WO2002014432A1 - Piece en matiere thermoplastique chargee de farine de noyaux de fruits et procede d'obtention d'une telle piece - Google Patents

Piece en matiere thermoplastique chargee de farine de noyaux de fruits et procede d'obtention d'une telle piece Download PDF

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Egon Piaia
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Definitions

  • Part made of thermoplastic material loaded with fruit stone flour and process for obtaining such a part.
  • the present invention relates to the field of parts made of synthetic materials and their production, and relates to a part made of thermoplastic material, as well as its manufacturing process.
  • Thermoplastics have been trending for many years, due to their ease of transformation, the multiple possibilities of configuration, conformation, coloring, shaping and surface states that they offer, their stability and conservation in the time and their resistance to deformation and impact, to systematically replace other materials in many fields of industrial and domestic capital goods, and in particular natural materials such as wood.
  • the parts and articles thus obtained do not have good dimensional stability in the event of variation in the surrounding humidity, nor good resistance to putrefaction under the action of humidity and atmospheric agents, and are sensitive to freezing. , which limit their application in an outdoor environment, unless subjecting said flour or sawdust to a hydrophobic and waterproofing chemical pretreatment, which again takes away its cachet of natural product.
  • the present invention aims in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the inventors have found, unexpectedly and surprisingly, that the use of fruit kernel flour makes it possible to meet the abovementioned expectations while avoiding most of the limitations of existing solutions.
  • the object of the present invention consists of a part (or article) of thermoplastic material (s), characterized in that it comprises in its mass particles of flour of fruit kernels, mixed as that charge to said plastic material (s) before the manufacture or the formation of said part, as well as to a process for manufacturing such a part or of such an article.
  • composition of thermoplastic material (s) forming the base material of the part may consist either of a single thermoplastic material, or of a mixture of several compatible or made compatible thermoplastic materials.
  • the flour is essentially obtained from the lignified endocarps or hulls of the nuclei and the latter advantageously come from fruits of oleaginous trees, preferably from olives.
  • the average size of the flour particles is between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m, preferably between 70 ⁇ m and 120 ⁇ m, and the flour content is between approximately 5% and approximately 50 %, advantageously between 10% and 20% o, and preferably around 15%, by weight of dry flour (humidity below 10%, preferably below 5%) in the final composition of material (s) thermoplastic (s) used for the manufacture of said part.
  • the particles obtained by fine grinding are dried and, if necessary, tinted or treated by coloring before they are mixed with the thermoplastic materials.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing parts made of thermoplastic material (s), characterized in that it consists in forming a homogeneous mixture comprising, as main component, a composition of thermoplastic material (s) ( s) and as a load of fruit stone flour, then transforming said mixture into plasticized form, to form parts or articles as mentioned above.
  • Said method may more specifically consist in providing flour of dried fruit kernels, a composition of thermoplastic material (s) and one or more additive (s) for stabilization, lubrication, for increasing impact resistance. and / or to facilitate processing, to mix and heat these ingredients to a temperature approximately 5 to 20 ° C (preferably 10 to 15 ° C) above the normal heating temperature of said composition of material (s) thermoplastic (s), for an identical transformation, in the absence of filler in the form of flour, then to allow the resulting mixture to cool and, optionally, to allow it to stand for a predetermined period, said mixture retaining a pulverulent constitution during the all of the aforementioned operations, and, finally, transforming said mixture into one or more parts as described above by a suitable transformation operation, if necessary, after granulating it.
  • a suitable transformation operation if necessary, after granulating it.
  • thermoplastic material (s) / flour and if necessary its heating, may be carried out on a separate station or on a station integrated into the machine operating the transformation of the resulting mixture.
  • provision may be made to tint or impregnate coloring substances with the flour kernels of fruit cores, preferably obtained from the shells of olive cores, before they are mixed with the composition of thermoplastic material (s), and to vary the particle size of said particles (if necessary by mixing flours of different particle sizes).
  • thermoplastic being preferably chosen from the group formed by vinyl, olefinic and styrenic polymers, and compatible blends of these polymers.
  • the production of an extruded piece of rigid PVC incorporating flour of olive kernels is described below.
