé selon l’invention peut en outre répondre à l’une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après, mises en œuvre isolément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
La température maximale du profil de température appliqué dans l’extrudeuse est de préférence inférieure à 100°C, préférentiellement comprise entre 60 et 95°C et préférentiellement encore comprise entre 60 et 90°C.
Le temps de séjour de la matière dans l’extrudeuse bi-vis dépend de la vitesse de rotation des vis, et du nombre et de la longueur des zones de malaxage. Il est par exemple compris entre 20secondes et 1minute.
Dans des modes de mise en œuvre particuliers de l’invention, le rapport en poids d’eau par rapport à la matière initiale est compris entre 0,2 et 2, de préférence compris entre 0,3 et 1, par exemple compris entre 0,4 et 0,8, notamment entre 0,5 et 0,7. Il peut autrement être compris entre 2 et 6.
La quantité d’eau à ajouter à la matière initiale dépend du taux d’humidité de départ de cette dernière. Ainsi, le procédé selon l’invention peut comprendre une étape de détermination du taux d’humidité de la matière initiale, puis la détermination de la quantité d’eau à lui ajouter pour obtenir le rapport en poids d’eau par rapport à la matière initiale souhaité, ce rapport étant compris entre 0,2 et 6.
On entend dans la présente, par taux d’humidité, de manière classique en elle-même, le pourcentage en masse d’eau contenue dans la matière, par rapport à la masse totale de matière, dans des conditions de 60% d’humidité relative de l’air età 20 °C environ. Ce taux d’humidité peut notamment être déterminé par comparaison du poids d’un échantillon de matière avec le poids de ce même échantillon après qu’il ait été soumis à une étape de séchage à plus de 100°C jusqu’à obtenir un poids de l’échantillon sensiblement constant.
La mise en présence de la matière initiale avec l’eau peut être réalisée de différentes manières.
Dans des modes de mise en œuvre préférés de l’invention, la matière initiale est introduite dans l’extrudeuse telle quelle, et une solution aqueuse est également introduite dans l’extrudeuse bi-vis, indépendamment de la matière initiale. Ainsi, la mise en présence de la matière initiale et de l’eau est réalisée par introduction d’une solution aqueuse dans l’extrudeuse bi-vis.
Le débit d’alimentation de solution aqueuse dans l’extrudeuse est de préférence constant, et calculé pour obtenir le rapport en poids eau / matière souhaité, ce rapport étant compris entre 0,2 et 6, notamment entre 0,2 et 2. Un tel calcul entre dans les compétences de l’homme du métier, qui prendra notamment en compte pour le réaliser le débit d’alimentation de la matière initiale dans l’extrudeuse et le taux d’humidité de départ de cette matière.
La solution aqueuse est de préférence introduite dans l’extrudeuse bi-vis en amont d’une première zone de malaxage que comporte l’extrudeuse bi-vis, en fin de la zone de convoyage précédant immédiatement la première zone de malaxage, dans le sens de défilement de la matière dans l’extrudeuse. La matière initiale est alors intimement mélangée à la solution aqueuse dans la zone de malaxage.
Dans des variantes de l’invention, la matière initiale est imprégnée avec une solution aqueuse avant son introduction dans l’extrudeuse. Cette imprégnation est de préférence réalisée pendant 12 à 30heures, de préférence à une température comprise entre 1 et 10°C. L’étape d’imprégnation comprend préférentiellement au moins une phase initiale d’agitation, de sorte à assurer un mélange homogène de l’eau avec la matière initiale. L’agitation peut être poursuivie pendant toute ou partie de l’étape d’imprégnation. Les quantités respectives de solution aqueuse et de matière initiale mélangées sont déterminées pour obtenir le rapport en poids eau / matière initiale souhaitée.
Pour l’un ou l’autre des modes de mise en œuvre ci-dessus, la solution aqueuse peut être constituée uniquement d’eau. Elle peut autrement contenir au moins une substance additionnelle.
La solution aqueuse peut notamment contenir un agent de décomplexation des complexes chrome-collagène, qui ont pu être formés au sein du cuir lors des procédés de tannage au chrome. La mise en œuvre d’un tel agent de décomplexation dans la solution aqueuse permet avantageusement de faciliter la pénétration de l’eau dans la matière initiale lors de l’étape de traitement par extrusion, et d’augmenter la masse volumique apparente du matériau obtenu.
Cet agent de décomplexation peut notamment consister en de l’hydroxyde de sodium et/ou de l’hydroxyde de magnésium, par exemple à une concentration dans l’eau comprise entre 10 et 40g/l.
Il peut autrement par exemple s’agir d’oxalate, et en particulier d’oxalate d’ammonium et/ou d’oxalate de sodium, par exemple à une concentration dans l’eau comprise entre 25 et 40g/l.
L’hydroxyde de sodium, tout comme l’oxalate, présentent l’avantage d’être facilement disponibles et de présenter une bonne capacité de dissolution dans l’eau.
La solution aqueuse peut également ou autrement contenir un ou plusieurs agents tensioactifs.
L’extrudeuse bi-vis mise en œuvre selon l’invention peut être de tout type classique en lui-même. Elle est de préférence du type à vis co-rotatives, préférentiellement de type interpénétrantes. Les vis mises en œuvre peuvent présenter tout profil et tout pas de vis.
La vitesse de rotation des vis de l’extrudeuse bi-vis est de préférence comprise entre 100 et 400 tours/min, et préférentiellement entre 200 et 300tours/min. Une vitesse comprise dans cette plage de valeurs est avantageusement, d’une part, suffisamment élevée pour assurer une bonne plastification de la matière traitée dans l’extrudeuse, et d’autre part, suffisamment basse pour ne pas risquer que cette matière se désintègre dans l’extrudeuse.
L’énergie mécanique spécifique (EMS), exprimant le travail fourni par les vis de l’extrudeuse bi-vis pour cisailler la matière initiale, est de préférence comprise entre 400 et 1800Wh/kg.
