WO2023111465A1 - Procédé de fabrication de produits d'isolation à base de fibres minérales ou de fibres organiques naturelles - Google Patents

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WO2023111465A1
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organic
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Arnaud SOISSON
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Saint-Gobain Isover
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Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing insulation products comprising mineral fibers or natural organic fibers bound by an organic binder obtained by hardening or crosslinking a sizing composition containing an optionally oxidized lignin and an organic polycarboxylic acid non-polymeric.
  • the invention also relates to the insulating products obtained by such a process.
  • the manufacture of insulating products based on mineral fibers generally comprises a step of manufacturing glass or rock fibers by a centrifugation process. On their way between the centrifugation device and the fiber collection belt, the still hot fibers are sprayed with an aqueous sizing composition, also called an aqueous binder composition, which then undergoes a polymerization reaction at temperatures generally above 100°C.
  • an aqueous sizing composition also called an aqueous binder composition
  • thermosetting resins as binders, contained in sizing compositions, has made it possible to bind mineral fibers and improve the mechanical performance of the insulation products obtained.
  • the thermosetting resins most commonly used for the manufacture of mineral wool insulation products are resol type phenolic resins. In addition to their good ability to crosslink under the aforementioned thermal conditions, these resins are soluble in water, have a good affinity for mineral fibers thanks in particular to the presence of silane, and are relatively inexpensive.
  • resols are obtained by condensation of phenol and formaldehyde, in the presence of a basic catalyst. In the end, these resols contain a certain proportion of unreacted monomers, in particular formaldehyde, the presence of which is not desired because of its proven harmful effects.
  • resol-based resins are generally treated with urea which reacts with free formaldehyde, trapping it in the form of condensates. non-volatile urea-formaldehyde.
  • urea non-volatile urea-formaldehyde.
  • the presence of urea in the resin also brings a certain economic advantage because of its low cost, because it can be introduced in relatively large quantities without affecting the qualities of use of the resin, in particular without harming the mechanical performance of the final product, which significantly lowers the total cost of the resin.
  • the Applicant has proposed in its applications WO2010/029266 and WO201 3/014399 sizing compositions based on hydrogenated sugars, also called sugar alcohols, for binding mineral fibers. These reagents have very good thermal stability and give the final product good mechanical performance.
  • binders obtained after hardening or crosslinking of sizing compositions comprising polyisocyanates are known to use binders obtained after hardening or crosslinking of sizing compositions comprising polyisocyanates.
  • polyisocyanates most commonly used in the wood fiber industry, mention may be made of poly(methylene diphenyl isocyanate) (pMDI, CAS number 9016-87-9) which is a technical grade mixture containing 30 to 80% of MDI (methylene diphenyl isocyanate) and higher molecular weight homologs of the formula [Formula 1]
  • EMDIs emulsifiable pMDIs
  • EMDIs emulsifiable pMDIs
  • hydrophilic chains for example polyethoxylated chains
  • pMDI in the form of aqueous emulsions allows a regular distribution of the binder on the natural organic fibers without prior drying, which constitutes a significant saving in energy.
  • binders based on polyisocyanates even in the form of aqueous emulsions of pMDI, constitutes a significant problem of harmfulness at the place of manufacture of the panels, due to the presence of polyisocyanates.
  • polyisocyanates are very reactive and remain expensive raw materials.
  • the Applicant has therefore sought a process for manufacturing both insulating products based on mineral fibers and insulating products based on natural organic fibers which uses the same type of organic binder, in other words the same sizing composition which makes it possible to bonding both mineral fibers and natural organic fibers after hardening; such a sizing composition preferably being bio-sourced, having to be not very harmful, inexpensive, having a good ability to crosslink and being able to be distributed uniformly on any of the aforementioned fibers and making it possible to obtain insulating products having good mechanical properties.
  • the desired sizing composition must also have the advantage of not polymerizing/crosslinking or very shortly before passage through the appropriate heating device, and/or to polymerize/cure rapidly upon passage through the appropriate heating device.
  • the present application relates more specifically to a process for manufacturing an insulation product comprising mineral fibers or natural organic fibers bound by an organic binder, comprising the following steps:
  • said sizing composition comprises: at least one lignin, optionally oxidized, and at least a non-polymeric organic polycarboxylic acid.
  • the lignin according to the invention is a lignin extracted from so-called "native" lignin which is a biomolecule which is part of a family of polyphenolic polymer macromolecules (family of lato sensu tannins), which is one of the main components of wood with the cellulose and hemicellulose.
  • Figure 1 [Fig.1] shows a possible structure of native lignin.
  • Native lignin is a macromolecule with a molar mass much greater than 10,000 g. mol' 1 and which is not soluble in water.
  • Native lignin is present mainly in vascular plants and in some algae. Its main functions are to provide rigidity, impermeability to water and high resistance to decomposition.
  • vascular plants All vascular plants, ligneous and herbaceous, produce lignin.
  • the native lignin content is 3-5% in leaves, 17-24% in herbaceous stems, 18-33% in woody stems (18-25% in hardwood of angiosperm trees, 27-33% soft wood of gymnosperm trees). It is less present in annual plants than in perennial plants, it is very present in the trees.
  • Native lignin is mainly localized between cells, but a significant amount is found inside them. Although lignin is a complex hydrophobic three-dimensional network, the basic unit essentially boils down to a monolignol unit. After cellulose (constituting 35 to 50% of terrestrial plant biomass) and hemicellulose (30 to 45%), lignin (15 to 25%) forms the third family of compounds in order of abundance in plants and in terrestrial ecosystems dominated by living or dead plant biomass.
  • Lignin is a macromolecule whose possible structure is represented in FIG. 2 [Fig. 2],
  • the lignin, according to the invention is extracted by cleavage of the 0-0-4 ether bonds of the native lignin and therefore has a molar mass lower than that of the native lignin from which it is derived, i.e. d. an average molar mass of less than 10,000 g. mol′ 1 , preferably a molar mass of between 1000 g. mol' 1 and 9000 g. mol' 1 .
  • the lignin can be chosen from alkaline lignins, also called kraft lignins, lignosulphonates, organosolv lignins, sodium lignins, lignins originating from the bio-refining process of lignocellulosic raw materials, or a mixture of these.
  • alkaline lignins also called kraft lignins, lignosulphonates, organosolv lignins, sodium lignins, lignins originating from the bio-refining process of lignocellulosic raw materials, or a mixture of these.
  • the four groups of lignins available on the market are alkaline or kraft lignins, lignosulfonates, organosolv lignins (extracted lignins and sodium lignins).
  • the fifth group is the so-called bio-refinery lignin which is a bit different as it is not described by its extraction process, but rather by the origin of the process, e.g. by bio-refining and therefore may be similar or different from any of the other groups mentioned.
  • the lignin, according to the invention is preferably alkaline lignin, also called kraft lignin.
  • FIG. 2 shows a possible structure of lignin according to the invention.
  • the reactive functional group present in large quantities in a typical lignin is the hydroxyl group, which is either an aromatic hydroxyl group or an aliphatic hydroxyl group, i.e. a primary alcohol function or an alcohol function. secondary (a secondary alcohol function being less reactive than a primary alcohol function).
  • the hydroxyl groups of lignin can react with cross-linking agents such as isocyanates or epoxides, amines or aldehydes leading to a cross-linked structure of the lignin, following different cross-linking mechanisms.
  • these crosslinking agents are of less interest due to their toxicity (isocyanates, amines, formaldehyde) and/or their cost (epoxides, amines, aldehydes other than formaldehyde).
  • non-polymeric polycarboxylic acids which themselves are not very toxic, could crosslink lignin.
  • these non-polymeric polycarboxylic acids, as lignin crosslinking agents made it possible to bind both mineral fibers and natural organic fibers after hardening or crosslinking of these constituents; also making it possible to obtain insulating products with just as good mechanical performance, or even better mechanical performance, compared to the use of other known crosslinking agents such as formaldehyde or isocyanates.
  • non-polymeric organic polycarboxylic acid is meant in the present application an organic polycarboxylic acid which is not a macromolecule consisting of the assembly of monomers having a molar mass of between 90 g. mol' 1 and 350 g. mol' 1 , bound together by covalent bonds in a repetitive manner.
  • the sizing composition is preferably free of polymeric polycarboxylic organic acid.
  • the non-polymeric polycarboxylic organic acid according to the invention can be chosen from dicarboxylic acids, in particular oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid , suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, malic acid, tartaric acid, tartronic acid, aspartic acid, glutamic acid, fumaric acid, itaconic acid , maleic acid, traumatic acid, camphoric acid, phthalic acid and its derivatives, in particular containing at least one boron or chlorine atom, tetrahydrophthalic acid and its derivatives, in particular containing at least a chlorine atom, isophthalic acid, terephthalic acid, mesaconic acid and citraconic acid, tricarboxylic acids, in particular citric acid, tricarballylic acid, 1,2,4-butanetricarboxylic acid , aconitic acid, hemimellitic acid,
  • the organic polycarboxylic acid non-polymeric is selected from maleic acid, succinic acid, glutaric acid, itaconic acid, and citric acid. Even more preferentially, the non-polymeric polycarboxylic organic acid is a tricarboxylic acid, in particular citric acid.