  • composition of the mixture of materials and substances used for the manufacture of the aforementioned part is indicated in the table below in terms of weight parts:
  • composition of the mixture / Formulation (rigid PVC type)
  • an adequate coloring substance is added.
  • a mixer of the so-called rapid mixer type is used, which is equipped with a heating tank and a cooling tank.
  • the heating temperature is brought to about 130 ° C to 160 ° C, preferably to about 150 ° C, in the heating tank.
  • the mixture is passed through the cooling tank and allowed to cool to a temperature of about
  • the types of extruders best suited for this transformation are the twin screw extruders, the precise choice of the extruder, as for its capacity and its performance of extrusion volume, being linked to the metric weight of the profile to obtain.
  • the extrusion line does not differ, in terms of structure and operation, from the usual standard known to those skilled in the art.
  • the implementation in the extraction process of mixtures loaded with flour from oilseed kernels, and in particular from olives, is similar in terms of the settings of the extraction line (in particular in terms of temperatures, pressure and suction), to the settings of such a line for the extrusion of an uncharged rigid PVC.
  • thermoplastic material consists of another polymer or mixture of polymers
  • said settings will be substantially equivalent to those necessary for the extrusion of such uncharged polymers (such as for example: PVC / Polypropylene / Acrylonitrile- Butadiene- Styrene) .
  • thermoplastic materials in particular PVC or PP (Polypropylene), which stand out from comparable parts or articles existing by a lower cost price.
  • PVC or PP Polypropylene
  • the integration of the aforementioned type of flour into the thermoplastic materials is carried out easily and in a homogeneous manner, without requiring specific additional operations.
  • fruit stone flour especially olive flour
  • fungi bacterial flora
  • the particles of kernel flour have a hardness and a material density significantly higher than those of traditional wood flour.

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Abstract

La présente invention a pour objet une pièce en matière thermoplastique chargée de farine de noyaux de fruits et un procédé d'obtention d'une telle pièce. Pièce en matière(s) thermoplastique(s), caractérisée en ce qu'elle comporte dans sa masse des particules de farine de noyaux de fruits, mélangées en tant que charge à ladite ou auxdites matière(s) plastique(s) avant fabrication de ladite pièce.

Description

Pièce en matière thermoplastique chargée de farine de noyaux de fruits et procédé d'obtention d'une telle pièce.
La présente invention concerne le domaine des pièces en matières synthétiques et de leur réalisation, et a pour objet une pièce en matière thermoplastique, ainsi que son procédé de fabrication.
Les matières thermoplastiques ont eu tendance depuis de nombreuses années, du fait de leur facilité de transformation des multiples possibilités de configuration, de conformation, de coloration, de façonnage et d'états de surfaces qu'ils offrent, de leur stabilité et conservation dans le temps et de leur résistance aux déformations et aux chocs, à remplacer systématiquement les autres matériaux dans de nombreux domaines des biens d'équipements industriels et domestiques, et notamment les matériaux naturels tels que le bois.
Or, sous l'impulsion des mouvements écologiques et du courant dit "bio", on note depuis peu un rejet des matériaux dits "artificiels" ou "synthétiques" et un retour vers des matériaux plus naturels ou ajoutant un cachet naturel, ce également dans un souci de recherche d'esthétique.
Parallèlement, les fabricants de pièces et d'articles en matières plastiques cherchent constamment à réduire leur coût de revient, particulièrement en réduisant les coûts des matières premières.
Pour répondre à ces deux aspirations, il a été proposé d'introduire de la sciure ou de la farine de bois en tant que composant dans les formulations de matières servant à la réalisation de telles pièces et de tels articles. Des solutions de ce type sont notamment divulguées dans les documents US-A-5 951 927 et EP-A-0 002 766.
Toutefois, une telle adjonction de sciure ou de farine de bois, en particulier en quantité relativement importante ou en granulométrie élevée, réduit considérablement l'aptitude à la transformation de la composition résultante, nécessitant par exemple une encapsulation préalable de la farine dans des pastilles ou boulettes de matières plastiques, et rend notamment les procédés de fabrication discontinue difficile à mettre en œuvre.