L’énergie mécanique spécifique par définie par l’équation suivante:

dans laquelle U représente la tension du moteur de l’extrudeuse bi-vis, exprimée en volts; I représente l’intensité de ce moteur (valeur relevée), exprimée enampères; cosϕ représente le coefficient correcteur du moteur (fourni par la fabricant); N représente la vitesse de rotation des vis de l’extrudeuse, exprimée en tours/min; Nmaxreprésente la vitesse maximale de rotation des vis de l’extrudeuse, exprimée en tours/min; et Q représente le débit d’entrée de la matière initiale solide dans l’extrudeuse, exprimée enkg/h.
L’extrudeuse bi-vis mise en œuvre selon l’invention peut comporter une ou plusieurs zones. La matière d’origine naturelle traitée traverse successivement ces zones, depuis une première extrémité, dans laquelle la matière à traiter entre dans l’extrudeuse, jusqu’à une deuxième extrémité, de laquelle la matière traitée sort hors de l’extrudeuse.
L’extrudeuse bi-vis mise en œuvre selon l’invention comporte de préférence une ou plusieurs zones de convoyage, avec et/ou sans compression de la matière, et une ou plusieurs zones de malaxage, ainsi le cas échéant qu’une ou plusieurs zones à vis à pas inverse. Toute combinaison de telles zones dans l’extrudeuse entre dans le cadre de l’invention.
Préférentiellement, l’extrudeuse bi-vis comporte au moins deux zones de malaxage, et même trois zones de malaxage ou plus.
Dans des modes de mise en œuvre préférés de l’invention, l’extrudeuse bi-vis comporte une zone de convoyage avant et après chaque zone de malaxage.
Préférentiellement, l’extrudeuse bi-vis mise en œuvre selon l’invention comporte la succession des zones suivantes: convoyage – malaxage – convoyage - malaxage – convoyage.
L’extrudeuse bi-vis mise en œuvre selon l’invention ne comporte de préférence pas de filière en sortie.
L’extrudeuse bi-vis mise en œuvre selon l’invention peut comporter tout moyen permettant l’application du profil de température souhaité dans chacune des zones qu’elle comporte.
Par profil de température croissant, on entend dans la présente description que la température augmente entre la température initiale, qui est typiquement appliquée dans la zone d’entrée de l’extrudeuse bi-vis, et la température finale, qui est typiquement la température appliquée dans la dernière zone de malaxage de l’extrudeuse bi-vis, dans le sens de circulation de la matière dans l’extrudeuse bi-vis. Le profil d’augmentation de la température n’est pas forcément linéaire, et il peut comporter plusieurs paliers. De manière générale, la température est de préférence sensiblement uniforme au sein de chacune des zones de l’extrudeuse bi-vis, et, pour chaque zone, elle est supérieure ou égale à la température de la zone située en amont, dans le sens de circulation de la matière dans l’extrudeuse bi-vis. La température au sein de la zone de convoyage terminale de l’extrudeuse bi-vis peut être inférieure à celle de la zone de malaxage qui la précède.
Dans des modes de mise en œuvre particuliers de l’invention, l’extrudeuse bi-vis comporte une ou plusieurs bobines d’induction permettant d’apporter, dans chaque zone traversée par la matière, l’énergie thermique souhaitée.
Le profil de température appliqué dans l’extrudeuse bi-vis est de préférence tel que la température augmente le long de cette dernière, entre son extrémité d’entrée de la matière et son extrémité de sortie.
Préférentiellement, la température dans la première zone traversée par la matière, dite première température, est d’environ 20 °C. Cette première zone est de préférence une zone de convoyage.
Dans des modes de mise en œuvre préférés de l’invention, la température maximale dans l’extrudeuse bi-vis est inférieure à 100°C, de préférence comprise entre 60 et 95°C, par exemple comprise entre 60 et 90°C ou encore comprise entre 60 et 80°C. Cette température maximale est de préférence la température d’au moins la dernière zone de malaxage traversée par la matière dans l’extrudeuse.
Dans toute la présente, les valeurs indiquées concernant les températures appliquées dans l’extrudeuse sont les valeurs de consigne, étant entendu que les valeurs de température réelles au sein de la matière traitée circulant dans l’extrudeuse peuvent être légèrement différentes, en fonction notamment de la composition de cette matière et de sa teneur en eau, ainsi que du profil de température exact qui est appliqué.
Le débit d’entrée de la matière d’origine naturelle dans l’extrudeuse bi-vis est de préférence constant. Dans des modes de mise en œuvre particuliers de l’invention, il est compris entre 1 et 15 kg/h, exprimé en poids de matière sèche. La matière initiale introduite dans l’extrudeuse peut présenter tout taux d’humidité initial.
Le procédé selon l’invention peut en outre comporter, après l’étape de traitement de la matière dans l’extrudeuse bi-vis, une étape de séchage de l’extrudât obtenu en sortie de l’extrudeuse, à l’issue de l’étape de traitement du procédé selon l’invention.
Cette étape de séchage peut être réalisée de toute manière classique en elle-même pour l’homme du métier, notamment en étuve, de préférence sous courant d’air.
Le séchage peut par exemple être réalisé à une température comprise entre 40°C et 60 °C, pendant quelques heures, notamment pendant 10 à 30heures.
Le procédé selon l’invention peut enfin comprendre une étape finale de broyage de l’extrudât, au moyen de tout broyeur classique en lui-même, le cas échéant après que ce dernier ait été soumis à l’étape de séchage, de sorte à en diminuer encore la granulométrie.
En particulier, lorsque la matière initiale contient une quantité importante de dérayures de cuir, l’extrudât obtenu en sortie de l’extrudeuse bi-vis peut se présenter non pas directement sous forme pulvérulente, mais sous forme d’une pâte. Cette pâte peut cependant avantageusement être très facilement broyée, pour former une poudre de granulométrie bien inférieure à celle qu’aurait présenté une poudre obtenue par broyage direct, selon les mêmes conditions, de la matière initiale.
