Brevet FR2658542A1 — publié le 19910823

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT ET GONFLEMENT DE PLUMES L'invention a pour objet un procédé de préparation d'un produit d'allure cotonneuse à partir de plumes tectrices (plu- mes couvrant les ailes et la queue d'un oiseau) dont l'appa- rence, l'élasticité, la capacité d'isolation thermique et ses autres propriétés sensibles sont semblables à celles du duvet ou de la laine On peut utiliser le produit ainsi traité comme rembourrage de vêtements et autres articles textiles, pour la confection de coussins d'isolation acoustique et thermique dans l'industrie de la construction, pour le gar- nissage de panneaux-sandwich, pour l'emballage de matières sensibles aux chocs et aux fluctuations de température, etc. Les plumes tectrices obtenues en plumant des volailles à l'eau chaude sont disponibles en quantité importante et bien groupée dans les abattages de volailles mais leur valeur est relativement faible De plus, les plumes humides sont très sales et se détériorent à grande vitesse A cause de leurs propriétés physiques défavorables, leur champ d'appli- cation est considérablement plus étroit que celui du duvet obtenu en plumant les oies. Dans les procédés d'utilisation actuellement connus, la matière de base des plumes, la kératine non digestible, est rendue propre à l'alimentation des animaux par ébullition, hydrolyse à la vapeur, traitement acide et alcalin La kératine étant extrêmement résistante à tous ces traitements naturels, les quantités actuellement non utilisées représen- tent un sérieux problème de pollution de l'environnement. On peut distinguer trois types de plumes, tels que les pennes, les tectrices et le duvet Les deux parties princi- pales de la plume sont le tuyau et les barbes La partie inférieure du tuyau tubulaire constitue la hampe creuse et la partie supérieure, la tige pleine Les barbes s'étendent à partir des deux côtés de la tige pleine Les branches des barbes sont des faisceaux fins et fibreux Les extrémités séparant les branches et les touffes sont interconnectées par des crochets Si des touffes manquent de crochets, les branches et les touffes ne sont pas interconnectées, et les plumes deviennent duveteuses Les tectrices se distinguent par un tuyau rigide et des barbes continues Les duvets sont pliables, les lamelles sont mobiles et quelquefois la tige pleine manque. Pour le capitonnage des coussins et des édredons, on utilise exclusivement des duvets, et non pas des plumes tectrices, bien que ces dernières représentent la plus grande partie du plumage d'une volaille. Les tectrices longues peuvent être unidirectionnelles avec tendance à la compacité Les poils compacts ne peuvent se détacher que par mélange intense (voir: briseur de bale dans le brevet allemand 2 441 003) Etant donné que les tiges et les hampes pointues ont tendance à percer l'enveloppe en textile sous leur forme originale, elles ne peuvent convenir au rembourrage des édredons et de vêtements matelassés. Le procédé selon l'invention est basé sur l'observation du fait que la coupe sélective des tectrices permet d'obtenir un produit cotonneux ou duveteux dont les éléments sont bien détachés et donnent une masse souple et élastique dont le volume représente de 10 à 80 fois le volume initial Par exemple, ce produit de rembourrage peut être stocké à l'état comprimé sous un faible volume et retrouver son volume initial par libération des forces de compression. Pour obtenir le gonflement volumétrique, on a mis au point un dispositif de coupe qui, outre le tranchage trans- versal, découpe les hampes creuses et les tiges pleines en fines fibres longitudinales. Le procédé actuellement connu de découpe de matières résistantes et élastiques telles que les plumes fait appel à une congélation, par exemple à l'aide d'azote liquide, pour que la matière devienne rigide et cassante On utilise également des appareils de découpe à deux lames relativement lents et à force dynamique pour la découpe et l'expansion du volume des matériaux fibreux Ces appareils ne conviennent pratiquement pas au traitement des plumes Le diamètre caractéristique des branches des barbes et des fibres radia- les est de l'ordre de quelques micromètres, et il faut donc maintenir des distances inférieures au micromètre entre les lames de découpe entourant les fibres ou alors il faut utiliser des lames s'aiguisant par autofriction En utili- sation industrielle, ces deux méthodes sont désavantageuses à cause de l'usure des outils. Le dispositif mis au point pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention d'expansion du volume des plumes opère une découpe à l'aide d'outils à grande vitesse exerçant une force cinétique à la température atmosphérique normale. La zone de coupe du dispositif présente