En outre, une telle adjonction diminue les propriétés mécaniques de la pièce ou de l'article résultant(e). Enfin, les pièces et articles ainsi obtenus ne présentent pas une bonne stabilité dimensionnelle en cas de variation de l'hygrométrie environnante, ni une bonne résistance à la putréfaction sous l'action de l'humidité et des agents atmosphériques, et sont sensibles au gel, ce qui limitent leur application en milieu extérieur, à moins de soumettre ladite farine ou ladite sciure à un prétraitement chimique hydrophobe et imperméabilisant, ce qui lui enlève à nouveau son cachet de produit naturel.
La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. Or les inventeurs ont constaté, de manière inattendue et surprenante, que l'utilisation de farine de noyaux de fruits permettait de répondre aux attentes précitées en évitant la plupart des limitations des solutions existantes.
Ainsi, l'objet de la présente invention consiste en une pièce (ou un article) en matière(s) thermoplastique(s), caractérisée en ce qu'elle comporte dans sa masse des particules de farine de noyaux de fruits, mélangées en tant que charge à ladite ou auxdites matière(s) plastique(s) avant la fabrication ou la formation de ladite pièce, ainsi qu'en un procédé de fabrication d'une telle pièce ou d'un tel article.
La composition de matière(s) thermoplastique(s) formant le matériau de base de la pièce pourra consister soit en un unique matériau thermoplastique, soit en un mélange de plusieurs matériaux thermoplastiques compatibles ou rendus compatibles.
Avantageusement, la farine est essentiellement obtenue à partir des endocarpes lignifiés ou coques des noyaux et ces derniers proviennent avantageusement de fruits d'arbres oléagineux, préférentiellement d'olives.
Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, taille moyenne des particules de la farine est comprise entre 50 μm et 500 μm, préférentiellement entre 70 μm et 120 μm, et la teneur en farine est comprise entre environ 5% et environ 50%, avantageusement entre 10% et 20%o, et préférentiellement autour de 15%, en poids de farine sèche (taux d'humidité en dessous de 10%, préférentiellement en dessous de 5%) dans la composition finale de matière(s) thermoplastique(s) utilisée pour la fabrication de ladite pièce.
Selon une caractéristique de l'invention, les particules obtenues par broyage fin sont séchées et, le cas échéant, teintées ou traitées par coloration avant leur mélange avec les matières thermoplastiques. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de pièces en matière(s) thermoplastique(s), caractérisé en ce qu'il consiste à former un mélange homogène comprenant à titre de composant principal une composition de matière(s) thermoplastique(s) et à titre de charge de la farine de noyaux de fruits, puis à transformer ledit mélange sous forme plastifiée, pour constituer des pièces ou articles tel(le)s que mentionné(e)s ci-dessus.
Ledit procédé peut consister plus précisément à fournir de la farine de noyaux de fruits séchés, une composition de matière(s) thermoplastique(s) et un ou plusieurs additif(s) de stabilisation, de lubrification, d'augmentation de la tenue au choc et/ou de facilitation de la transformation, à mélanger et à chauffer ces ingrédients à une température supérieure d'environ 5 à 20°C (préférentiellement 10 à 15°C) à la température normale de chauffage de ladite composition de matière(s) thermoplastique(s), pour une transformation identique, en l'absence de charge sous forme de farine, puis à laisser refroidir le mélange résultant et, éventuellement, à le laisser reposer pendant une durée prédéterminée, ledit mélange conservant une constitution pulvérulente pendant l'ensemble des opérations précitées, et, enfin, à transformer ledit mélange en une ou des pièces telle que décrite ci-dessus par une opération de transformation adaptée, le cas échéant, après l'avoir granulé.
Le mélange matière(s) thermoplastique(s)/farine, et le cas échéant son chauffage, pourra être effectué sur un poste séparé ou sur un poste intégré à la machine opérant la transformation du mélange résultant. En fonction de l'aspect esthétique et de l'effet décoratif recherchés, il peut être prévu de teinter ou d'imprégner de substances colorantes les particules de farine de noyaux de f uits, préférentiellement obtenue à partir des coques de noyaux d'olives, avant leur mélange avec la composition de matière(s) thermoplastique(s), et de varier la granulométrie desdites particules (le cas échéant en mélangeant des farines de granulométries différentes).