  • lignin which is a bio-sourced, inexpensive, non-toxic and low-corrosive material, could, in combination with a non-polymeric, low-toxic polycarboxylic organic acid, bind fibers minerals or natural organic fibers, after hardening or crosslinking of these constituents; and make it possible to manufacture insulating products having just as good mechanical properties, or even better mechanical performance, than the known and aforementioned binders.
  • the lignin is diluted in water and the pH is adjusted between 6.5 and 10.5, preferably between 8 and 9, before the addition of the organic polycarboxylic acid non-polymeric.
  • This pH range allows a more homogeneous deposition of the sizing composition on the fibers, which consequently has the advantage of improving the mechanical properties of the insulating products obtained.
  • the sizing composition comprises from 25% to 85% by weight of at least one lignin, and more preferably from 40% to 80% by weight, and even more advantageously from 50% to 75% by weight, by relative to the total dry weight of the composition.
  • the sizing composition comprises from 15% to 75% by weight of at least one non-polymeric polycarboxylic organic acid, and more preferably from 20% to 60% by weight, and even more advantageously from 25% to 50 % by weight, relative to the total dry weight of the composition.
  • the lignin contained in the sizing composition in combination with the non-polymeric organic polycarboxylic acid is an oxidized lignin.
  • the amount of oxidized lignin is between 50% and 85% by weight, preferably between 55% and 80% by weight, and more preferably between 60% and 75% by weight, relative to the total weight of the sizing composition and the oxidized lignin comprises a percentage of carboxylic acid function of between 2% and 20%, preferably between 5% and 15% and a percentage of primary alcohol function of between 2% and 20%, of preferably between 5% and 15%.
  • the said percentages in carboxylic acid and primary alcohol function present on the oxidized lignin are measured by infrared spectroscopy; by calculating the ratio of the intensity of the peaks of the C-0 bond of the carboxylic acid function (C-OOH) and respectively that of the primary alcohol function (C-OH) of the oxidized lignin compared to the sum of the intensity of the peaks of the C-0 bond of all the functions present on the oxidized lignin, all the peaks being located between 1000 cm -1 and 1300 cm -1 .
  • All the functions present on the oxidized lignin having a C-O bond are the following: the primary and secondary alcohol functions (C-OH); aromatic hydroxyl functions (Ar-OH), acid functions (C-OOH); the aromatic ether (Ar-OC), aliphatic and cycloaliphatic ether (C-OC), and methyl ether (C-OCHs) functions.
  • an oxidized lignin (compared to a non-oxidized lignin) has the advantage of reducing the quantity of non-polymeric polycarboxylic organic acid to be added in the sizing composition to bind the mineral fibers or the organic fibers .
  • the amount of non-polymeric polycarboxylic organic acid is between 15% and 50% by weight, preferably between 20% and 45% by weight, and more preferably between 25% and 40% by weight, relative to the total dry weight of the sizing composition
  • the carboxylic acid groups present on the oxidized lignin obtained by splitting of the macromolecule then oxidation of the secondary aliphatic hydroxyl groups of the starting lignin will react with some of the aliphatic hydroxyl groups of the oxidized lignin (in particular the primary alcohol functions) during the heating step of the fiber assembly initiating self-crosslinking of the lignin oxidized lignin and the other remaining aliphatic hydroxyl groups of the oxidized lignin will then react with the carboxylic acid groups of the non-polymeric organic polycarboxylic acid added as a crosslinking agent to complete the crosslinking of said oxidized lignin.
  • the sizing composition according to the invention may be free of formaldehyde.
  • formaldehyde-free in the present application means a quantity of formaldehyde of less than 2000 ppm in a sizing composition according to the invention.
  • the sizing composition is an aqueous composition which may have a dry matter content of between 0.5% and 50% by weight, preferably between 3% and 30% by weight, and more preferably between 4% and 20% by weight. weight.
  • the aqueous sizing composition is, for its part, applied to the mineral fibers or the natural organic fibers, in an amount of between 2% and 20% by weight, preferably between 5% and 15% by weight, said amount being expressed as dry matter based on the weight of mineral fibers or natural organic fibers, in order to give the insulating product the desired mechanical properties.
  • step (a) of applying the sizing composition to the mineral fibers or the natural organic fibers can be carried out by spraying, in particular by means of spray nozzles. spraying, or by roller coating or by impregnation.
  • the mineral fibers according to the invention are preferentially mineral wools and even more preferentially glass, rock or slag wools, or mixtures thereof.
  • these may contain a composition corresponding to the following formulation, in percentage by weight:
  • SiO2 between 30 and 50%, preferably between 35 and 45%,
  • Na2O between 0 and 10%, preferably between 0.4 and 7%
  • CaO between 10 and 35%, preferably between 12 and 25%,
  • MgO between 1 and 15%, preferably between 5 and 13%
  • AI2O3 between 10 and 27%
  • K2O between 0 and 2%, preferably between 0 and 1%
  • Iron oxide between 0.5 and 15%, preferably between 3 and 12%
  • other oxide(s) between 0 and 5% cumulatively, preferably less than 3%, the remainder consisting of inevitable impurities.
  • the mineral fibers can be glass fibers, or rock fibers, in particular basalt (or wollastonite). And more particularly, the mineral fibers according to the invention are aluminosilicate glass fibers, in particular aluminosilicate glass fibers comprising aluminum oxide, Al2O3, in a mass fraction of between 14% and 28%. In another embodiment, the mineral fibers can be glass fibers containing a composition corresponding to the following formulation, in percentage by weight:
  • SiO2 between 50 and 75%, preferably between 60 and 70%, Na2O: between 10 and 25%, preferably between 10 and 20%, CaO: between 5 and 15%, preferably between 5 and 10%, MgO: between 1 to 10%, preferably between 2 and 5%, CaO and MgO representing together preferably between 5 and 20%, B2O3: between 0 and 10%, preferably between 2 and 8%, Al2O3: between 0 and 8% , preferably between 1 and 6%, K2O: between 0 and 5%, preferably between 0.5 and 2%, Na2O and K2O together preferably representing between 12 and 20%, Iron oxide: between 0 and 3%, preferably less than 2%, even more preferably less than 1%, other oxide(s): between 0 and 5% cumulative weight, preferably less than 3% cumulative, the remainder consisting of unavoidable impurities .
  • the diameter of the mineral fibers is advantageously between 0.1 and 25 ⁇ m.
  • the diameter of the natural organic fibers is advantageously between 5 and 100 ⁇ m, preferably between 10 and 50 ⁇ m and the length of these fibers is in particular between 0.1 and 900 mm, and more particularly between 10 and 120 mm.
  • natural organics are advantageously fibers which are not thermoplastic, and which are naturally present in the biomass and may have undergone mechanical and/or chemical treatments. These fibers come from plant sources and are advantageously chosen from cotton and lignocellulosic fibers.
  • the term “lignocellulosic fibers” means fibers of plant origin based on lignocellulosic material, that is to say comprising cellulose, hemicellulose and lignin.
  • Lignocellulosic fibers include wood fibers, and fibers from other plants, for example hemp, flax, sisal, cotton, jute, coconut, raffia, abaca fibers, or straw from cereals or rice straw.
  • lignocellulosic fibres does not encompass lignocellulosic materials which have been subjected to thermomechanical or chemical treatments with a view to the manufacture of paper pulp.
  • the lignocellosic fibers used in the present invention have therefore simply undergone a mechanical comminution treatment intended to reduce and/or control the size of the fibers.
  • the lignocellulosic fibers are preferably softwood fibers, in particular pine, obtained by mechanical defibration. Their diameter is advantageously between 10 and 70 ⁇ m, preferably between 30 and 50 ⁇ m and they have a length ranging from 0.1 to 100 mm, preferably from 0.5 to 50 mm, in particular from 1 to 10 mm.
  • the application of the sizing composition a) preferably precedes step (b) of forming an assembly of mineral fibers or natural organic fibers, during which the sizing fibers are brought together, before being heated in such a way consecutive or extemporaneous to harden the sizing composition thus forming the organic binder which binds the fibers.
  • step b) of forming an assembly of mineral fibers or natural organic fibers which can also be called the step of shaping all the fibers, can be carried out by molding and/or compression.
  • the mold used for molding the products must be made of a material capable of withstanding the temperature of the heating stage. It must also have a structure allowing the hot air from the baking oven to easily penetrate the molded product.
  • the mold can for example be formed of a metal mesh in the form of a box.
  • the wire mesh box is preferably filled with a volume of bulk fibers greater than its capacity and is then closed by a wire mesh lid.
  • the fibers are thus more or less compressed depending on the excess filling volume. This excess volume of filling of the box by the fibers is for example between 10% and 150%, preferably between 15 and 100% and in particular between 20 and 80%.
  • step b) of forming an assembly of fibers can be done, for example, by compression by means of a roller located at the inlet of the cooking oven. on a conveyor.
  • the fibers can be assembled:
  • the fibers are natural organic fibers impregnated with aqueous sizing composition and said method further comprises, between step a) and step b), a step of fiber drying which aims to evaporate enough water to make the sized or unsized fibers substantially non-sticky.