Le procédé selon l’invention peut également comporter une étape de récupération, dans la poudre obtenue en sortie de l’extrudeuse, le cas échéant après son séchage, de la population de grains de poudre présentant une granulométrie dans une plage souhaitée, notamment une granulométrie inférieure ou égale à 800μm. Cette étape de récupération peut être réalisée selon toute méthode classique en elle-même, notamment par tamisage de la poudre, au moyen d’un tamis de taille de mailles adéquate, en particulier de 800μm.
Un autre aspect de l’invention concerne une poudre de matériau d’origine naturelle contenant au moins 70% en poids de cuir, cette poudre étant susceptible d’être obtenue par un procédé selon l’invention, le cas échéant comprenant une ou plusieurs étapes finales telles que décrites précédemment, notamment de broyage, de séchage et/ou de tamisage visant à récupérer uniquement les grains de poudre de la taille souhaitée, c’est-à-dire inférieure à 800 μm.
La poudre selon l’invention peut notamment contenir au moins 80% en poids, et même au moins 90% en poids ou encore au moins 95% en poids, de cuir.
Elle comprend de préférence au moins 50% en poids, de préférence au moins 70% en poids, de préférence encore au moins 80% en poids, et préférentiellement au moins 90% en poids, de collagène.
La poudre selon l’invention présente une masse volumique apparente comprise entre 0,25 et 0,9 et une granulométrie inférieure à 800μm.
On entend dans la présente description, par granulométrie inférieure à 800μm, le fait que la plus grande dimension de chacune des particules formant la poudre est inférieure à 800μm. De manière générale, ces particules présentent une forme allongée.
La plus grande dimension de chacune des particules de la poudre de matériau selon l’invention peut par exemple être vérifiée par observation de ces particules à la loupe binoculaire, ou au moyen d’un tamis vibrant.
La poudre de matériau d’origine naturelle selon l’invention, formée très majoritairement de cuir, s’avère tout à fait avantageuse en tant que matériau de départ pour la fabrication d’articles massifs par une technique de thermoformage, ou en tant que charge d’un matériau composite, dans lequel elle est dispersée dans une résine polymère, en particulier de type thermoplastique. Les articles ainsi obtenus présentent des propriétés de résistance mécanique, ainsi que de résistance aux environnements humides, qui sont particulièrement bonnes.
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lumière des exemples de mise en œuvre ci-après, fournis à simple titre illustratif et nullement limitatifs de l’invention, avec l’appui des figures 1 à 2, dans lesquelles:
La figure 1 montre des images obtenues à la loupe binoculaire de la matière initiale (en a/) et du matériau final obtenu par un procédé selon l’invention à partir de cette matière (en b/).
La figure 2 montre des courbes obtenues par DSC pour un échantillon pulvérulent de cuir de veau tanné au chrome, et des poudres obtenues à partir de ce matériau par un procédé conforme à l’invention, mettant en œuvre de l’eau seule ou de l’eau additionné de différentes concentrations d’hydroxyde de sodium.
M atériel et m éthodes
Extrudeuse bi-vis
Pour les expériences décrites ci-après, sont utilisées des extrudeuses bi-vis Clextral BC-21 à fourreau de 70cm ou Clextral BC-45, équipées de 7 modules chauffants Parmilleux R et d’une pompe DKM de puissance de 0,37kW pour l’alimentation en eau dans l’extrudeuse.
Dans chacune de ces extrudeuses, une série de modules sont assemblés selon un agencement assurant une alternance de zones de convoyage et de zones de malaxage.
Les modules de convoyage mis en œuvre sont, selon les expériences, du type: à vis à pas direct à gorge trapézoïdale double filets (au moins un de ces modules est placé en première place dans l’extrudeuse, au niveau de l’entrée d’alimentation en matière première); à vis à pas direct à gorge en U double filets qui permettent à la fois de convoyer la matière mais aussi de la comprimer en réduisant le pas du filet; et/ou à vis à pas inverse à gorge en U double filets percés qui forcent la matière à traverser des canaux, ce qui apporte une très forte contrainte de cisaillement.
Les modules de malaxage sont du type malaxeurs bilobes.
La matière à traiter est introduite dans l’extrudeuse par l’intermédiaire d’une trémie associée à une balance calibrée.
Dans chacun de ces modules, les pas de vis sont compris entre 20 et 70mm.
Analyse par calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
Les études thermiques par DSC ont été réalisées sur un appareil DSC Mettler Toledo Star en capsule moyenne pression, avec balayage de température de 20°C à 220°C avec une rampe de 20°C/min sous courant d’azote.
Mesure du taux d’humidité
Le taux d’humidité des matières initiales et des matériaux obtenus est mesuré sur des échantillons de masse comprise entre 2 et 4 g, dans une coupelle en aluminium, au moyen d’une balance de détermination d’humidité infrarougeMettler.
Analyse par spectrométrie infrarouge par réflectance totale atténuée (IR-ATR)
Cette analyse, permettant d’identifier la quantité de chaque conformation des protéines, pour déterminer si la transition des hélices α en bobines aléatoires et feuillets β est effective, est réalisée par un spectromètre infrarouge Thermo Fischer Nicolet® 5700, avec Système ATR, muni d’une pointe diamant. L’intervalle d’étude est de 600 à 4000 cm-1et la résolution de 4 cm-1. Un blanc est réalisé avant chaque mesure, et 30 analyses sont réalisées au minimum pour un spectre, par observation de la décomposition au niveau du pic amide 1 entre 1570 et 1777 cm-1, à l’aide d’un logiciel de traitement et d’analyse de données.
Mesure de la masse volumique apparente
La masse volumique apparente des poudres est mesurée par le test de la densité tapée, selon lequel une masse connue de poudre, comprise entre 20 et 100g, est introduite dans une éprouvette graduée fixée sur un Densi-tap, et 2500 chocs sont appliqués en 10min sur l’éprouvette. Le volume final de la poudre est relevé, ainsi que son poids, et sa masse volumique apparente en est déduite.