Par ailleurs, en fonction de la forme et de la nature de la pièce ou de l'article à fabriquer, ce(tte) dernièr(e) peut être obtenu(e) par extrusion, moulage par injection ou soufflage, la matière thermoplastique étant préférentiellement choisie dans le groupe formé par les polymères vinyliques, oléfmiques et styréniques, et les mélanges compatibles de ces polymères. A titre d'exemple non limitatif de l'invention, on décrit ci-après la réalisation d'une pièce extradée en PVC rigide intégrant de la farine de noyaux d'olives.
La composition du mélange de matériaux et de substances utilisée pour la fabrication de la pièce précitée est indiquée dans le tableau ci-après en termes de parties pondérales :
Composition du mélange/Formulation (type PVC rigide)
Figure imgf000005_0001
a ure u m ange pr ren e es e i e son poids spécifique est de 1,24 g/cm .
En fonction du coloris souhaité pour la pièce finale, un rajout de substance colorante adéquate est opéré.
Avant la phase d'extrusion, il est nécessaire de procéder à une opération de mélange, ceci afin de bien homogénéiser et de pré-plastifier l'ensemble des produits.
A cet effet, on utilise un mélangeur du type dénommé mélangeur rapide, qui est équipé d'une cuve de chauffage et d'une cuve de refroidissement. On porte la température de chauffe à environ 130°C à 160°C, préférentiellement à environ 150°C, dans la cuve de chauffe. Lorsque le mélange a atteint cette température, on le fait passer dans la cuve de refroidissement et on le laisse refroidir jusqu'à une température d'environ
40°C avant transformation. II en résulte un mélange homogène avec une extraction optimale de l'humidité sans nuire à la qualité du mélange. Ce mélange reste sous forme de poudre et ne doit être soumis à aucune autre opération avant l'extrasion. Avant d'extrader le mélange ainsi obtenu, il est préférable de le laisser reposer pendant quelques heures, préférentiellement pendant environ trois heures.
Pour la réalisation de l'extrusion elle-même, les types d'extrudeuses les mieux adaptés pour cette transformation sont les extradeuses double vis, le choix précis de l'extradeuse, quant à sa capacité et sa performance de volume d'extrasion, étant lié au poids métrique du profil à obtenir. La ligne d'extrasion quant à elle ne diffère pas, en termes de structure et de fonctionnement, du standard habituel connu de l'homme du métier.
La mise en œuvre dans le processus d'extrasion des mélanges chargés en farine de noyaux de fuits oléagineux, et notamment d'olives, est semblable au niveau des réglages de la ligne d'extrasion (en particulier au niveau des températures, de la pression et de l'aspiration), aux réglages d'une telle ligne pour l'extrusion d'un PVC rigide non chargé.
De même, lorsque le matériau thermoplastique consiste en un autre polymère ou mélange de polymères, lesdits réglages seront sensiblement équivalents à ceux nécessaires pour l'extrusion de tels polymères non chargés ( tel que par exemple : PVC / Polypropylène / Acrylonitrile- Butadiène- Styrène).
Grâce à l'invention, il est donc possible de réaliser des pièces ou articles en matières thermoplastiques, notamment en PVC ou en PP (Polypropylène), qui se démarquent des pièces ou articles comparables existant(e)s par un prix de revient plus faible (utilisation de déchets non valorisés en tant que matériaux de remplacement), par une touche écologique et par de nombreuses possibilités de déclinaison du point de vue aspect esthétique et état de surface (en modifiant la teneur et la granulométrie de la farine de noyaux, en variant les colorations de la farine, des matières thermoplastique ou des deux), ce tout conservant des propriétés mécaniques et une durabilité sensiblement équivalentes à celles obtenues avec des compositions de matières thermoplastiques non chargées.