  • the drying step can be done before step a). This drying step can be implemented by heating, for example in a thermostatically controlled ventilated oven or using a steam heating press. It is important to ensure that the drying does not bring the natural organic fibers to too high a temperature, which results in the softening of the dried sizing composition, or even in the beginning of crosslinking of the components of the sizing composition. .
  • a heating temperature close to the boiling point of water is usually sufficient.
  • the drying of the fibers impregnated with aqueous sizing composition is thus preferably carried out by heating to a temperature of between 75° C. and 150° C., for a period of between 1 second and 10 seconds.
  • the natural organic fibers obtained at the end of the drying step are surrounded by a sheath of dried sizing composition.
  • Step (c) of heating the assembly of mineral fibers or natural organic fibers according to the process of the invention is preferably carried out at a temperature of between 100° C. and 250° C. for a period of between 1 minute and 20 minutes, preferably in a thermo-regulated enclosure or a steam press.
  • a thermo-regulated enclosure this may be a forced-air oven in which hot gases of controlled temperature are introduced into one or more compartments, or a heating mold with fluid circulation or heating resistor.
  • the constituents of the sizing composition (according to the invention) harden/or crosslink/polymerize to form an insoluble organic binder.
  • the fibers are mineral fibers and after step (c) of heating the assembly of said mineral fibers until the sizing composition has hardened, the assembly of mineral fibers has a loss on combustion (LOI, English loss on ignition) of between 1% and 20%, preferably between 1% and 15% by weight.
  • LOI loss on combustion
  • the invention also relates to an insulating product capable of being obtained by the method described above.
  • Said insulating product obtained therefore comprises mineral fibers or natural organic fibers, bonded using a binder obtained by hardening or crosslinking a sizing composition (as described above) comprising a lignin, optionally oxidized, and a non-polymeric polycarboxylic organic acid.
  • the insulating product obtained has good mechanical properties.
  • the insulating product may have a thickness of between 10 and 300 mm, preferably between 35 and 240 mm, measured according to standard EN 823:2013 and a density of between 30 and 200 kg/m 3 , preferably between 35 and 180 kg/ m3 .
  • the insulating product obtained can be used to make panels for the exterior insulation of buildings.
  • the insulating product obtained may in particular be a veil of mineral fibers, in particular glass or rock.
  • Aqueous sizing compositions are prepared comprising the constituents shown in Table 1, each expressed as a percentage by weight, relative to the total dry weight of each of the compositions.
  • Composition 1 outside the invention is prepared by mixing kraft A lignin with water.
  • Compositions 2 to 4 are prepared by mixing a first solution containing lignin A dissolved in water with a second solution containing a particular non-polymeric organic carboxylic acid which is dissolved in lignin A. 'water.
  • Compositions 5 and 5 bis, outside the invention are prepared by successively introducing into a container 48 parts by weight of maltitol (as hydrogenated sugar), 52 parts by weight of acid citric, and 5 parts by weight of hypophosphite of sodium sodium hypophosphite (catalyst) with vigorous stirring until the constituents are completely dissolved.
  • compositions 1 to 5 and 5 bis contain 90% by weight of water and 10% by weight of dry matter. All of the compositions are used to form glass fiber insulation products.
  • the storage modulus of the samples is measured in three-point bending during curing by dynamic thermomechanical analysis (DMTA) using a “TA Instruments RSA-G2 Analyzer” device.
  • DMTA dynamic thermomechanical analysis
  • the operating parameters of the measuring device are as follows: Temperature: 25°C Poisson's ratio: 0.45
  • Table 1 below shows the storage modulus of the glass fiber papers obtained after curing each of the sizing compositions. Each storage modulus value is the average calculated over two to four individual measurement values.
  • the glass fiber papers prepared in accordance with the invention i.e. using sizing compositions 2 to 4 comprising the combination of lignin A and a non-polymeric polycarboxylic organic acid, exhibit a storage modulus (between 1.18 GPa and 2.74 GPa) greater than that glass fiber papers prepared using sizing composition 1 (0.92 GPa) which comprises lignin alone (ie without crosslinking agent).
  • sizing composition 1 (0.92 GPa) which comprises lignin alone (ie without crosslinking agent).
  • composition 4 glass fiber papers prepared in accordance with the invention
  • thermosetting resin such as resin based on hydrogenated sugar (composition 5, comparative example), or
  • Aqueous sizing compositions are prepared comprising the constituents shown in Table 2, each expressed as a percentage by weight, relative to the total dry weight of each of the compositions.
  • Composition 6 is prepared by emulsifying poly(methylene diphenyl isocyanate) (pMDI) which can be emulsified with water.
  • Compositions 7 and 8, according to the invention are prepared by mixing a first solution containing lignin A dissolved in water with a second solution containing succinic acid dissolved in water.
  • Composition 9 is prepared by mixing a first solution containing lignin A dissolved in water at a second solution containing ethylene glycol diglycidyl ether (an epoxide) dissolved in water.
  • the sizing composition 6 contains 40% by weight of water and 60% by weight of dry matter.
  • Sizing compositions 7 to 9 contain 90% by weight of water and 10% by weight of dry matter.
  • wood fibers are impregnated with an aqueous sizing composition.
  • the quantity of aqueous sizing compositions 6, 8 and 9 deposited on the wood fibers is equal to 7% by weight expressed as dry matter based on the weight of the wood fibers.
  • the quantity of aqueous sizing composition 7 deposited on the wood fibers is equal to 10% by weight expressed as dry matter relative to the weight of the wood fibers
  • the impregnated wood fibers are then deposited uniformly in a steel mold comprising an open cavity of 60 mm x 10 mm x 12 mm. Steel bars of 60 mm ⁇ 10 mm ⁇ 10 mm are placed on the wood fibers and the assembly is heated for 4 min in a press thermostated at 150° C. and under a pressure of 10 bars. The mold is then allowed to cool to room temperature before removing the specimen of lignocellulosic fibers formed (60 mm ⁇ 10 mm ⁇ 2 mm). The specimens of wood fibers thus obtained have a density of approximately 180 kg/m 3 .
  • the flexural storage modulus (three-point bending) is then determined for each specimen by dynamic thermomechanical analysis (DMTA) using a “TA Instruments RSA-G2 Analyzer” device.
  • DMTA dynamic thermomechanical analysis
  • the samples are dried beforehand for several hours in a desiccator under dynamic vacuum (20 mbar).
  • the operating parameters of the measuring device are the same as those mentioned above.
  • Table 2 shows the storage modulus of the wood fiber specimens obtained after curing each of the sizing compositions. Each storage modulus value is the average calculated over two to four individual measurement values.
  • the specimens of wood fibers prepared in accordance with the invention i.e. using the sizing composition 8 comprising the combination of lignin and succinic acid (as lignin crosslinking agent)
  • the sizing composition 8 comprising the combination of lignin and succinic acid (as lignin crosslinking agent)
  • the lignin crosslinking agent is not a non-polymeric organic carboxylic acid but an epoxide.
  • a storage modulus of the same order of magnitude is obtained for the specimens of wood fibers prepared using the known sizing composition 6 and the sizing composition 7 according to the invention with a quantity of sizing composition on said fibers higher.
  • Tables 1 and 2 show that a lignin in combination with a non-polymeric organic carboxylic acid makes it possible to bind both mineral fibers and natural organic fibers and also makes it possible to obtain insulating products having as good mechanical properties, or even better mechanical properties, than those obtained using known sizing compositions.
  • Lignin B is taken and the quantity of carboxylic acid functions and primary alcohol functions present on said lignin is determined by infrared spectroscopy by measuring the intensity of the peak of the C-OOH bond of the carboxylic acid function at approximately 1190 cm -1 and that of the C-OH bond of the primary alcohol function at about 1040 cm -1 , compared to the sum of the intensity of the peaks of the CO bond, located between 1000 cm -1 and 1300 cm -1 , of all the functions present on said B lignin.
  • All the functions present on the B lignin having a C-0 bond are the following: the primary and secondary alcohol functions (C-OH); aromatic hydroxyl functions (Ar-OH), acid functions (C-OOH); the aromatic ether (Ar-OC), aliphatic and cycloaliphatic ether (C-OC), and methyl ether (C-OCH3) functions.
  • lignin B which is oxidized beforehand under the following conditions: in aqueous solution at pH > 13 with H2O2 + FeCls as oxidizing agent for 120 min at 95°C.
  • all the functions present on the oxidized lignin B having a C-0 bond are the following: the primary and secondary alcohol functions (C-OH); aromatic hydroxyl functions (Ar-OH), acid functions (C-OOH); the aromatic ether (Ar-OC), aliphatic and cycloaliphatic (C-OC) and methyl ether (C-OCH3) functions.
  • Two sizing compositions 10 and 11 are then prepared respectively by mixing lignin B and oxidized lignin B dissolved in water with succinic acid dissolved in water. These sizing compositions are deposited on wood fibers in order to manufacture test specimens of wood fiber panels according to the method described in Example 1. The flexural storage modulus of said wood fiber specimens obtained is measured by dynamic thermomechanical analysis (DMTA) as explained in Example 1.
  • DMTA dynamic thermomechanical analysis
  • Table 3 shows the results obtained for each of the sizing compositions.