Mesure de la granulométrie
La granulométrie est mesurée au moyen d’un tamis vibrant. Plus particulièrement, il est mis en œuvre une succession de tamis commercialisés par la société Retschde tailles respectives suivantes: 0mm; 0,032mm; 0,063mm; 0,125 mm; 0,250mm; 0,500mm; 0,800mm; 1,25mm. Chaque tamis est pesé à vide et propre. Une fois les tamis empilés dans l’ordre de taille croissante, il est ajouté une quantité de matière suffisante pour recouvrir le tamis supérieur d’1cm environ. La fréquence de vibration est fixée à 70% de la fréquence maximale et le temps de vibration est fixé à 10min. Une fois le cycle réalisé, chaque tamis est pesé avec la fraction de granulométrie de poudre retenue, et la répartition en masse de population dans chaque tamis est déterminée.
Test de flexion
Le test de flexion est réalisé sur des éprouvettes du matériau à tester, sur banc de flexion en utilisant la méthode décrite dans la norme NFENISO 178-1:2011, avec les paramètres opératoires suivants:
- écartement entre les points d’appui L = 46 mm;
- force appliquée par le poinçon supérieurà une vitesse constante de 2,5mm/min à 23°C;
- capteur de force de 5kN pour enregistrer la force.
Test de caractérisation hydrique
Le test de caractérisation hydrique est réalisé par immersion, dans de l’eau à 25°C, d’éprouvettes carrées, de dimensions 5x5cm, du matériau à tester. Les éprouvettes sont pesées et mesurées avant immersion, puis chaque heure après le début de l’immersion dans l’eau. Après 24h d’immersion, les éprouvettes sont séchées complètement à 50°C, et leur masse sèche mesurée pour définir la perte de matière potentielle par dissolution dans l’eau.
Exemple 1– cuir tanné par des agents de tannage végétaux
La matière initiale est du cuir d’origine bovine, sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente 0,21 g/cm3et de taux d’humidité de 13%.
L’extrudeuse Clextral BC-21 est utilisée pour cette expérience, avec une vitesse de rotation des vis de 300tours/min. Le profil de vis est le suivant (pour chaque zone, le profil de température est indiqué entre parenthèses): convoyage (20°C) – malaxage (40°C) – convoyage (60°C) – malaxage (90°C) – convoyage (80°C). La matière initiale est introduite au début de la première zone de convoyage, avec un débit de 4kg de matière sèche/h. De l’eau est introduite dans l’extrudeuse au niveau de la zone de malaxage, avec un débit de 3l/h.
On obtient, en sortie de l’extrudeuse, avec un débit de 4kg/h, une poudre de matériau de masse volumique apparente de 0,9 g/cm3et de taux d’humidité de 10%.
L’analyse IR-ATR de la matière initiale montre une structure en hélices αà 38%, feuillets β à 20 % et bobines aléatoires à 42%. Pour le matériau final, l’analyse IR-ATR montre une structure en hélices αà 24%, feuillets β à 25 % et bobines aléatoires à 48%. Ce résultat confirme le changement de structure protéique au sein de la matière lors de la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
La poudre obtenue est mise en forme par thermocompression, à 150 °C et 80MPa, de 12g de poudre dans un moule en acier. On obtient ainsi une pièce sous forme d’un bloc solide.
Le taux de gonflement dans l’eau de cette pièce est déterminé selon le protocole décrit dans la norme NF EN ISO 62.2, avec les quelques modifications suivantes: les éprouvettes mises en œuvre présentent des dimensions de 5x5cm et 3mm d’épaisseur; l’eau et les éprouvettes sont maintenus à 25°C et 60% d’humidité. Chaque éprouvette est placée dans un récipient de 1l de contenance, dans 300ml d’eau distillée. 72h avant l’immersion, les récipients contenant l’eau distillée sont placés en conditions atmosphériques 25°C et 60% d’humidité et les éprouvettes sont séchées à 50°C. Après immersion, les dimensions des éprouvettes et leurs masses sont relevées toutes les heures sur une durée de 24h. Après 24h les éprouvettes sont séchées à l’étuve à 50°C pendant 24h pour mesurer la perte de matière totale et l’épaisseur finale une fois séchée.
On détermine ainsi un taux de gonflement de 16%. A titre comparatif, le taux de gonflement obtenu pour une pièce formée par thermocompression de la matière initiale, avant mise en œuvre du procédé d’extrusion selon l’invention, selon le même protocole que celui décrit ci-avant, est de 42%.
Exemple 2- cuir tanné par des agents de tannage végétaux
La matière initiale est du cuir de vache sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente0,2 g/cm3, de taux d’humidité16%.
L’extrudeuse Clextral BC-45 est utilisée pour cette expérience, avec une vitesse de rotation des vis de 200tours/min. Le profil de vis est le suivant: convoyage à 20°C – malaxage (décalage angulaire entre les lobes 30°) à 40°C – convoyage à 40°C – malaxage (décalage angulaire 90°) à 60°C – convoyage à 60°C - malaxage à 80°C – convoyage à 80°C. La matière initiale est introduite au début de la première zone de convoyage, avec un débit de 6,5kg de matière sèche/h. De l’eau est introduite dans l’extrudeuse en fin de la première zone de convoyage, juste avant la première zone de malaxage, avec un débit de 10l/h.
L’extrudât obtenu en sortie de l’extrudeuse est séché en étuve ventilée à 40°C pendant 24h.
On obtient une poudre de matériau de masse volumique apparente 0,93 g/cm3, taux d’humidité 8%, et de distribution granulométrique suivante: 2% de taille supérieure à 1,25 mm, 70% de taille comprise entre 0,5 et 0,2 mm; 8 % de taille comprise entre 0,2 et 0,125mm; 20% de taille comprise entre 0,125 et 0,063mm.
La population de grains de poudre ayant une granulométrie aux environs de 1cm est mise en forme par thermocompression uniaxiale à 150°C et 80MPa. La pièce obtenue est soumise à un test de flexion. On obtient les résultats suivants: contrainte maximale 9,8+/-0,6 MPa, module de flexion 1560+/-150 MPa, déformation à la rupture 1,35%+/-0,07 %.