avantageusement une forme cylindrique ou une forme de disque et comporte un rotor portant des outils en forme de lames Une partie de la paroi de la zone de coupe et, de façon avantageuse, l'enveloppe ou une partie de celle-ci, forme une surface perméable de sélection en fonction des dimensions et est réalisée en tôle métallique perforée, en fil de fer ou en toile métallique. La plume est admise dans la zone de coupe à travers un orifice d'entrée ménagé sur la paroi frontale, de préférence au voisinage de l'arbre du rotor Le produit découpé quitte le dispositif en passant par la surface de sélection disposée sur les parois Les lames fonctionnant à une vitesse périphé- rique comprise entre 70 et 150 m/s et étant constituées de tôle métallique résistante à l'usure, entrent en collision à répétition avec les morceaux de plume De façon caractéris- tique pour ce dispositif, l'épaisseur des lames de 2 à 4 mm est considérablement inférieure aux dimensions extérieures des morceaux de plumes à découper. L'effet de coupe est obtenu de la façon suivante: lorsque les lames entrent en collision avec les morceaux de plumes, la surface des particules entrant directement au contact de la surface de choc est immédiatement entraînée à la vitesse des lames A partir de là, l'effet d'accélération se propage sous la forme d'ondes de compression de cisaille- ment et de flexion aux autres parties des morceaux de plumes. Lorsque la charge dépasse la résistance mécanique du maté- riau, il se produit une rupture par écrasement, cisaillement, déchirement et allongement. Après chaque collision, les morceaux de plume s'échap- pent des lames puis entrent en collision avec les parois de la zone de coupe et, par l'effet de la résistance de l'air, ralentissent Le rebondissement à répétition des morceaux de plumes se déplaçant irrégulièrement dans le tourbillon d'air de la zone de coupe les amène à revenir au contact des lames. Les dimensions des morceaux de plume se réduisent pendant la coupe jusqu'à ce qu'elles deviennent plus petites que les orifices de la surface de sélection Le procédé de coupe est sélectif parce que les fractions présentant une résistance mécanique plus importante et nécessitant une énergie de coupe plus élevée, séjournent plus longtemps dans le dispositif. On a complété la structure du dispositif avec des lames fixes de recoupe pour améliorer le rendement Le rotor fonctionne comme un ventilateur centrifuge sur lequel sont montées des lames L'utilisation de l'effet d'aspiration résout le problème de l'alimentation automatique sans sur- charge La pression interne de l'air améliore la perméabilité des surfaces de sélection. Les plumes découpées n'ont plus tendance à rester bien ordonnées et, dans le volume en expansion, leurs particules constituent une masse aléatoire et homogène Lorsque l'on prépare du rembourrage, les plumes, à la fois les hampes et les tiges, sont hachées en fibres et il en résulte un réseau entremêlé Dans ce réseau cotonneux, les différences entre les fibres élémentaires initiales disparaissent quasi- complètement et la matière devient homogène Ses propriétés mécaniques sont excellentes et elle n'a pas tendance à vieil- lir Elle est résistante aux vapeurs des acides minéraux, sauf H Cl, aux bases, aux sels, aux agents d'oxydation et aux solvants organiques. Sa teneur en humidité est comprise entre 4 et 9 %, et si elle devient légèrement humide, son humidification ne dépasse pas les 10 % relatifs. Sa conductivité thermique est la suivante: Rembourrage de plume ISOLIT Conductibilité Conductibilité Densité thermique Densité thermique kg/m 3 W/m K kg/m 3 W/m K 51,9 0,040 70,0 0,042 63,6 0,041 100,0 0,046 84,8 0,042 150,0 0,052 Le tableau indique que le rembourrage de plumes est un meilleur isolant thermique que la laine de verre alors que sa densité est beaucoup plus faible. La matière de base du rembourrage de plumes est une kératine semblable à celle de la laine et, d'autre part, les fibres des branches des barbes sont de 10 à 20 fois plus fines que celles de la laine. La matière de base des fibres de coton (GOSSIPIUM) est la cellulose Ses propriétés mécaniques, telles que résis- tance de la fibre, résilience et résistance à l'usure, sont significativement plus mauvaises que celles des fibres de kératine Le coton perd son élasticité sous l'effet de l'humidité A l'état naturel, il est inflammable, alors que le rembourrage de plumes est modérément inflammable et que son point d'éclair est à 381 'C, ce qui correspond à une classe de danger d'incendie "modérément inflammable". Distribution des particules du rembourrage de plumes Dimension de Masse Volume Volume spécifique tamis, mm kjç cm 3 dm 3 /kg 7 0,1430 3,400 23,8 7 à 5 0,0390 0,817 20,8 à 2 0,0016 0,024 15,0 2 à 1 0,0017 0,028 16,4 1 à 0,5 0,0014 0,021 18,9 