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un produit d'isolation comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles liées par un liant organique, comprenant les étapes suivantes : (a) l'application d'une composition d'encollage sur lesdites fibres minérales ou lesdites fibres organiques naturelles, (b) la formation d'un assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles, (c) le chauffage de l'assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles jusqu'à durcissement de ladite composition d'encollage, caractérisé en ce que ladite composition d'encollage comprend : au moins une lignine, éventuellement oxydée, et au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique. La présente invention concerne également les produits isolants susceptibles d'être obtenus par un tel procédé.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : Procédé de fabrication de produits d’isolation à base de fibres minérales ou de fibres organiques naturelles
La présente invention concerne un procédé de fabrication de produits d’isolation comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles liées par un liant organique obtenu par durcissement ou réticulation d’une composition d’encollage contenant une lignine, éventuellement oxydée et un acide organique polycarboxylique non-polymérique. L’invention concerne également les produits isolants obtenus par un tel procédé.
La fabrication de produits isolants à base de fibres minérales, notamment à base de laine minérale, comprend généralement une étape de fabrication des fibres de verre ou de roche par un procédé de centrifugation. Sur leur trajet entre le dispositif de centrifugation et le tapis de collecte des fibres, on pulvérise sur les fibres encore chaudes une composition aqueuse d’encollage, également appelée composition aqueuse de liant, qui subit ensuite une réaction de polymérisation à des températures généralement supérieures à 100°C.
Depuis plusieurs années, l’utilisation de différentes résines thermodurcissables, en tant que liants, contenues dans les compositions d’encollage, a permis de lier les fibres minérales et d’améliorer les performances mécaniques des produits d’isolation obtenus. Les résines thermodurcissables les plus couramment utilisées pour la fabrication de produits d’isolation à base de laine minérale sont des résines phénoliques de type résols. Outre leur bonne aptitude à réticuler dans les conditions thermiques précitées, ces résines sont solubles dans l’eau, possèdent une bonne affinité pour les fibres minérales grâce notamment à la présence de silane, et sont relativement peu coûteuses.
Les résols les plus usuels sont obtenus par condensation de phénol et de formaldéhyde, en présence d’un catalyseur basique. Au final, ces résols contiennent une certaine proportion de monomères n’ayant pas réagi, en particulier le formaldéhyde dont la présence n’est pas souhaitée à cause de ses effets nocifs avérés.
Pour cette raison, les résines à base de résols sont généralement traitées par de l’urée qui réagit avec le formaldéhyde libre en le piégeant sous forme de condensats urée-formaldéhyde non volatils. La présence d’urée dans la résine apporte en outre un avantage économique certain du fait de son faible coût, car on peut l’introduire en relativement grande quantité sans affecter les qualités d’emploi de la résine, notamment sans nuire aux performances mécaniques du produit final, ce qui abaisse notablement le coût total de la résine.
Il a néanmoins été observé que, dans les conditions de températures auxquelles la nappe de laine minérale est soumise pour obtenir la réticulation de la résine, les condensats urée-formaldéhyde ne sont pas stables ; ils se décomposent en redonnant du formaldéhyde et de l’urée, à son tour dégradée au moins partiellement en ammoniac, qui sont libérés dans l’atmosphère de l’usine et doivent alors faire l’objet de procédures de captation pour réduire leur impact sur l’environnement. Des solutions de remplacement des résines à base de formaldéhyde dans les compositions d’encollage ont donc été développées.
La Demanderesse a proposé dans ses demandes WO2010/029266 et WO201 3/014399 des compositions d’encollage à base de sucres hydrogénés, également appelés alcools de sucres, pour lier des fibres minérales. Ces réactifs présentent une très bonne stabilité thermique et confèrent au produit final de bonnes performances mécaniques.
Des liants exempts de formaldéhyde contenant à la fois des sucres hydrogénés et des sucres réducteurs ou non-réducteurs ont été divulgués respectivement dans les demandes W02013/021112 et W02015/159012 au nom de la Demanderesse pour lier des fibres minérales. Cependant ces résines à base de sucre(s) se sont montrées peu réactives et peu stables pour lier des fibres organiques naturelles.
Pour lier des fibres organiques naturelles, et notamment dans le but d’obtenir des produits isolants de densité inférieure à 250 kg/m3, il est connu d’utiliser des liants obtenus après durcissement ou réticulation de compositions d’encollages comprenant des polyisocyanates. Parmi les polyisocyanates les plus communément utilisés dans l’industrie des fibres de bois, on peut citer le poly(méthylène diphényl isocyanate) (pMDI, numéro CAS 9016-87-9) qui est un mélange de qualité technique contenant de 30 à 80 % de MDI (méthylène diphényl isocyanate) et des homologues de poids moléculaire plus élevé de formule [Formule 1]
Figure imgf000005_0001
Afin d’assurer un bon mouillage des fibres organiques naturelles par le pMDI hydrophobe, il est généralement nécessaire de soumettre les fibres préalablement à un séchage de manière à abaisser leur teneur en eau à une valeur inférieure ou égale à 6 % en poids, notamment comprise entre 2 - 6 % en poids (voir W02008/144770).
Plus récemment ont été proposés des pMDI émusifiables (EMDI) qui sont soit des mélanges de pMDI avec des agents tensioactifs non-ioniques exempts d’hydrogènes labiles susceptibles de réagir avec les fonctions isocyanates (voir par exemple EP0516361 ), soit des mélanges de pMDI et d’un faible pourcentage de pMDI fonctionnalisé avec des chaînes hydrophiles, par exemple des chaînes polyéthoxylées, permettant de stabiliser l’émulsion.
L’utilisation de pMDI sous forme d’émulsions aqueuses permet une répartition régulière du liant sur les fibres organiques naturelles sans séchage préalable, ce qui constitue un gain d’énergie significatif.
Cependant, l’utilisation de liants à base de polyisocyanates, même sous forme d’émulsions aqueuses de pMDI, constitue un problème important de nocivité au lieu de fabrication des panneaux, en raison de la présence des polyisocyanates. De plus, les polyisocyanates sont très réactifs et restent des matières premières coûteuses.
La Demanderesse a donc cherché un procédé pour fabriquer à la fois des produits isolants à base de fibres minérales et des produits isolants à base de fibres organiques naturelles qui utilise le même type de liant organique, autrement dit une même composition d’encollage qui permet de lier aussi bien des fibres minérales que des fibres organiques naturelles après durcissement ; une telle composition d’encollage étant de préférence bio-sourcée, devant être peu nocive, peu coûteuse, ayant une bonne aptitude à réticuler et pouvant être répartie uniformément sur n’importe lesquelles des fibres précitées et permettant l’obtention de produits isolants présentant de bonnes propriétés mécaniques. La composition d’encollage recherchée doit également présenter l’avantage de ne pas polymériser/réticuler ou très peu avant passage dans le dispositif de chauffage approprié, et/ou de polymériser/réticuler rapidement au moment du passage dans le dispositif de chauffage approprié.
Dans le cadre de cette recherche, les inventeurs ont découvert qu’une composition d’encollage comprenant la combinaison spécifique :
- d’au moins une lignine, éventuellement oxydée, et
- d’au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique, présentait les avantages ou les propriétés recherchées.
Ainsi la présente demande a plus précisément pour objet un procédé de fabrication d’un produit d’isolation comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles liées par un liant organique, comprenant les étapes suivantes :
(a) l’application d’une composition d’encollage sur lesdites fibres minérales ou lesdites fibres organiques naturelles,
(b) la formation d’un assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles,
(c) le chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles jusqu’à durcissement de ladite composition d’encollage, caractérisé en ce que ladite composition d’encollage comprend : au moins une lignine, éventuellement oxydée, et au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique.
La lignine selon l’invention est une lignine extraite de la lignine dite « native » qui est une biomolécule qui fait partie d’une famille de macromolécules polymères polyphénoliques (famille des tannins lato sensu), qui est un des principaux composants du bois avec la cellulose et l'hémicellulose. La figure 1 [Fig .1 ] montre une structure possible de lignine native. La lignine native est une macromolécule ayant une masse molaire très supérieure à 10 000 g. mol’1 et qui n’est pas soluble dans l’eau. La lignine native est présente principalement dans les plantes vasculaires et dans quelques algues. Ses principales fonctions sont d'apporter de la rigidité, une imperméabilité à l'eau et une grande résistance à la décomposition. Toutes les plantes vasculaires, ligneuses et herbacées, fabriquent de la lignine. Quantitativement, la teneur en lignine native est de 3 à 5% dans les feuilles, 17 à 24% dans les tiges herbacées, 18 à 33% dans les tiges ligneuses (18 à 25% du bois dur des arbres angiospermes, 27 à 33% du bois tendre des arbres gymnospermes). Elle est moins présente dans les plantes annuelles que dans les plantes vivaces, elle est très présente dans les arbres. La lignine native est principalement localisée entre les cellules, mais on en trouve une quantité significative à l'intérieur même de celles-ci. Bien que la lignine soit un réseau tridimensionnel hydrophobe complexe, l'unité de base se résume essentiellement à une unité de monolignol. Après la cellulose (constituant 35 à 50% de la biomasse végétale terrestre) et l'hémicellulose (30 à 45%), la lignine (15 à 25%) forme la troisième famille de composés par ordre d’abondance dans les plantes et dans les écosystèmes terrestres où domine la biomasse végétale morte ou vive.