En comparaison, pour une pièce obtenue par thermocompression, selon le même protocole, à partir de la population de grains de taille inférieure à 0,8mm de la poudre obtenue à l’issue du procédé selon l’invention, les caractéristiques mécaniques suivantes sont déterminées: contrainte maximale est de 35+/-1MPa; module en flexion 2478+/-370MPa; déformation maximale 1,8%+/-0,1%. Ces propriétés sont bien meilleures, notamment environ 3,5 fois meilleures en ce qui concerne la contrainte maximale, que celles obtenues à partir de la matière initiale, non traitée selon l’invention.
Concernant la résistance à l’eau, on constate que la pièce formée par thermocompression à partir du matériau obtenu à l’issue du procédé selon l’invention présente, par rapport à la pièce formée à partir de la matière initiale, non traitée, après 24h d’immersion dans l’eau: une prise en masse de 22% au lieu de 44%; un gonflement de 10% au lieu de 39%; une perte de masse irréversible de 6% au lieu de 10%; un taux de gonflement irréversible de 16% au lieu de 42%. La pièce formée par thermocompression à partir du matériau obtenu à l’issue du procédé selon l’invention présente clairement une résistance à l’eau bien meilleure.
Exemple 3- cuir tanné au chrome
La matière initiale est du cuir de vache, sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente0,20 g/cm3et de taux d’humidité de 18%.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 2, à l’exception du débit d’entrée de matière dans l’extrudeuse, qui est de 8kg de matière sèche/h.
On obtient une poudre de matériau de masse volumique apparente 0,4 g/cm3, de taux d’humidité 12%, et de distribution granulométrique suivante: 16% de particules de taille supérieure à 1,25 mm; 8,5% de taille comprise entre 0,8 et 1,25 mm; 30,2% de taille comprise entre 0,8 et 0,5mm; 14,3% de taille comprise entre 0,5 et 0,2 mm; 24% de taille comprise entre 0,2 et 0,125mm; 3% de taille comprise entre 0,125 et 0,063mm, 4% de taille comprise entre 0,063 et 0,032 mm.
La population de grains de poudre ayant une granulométrie aux environs de 1cm est mise en forme par thermocompression uniaxiale à 190°C et 80MPa. La pièce obtenue est soumise à un test de flexion. On obtient les résultats suivants: contrainte maximale 8,8+/-3,1 MPa, module de flexion 1026+/-373 MPa, déformation à la rupture 2,4%+/-0,6 %.
En comparaison, pour une pièce obtenue par thermocompression, selon le même protocole, à partir de la population de grains de taille inférieure à 0,8mm de la poudre obtenue à l’issue du procédé selon l’invention, les caractéristiques mécaniques suivantes sont déterminées: contrainte maximale est de 38,2+/-0,4MPa; module en flexion 2208+/-59MPa; déformation maximale 2,0%+/-0,1%. Ces propriétés sont bien meilleures, notamment environ 4,7 fois meilleures en ce qui concerne la contrainte maximale, que celles obtenues à partir de la matière initiale, non traitée selon l’invention.
Concernant la résistance à l’eau, on constate que la pièce formée par thermocompression à partir du matériau obtenu à l’issue du procédé selon l’invention présente, par rapport à la pièce formée à partir de la matière initiale, non traitée, après 24h d’immersion dans l’eau: une prise en masse de 57% au lieu de 73%; un gonflement de 39% au lieu de 95%; une perte de masse irréversible de 22% au lieu d’une perte de cohésion totale; un taux de gonflement irréversible de 36% au lieu d’une perte de cohésion totale. La pièce formée par thermocompression à partir du matériau obtenu à l’issue du procédé selon l’invention présente clairement une résistance à l’eau bien meilleure.
Exemple 4– cuir tanné au chrome de couleur rose
La matière initiale est du cuir de veau sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente0,2 g/cm3et de taux d’humidité de 13%.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 2, à l’exception du débit d’entrée de matière dans l’extrudeuse, qui est de 7kg de matière sèche/h, du débit d’alimentation en eau, qui est de 9,8l/h, et du profil de température, qui est le suivant: convoyage à 20°C – malaxage à 40°C – convoyage à 50°C – malaxage à 60°C – convoyage à 70°C puis 80 °C - malaxage à 100°C – convoyage.
A l’issue de l’étape de séchage, on obtient une poudre de matériau de masse volumique apparente de 0,32 g/cm3, bien plus importante que celle de la matière initiale, et un taux d’humidité de 10%.
La poudre est ensuite mise en forme avec les conditions dans une thermopresse uniaxiale à 180°C et 81 MPa pendant 4min.
La pièce obtenue a une masse volumique apparente de 1,34 g/cm3.
En termes de performance mécanique de cette pièce on mesure les valeurs suivantes, en comparaison de celles mesurées pour celle d’une pièce obtenue par le même protocole à partir de matière initiale, non traitée par le procédé selon l’invention: contrainte maximale en flexion de 12,2 au lieu de 4,2 MPa, module en flexion de 1458MPa au lieu de 443 MPa, déformation maximale de 3,4% au lieu de 3%, résistance au choc de 2,2 au lieu de 3. Cette diminution de la résistance au choc indique bien l’obtention d’un matériau plus cassant et moins fibreux. Il y a donc bien eu suite à la mise en œuvre du procédé selon l’invention une modification de la structure interne des protéines contenues dans la matière initiale, assurant une meilleure cohésion du matériau.
Lafigure 1montre des images obtenues à la loupe binoculaire Nikon SNZ1500 de la matière initiale (en a/) et du matériau final obtenu (en b/). On y observe que les fibres de cuir se sont transformées et agglomérées pendant l’étape de traitement du procédé selon l’invention.