Conformément à ces données, de 95 à 96 % de la masse du rembourrage de plumes entre dans la fraction dont les parti- cules ont une dimension supérieure à 5 mm, la proportion pondérale de la partie en poudre étant très faible. Ce nouveau matériau se prête à de nombreuses applica- tions Avec utilisation de colle, on peut mouler sous pres- sion des feuilles d'isolation thermique destinées à l'indus- trie de la construction Après une préparation convenable, par exemple une désinfection, on peut par exemple l'utiliser pour le rembourrage de vêtements matelassés (au lieu du coton), mais on peut tout aussi bien l'utiliser à diverses fins dans l'industrie de l'ameublement Etant donné qu'il absorbe faiblement l'humidité, son nettoyage est beaucoup plus simple que celui des produits à base de coton. La teneur en humidité des plumes sortant des abattoirs de volaille est égale à 50 % et l'on ne peut donc en poursui- vre le traitement qu'après séchage, nettoyage et désodorisa- tion La majeure partie de l'eau se trouve sous la forme d'humidité superficielle que l'on peut éliminer mécaniquement avec un minimum d'énergie Les plumes complètement sèches contiennent environ 9 % d'eau, 82 % de protéines brutes, 1 % de cendres et 2 % d'extrait exempt d'azote. Dans la première étape, l'eau légèrement fixée est éliminée dans un filtre vibrant sous l'effet de la gravita- tion et d'un mouvement de vibration Dans la deuxième étape, la teneur en eau est réduite par centrifugation accompagnée d'un courant d'air sec traversant Après ce traitement en deux étapes, on peut soumettre la plume à une expansion de son volume. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaî- tront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: la figure l représente schématiquement une installa- tion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 représente une installation du même type que celle de la figure 1 mais pour des produits de plus grande qualité; la figure 3 représente schématiquement une installa- tion d'expansion volumétrique de plumes selon l'invention; la figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif d'expansion volumétrique de plumes selon l'invention; la figure 5 représente par quarts un dispositif semi-industriel d'expansion de plumes selon l'invention. Dans le procédé correspondant au schéma de la figure 1, les plumes brutes sont tout d'abord essorées mécaniquement, convenablement à l'aide d'une vibrofiltration, d'une centri- fugation dans un filtre 1 et dans une unité d'essorage 2 On améliore l'effet du séchage en soufflant de l'air sec à travers la masse Dans le schéma de circulation donné à titre d'exemple, la matière essorée passe sur un sécheur à bande continue 3 o une partie de l'eau fixée est évaporée en présence d'air à 160 C maximum car, à des températures plus élevées, la plume devient gluante ou collante A partir du sécheur à bande 3, la matière passe vers le dispositif d'expansion volumétrique 4 qui sera décrit plus en détail ci-après. La figure 2 représente le procédé de préparation et d'expansion volumétrique correspondant à des exigences de qualité élevées (par exemple pour le textile d'habillement). La matière première initiale du procédé est la plume sèche ou séchée par le procédé selon le diagramme de circulation représenté à la figure 1 Cette matière première est pré- coupée grossièrement dans un dispositif 5 de déchirure et de coupe La plume précoupée est nettoyée et désinfectée à l'aide de solvants organiques, d'agents tensio-actifs à réaction neutre On la traite à l'aide de dérivés d'ammonium quaternaire chloré, ou de ce que l'on appelle des agents de désinfection fine et de désodorisation, ou à réaction simi- laire dans un ensemble 6 de lavage et de désinfection On réalise ensuite une extraction des solvants et des agents qui sont récupérés dans un ensemble de récupération de réactifs 7 et, finalement, on procède à l'expansion du volume par coupe sélective dans un expanseur volumétrique 4. La figure 3 représente, à titre d'exemple, un disposi- tif d'expansion volumétrique 4, dont l'alimentation est autostabilisée, la zone de coupe étant munie d'un capteur de température 44 et d'un circuit de régulation convenable 45 et le dispositif étant également pourvu d'un mécanisme 46 d'arrêt en cas de danger. Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 4 et 5 à titre d'exemple, le dispositif d'expansion volumétrique 4 de la figure 4 est réalisé au gabarit du laboratoire ou pilote et celui représenté à la figure 5 est réalisé à un gabarit de capacité semi-industrielle (produc- tion de 70 à 100 kg/h). La figure 4 représente un mode de réalisation très simple du dispositif d'expansion volumétrique 4 conforme à l'invention Il comporte des organes de coupe sous forme de lames de coupe 42 montées sur un moyen d'entraînement 60 d'axe 56 Les lames de coupe 42 sont situées dans une zone de coupe 43 qui est séparée d'une zone de collecte 50 par une surface de sélection 47 Si la circonférence de la surface de sélection 47 ne s'étend pas sur 360 , la séparation est réalisée à l'aide de la surface de sélection 47 et d'une enveloppe de prolongement La partie inférieure de la zone de collecte 50 est en pente vers une sortie 49. La plume nettoyée et séchée est acheminée vers une surface à claire-voie 41 Le courant d'air induit par les pièces rotatives transporte la plume à travers un passage 48 vers la zone de coupe 43 Le rapport plume/air peut être ajusté à l'aide de la surface à claire-voie 41 en fonction du type de plumes Lorsque les lames de coupe 42 entrent en collision avec les plumes, il se produit en un temps très court un effet explosif d'écrasement, de cisaillement, de déchirure et d'allongement La vitesse des lames de coupe 42 est convenablement choisie entre 70 et 150 m/s car, à des vitesses plus faibles, le processus de gonflement est inadé- quat alors que, pour des vitesses supérieures, la proportion de particules pulvérulentes devient considérablement plus importante. Si la quantité de plumes se trouvant dans la zone de coupe 43 augmente, plus le nombre d'orifices de la surface de sélection 47 qui sont recouverts augmente et, par conséquent, plus il y a diminution de la quantité d'air circulant et de plumes introduites Si la surface libre augmente, l'augmen- tation de la quantité d'air entraîne plus de plumes dans la zone de coupe 43 De cette façon, il se produit une stabili- sation et un auto-ajustage de la charge du dispositif d'ex- pansion volumétrique Les plumes expansées quittent ensuite le dispositif par l'orifice de sortie 49, en partie par l'effet de la circulation d'air et en partie à cause de la pente du fond, La figure 5 représente un autre mode de réalisation du dispositif d'expansion qui est complété par un jeu de lames fixes de recoupe 62 Le quart supérieur droit est une vue de face du dispositif, le quart inférieur droit est une vue de face couvercle enlevé, le quart inférieur gauche est une vue en coupe suivant le plan des lames de coupe et le quart supérieur gauche est une vue en coupe dans le plan du venti- lateur. L'orifice d'entrée 48 et un orifice d'entrée d'air primaire 51 sont disposés sur un couvercle ou capot 59 Un support 54 de lames de coupe est fixé sur un arbre 56, ce support 54 recevant un groupe de lames de coupe mobiles 42. Un ventilateur 61 est également disposé sur l'arbre 56, derrière les lames de coupe Un orifice d'entrée d'air se- condaire 52 se trouve à l'arrière de l'enceinte La surface de sélection 47 et le groupe de lames de recoupe fixes 62 sont fixés sur un support 55 La zone de coupe 43 et l'espace de collecte 50 sont séparés par la surface de sélection 47. L'espace de collecte 50 est en forme de boîtier en spirale prolongé par une plaque de déflexion 53 L'espace de col- lecte 50 est adjacent à un espace d'accélération formé dans un socle 57 D'un côté de l'espace d'accélération, débouche un orifice 58 de sortie d'air et de contrôle et la sortie de la plume expansée est disposée du côté opposé. La plume nettoyée et séchée est aspirée par l'orifice d'entrée 48 dans la zone de coupe 43 par le courant d'air créé par le ventilateur 61 Le rapport plumes/air corres- pondant aux divers types de plumes est réglé à l'aide de l'entrée d'air primaire 51 Le processus de préparation du rembourrage est semblable à celui utilisé avec le dispositif précédent à la différence que, pour améliorer le rendement, des groupes de lames de recoupe 62 sont également prévus. Dans ce dispositif, la surface de sélection 47 régule le temps de séjour approprié des divers morceaux de plumes Les plumes ayant subi une expansion volumétrique passent dans la zone de collecte 50 et les plumes traitées sont acheminées par le courant d'air induit par le ventilateur 61 dans l'espace d'accélération Le courant d'air dans l'espace de collecte 50 est régulé à l'aide de l'entrée d'air secondai- re 52 Comme représenté dans ce mode de réalisation, le ventilateur 61 accomplit une double fonction de ventilation et de hachage La fonction de ventilation du ventilateur 61 peut être réalisée à l'aide d'un ventilateur monté indépen- damment du dispositif donné à titre d'exemple Dans ce cas, les plumes traitées sont transportées à l'extérieur par l'air Les plumes traitées et acheminées vers l'espace d'accélération passent dans le courant d'air régulé évacué à travers l'orifice 58 et quittent l'appareil à travers l'ori- fice de sortie situé du côté opposé. Il faut remarquer que, pour le traitement correct des plumes, le ventilateur 61 et les lames de recoupe fixes 62 ne constituent pas des éléments obligatoires du