La lignine, selon l’invention, est une macromolécule dont une structure possible est représentée dans la figure 2 [Fig. 2], La lignine, selon l’invention, est extraite par clivage des liaisons éther 0-0-4 de la lignine native et possède donc une masse molaire inférieure à celle de la lignine native dont elle est issue, c.-à-d. une masse molaire moyenne inférieure à 10 000 g. mol’1, de préférence une masse molaire comprise entre 1 000 g. mol’1 et 9 000 g. mol’1.
La lignine, selon l’invention, peut être choisie parmi les lignines alcalines appelées également les lignines kraft, les lignosulfonates, les lignines organosolv, les lignines sodiques, les lignines provenant de procédé de bio-raffinage de matières premières lignocellulosiques, ou un mélange de celles-ci. Les quatre groupes de lignines disponibles sur le marché sont les lignines alcalines ou kraft, les lignosulfonates, les lignines organosolv (lignines extraites et les lignines sodiques). Le cinquième groupe est la lignine dite de bio-raffinerie qui est un peu différent car il n'est pas décrit par son procédé d'extraction, mais plutôt par l'origine du procédé, par ex. par bio-raffinage et il peut donc être similaire ou différent de n'importe lequel des autres groupes mentionnés. La lignine, selon l’invention, est de préférence la lignine alcaline, appelée également lignine kraft.
La figure 2 [Fig. 2] montre une structure possible de lignine selon l’invention. On peut ainsi remarquer que le groupe fonctionnel réactif présent en grande quantité dans une lignine typique est le groupe hydroxyle, qui est soit un groupe hydroxyle aromatique, soit un groupe hydroxyle aliphatique c’est-à-dire une fonction alcool primaire ou une fonction alcool secondaire (une fonction alcool secondaire étant moins réactive qu’une fonction alcool primaire). Il est connu que les groupes hydroxyles de la lignine peuvent réagir avec des agents réticulant tels que des isocyanates ou des époxydes, des amines ou des aldéhydes conduisant à une structure réticulée de la lignine, suivant des mécanismes de réticulation différents. Cependant, ces agents de réticulation présentent un intérêt moindre en raison de leur toxicité (isocyanates, amines, formaldéhyde) et/ou de leur coût (époxydes, amines, aldéhydes autre que formaldéhyde).
Ainsi, les inventeurs ont découvert que des acides polycarboxyliques non- polymériques, qui sont eux peu toxiques, pouvaient réticuler la lignine. En outre, ils ont découvert que ces acides polycarboxyliques non-polymériques, en tant qu’agents de réticulation de la lignine permettaient de lier aussi bien des fibres minérales que des fibres organiques naturelles après durcissement ou réticulation de ces constituants ; permettant aussi l’obtention de produits isolants ayant d’aussi bonnes performances mécaniques, voir même de meilleures performances mécaniques, comparé à l’utilisation d’autres agents de réticulation connus tels que le formaldéhyde ou les isocyanates.
On entend par acide organique polycarboxylique « non-polymérique » dans la présente demande un acide organique polycarboxylique qui n’est pas une macromolécule constituée de l’assemblage de monomères ayant une masse molaire comprise entre 90 g. mol’1 et 350 g. mol’1, liées entre eux par des liaisons covalentes de manière répétitive. Ainsi, dans la présente demande la composition d’encollage est de préférence exempte d’acide organique polycarboxylique polymérique. L’acide organique polycarboxylique non-polymérique selon l’invention peut être choisi parmi les acides dicarboxyliques, notamment l’acide oxalique, l’acide malonique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide pimélique, l’acide subérique, l’acide azelaïque, l’acide sébacique, l’acide malique, l’acide tartrique, l’acide tartronique, l’acide aspartique, l’acide glutamique, l’acide fumarique, l’acide itaconique, l’acide maléique, l’acide traumatique, l’acide camphorique, l’acide phtalique et ses dérivés, en particulier contenant au moins un atome de bore ou de chlore, l’acide tétrahydrophtalique et ses dérivés, en particulier contenant au moins un atome de chlore, l’acide isophtalique, l’acide téréphtalique, l’acide mésaconique et l’acide citraconique, les acides tricarboxyliques, notamment l’acide citrique, l’acide tricarballylique, l’acide 1 ,2,4-butanetricarboxylique, l’acide aconitique, l’acide hémimellitique, l’acide triméllitique et l’acide trimésique, et les acides tétracarboxyliques, notamment l’acide 1 ,2,3,4-butanetétracarboxylique et l’acide pyroméllitique. De manière encore plus préféré, l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est choisi parmi l’acide maléique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide itaconique, et l’acide citrique. Encore plus préférentiellement, l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est un acide tricarboxylique, en particulier l’acide citrique.
Autrement dit, il a été constaté de manière surprenante par les inventeurs que la lignine qui est un matériau bio-sourcé, bon marché, non toxique et peu corrosif pouvait en combinaison avec un acide organique polycarboxylique non-polymérique, peu toxique, lier des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, après durcissement ou réticulation de ces constituants ; et permettre de fabriquer des produits isolants présentant d’aussi bonnes propriétés mécaniques, voir même de meilleures performances mécaniques, que les liants connues et précitées.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la lignine est diluée dans de l’eau et le pH est ajusté entre 6,5 et 10,5, de préférence entre 8 et 9, avant l’ajout de l’acide organique polycarboxylique non-polymérique. Cet intervalle de pH permet un dépôt plus homogène de la composition d’encollage sur les fibres, ce qui a par conséquent l’avantage d’améliorer les propriétés mécaniques des produits isolants obtenus.
De préférence, la composition d’encollage comprend de 25% à 85% en poids d’au moins une lignine, et plus préférentiellement de 40% à 80% en poids, et encore plus avantageusement de 50% à 75% en poids, par rapport au poids total sec de la composition.
De préférence, la composition d’encollage comprend de 15% à 75% en poids d’au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique, et plus préférentiellement de 20% à 60% en poids, et encore plus avantageusement de 25% à 50% en poids, par rapport au poids total sec de la composition.
Dans un autre mode de réalisation préféré du procédé de l’invention, la lignine contenue dans la composition d’encollage en combinaison avec l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est une lignine oxydée. Dans ce mode de réalisation, la quantité de lignine oxydée est comprise entre 50% et 85% en poids, de préférence entre 55% et 80% en poids, et plus préférentiellement entre 60% et 75% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage et la lignine oxydée comprend un pourcentage en fonction acide carboxylique compris entre 2% et 20%, de préférence entre 5% et 15% et un pourcentage en fonction alcool primaire compris entre 2% et 20%, de préférence entre 5% et 15%. Lesdits pourcentages en fonction acide carboxylique et en alcool primaire présents sur la lignine oxydée sont mesurés par spectroscopie infra-rouge ; en calculant le ratio de l’intensité des pics de la liaison C-0 de la fonction acide carboxylique (C-OOH) et respectivement celle de la fonction alcool primaire (C-OH) de la lignine oxydée par rapport à la somme de l’intensité des pics de la liaison C-0 de toutes les fonctions présentes sur la lignine oxydée, tous les pics étant situés entre 1000 cm-1 et 1300 cm-1. Toutes les fonctions présentent sur la lignine oxydée ayant une liaison C-0 sont les suivantes : les fonctions alcool primaire et secondaire (C-OH) ; les fonctions hydroxyles aromatiques (Ar-OH), les fonctions acides (C-OOH) ; les fonctions éther aromatique (Ar-OC), éther aliphatique et cycloaliphatique (C-OC), et méthyl éther (C-OCHs).
L’utilisation d’une lignine oxydée (par rapport à une lignine non-oxydée) a pour avantage de réduire la quantité d’acide organique polycarboxylique non-polymérique à ajouter dans la composition d’encollage pour lier les fibres minérales ou les fibres organiques. Ainsi, dans ce mode particulier de réalisation, la quantité d’acide organique polycarboxylique non-polymérique est comprise entre 15% et 50% en poids, de préférence entre 20% et 45% en poids, et plus préférentiellement entre 25% et 40% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage
En effet, dans la composition d’encollage comprenant la combinaison d’au moins une lignine oxydée et d’au moins un acide organique polycarboxylique non- polymérique, les groupes acides carboxyliques présents sur la lignine oxydée obtenus par scission de la macromolécule puis oxydation des groupes hydroxyles aliphatiques secondaires de la lignine de départ vont réagir avec certains des groupes hydroxyles aliphatiques de la lignine oxydée (en particulier les fonctions alcools primaires) lors de l’étape de chauffage de l’assemblage des fibres initiant une auto-réticulation de la lignine oxydée et les autres groupes hydroxyles aliphatiques de la lignine oxydée restants vont alors réagir avec les groupes acides carboxyliques de l’acide organique polycarboxylique non polymérique ajouté en tant qu’agent de réticulation pour achever la réticulation de ladite lignine oxydée.
En outre, la composition d’encollage selon l’invention peut être exempte de formaldéhyde. On entend par « exempte de formaldéhyde » dans la présente demande, une quantité de formaldéhyde inférieure à 2000 ppm dans une composition d’encollage selon l’invention. La composition d’encollage est une composition aqueuse qui peut présenter une teneur en matières sèches comprise entre 0,5% et 50% en poids, de préférence entre 3% et 30% en poids, et plus préférentiellement entre 4% et 20% en poids.
