Brevet FR2626580A1 — publié le 19890804

Procédé de préparation d'un nouveau matériau composite thermoformable graulaire, à base de paille ou de fourrage et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. L'invention a pour objet un procede de préparation d'un nouveau matérin composite thermoformable granulaire, a base de paille ou de fourrage et un dispositif de mise en oeuvr de ce procédé. Une partie de la paille ou du fourrage disponible est actuellement tranformée par l'industrie agro-alimentaire en pellets ou granules Ces produits sont généralement destinés à être utilisés comme nourriture directe du bétail, t la production dits de "lests", produits à faible teneur en protéines qui sont mélangés à d'autres produits alimentaires. Ces granules sont generalement fabriqués selon la methode suivante : les bottes de paille ou les balles de fourrage sont broyées dans des broyeurs munis de rotors à marteaux tournant å grande vitesse et de grilles et réduites à l'état de particules. Ces dernières sontentraînées vers des cyclones de manière à sépales l'air du fourrage puis filtrées afin d'eliminer les éléments les plus fins, tes particules sont ensuite melangees, brassees mécaniquement dans un melangeur pour autre granulés dans des presses à granuler, munies de matrices annulaires percees de multiples trous appeles filières. Cette utilisation de la paille est cependant relativement limitée et l'industrie agro-alimentaire était de ce fait à la recherche dtautres moyens de valorisation de ces sous-produits. La demanderesse, apres de nombreux essais et travaux de recherche, a decouvert de fagon surprenante qulil était possible de réaliser de façon économique des matériaux composites thermoformables granulaires à base de paille ou de fourrage, appropriés pour réaliser des objets thermoformés ou fabriques par injection, présentant des propriétés mécaniques et isolantes particulièrement intéressantes Cette nouvelle application de la paille ou de fourrage de faible valeur commercíale est particulièrement surprenante lorsqu'on connaît les quantités importantes disponibles depuis de nombreuses décennies et les propriétés mécaniques intrinsèques de ces sous-produits. Le procédé permettant de valoriser la paille et les fourrages présente par ailleurs un faible coat énergétique dans la mesure ou il est effectué sans nécessiter de chauffage extérieur en vue de réaliser le mélange de la paille ou de fourrage avec le matériau thermoplastique ou de procéder à une réaction de polymérisation, en mettant en oeuvre des presses a granuler habituellement utilisées dans le domaine de l'industrie agro-alimentaire Ce. procédé permet également de produire des. objets thermoformés ou fabriqués par injection7- pouvant contenir une forte proportion de paille7 ce qui permet d'abalsser considérablement la teneur en matériaux thermoplastiques et de surcroît le prix de revient- du produit fini. Le produit conforme à l'invention présente par ailleurs l'avantage d'être recyclable t'objet essentiel de la présente invention est donc un procédé de préparation d'un matérïau composite granulaire, thermoformable, à base de résine thermoplastique et de paille ou de fourrage Un autre objet de l'invention concerne le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé t'invention a également pour objet l'utilisation de ce matériau composite dans 1 l'industrie plastique t notamment dans la fabrication des objets thermoformés ou fabriqués par injection. D'autres objets de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des exemples qui suivent Le procédé de préparation d'un matériau compoite thermoformable, granulaire, conforme à l'invention, est essentiellement caracterise par le fait que l'on mélange an. polymère sous forme granulaire ou sous forme de poudre à des particules de paille ou de fourrage dans un mélangeur , que l'on procède ensuite à la granulation du mélange dans une presse à granuler, les granulés récupérés à la sortie des filières étant refroidis te produit obtenu, , conformément à la présente invention, à la sortie de la filière de la presse a granuler, présente une granulométrie de 4 à 12 mm et de préférence de 3 à 8 mm. tes charges végétales utilisées conformément A la présente invention sont essentiellement constituées de pailles dérivées de toute forme de céréale, telle que le blé, forge, le pois, le chanvre, 1 avoine et le seigle, et de fourrages dérivés de lu'ernes, de lupins, de trèfle, etc., tes polymères sont de préférence des polymères thermoplastiques et sont choisis en particulier parmi le polypropylène, les polyesters tels que le polyester orthophtalique, l'alcool polyvinyliquef le PVC, le polystyrene ou des mélanges de ces polymères. Le polypropylène utilisé conformément à la présente invention est une poudre de polypropylène vendue par la Société HOECHST sous la dénomination PPR 1042 P. Il est bien entendu possible d'utiliser un mélange de polymères tels que définis ci-dessus, tel qu'un mélange de polypropylène/alcool polyvinylique