Exemple 5- cuir tanné au chrome de couleur rose et utilisation d’hydroxyde de sodium
La matière initiale est du cuir de veau sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente 0,2 g/cm3et de taux d’humidité de13%.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 2, à l’exception du débit d’entrée de matière dans l’extrudeuse, qui est de 7kg de matière sèche/h, et du débit d’alimentation en solution aqueuse introduite dans l’extrudeuse.
Dans cette solution aqueuse, l’eau est additionnée d’hydroxyde de sodium NaOH. Plusieurs expériences sont réalisées, selon les paramètres indiqués dans le tableau 1 ci-dessous. Les résultats obtenus à l’issue de l’étape de séchage, en termes de masse volumique apparente et de taux d’humidité de la poudre après séchage, sont également indiqués dans le tableau 1.
Expérience 1 2 3 4
Rapport en poids eau/matière initiale 1,4 1,4 0,9 0,5
Rapport en poids NaOH/matière initiale 0,025 0,05 0,032 0,019
Concentration de NaOH dans l’eau (g/l) 18 36 36 36
Débit d’alimentation en eau (kg/h) 10,2 10,4 6,5 4
Masse volumique apparente de la poudre obtenue (g/cm3) 0,41 0,42 0,43 0,40
Taux d’humidité de la poudre obtenue (%) 9 10 13 8
Pour toutes les expériences, on constate que la masse volumique apparente du matériau obtenu est bien supérieure à celle de la matière initiale. Pour toutes les expériences, elle est en outre supérieure à celle de la poudre obtenue à l’exemple 4 ci-dessus, sans NaOH, à partir du même cuir.
Pour chaque expérience, la poudre obtenue est mise en forme comme décrit dans l’exemple 4, mais à 170 °C et 81,5MPa, et les pièces formées sont testées pour leurs propriétés mécaniques. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous.
Expérience 1 2 4
Contrainte maximale (MPa) 14,5 12,0 16,9
Module en flexion (MPa) 1630 1460 1432
Déformation maximale (%) 3,2 2,1 3,4
Chacune des poudres de matériau obtenues à l’issue du procédé, ainsi que la poudre obtenue à l’exemple 4, et l’échantillon de cuir initial, sont analysés par DSC. Les courbes obtenues sont montrées sur lafigure 2. On observe que quelles que soient les conditions appliquées, le procédé selon l’invention transforme la matière, comme en témoigne la disparition du pic endothermique
Exemple 6– cuir tanné au chrome avec pré-humidification
La matière initiale est du cuir de veau tanné au chrome sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente0,2 g/cm3et de taux d’humidité de16%.
Cette matière est humidifiée dans de l’eau dans un bétonnière pendant 12h avant l’extrusion, en chambre froide à 4°C dans un récipient fermé. La quantité d’eau est choisie pour obtenir un rapport en poids d’eau par rapport à la matière égal à1.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 2, à l’exception du débit d’entrée de matière dans l’extrudeuse, qui est indiqué dans le tableau 3 ci-dessous, du fait qu’aucune solution aqueuse n’est introduite dans l’extrudeuse, et du profil de température qui est le suivant: convoyage à 20°C puis à 30°C – malaxage à 40°C – convoyage à 40°C puis à 50°C – malaxage à 60°C – convoyage à 60°C puis 70 °C - malaxage à 80°C – convoyage.
Deux expériences différentes sont réalisées, suivant les conditions opératoires indiquées dans le tableau 3. Les caractéristiques des poudres obtenues après séchage sont également indiquées dans ce tableau.
Expérience 1 2
Débit de matière humide en entrée (kg/h) 10 12
Débit de matière sèche en entrée (kg/h) 5 6
Débit de matière humide en sortie (kg/h) 7,6 8,5
Taux d’humidité de la poudre obtenue (%) 12 12
Masse volumique apparente de la poudre obtenue (g/cm3) 0,31 0,37
Pour chacune des expériences réalisées, on obtient des granulés de cuir dont l’analyse par DSC confirme la dénaturation des protéines de collagène qui y sont contenues (disparition du pic endothermique représentatif de la température de dénaturation du collagène sur les courbes de DSC).
Exemple 7– cuir tanné au chrome avec pré-humidification
La matière initiale est du cuir de veau tanné au chrome sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente0,2 g/cm3et de taux d’humidité de16%.
Cette matière est humidifiée dans de l’eau dans un bétonnière pendant 12h avant l’extrusion, en chambre froide à 4°C dans un récipient fermé. La quantité d’eau est choisie pour obtenir un rapport en poids d’eau par rapport à la matière égal à1.
L’extrudeuse Clextral BC-45 est utilisée pour cette expérience, avec une vitesse de rotation des vis de 300tours/min. Le profil de vis est le suivant: convoyage à 20°C – malaxage à 30°C – convoyage avec mélangeur à 40°C – convoyage à 80°C - malaxage à 80°C – convoyage à 80°C puis 90°C - malaxage à 90°C – convoyage à 80°C avec filtration – convoyage à 80°C. La matière initiale est introduite au début de la première zone de convoyage, avec un débit de 2,5kg de matière sèche/h. L’extrudât obtenu en sortie de l’extrudeuse est séché en étuve ventilée à 40°C pendant 24h. L’énergie massique spécifique à laquelle est soumise la matière dans l’extrudeuse est comprise entre 1136 et 1311Wh/kg. Le débit de matière humide en sortie est de 3 kg/h.
On obtient une poudre de matériau qui présente, après séchage, une masse volumique apparente de0,35g/cm3, un taux d’humidité de11%, et la distribution granulométrique suivante: 0,3% de particules de taille supérieure à 4 mm; 3,3% de taille comprise entre 4 et 2 mm; 16,1% de taille comprise entre 2 et 1,2mm; 18,2% de taille comprise entre 1,2 et 0,8 mm; 41,3% de taille comprise entre 0,8 et 0,25mm; 20,8% de taille inférieure à 0,25mm. La population de taille inférieure ou égale à 800μm, qui est majoritaire dans cette poudre, peut être isolée par tamisage.