La composition aqueuse d’encollage est, quant à elle, appliquée sur les fibres minérales ou les fibres organiques naturelles, en une quantité comprise entre 2% et 20% en poids, de préférence entre 5% et 15% en poids, ladite quantité étant exprimée en matières sèches rapportées au poids des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, afin de conférer au produit isolant les propriétés mécaniques recherchées.
Dans un mode de réalisation préféré du procédé de l’invention, l’étape (a) d’application de la composition d’encollage sur les fibres minérales ou les fibres organiques naturelles peut être réalisée par pulvérisation, en particulier au moyen de buses de pulvérisation, ou par enduction au rouleau ou par imprégnation.
Les fibres minérales, selon l’invention, sont préférentiellement des laines minérales et encore plus préférentiellement des laines de verre, de roche ou de laitier, ou des mélanges de celles-ci. En particuliers, lorsque les fibres minérales sont des laines minérales, celles-ci peuvent renfermer une composition répondant à la formulation suivante, en pourcentage en poids :
SiÛ2 : entre 30 et 50%, de préférence entre 35 et 45%,
Na2Û: entre 0 et 10%, de préférence entre 0,4 et 7%,
CaO: entre 10 et 35%, de préférence entre 12 et 25%,
MgO : entre 1 et 15%, de préférence entre 5 et 13%,
CaO+MgO : entre 11 et 40% en cumulé,
AI2O3 : entre 10 et 27%,
K2O : entre 0 et 2%, de préférence entre 0 et 1 %,
Oxyde de fer : entre 0,5 et 15%, de préférence entre 3 et 12%, autre(s) oxyde(s) : entre 0 et 5 % en cumulé, de préférence moins de 3%, le reste étant constitué d’impuretés inévitables.
Les fibres minérales peuvent être des fibres de verre, ou des fibres de roche, notamment de basalte (ou wollastonite). Et plus particulièrement, les fibres minérales selon l’invention sont des fibres de verre aluminosilicate, notamment des fibres de verre aluminosilicate comprenant de l’oxyde d’aluminium, AI2O3, en une fraction massique comprise entre 14% et 28%. Dans un autre mode de réalisation, les fibres minérales peuvent être des fibres de verre renfermant une composition répondant à la formulation suivante, en pourcentage en poids :
SiO2 : entre 50 et 75%, de préférence entre 60 et 70%, Na2O: entre 10 et 25%, de préférence entre 10 et 20%, CaO: entre 5 et 15%, de préférence entre 5 et 10%, MgO : entre 1 à 10%, de préférence entre 2 et 5%, CaO et MgO représentant ensemble de préférence entre 5 et 20%, B2O3 : entre 0 et 10%, de préférence entre 2 et 8%, AI2O3 : entre 0 et 8%, de préférence entre 1 et 6%, K2O : entre 0 et 5%, de préférence entre 0,5 et 2%, Na2O et K2O représentant ensemble de préférence entre 12 et 20%, Oxyde de fer : entre 0 et 3%, de préférence moins de 2%, de préférence encore moins de 1 %, autre(s) oxyde(s) : entre 0 et 5 % poids en cumulé, de préférence moins de 3% en cumulé, le reste étant constitué d’impuretés inévitables.
Le diamètre des fibres minérales est avantageusement compris entre 0,1 et 25 pm.
Le diamètre des fibres organiques naturelles est avantageusement compris entre 5 et 100 pm, de préférence entre 10 et 50 pm et la longeur de ces fibres est en particulier comprise entre 0,1 et 900 mm, et plus particulièrement entre 10 et 120 mm Les fibres organiques naturelles, selon l’invention, sont avantageusement des fibres qui ne sont pas thermoplastiques, et qui sont présentes naturellement dans la biomasse et peuvent avoir subi des traitements mécaniques et/ou chimiques. Ces fibres proviennent de sources végétales et sont avantageusement choisis parmi le coton et les fibres lignocellulosiques. On entend par fibres lignocellulosiques des fibres d’origine végétale à base de matière lignocellulosique, c’est-à-dire comprenant de la cellulose, de l’hémicellulose et de la lignine. Les fibres lignocellulosiques englobent les fibres de bois, et les fibres d’autres plantes par exemple les fibres de chanvre, de lin, de sisal, de coton, de jute, de coco, de raphia, d’abaca, ou encore la paille de céréales ou la paille de riz.
Le terme « fibres lignocellulosiques » tel qu’il est utilisé dans la présente demande n’englobe pas les matériaux lignocellulosiques ayant été soumis à des traitements thermomécaniques ou chimique en vue de la fabrication de pâte à papier. Les fibres lignocellosiques utilisées dans la présente invention ont donc simplement subi un traitement mécanique de comminution destiné à réduire et/ou contrôler la dimension des fibres.
Les fibres lignocellulosiques sont de préférence des fibres de bois de résineux, en particulier de pin, obtenus par défibrage mécanique. Leur diamètre est avantageusement compris entre 10 et 70 pm, de préférence entre 30 et 50 pm et elles ont une longueur allant de 0,1 à 100 mm, de préférence de 0,5 à 50 mm, en particulier de 1 à 10 mm.
L’application de la composition d’encollage a) précède de préférence l’étape (b) de formation d’un assemblage des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, pendant laquelle les fibres encollées sont rassemblées, avant d’être chauffées de manière consécutive ou extemporanée pour durcir la composition d’encollage formant ainsi le liant organique qui lient les fibres.
Ainsi l’étape b) de formation d’un assemblage des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, qui peut être également appelée étape de mise en forme de l’ensemble des fibres, peut être réalisée par moulage et/ou compression. Le moule utilisé pour le moulage des produits doit être en un matériau capable de résister à la température de l’étape de chauffage. Il doit par ailleurs avoir une structure permettant à l’air chaud de l’étuve de cuisson de pénétrer facilement dans le produit moulé. Le moule peut par exemple être formé d’un grillage métallique en forme de caisson. Le caisson en grillage métallique est de préférence rempli avec un volume de fibres en vrac supérieur à sa contenance et est ensuite fermé par un couvercle en grillage métallique. Les fibres se trouvent ainsi plus ou moins comprimées en fonction de l’excédent volumique de remplissage. Cet excédent volumique de remplissage du caisson par les fibres est par exemple compris entre 10 % et 150 %, de préférence entre 15 et 100 % et en particulier entre 20 et 80 %.
Lorsque le procédé de la présente invention est un procédé en continu, l’étape b) de formation d’un assemblage de fibres peut se faire par exemple par compression au moyen d’un rouleau situé à l’entrée de l’étuve de cuisson sur un convoyeur.
En outres, les fibres peuvent être assemblées :
- en matelas souples de fibres pouvant être enroulables, compressibles ou pliables,
- en plaques ou panneaux de fibres, plus denses et rigides que les matelas enroulables, - en produits moulés à base de fibres, par exemple des doublures de conduits ou de canalisations,
- en textiles tissés ou non-tissés, tels que des mats non-tissés de fibres de verre ou organiques.
Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention, les fibres sont des fibres organiques naturelles imprégnées de composition aqueuse d’encollage et ledit procédé comporte en outre, entre l’étape a) et l’étape b), une étape de séchage des fibres qui a pour but d’évaporer suffisamment d’eau pour rendre les fibres encollées ou non-encollées sensiblement non-collantes. Dans un autre mode de réalisation, l’étape de séchage peut se faire avant l’étape a). Cette étape de séchage peut être mise en œuvre par chauffage, par exemple dans une étuve ventilée thermostatée ou encore à l’aide d’une presse chauffante à vapeur. Il est important de veiller à ce que le séchage ne porte pas les fibres organiques naturelles à une température trop élevée qui se traduit par le ramollissement de la composition d’encollage séché, voire par un début de réticulation des composants de la composition d’encollage. Une température de chauffage proche du point d’ébullition de l’eau est généralement suffisante. Le séchage des fibres imprégnées de composition d’encollage aqueuse est ainsi réalisé de préférence par chauffage à une température comprise entre 75°C et 150°C, pendant une durée comprise entre 1 seconde et 10 secondes. Les fibres organiques naturelles obtenues à l’issue de l’étape de séchage sont entourées d’une gaine de composition d’encollage séchée.
L’étape (c) de chauffage de l’assemblage des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles selon le procédé de l’invention est mise en œuvre de préférence à une température comprise entre 100°C et 250°C pendant une durée comprise entre 1 minute et 20 minutes, de préférence dans une enceinte thermo-régulée ou une presse vapeur. Dans le cadre d’une enceinte thermo-régulée, celle-ci peut être une étuve à air forcé dans laquelle on introduit dans un ou plusieurs compartiments des gaz chauds de température contrôlée, ou un moule chauffant à circulation de fluide ou résistance chauffante. Lors de cette étape de chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles, les constituants de la composition d’encollage (selon l’invention) durcissent/ou réticulent/polymérisent pour former un liant organique insoluble. Dans un autre mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention, les fibres sont des fibres minérales et après l’étape (c) de chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales jusqu’à durcissement de la composition d’encollage, l’assemblage des fibres minérales présente une perte par combustion (LOI, de l’anglais loss on ignition) comprise entre 1 % et 20%, de préférence entre 1 % et 15% en poids.