dans des proportions relatives-da 90*10 à 10:90. tes proportions en poids en polymère par rapport au poids total du produit composite conforme à l'invention doivent etre supérieures à 10%, la limite supérieure étant dictée par les considérations économiques et de préférence inférieures à 60%. Une forme de réalisation préférée est constituée par des produits composites comprenant une proportion majoritaire de paille ou fourrage, c @ est-a-dire de l'ordre de 60 à 85% de paille ou de fourrage te matériau composite préférentiel obtenu suivant le procédé de préparation conforme à l'invention est constitué de 20 à 30% de polypropylène et de 80 à 70% de paille. tes proportions des deux constituants selon le procédé de préparation de la présente invention sont choisies en fonction- de leur prix, des propriétés mécaniques souhaitées pour le produit final et des qualités de mise en oeuvre de la matière a mouler, Selon une forme de réalisation n de la présente invention, on fait précéder le mélange conforme à l'invention par un séchage des particules de paille ou de fourrage dans une étuve a une température de 60 -X 100. Cette -forme de réalisation permet également de surmonter les problèmes mes que la décomposition de ta paille ou du fourrage qui pourraient survenir du fait d'un humidité excessive. Une autre forme de. réalisation de la présente invention consiste à ajouter au mélange conforme a l'invention d'autres charges minérales telles que du talc, des fibres de verre, de l'alnmine, de manière à améliorer les propriétés mécaniques du produit final ou des pigments pour colorer. dans la masse le produit final. te mélange obtenu est traité dans les presses å granuler avec ces autres constituants. te dispositif de mise en oeuvre du procédé de préparation du matériau composite conforme à l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'il comporte au moins un mélangeur à rotor ou à vis, dans lequel le mélange polymère/paille est homogénéisé, une presse à granuler comprenant un ou plusieurs rouleau(x) coopérant avec une filière annulaire comportant des ouvertures plus ou moins grandes suivant la granulométrie de granulés souhaitée, ces ouvertures étant circulaires et ayant un diamètre compris entre 3 et 12 mm. Il est à noter que du fait du frottement occasionné par les rouleau, la température de transformation peut s'élever jusqu a environ 1000 sans apport calorLEique extérieur ta température dans la presse à granuler est généralement comprise entre 80 et 120". Les presses à granuler utilisées conformément a la présente invention sont choisies de préférence parmi des presses du type CALIFORNIA, modèle DUAL SPEED 125, fabriquées par la Société CPM EUROPE ou du type SWISS COMST Les particules de paille ou de fourrage peuvent entre introduites dans le mélangeur au moyen de deux dispositifs d'alimentation indépendants ou reliés entre eux, Une forme aprticulière de réalisation de l'invention prévoit dans le dispositif de mise en oeuvre un mélangeur alimenté en polymère au moyen d'une trémie d'alimentation commandée par une cellule photo-électrique et reliée à des silos de stockage contenant le polymère sou-s forme de poudre ou de granulés Le dispositif d'alimentation du mélangeur utilisé conformément à la présente invention peut entre muni d'un appareillage de dosage permettant de controler les quantités des constituants introduites dans le coeur du mélangeur. te procédé conforme à llinvention est mis en oeuvre de préférence dans le cadre d'un procédé à plusieurs étapes comportant 1) l'alimentation d'un bol hacheur en bottes de paille ou balles de fourrage; 2) un premier broyage pour réduire les bottes ou les balles en brins de 3 å 5 cm; 3) un second broyage réduisant les brins en particules ayant une granulomêtrie de quelques millimètres; 4) un entraînement des particules par dépression avec un cyclone permettant de séparer la poussière des particules, 5) une filtration pour séparer les poussières les plus fines;; le le chargement de la trémie d'alimentation par un polymère en poudre; 7) le chargement du mélangeur par les particules de paille ou de fourrage à partir d'une trémie d'alimentation et du polymère sous forme de poudre; 8) une homogénéisation du mélange; 9) la granulation dans la presse à granuler; 10) le refroidissement du matériau composite granulaire obtenu. L'invention va maintenant être décrite avec pius de détails en se référant å un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur le dessin annexe Les bottes de paille ou les balles de fourrage de tout format sont guidées par un tapis d'alimentation 1 vers un bol bâcheur 2 et le remplissent. Le bol hâcheur 2 muni d'un rotor à marteaux tournant à grande vitesse et de grilles effectue un premier broyage, produisant des brins de 3 à 5 cm de long. Une vis de grand diamètre 3 -permet le transport du produit hâché vers un broyeur de fin on 4. te broyeur 4 muni également d'un rotor à marteaux et de grilles à trous de petit diamètre, réduit le produit à une granulométrie