Exemple 8– mélange de cuirs tannés au chrome
La matière initiale est un mélange de cuirs de veau tanné au chrome de différentes couleurs (rouge, bleu, jaune, orange) sous forme de morceaux de taille d’environ 1cm, de masse volumique apparente 0,18 g/cm3et de taux d’humidité de13%.
L’extrudeuse et les paramètres opératoires sont identiques à ceux de l’exemple7, aux différences près suivantes: la vitesse de rotation des vis est égale à 200 tr/min et la matière initiale est introduite au début de la première zone de convoyage avec un débit de 1,5kg de matière sèche/h.
On obtient, après l’étape de séchage, une poudre de matériau de masse volumique apparente 0,35g/cm3et de taux d’humidité de 12%.
La distribution granulométrique des grains de poudre est comme suit: 1,4% de taille supérieure à 4mm; 5,5% de taille comprise entre 2 et 4mm; 14,6% de taille comprise entre 1,2 et 2 mm; 22,2% de taille comprise entre 0,8 et 1,2mm; 34,5% de taille comprise entre 0,25 et 0,8mm; 21,8% de taille inférieure à 0,25mm. La population de taille inférieure ou égale à 800μm, qui est majoritaire dans cette poudre, peut être isolée par tamisage.
La proportion de la population de taille inférieure ou égale à 800μm dans la poudre de matériau formée conformément à l’invention peut être augmentée en appliquant, dans une ou plusieurs des zones de malaxage, des forces de cisaillement plus importantes sur la matière.
L’application une nouvelle fois du procédé selon l’invention à la poudre du matériau obtenue à l’issue du procédé, permet avantageusement de diminuer plus encore la granulométrie et les propriétés de cette poudre.
Exemple 9- succession de cuirs tannés au chrome
Différentes matières initiales sont traitées successivement dans l’extrudeuse, avec une vitesse de rotation des vis de 250tours/min et un profil de vis / température qui est le suivant: convoyage à 20°C – malaxage à 30°C - convoyage à 30°C - mélangeur à 40°C - convoyage à 60°C – malaxage à 80°C – convoyage à 80°C - malaxage à 90°C - convoyage à 80°C.
Les matières initiales sont toutes constituées de morceaux de taille d’environ 1cm de cuir de veau tanné au chrome de différentes couleurs, masse volumique apparente et taux d’humidité: cuir jaune (masse volumique apparente 0,17 g/cm3, taux d’humidité 12%, 16,37kg), puis bleu foncé (masse volumique apparente 0,17 g/cm3, taux d’humidité 12%, 17,56kg), puis orange (masse volumique apparente 0,18 g/cm3, taux d’humidité 11%, 14,87kg), puis rouge (masse volumique apparente 0,18 g/cm3, taux d’humidité 12%, 20,07kg).
Les débits d’entrée de matière solide initiale sont, pour toutes les matières, de 4,4kg de matière sèche/h. De l’eau est introduite dans l’extrudeuse en fin de la première zone de convoyage, juste avant la première zone de malaxage, avec un débit de 3,3l/h, sauf pour le cuir rouge, pour lequel le débit d’eau est de 2,8l/h. Les rapports en poids eau/matière initiale sont égaux à 0,89 pour les cuirs jaune, bleu foncé et orange, et à 0,77 pour le cuir rouge.
Les extrudâts obtenus successivement en sortie de l’extrudeuse présentent des couleurs bien distinctes. Ces extrudâts sont séchés en étuve ventilée à 40°C pendant 24h.
Les caractéristiques des poudres de matériau obtenues sont indiquées dans le tableau 4 ci-après.
Matière initiale Masse volumique apparente (g/cm3) Taux d’humidité (%)
Jaune 0,3 7
Bleu foncé 0,35 7
Orange 0,37 7
Rouge 0,31 7
Exemple 10– dérayures de cuir tanné par des agents de tannage végétaux
La matière initiale est une poudre de dérayures de cuir d’origine ovine sous forme de filaments de 1 à 7cm de longueur, de masse volumique apparente 0,17g/cm3et de taux d’humidité de13%.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 7, à l’exception du débit d’entrée de matière sèche, qui est de 4,35kg/h et du débit d’entrée d’eau dans l’extrudeuse, qui est de 2,5kg/l. La vitesse de rotation des vis est de 200 tours/min.
L’étape finale de séchage est réalisée à 50 °C pendant 24 h.
On obtient un matériau sous forme de pâte sèche qui est ensuite broyée dans un broyeur à couteaux sur grille de 1 mm. La masse volumique apparente de la poudre obtenue après broyage dans le broyeur à couteaux est de 0,81 g/cm3.
La distribution granulométrique est comme suit: 0,1% de taille supérieure à 2mm; 2,8% de taille comprise entre 1,2 et 2mm; 32,0% de taille comprise entre 0,8 et 1,2 mm; 7,0% de taille comprise entre 0,25 et 0,8mm; 43,1% de taille comprise entre 0,125 et 0,25mm; 15,0% de taille inférieure à 0,125 mm.
Exemple 11– dérayures de cuir tanné au chrome
La matière initiale est une poudre de dérayures de cuir identique à celle de l’Exemple 10.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 7, à l’exception du débit d’entrée de matière sèche dans l’extrudeuse, qui est de 4,2kg/h, et du débit d’eau qui est de 3,6l/h. La vitesse de rotation des vis est de 250 tours/min. L’extrudeuse est en outre dépourvue du module de filtration.
L’étape finale de séchage est réalisée à 50 °C pendant 24 h.
On obtient un matériau sous forme d’une poudre de densité de 0,36.
La distribution granulométrique de cette poudre est comme suit: 2,7% de taille supérieure à 2mm; 29,1% de taille comprise entre 1,2 et 2mm; 26,6% de taille comprise entre 0,8 et 1,2 mm; 3,2% de taille comprise entre 0,25 et 0,8mm; 37,8% de taille comprise entre 0,125 et 0,25mm; 0,6% de taille inférieure à 0,125 mm.