L’invention concerne également un produit isolant susceptible d’être obtenu par le procédé décrit ci-dessus. Ledit produit isolant obtenu comprend par conséquent des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, liées à l’aide d’un liant obtenu par durcissement ou réticulation d’une composition d’encollage (telle que décrite ci- dessus) comprenant une lignine, éventuellement oxydée, et un acide organique polycarboxylique non-polymérique Le produit isolant obtenu présente de bonnes propriétés mécaniques. Le produit isolant peut présenter une épaisseur comprise entre 10 et 300 mm, de préférence entre 35 et 240 mm, mesurée selon la norme EN 823:2013 et une masse volumique comprise entre 30 et 200 kg/m3, de préférence entre 35 et 180 kg/m3. Le produit isolant obtenu peut être utilisé pour réaliser des panneaux pour l’isolation extérieure des bâtiments. Le produit isolant obtenu peut notamment être un voile de fibres minérales, notamment de verre ou de roche.
Exemples
Exemple 1 :
On prépare des compositions aqueuses d’encollage comprenant les constituants figurant dans le tableau 1 , exprimés chacun en pourcentage en poids, par rapport au poids total sec de chacune des compositions.
La composition 1 , hors invention (c.-à-d. échantillon comparatif), est préparée par mélange de la lignine kraft A avec de l’eau. Les compositions 2 à 4, selon l’invention, sont préparées par mélange d’une première solution contenant de la lignine A dissoute dans de l’eau à une deuxième solution contenant un acide organique carboxylique non-polymérique particulier qui est dissout dans de l’eau. Les compositions 5 et 5 bis, hors invention (c.-à-d. échantillon comparatif), sont préparées en introduisant successivement dans un récipient 48 parts en poids de maltitol (en tant que sucre hydrogéné), 52 parts en poids d’acide citrique, et 5 parts en poids d’hypophosphite de sodium I’hypophosphite de sodium (catalyseur) sous une agitation vigoureuse jusqu’à dissolution complète des constituants.
Toutes les compositions d’encollage 1 à 5 et 5 bis contiennent 90% en poids d’eau et 10% en poids de matières sèches. Toutes les compositions sont utilisées pour former des produits isolants à base de fibres de verre.
Ainsi, on imprègne deux morceaux (60 mm x 10 mm x 0,250 mm) superposés de papiers de fibres de verre non tissées respectivement avec chacune des compositions aqueuses d’encollage, puis on fait ensuite durcir les papiers de fibres de verre imprégnées à une température de 150°C pendant 4 min (pour les échantillons 1 à 5) ou 210°C pendant 10 min (pour l’échantillon 5bis).
Le module de conservation des échantillons est mesuré en flexion trois points pendant la cuisson par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) au moyen d’un appareil « TA Instruments RSA-G2 Analyzer ».
Les paramètres de fonctionnement de l’appareil de mesure sont les suivants : Température : 25 °C Rapport de Poisson : 0,45
Durée de la sollicitation mécanique oscillatoire : 120 secondes
Fréquence d’oscillation : 1 ,0 Hz, Déformation : 0,1 %
Vitesse d’échantillonnage : 10 points/seconde.
Le tableau 1 ci-dessous montre le module de conservation des papiers de fibres de verre obtenus après durcissement de chacune des compositions d’encollage. Chaque valeur de module de conservation est la moyenne calculée sur deux à quatre valeurs de mesure individuelles.
Résultats
[Table 1]
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
On peut constater que les papiers de fibres de verre préparés conformément à l’invention, c.-à-d. à l’aide des compositions d’encollage 2 à 4 comprenant la combinaison de la lignine A et d’un acide organique polycarboxylique non- polymérique, présentent un module de conservation (entre 1 ,18 GPa et 2,74 GPa) supérieur à celui des papiers de fibres de verres préparés à l’aide de la composition d’encollage 1 (0,92 GPa) qui comprend une lignine seule (c.-à-d. sans agent de réticulation). En outre, on observe qu’un module de conservation plus élevé est obtenu pour les produits isolants préparés à l’aide de la composition d’encollage comprenant la lignine A et l’acide citrique (composition 4). On constate également que les papiers de fibres de verre préparés conformément à l’invention (compositions 2 à 4) présentent :
- un module de conservation plus élevé que celui des papiers de fibres de verres obtenus à l’aide d’une résine thermodurcissable bien connue tel que la résine à base de sucre hydrogéné (composition 5, exemple comparatif), ou
- un module de conservation du même ordre de grandeur que celui des papiers de fibres de verres obtenus à l’aide de la résine à base de sucre hydrogéné, lorsque la température et la durée de l’étape de durcissement sont augmentées (cf. exemple 5 bis).
On prépare des compositions aqueuses d’encollage comprenant les constituants figurant dans le tableau 2, exprimés chacun en pourcentage en poids, par rapport au poids total sec de chacune des compositions.
La composition 6 (exemple comparatif), est préparée par émulsion du poly(méthylène diphényl isocyanate) (pMDI) émulsifiable avec de l’eau. Les compositions 7 et 8, selon l’invention, sont préparées par mélange d’une première solution contenant de la lignine A dissoute dans de l’eau à une deuxième solution contenant de l’acide succinique dissout dans de l’eau. La composition 9 (exemple comparatif), est préparée par mélange d’une première solution contenant de la lignine A dissoute dans de l’eau à une deuxième solution contenant de l’éthylène glycol diglycidyl éther (un époxyde) dissout dans de l’eau.
La composition d’encollage 6 contient 40% en poids d’eau et 60% en poids de matières sèches. Les compositions d’encollage 7 à 9 contiennent 90% en poids d’eau et 10% en poids de matières sèches.
Pour chaque essai, on imprègne des fibres de bois avec une composition aqueuse d’encollage. La quantité des compositions aqueuses d’encollages 6, 8 et 9 déposée sur les fibres de bois est égale à 7% en poids exprimées en matières sèches rapportées au poids des fibres de bois. La quantité de composition aqueuse d’encollage 7 déposée sur les fibres de bois est égale à 10% en poids exprimées en matières sèches rapportées au poids des fibres de bois
Les fibres de bois imprégnées sont ensuite déposées uniformément dans un moule en acier comportant une cavité ouverte de 60 mm x 10 mm x 12 mm. Des barres en acier de 60 mm x 10 mm x 10 mm sont posées sur les fibres de bois et l’ensemble est chauffé pendant 4 min dans une presse thermostatée à 150°C et sous une pression de 10 bars. On laisse ensuite refroidir le moule jusqu’à température ambiante avant de retirer l’éprouvette de fibres lignocellulosiques formées (60 mm x 10 mm x 2 mm). Les éprouvettes de fibres de bois ainsi obtenues présentent une densité d’environ 180 kg/m3.
On détermine ensuite pour chaque éprouvette le module de conservation en flexion (flexion en trois points) par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) au moyen d’un appareil « TA Instruments RSA-G2 Analyzer ». Les échantillons sont préalablement séchés plusieurs heures dans un dessiccateur sous vide dynamique (20 mbar). Les paramètres de fonctionnement de l’appareil de mesure sont les mêmes que ceux précités.
Le tableau 2 ci-dessous montre le module de conservation des éprouvettes de fibres de bois obtenues après durcissement de chacune des compositions d’encollage. Chaque valeur de module de conservation est la moyenne calculée sur deux à quatre valeurs de mesure individuelles.
Résultats
[Table 2]
Figure imgf000019_0001
On constate que les éprouvettes de fibres de bois préparées conformément à l’invention, c.-à-d. à l’aide de la composition d’encollage 8 comprenant la combinaison de la lignine et de l’acide succinique (en tant qu’agent de réticulation de la lignine), ont un module de conservation supérieur (50,6 GPa) à celui des éprouvettes de fibres de bois préparées à l’aide de la composition d’encollage 9 (exemple comparatif) dont l’agent de réticulation de la lignine n’est pas un acide organique carboxylique non- polymérique mais un époxyde. Un module de conservation de même ordre de grandeur est obtenu pour les éprouvettes de fibres de bois préparées à l’aide de la composition d’encollage connue 6 et la composition d’encollage 7 selon l’invention avec une quantité de composition d’encollage sur lesdites fibres plus élevée.
En conclusion, les tableaux 1 et 2 montrent qu’une lignine en combinaison avec un acide organique carboxylique non-polymérique permet de lier aussi bien des fibres minérales que des fibres organiques naturelles et permet également l’obtention de produits isolants présentant d’aussi bonnes propriétés mécaniques, voir même de meilleures propriétés mécaniques, que ceux obtenus à l’aide de compositions d’encollage connues.
Exemple 2 :
On prend de la lignine B et on détermine la quantité de fonctions acide carboxylique et de fonctions alcool primaire présentes sur ladite lignine par spectroscopie infra-rouge en mesurant l’intensité du pic de la liaison C-OOH de la fonction acide carboxylique à environ 1190 cm-1 et celle de la liaison C-OH de la fonction alcool primaire à environ 1040 cm-1, par rapport à la somme de l’intensité des pics de la liaison C-O, situés entre 1000 cm-1 et 1300 cm-1, de toutes les fonctions présentes sur ladite lignine B. Toutes les fonctions présentent sur la lignine B ayant une liaison C-0 sont les suivantes : les fonctions alcool primaire et secondaire (C-OH); les fonctions hydroxyles aromatiques (Ar-OH), les fonctions acides (C-OOH); les fonctions éther aromatique (Ar-OC), éther aliphatique et cycloaliphatique (C-OC), et méthyl éther (C-OCH3).