de l'ordre de quelques millimètres. La reprise pneumatique 5 grâce à la dépression créée par un ventilateur 9 dans la tuyauterie entraîne à grande vitesse les grains de paille vers un cyclone. te cyclone 7 et le contrecyclone 6 assurent la séparation entre l'air et le fourrage On réalise une filtration.Une écluse d'air 8 permet au fourrage broyé de sortir du cyclone sans entrée d'air parasite. Ce dernier est évacué par la cheminée de sortie 10. ta poudre de polymere est stockée dans des silos 17 Une trémie d'alimentation 15 reliée a ces silos est commandée par une cellule photo-électrique 16 et assure le remplissage de la poudre de polymère dans un mélangeur 11.Les particules de paille sont également introduites dans le mélangeur 11. Celui-ci homogénise le mélange obtenu à froid. tes presses å granuler 12 réalisent la granulation du- matériau composite conforme à 11 invention à une température comprise entre 80 et 120 Un élévateur 13 récupère les granulés à la sortie des filières pour les remonter jusqu'au refroidisseur 14. te matériau composite granulaire obtenu selon la présente invention, récupéré à la sortie des filières sous forme de granulés, peut etre utilisé tel quel pour la fabrication d'articles moulés. Le moulage peut être effectué sous presse ou par injection. tes températures de transformation sont choisies de préférence entre 185 et 200C. te matériau composite obtenu conformément à la présente invention permet notamment la fabrication du objets bidimensionnels tels que des plaques utilisables notamment dans les revetements de meubles, les intérieurs des automobiles, dans l'ameublement, ou tridimensionnels tels que des emballages, des pots de fleurs, palettes, cercueils te matériau composite conforme à la présente invention présente, après transformation, des propriétés physiques comparables à celles du bois, telles que de bonnes propriétés isolantes thermiques et phoniques, l'aptitude au sciage et au clouage. tes produits thermoformés ou fabriqués par injection, obtenus à partir du matériau composite préparé selon le procédé conforme à l'invention, présentent l'avantage d'être biodégradables et recycîables. En effet, lorsque les produits roules se détériorent au se décomposent le Procédé de préparation de la présente invention permet la récupération du matériau composite qui est broyé puis traite- selon le meme procédé décrit ci-dessus. tes exemples suivants sont destines a illustrer les matériaux composites conformes å l'invention sans présenter un caractère limitatif EXEMPLE 1 On réalise un matériau composite à base de polyester orthophtalique et contenant de 50 à 85% en poids de paille ou de fourrage par rapport au po total du matériau composite te matériau composite obtenu est transformable par injection EXEMPEL 2 On réalise un matériau composite ayant la composition suivante - de 10 à 60% en poids de polypropylène PPR 1042 F (HOECHST); - de 40- à 50% en poids de paille Les objets moulés à partir de ce matériau composite ont été injectés à des températures de transformation de 185C à 200 C et présentent de bonnes propriétés mécaniques et isolantes Un séchage de la paille- avant le mélange, dans une étuve à 90 C durant une heure, permet de mouler un matériau composite comprenant 85% de paille Placé dans l'eau, le produit final se dégrade très lentement 3XEM-PLE 3 On réalise un matériau composite à base d'alcool polyvinylique et contenant de 40 à 75% de paille ou de fourrage. te matériau ainsi obtenu a la propriété d'être transformable par injection et soluble dans l'eau. Le taux maximum de paille admis dans la composition du matériau est de 75% en raison de la forte viscosité de 1 t alcool polyvinylique EXEMPLE 4 On réalise un matériau composite mixte biodégradable, transformable par injection, ayant la composition suivante Paille 60 % - polypropylène PPR 1042 P de HOECHST 30% - Alcool polyvinylique 10% L'alcool polyvinylique est introduit pour favoriser le processus de dégradation. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un matérian composite thermoformable granulaire, caractérisé par la fait que l'on mélange an polymère sous forme granulaire ou sous forme de poudre à des particules de paille ou de fourrage dans un mélangeur, que l'on procède ensuite à la granulation du Belange .dans -une presse à granier, les granulés récupérés à la sortie des filières étant refroidis 2. procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les granules obtenus à la sortie des filières présentent une grannlométrie de 4 à 12 une. 3. Procédé de préparation selon la revendication 1, caractérisé par le fait- que -les granules obtenus à la sortie des filières présentent une granulométrie de 3 à ss mm. 4. Procédé de préparation du matériau composite selon l'une des revendications 1 a 3, caractérisé par le fait que l'on utilise une paille dérivée de toute forme de céréales et de fourrages, 5. Procédé de préparation du matériau composite selon l'une des revendications 1 d 3 caractérisé par le fait que l'on utilise un polymère thermoplastique choisi parmi le propylène, les polyesters, l'alcool polyvinylique, le polychlorure de vinyle, le polystyrène ou des mélanges de ces résines. 