Exemple 1 2– dérayures de cuir de crocodile tanné par des agents synthétiques
La matière initiale est une poudre de dérayures de cuir de crocodile tanné par des agents synthétiques, sous forme particulaire de filaments de 1 à 7cm de longueur, de masse volumique apparente 0,06 g/cm3.
Les conditions mises en œuvre sont identiques à celles de l’exemple 11, à l’exception du débit d’entrée de matière sèche dans l’extrudeuse, qui est de 4,58kg/h, et du débit d’eau qui est de 3,3l/h. La vitesse de rotation des vis est de 200 tours/min.
L’étape finale de séchage est réalisée à 50 °C pendant 24 h. Le matériau obtenu est ensuite soumis à une étape de broyage dans un broyeur à couteaux.
On obtient au final un matériau sous forme d’une poudre de densité de 0,67 et de taux d’humidité de 5%. 41,6% des grains de cette poudre présentent une granulométrie inférieure ou égale à 0,8mm.
Exemple 13– cuir tanné au chrome gris
La matière initiale est du cuir de veau sous forme de morceaux d’environ 1cm, de masse volumique apparente0,2 g/cm3et de taux d’humidité de 13,2%.
L’extrudeuse Clextral BC-45 est utilisée pour cette expérience, avec une vitesse de rotation des vis de 300tours/min. La matière initiale est introduite au début de la première zone de convoyage, avec un débit de 5,6kg de matière sèche/h. De l’eau est introduite dans l’extrudeuse en fin de la première zone de convoyage, juste avant la première zone de malaxage, avec un débit de 2,32kg/h. Le rapport en poids eau/matière initiale est égal à 0,6. Le profil de température est le suivant: convoyage à 20°C, malaxage à 30°C, convoyage à 30°C, malaxage à 40°C, convoyage à 60°C, malaxage à 80°C, convoyage à 90°C, malaxage à 90°C et convoyage à 80°C.
L’énergie massique spécifique à laquelle est soumise la matière dans l’extrudeuse est comprise entre 1277 et 1345Wh/kg. Le débit de matière humide en sortie est de 6,76 kg/h.
L’extrudât obtenu en sortie de l’extrudeuse est séché en étuve ventilée à 40°C pendant 24h.
A l’issue de l’étape de séchage, on obtient une poudre de matériau de masse volumique apparente de0,6g/cm3, bien plus importante que celle de la matière initiale, et un taux d’humidité de 7,92%.
La distribution granulométrique de cette poudre est comme suit: 4,2% de taille supérieure à 2mm; 46,7% de taille comprise entre 1 et 2mm; 20,2% de taille comprise entre 0,8 et 1 mm; 10,8% de taille comprise entre 0,5 et 0,8mm; 1,2% de taille comprise entre 0,25 et 0,5mm; 15,6% de taille comprise entre 0,125 et 0,25mm; 1,4% de taille comprise entre 0,032 et 0,125 mm.

Claims (10)

  1. Procédé de préparation d’une poudre d’un matériau d’origine naturelle, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de traitement d’une matière initiale contenant au moins 70 % en poids de cuir préparé à partir de peau d’un animal non-humain, sous forme particulaire, dans une extrudeuse bi-vis dans laquelle il est appliqué un profil de température croissant depuis une température initiale comprise entre 10 et 40°C jusqu’à une température maximale comprise entre 60 et 120°C, en présence d’eau dans une quantité telle que le rapport en poids d’eau par rapport à ladite matière initiale est compris entre 0,20 et 6.
  2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel ladite extrudeuse bi-vis est une extrudeuse à vis co-rotatives.
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, selon lequel ladite matière initiale se présente sous forme particulaire de granulométrie comprise entre5mm et 10cm.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel le débit d’entrée de ladite matière initiale sous forme particulaire dans l’extrudeuse bi-vis est compris entre 1 et 15kg/h.
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel ladite extrudeuse bi-vis comporte au moins deux zones de malaxage.
  6. Procédé selon la revendication 5, selon lequel la vitesse de rotation des vis de l’extrudeuse bi-vis est comprise entre 100 et 400 tours/min.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, selon lequel la mise en présence de ladite matière initiale et de l’eau est réalisée par introduction d’une solution aqueuse dans l’extrudeuse bi-vis, de préférence avant une première zone de malaxage de ladite extrudeuse bi-vis.
  8. Procédé selon la revendication 7, selon lequel la solution aqueuse contient un agent de décomplexation des complexes chrome-collagène.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une étape de séchage de l’extrudât obtenu à l’issue de ladite étape de traitement.
  10. Poudre de matériau d’origine naturelle contenant au moins 70% en poids de cuir, obtenue par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, présentant une masse volumique apparents comprise entre 0,25 et 0,9 g/cm3et une granulométrie inférieure à 800μm.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0418500A (ja) * 1990-05-11 1992-01-22 Idemitsu Petrochem Co Ltd 皮革粉含有組成物
WO2009135239A1 (fr) * 2008-05-06 2009-11-12 Stoll Remy Matériau à base de cuir
WO2019077112A1 (fr) 2017-10-20 2019-04-25 Authentic Material Procédé de fabrication d'une pièce a partir d'un matériau naturel particulaire et pièce obtenue par un tel procédé
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2004753B1 (fr) * 2006-03-13 2010-01-13 NATURIN GmbH & CO. Poudre de collagène et composition thermoplastique à base de collagène servant à préparer des articles moulés
ES2842501T5 (es) * 2015-09-21 2023-04-13 Modern Meadow Inc Materiales compuestos de tejido reforzados con fibras

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0418500A (ja) * 1990-05-11 1992-01-22 Idemitsu Petrochem Co Ltd 皮革粉含有組成物
WO2009135239A1 (fr) * 2008-05-06 2009-11-12 Stoll Remy Matériau à base de cuir
WO2019077112A1 (fr) 2017-10-20 2019-04-25 Authentic Material Procédé de fabrication d'une pièce a partir d'un matériau naturel particulaire et pièce obtenue par un tel procédé
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