dispositif selon la présente invention, et qu'ils ne sont indiqués qu'à titre d'exemple permettant l'amélioration du rendement. Le procédé de traitement et d'expansion volumétrique de plumes tectrices est caractérisé en ce que les plumes sont soumises à une préparation si nécessaire, suivie d'une expansion au cours de laquelle on met en oeuvre une découpe sélective de façon à ce que seules les fibres élémentaires d'une longueur inférieure à 10 mm puissent quitter la zone de coupe Si les plumes sont humides, au cours de la prépara- tion, elles sont filtrées, essorées et séchées au moins en une seule étape de façon à ce que la teneur en humidité des plumes soit inférieure à 12 % On fait d'abord subir aux i- plumes une prédécoupe en fibres d'une longueur de 15 à 25 mm, puis on les traite au solvant, de préférence à l'aide d'a- gents tensio-actifs à réaction chimique neutre et/ou d'agents de conservation, de préférence à l'aide de dérivés d'ammonium quaternaire chloré, et ensuite on procède à l'élimination du solvant et/ou de l'agent de conservation. Le dispositif d'expansion volumétrique selon l'inven- tion, notamment pour de la plume, comporte une zone de coupe, des organes de coupe analogues à des couteaux et une surface de sélection, la vitesse périphérique des organes de coupe étant comprise entre 70 et 150 m/s et le dispositif réalisant une coupe de sélection L'épaisseur maximum des organes de coupe est de 5 mm et la forme de la zone de coupe est sensi- blement celle d'une surface de rotation La dimension des orifices de la surface de sélection, au moins dans une direction, est comprise entre 3 et 6 mm. Les plumes tectrices ayant subi une expansion volumé- trique selon l'invention sont caractérisées en ce que leur volume est compris entre 10 et 80 fois le volume antérieur à l'expansion, en ce qu'elles sont constituées de fibres élémentaires homogènes et cotonneuses présentant une répar- tition aléatoire, en ce que leur épaisseur est comprise entre 1 et 5 micromètres, 92 à 98 % des fibres ayant une longueur comprise entre 5 et 10 mm, ces fibres étant légèrement humides mais leur humidification ne dépassant pas 10 % rela- tifs, ce matériau constituant un isolant sonique élastique et souple au toucher. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement et d'expansion volumétrique de plumes tectrices, caractérisé en ce que les plumes sont soumises à une préparation si nécessaire, suivie d'une expansion au cours de laquelle on met en oeuvre une découpe sélective de façon à ce que seules les fibres élémentaires d'une longueur inférieure à 10 mm puissent quitter la zone de coupe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si les plumes sont humides, au cours de la préparation, elles sont filtrées, essorées et séchées au moins en une seule étape de façon à ce que la teneur en humidité des plumes soit inférieure à 12 %. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait d'abord subir aux plumes une prédécoupe en fibres d'une longueur de 15 à 25 mm, puis on les traite au solvant, de préférence à l'aide d'agents tensio-actifs à réaction chimique neutre et/ou d'agents de conservation, de préférence à l'aide de dérivés d'ammonium quaternaire chloré, et ensuite on procède à l'élimination du solvant et/ou de l'agent de conservation. 4. Dispositif d'expansion volumétrique, notamment pour de la plume, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de coupe ( 43), des organes de coupe ( 42) analogues à des cou- teaux et une surface de sélection ( 47), la vitesse périphé- rique des organes de coupe étant comprise entre 70 et 150 m/s et le dispositif réalisant une coupe de sélection. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur maximum des organes de coupe ( 47) est de 5 mm. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caracté- risé en ce que la forme de la zone de coupe ( 43) est sensi- blement celle d'une surface de rotation. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6, caractérisé en ce que la dimension des orifices de la surface de sélection ( 47), au moins dans une direction, est comprise entre 3 et 6 mm. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 7, caractérisé en ce que son alimentation est auto- régulée. 9. Plumes tectrices ayant subi une expansion volumé- trique, caractérisées en ce que leur volume est compris entre et 80 fois le volume antérieur à l'expansion, en ce qu'elles sont constituées de fibres élémentaires homogènes et cotonneuses présentant une répartition aléatoire, en ce que leur épaisseur est comprise entre 1 et 5 Mm, 92 à 98 % des fibres ayant une longueur comprise entre 5 et 10 mm, ces fibres étant légèrement humides mais leur humidification ne dépassant pas 10 % relatifs, ce matériau constituant un iso- lant sonique élastique et souple au toucher.