6, Procédé de préparation du matériau composite selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on utilise un mélange poIyrière constitué de polypropylène et d'alcool polyvinylique dans des proportions relatives de 9 à 10,90. 7. Procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que t'on utilise un polymère thermoplastique dans une proportion supérieure à 10% par rapport au poids total du produit composite. 8. Procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon l'une des revendications å à 7, caractérisé par le fait que l'on utilise un polymère dans une proportion inférieure å -60* par rapport au poids total du matériau composite. 9. Procédé de préparation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on prépare un matériau composite comprenant une proportion de 60 à 85% de paille ou de fourrage en poids par rapport au poids total du matériau composite 10. Procédé de préparation du matériau composite thermoform-able selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on prépare un matériau composite constitué de 20 à 308 en poids de polymère et de 80 à 70F en poids de paille ou de fourrage. 11. Procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon l'une des revendications l d 8, caractérisé par le fait que l'on fait précéder le mélange par un séchage des particules de grains de fourrage dans une étuve à une température de 60 à 1000. 12. procédé de préparation du matériau composite thermoformabîe selon l'une des revendications 1 à a, caractérisé par le fait q-ue l'on ajoute au mélange d'autres charges minérales de manière à améliorer les propriétés mécaniques du produit final , le mélange obtenu étant traité dans les presses à granuler avec les autres constituants. 13. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon l'une des revendications I à lo, caractérisé par le fait;; qu'il comporte au moins un mélangeur à rotor ou a vis dans lequel le mélange poylmère/paille est homogénéisé, une presse å granuler comprenant un ou plusie-urs rouleau(x) coopérant avec une filière annulaire, comportant des ouvertures plus ou moins grandes suivant la granulométrie de granulés souhaitée, ces ouvertures étant circulaires et ayant un dîamètr'e compris entre 3 et 12 mm. 14. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de préparation selon la revendication 13 caractérisé par le fait que les presses à granuler chauffent au cours de leur fonctionnement å une température comprise entre 80 et 120 C. 15. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de préparation selon la revendication 13 caractérisé par le fait que le mélangeur utilisé conformément à la présente invention est muni de deux dispositifs d'alimentation indépendants ou reliés entre eux, par lequel les particules de paille et la poudre de polymère sont introduites dans le mélangeur. 16. Dispositif de mise en oeuvre du procédé d;e préparation selon la revendication 13, caractérisé par le fait que Le mélangeur est alimenté en poudre de polymère au moyen d'une trémie d'alimentation commandée par une cellule photo-électrique et reliée à des de stockage contenant le polymère sous forme de poudre ou de granulés. 17. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé par le fait que le dispositif d-talimentation du mélangeur oeut être muni d'un appareillage de dosage permettant de contrôler les quantités des constituants introduits dans le coeur du mélangeur. 18. Procédé de préparation du matériau composite thermoformable selon l'une des revendications 1 à 15, caracterise par le fait qu'il comprend les étapes suivantes 1) l'alimentation d'un bol hacheur en bottes de paille ou balles de fourrage; 2) un premier broyage pour réduire les bottes ou les balles en brins de 3 d 5 cm; 3) un second broyage réduisant les brins en particules ayant une granulométrie de quelques millimètres; 4) un entratnement des particules par dépression avec un cyclone permettant de séparer la poussière des particules, 5) une filtration pour séparer les poussières les plus fines;; 6). le chargement de la trémie d'alimentation par la poudre de polymère; 7) le chargement du mélangeur par les particules de paille ou de fourrage à partir d'une trémie d'alimentation et de la poudre de polymère; 8) une homogénéisation du mélange; 9) la granulation dans la pressez granuler; 10) le refroidissement, 19. Utilisation du matériau composite thermoformable obtenu selon les revendications 1 à 18, dans la fabrication d'objets moulés, soit par moulage sous ogresse, soit par injection. 20. Utilisation du matériau composite selon la revendication- 18, caractérisée par le fait que les températures de transformation sont comprises entre 185 et 2O0Ca 21. Utilisation du matériau composite selon la revendication 18, caractérisé par le fait que l'on fabrique à partir de ce matériau composite des objets moulés recyclables