Ensuite, les mêmes mesures sont réalisées sur la lignine B qui est au préalable oxydée dans les conditions suivantes : en solution aqueuse à pH > 13 avec comme agent oxydant H2O2 + FeCIs pendant 120 min à 95°C. Dans ce cas, toutes les fonctions présentent sur la lignine B oxydée ayant une liaison C-0 sont les suivantes : les fonctions alcool primaire et secondaire (C-OH) ; les fonctions hydroxyles aromatiques (Ar-OH), les fonctions acides (C-OOH) ; les fonctions éther aromatique (Ar-OC), éther aliphatique et cycloaliphatique (C-OC) et méthyl éther (C-OCH3).
Deux compositions d’encollage 10 et 11 sont ensuite préparées respectivement par mélange de la lignine B et de la lignine B oxydée dissoute dans de l’eau avec de l’acide succinique dissout dans de l’eau. Ces compositions d’encollages sont déposées sur des fibres de bois afin de fabriquer des éprouvettes de panneaux de fibres de bois selon le procédé décrit dans l’exemple 1 . Le module de conservation en flexion desdits éprouvettes de fibres de bois obtenu est mesuré par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) comme expliqué dans l’exemple 1 .
Le tableau 3 indique les résultats obtenus pour chacune des compositions d’encollage.
[Table 3]
Figure imgf000020_0001
On peut constater que l’utilisation de la lignine B oxydée qui comporte plus de fonctions acides carboxylique que la lignine B « non-oxydée » (11 % pour la lignine oxydée contre < 1 % pour la lignine « non-oxydée ») permet de réduire la quantité d’acide succinique à ajouter (37,5% quand lignine oxydée utilisée contre 50% quand lignine « non-oxydée » utilisée) pour l’obtention d’une composition d’encollage dont le produit isolant final présente un module de conservation équivalent.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un produit d’isolation comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles liées par un liant organique, comprenant les étapes suivantes :
(a) l’application d’une composition d’encollage sur lesdites fibres minérales ou lesdites fibres organiques naturelles,
(b) la formation d’un assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles,
(c) le chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles jusqu’à durcissement de ladite composition d’encollage pour former le liant organique, caractérisé en ce que ladite composition d’encollage comprend : au moins une lignine, éventuellement oxydée, et au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la lignine est choisie parmi les lignines alcalines, appelées également lignines Kraft, les lignosulfonates, les lignines organosolv, les lignines sodiques, les lignines provenant de procédé de bioraffinage de matières premières lignocellulosiques ou un mélange de celles-ci.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la quantité de lignine est comprise entre 25% et 85% en poids, de préférence entre 40% et 80% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la quantité d’acide organique polycarboxylique non-polymérique est comprise entre 15% et 75% en poids, de préférence entre 20% et 60% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage.
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la lignine est une lignine oxydée et sa quantité est comprise entre 50% et 85% en poids, de préférence entre 55% et 80% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage, et dans lequel la lignine oxydée comprend un pourcentage en fonction acide carboxylique compris entre 2% et 20%, de préférence entre 5% et 15%, et un pourcentage en fonction alcool primaire compris entre 2% et 20%, de préférence entre 5% et 15%.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la quantité d’acide organique polycarboxylique non-polymérique est comprise entre 15% et 50% en poids, de préférence entre 20% et 45% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est choisi parmi les acides dicarboxyliques, notamment l’acide oxalique, l’acide malonique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide pimélique, l’acide subérique, l’acide azelaïque, l’acide sébacique, l’acide malique, l’acide tartrique, l’acide tartronique, l’acide aspartique, l’acide glutamique, l’acide fumarique, l’acide itaconique, l’acide maléique, l’acide traumatique, l’acide camphorique, l’acide phtalique et ses dérivés, en particulier contenant au moins un atome de bore ou de chlore, l’acide tétrahydrophtalique et ses dérivés, en particulier contenant au moins un atome de chlore, l’acide isophtalique, l’acide téréphtalique, l’acide mésaconique et l’acide citraconique, les acides tricarboxyliques, notamment l’acide citrique, l’acide tricarballylique, l’acide 1 ,2,4-butanetricarboxylique, l’acide aconitique, l’acide hémimellitique, l’acide triméllitique et l’acide trimésique, et les acides tétracarboxyliques, notamment l’acide 1 ,2,3,4-butanetétracarboxylique et l’acide pyroméllitique.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres minérales sont des fibres de verre ou des fibres de roche ou des fibres de laitier, ou des mélanges de celles-ci.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fibres organiques naturelles sont choisies parmi les fibres de bois, de chanvre, de lin, de sisal, de coton, de jute, de coco, de raphia, d’abaca, ou encore la paille de céréales ou la paille de riz.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que l’application de ladite composition d’encollage de l’étape a) sur les fibres minérales ou les fibres organiques naturelles se fait par pulvérisation, par enduction au rouleau ou par imprégnation.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l’assemblage de fibres minérales ou des fibres organiques naturelles lors de l’étape b) est un matelas de fibres, une plaque ou un panneau de fibres, un produit moulé à base de fibres, ou un textile tissé ou non-tissé.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l’étape (c) comprend le chauffage dudit assemblage de fibres à une température comprise entre 100°C et 250°C pendant une durée comprise entre 1 et 20 minutes, de préférence dans une enceinte thermo-régulée ou une presse vapeur.
13. Produit isolant obtenu par un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles et un liant organique obtenu par durcissement d’une composition d’encollage comprenant au moins une lignine, éventuellement oxydée, et un acide organique polycarboxylique non-polymérique.
14. Produit isolant selon la revendication 13 caractérisé en ce qu’il est un voile de fibres minérales.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0516361A1 (fr) 1991-05-29 1992-12-02 Imperial Chemical Industries Plc Composition de polyisocyanate
US7026390B2 (en) * 2002-12-19 2006-04-11 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Extended binder compositions
WO2008144770A1 (fr) 2007-05-23 2008-11-27 Huntsman International Llc Adhésifs, systèmes de réaction et procédés de production de composites lignocellulosiques
WO2010029266A1 (fr) 2008-09-11 2010-03-18 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage pour laine minerale a base de sucre hydrogene et produits isolants obtenus
US20110021101A1 (en) * 2009-06-29 2011-01-27 Hawkins Christopher M Modified starch based binder
WO2013014399A1 (fr) 2011-07-27 2013-01-31 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage pour laine minerale a base de maltitol et produits isolants obtenus
WO2013021112A1 (fr) 2011-08-05 2013-02-14 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage pour laine minerale a base de saccharide reducteur et de saccharide hydrogene, et produits isolants obtenus.
WO2015159012A1 (fr) 2014-04-15 2015-10-22 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage a base de saccharide non reducteur et de saccharide hydrogene, et produits isolants obtenus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0516361A1 (fr) 1991-05-29 1992-12-02 Imperial Chemical Industries Plc Composition de polyisocyanate
US7026390B2 (en) * 2002-12-19 2006-04-11 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Extended binder compositions
WO2008144770A1 (fr) 2007-05-23 2008-11-27 Huntsman International Llc Adhésifs, systèmes de réaction et procédés de production de composites lignocellulosiques
WO2010029266A1 (fr) 2008-09-11 2010-03-18 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage pour laine minerale a base de sucre hydrogene et produits isolants obtenus
US20110021101A1 (en) * 2009-06-29 2011-01-27 Hawkins Christopher M Modified starch based binder
WO2013014399A1 (fr) 2011-07-27 2013-01-31 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage pour laine minerale a base de maltitol et produits isolants obtenus
WO2013021112A1 (fr) 2011-08-05 2013-02-14 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage pour laine minerale a base de saccharide reducteur et de saccharide hydrogene, et produits isolants obtenus.
WO2015159012A1 (fr) 2014-04-15 2015-10-22 Saint-Gobain Isover Composition d'encollage a base de saccharide non reducteur et de saccharide hydrogene, et produits isolants obtenus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUANG HONG-KAI ET AL: "Preparation and evaluation of particleboard from insect rearing residue and rice husks using starch/citric acid mixture as a natural binder", BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, SPRINGER BERLIN HEIDELBERG, BERLIN/HEIDELBERG, vol. 12, no. 3, 17 September 2020 (2020-09-17), pages 633 - 641, XP037694702, ISSN: 2190-6815, [retrieved on 20200917], DOI: 10.1007/S13399-020-00994-6 *
LUCIA ARIANNA ET AL: "Wood-based resins and other bio-based binders for the production of mineral wool", HOLZFORSCHUNG: INTERNATIONAL JOURNAL OF THE BIOLOGY, CHEMISTRY, PHYSICS AND TECHNOLOGY OF WOOD, vol. 74, no. 6, 28 February 2020 (2020-02-28), DE, pages 539 - 550, XP055875788, ISSN: 0018-3830, DOI: 10.1515/hf-2019-0280 *

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