De plus, l'intégration du type de farine précité dans les matières thermoplastiques s'effectue aisément et de manière homogène, sans nécessiter d'opérations supplémentaires spécifiques. En outre, et contrairement aux farines de bois, la farine de noyaux de fruits, et notamment d'olives, a une prise d'humidité très faible et est très peu fermentescible, évitant, entre autres, le développement de la flore bactérienne (champignons). Ces caractéristiques sont essentielles pour une application extérieure des pièces ou articles obtenus. De plus, les particules de farine de noyaux présentent une dureté et une densité de matière nettement supérieures à celles des farines de bois traditionnels. Par ailleurs, les principaux résultats des tests effectués par les inventeurs ont mis en évidence une très bonne aptitude à la transformation du mélange matière(s) thermoplastique(s) / farine de noyaux, qui confère aussi une bonne stabilité dimensionnelle aux pièces obtenues (pas de variation dimensionnelle des pièces à l'humidité) En effet, la nature grasse des farines de noyaux utilisées dans le cadre de la présente invention limite l'absorption d'eau et augmente leur compatibilité avec les matières thermoplastiques, en favorisant aussi l'ouvrabilité et la faculté de transformation, notamment d'extrasion du mélange résultant Les pièces et articles obtenus par le procédé selon l'invention trouveront une application aussi bien en utilisation interne (par exemple : goulottes, plinthes, moulures, mobilier, ...) qu'externe (par exemple : éléments de menuiserie, de portes, de fenêtres, de barrières, de portails, ...), et en tant qu'élémnets décoratifs, fonctionnels et/ou techniques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce en matière(s) thermoplastique(s), caractérisée en ce qu'elle comporte dans sa masse des particules de farine de noyaux de fruits, mélangées en tant que charge à ladite ou auxdites matière(s) plastique(s) avant fabrication de ladite pièce.
2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que la farine est essentiellement obtenue à partir des endocarpes lignifiés ou coques des noyaux.
3. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les noyaux proviennent de fruits d'arbres oléagineux, préférentiellement d'olives .
4. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la taille moyenne des particules est comprise entre 50 μm et 500 μm, préférentiellement entre 70 μm et 120 μm et en ce que la teneur en farine est comprise entre environ 5% et environ 50%, avantageusement entre 10% et 20%, et préférentiellement autour de 15%, en poids de farine sèche dans la composition finale de matière(s) thermoplastique(s) utilisée pour la fabrication de ladite pièce.
5. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les particules sont séchées et, le cas échéant, teintées ou traitées par coloration avant leur mélange avec les matières thermoplastiques .
6. Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par extrusion, moulage par injection ou soufflage, et en ce que la matière thermoplastique est choisie dans le groupe formé par les polymères vinyliques, oléfiniques et styréniques, et les mélanges compatibles de ces polymères.
7. Procédé de fabrication de pièce en matière(s) thermoplastique(s) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à former un mélange homogène comprenant à titre de composant principal une composition de matière(s) thermoplastique(s) et à titre de charge de la farine de noyaux de f uits, puis à transformer ledit mélange sous forme plastifiée, pour constituer des pièces selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à fournir de la farine de noyaux de fruits séchés, une composition de matière(s) thermoplastique(s) et un ou plusieurs additif(s) de stabilisation, de lubrification, d'augmentation de la tenue au choc et/ou de facilitation de la transformation, à mélanger et à chauffer ces ingrédients à une température supérieure d'environ 5 à 20°C à la température normale de chauffage de ladite composition de matière(s) thermoplastique(s), pour une transformation identique, en l'absence de charge sous forme de farine, puis à laisser refroidir le mélange résultant et, éventuellement, à le laisser reposer pendant une durée prédéterminée, ledit mélange conservant une constitution pulvérulente pendant l'ensemble des opérations précitées, et, enfin, à transformer ledit mélange en une ou des pièces selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le cas échéant, après l'avoir granulé.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il consiste à teinter ou à imprégner de substances colorantes les particules de farine de noyaux de fruits, préférentiellement obtenue à partir des coques de noyaux d'olives, avant leur mélange avec la composition de matière(s) thermoplastique(s).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la composition de matière(s) thermoplastique(s) consiste en une suspension de poly chlorure de vinyle.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 et 10, caractérisé en ce que le mélange est réalisé au moyen d'un mélangeur équipé d'une cuve de chauffage et d'une cuve de refroidissement, le mélange étant chauffé à une température comprise entre 130° et 160°C, puis laissé à refroidir jusqu'à une température d'environ 40°C avant transformation, et en ce que l'opération de transformation consiste en une extrusion réalisée sur une extradeuse double vis.
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