Brevet FR2727421A1 — publié le 19960531

MATERIAUX DE REMPLISSAGE ET D'EMBALLAGE AUX PROPRIETES ISOLANTES ET ANTICHOCS CONSTITUES DE MATIERES SPONGIEUSES A BASE DE DERIVES CELLULOSIQUES BIODEGRADABLES ll existe actuellement des matériaux de remplissage et/ou de matériaux aux propriétés antichocs destinés à protéger des matériaux ou objets particulièrement fragiles et sensibles aux chocs et contraintes mécaniques, lors de leur transport, manipulation et/ou mise en oeuvre ou stockage. Ces matériaux mis en oeuvre dans les préparations d'emballage de produits fragiles par exemple sont le plus souvent constitués par des dérivés choisis parmi les dérivés suivants: * Mousses de polyuréthanne plus ou moins denses (plus ou moins expansées par des gaz du type CFC ou dérivés de remplacement). * Mousses de polystyrène expansé plus ou moins denses composées de granulés de polystyrène compactés. * Fragments de formes variées de divers polymères du type polyuréthanne ou polystyrène. * Films de polymères de type polychlorure de vinyle (P.V.C.) ou équivalent comportant des bulles d'air (papier à bulles) de tailles et de formes variables. Ces produits sélectionnés pour leurs propriétés mécaniques, densité et capacité de protection contre les contraintes mécaniques, ont en commun les inconvénients suivants: * ns ne sont pas biodégradables * ns sont produits à partir de matières premières non renouvelables (dérivés de la chimie du pétrole) * Ils sont difficilement recyclables. * * Us émettent des particules elles-mêmes non dégradables (polystyrène) * Us sont légers et peuvent être disséminés facilement par les éléments naturels et peuvent donc constituer une pollution visuelle de vastes sites. * Leur fabrication met en oeuvre des matières premières elles-mêmes polluantes (dérivés du chlorofluorocarbone pour les mousses polyuréthannes qui contribuent à l'effet de serre, monomères toxiques et polluants). * Us sont combustibles et émettent des fumées toxiques lors d'incendies accidentels ou leur de leur élimination par brûlage. * Compte-tenu de leur mode de fabrication ils ont un coût non négligeable auquel s'ajoute le coût et/ou taxes de leur élimination. Ces inconvénients sont considérés comme de plus en plus critiques compte-tenu des nouvelles contraintes liées à la protection de l'environnement. I1 n'existe pas aujourd'hui d'alternatives à l'utilisation de mousses de synthèses non biodégradables qui soient réellement industrialisables et disponibles sur le marché. n existe cependant un matériau de substitution ne possédant pas les inconvénients énumérés ci-dessus et dont les propriétés mécaniques permettent la mise en oeuvre en lieu et place des matériaux décrits ci-dessus pour les mêmes applications à savoir la protection contre les chocs et contraintes mécaniques de matériaux ou objets fragiles. Ce matériau de substitution est constitué chimiquement par de la viscose dont le procédé de mise en oeuvre est tel qu'il permet la formation de bulles de gaz et consécutivement de vides dans la matière lors de sa polymérisation. Ce procédé de fabrication est actuellement mis en oeuvre pour la fabrication d'éponges végétales utilisées dans des applications ménagères standard. La viscose est elle même préparée à partir de pulpe de bois ou cellulose de bois solubilisée en milieu alcalin (hydroxyde de sodium) et en présence de sulfure de carbone. Ce procédé permet la fabrication d'un polymère cellulosique préparé à partir de cette solution de xanthogénate de sodium par polymérisation.Le polymère cellulosique obtenu a de part sa structure et sa composition, la propriété d'être biodégradable lorsqu'il est libéré en milieu naturel, par des bactéries ou moisissures possédant des activités enzymatiques du type cellulolytiques (souches bactérienne du type Clostridium species ou souches de champignons microscopiques du type Trichoderma species à titre d'exemple non limitatif). Cette biodégradabilité peut être vérifiée en enfouissant dans du terreau de jardin ou en pleine terre du matériau constituant les éponges végétales. Après une période variant de quelques jours à quelques semaines en fonction de la température, de l'humidité du sol, et de l'activité bactérienne et fongique présente dans le sol, le matériau enfouit disparaît complètement par cellulolyse due à l'activité de souches bactériennes ou fongiques exprimant cette famille d'enzymes. Cette propriété remarquable constitue un avantage très important par rapport aux matériaux spongieux préparés à partir de matières premières du type polymères de synthèse non biodégradables.Cette susceptibilité à la dégradation est une propriété particulière remarquable qui nous permet donc d'envisager de mettre en oeuvre ces matériaux dérivés de la viscose pour des applications nouvelles jamais décrites jusqu'à ce jour et qui différent significativement des applications généralement connues. Ce matériau de substitution à base de viscose qui sera appelé "mousse végétale" dans la suite du texte est actuellement connu pour des applications standards dans le domaine du nettoyage ménager sous la forme essentiellement d'éponges de tailles et formes variées. n est à titre d'exemple non limitatif fabriqué et commercialisé par la société SPONTEX SA sous la désignation "éponge végétale", et retrouvées dans le circuits de distribution en France sous le nom commercial éponge "SPONTEX" type "S". Les procédés de fabrication des mousses végétales sont identiques au procédé de fabrication des éponges végétales. De part sa densité (masse volumique), sa biodégradabilité, ses propriétés mécaniques, sa résistance mécanique, sa résistance à la dégradation en milieu sec, sa disponibilité commerciale, son coût de fabrication, la mousse végétale peut être utilisée comme matériau de substitution aux mousses à bases de polymères de synthèse préparés à partir de dérivés de la chimie du pétrole. La mise en forme finale, stabilisation, mouillabilité, hygrométrie, densité, couleur, imprégnation par des solutions d'antiseptiques et/ou antibactériens pourront être adaptés en fonction des applications particulières et nouvelles des mousses végétales. Les formes, découpes pratiquées dans les mousses végétales seront également adaptées à chaque type d'applications particulières. Les mousses végétales pourront être mises en oeuvre et utilisées dans toutes les applications décrites ci-après soit sous la forme de mousses végétales dites sèches, colorées ou non, imprégnées ou non, soit mis en oeuvre sous la forme de mousses végétales dites humides colorées ou non, imprégnées ou non d'agents stabilisants ou d'agents antiseptiques (ammoniums quaternaires, dérivés organochlorés à titre d'exemple non limitatif). La différence entre les deux états étant la teneur en eau qui est de quelques pour-cent à 100/. à l'état sec et varie de 10% à plus de 50% à l'état humide.L'état humide peut être stabilisé par imprégnation des mousses végétales lors de leur fabrication d'agents hygroscopiques pas ou très peu volatiles de nature minérale ou organique (à titre d'exemple non limitatif on peut citer les dérivés organiques du type polyols polymérisés ou non, glycérol et polyéthylène glycols). Ce qui caractérise les deux états possibles de la matière brute mousse végétale et qui est la conséquence de la teneur en eau du matériau c'est sa masse volumique exprimée en poids de matériau par unité de volume (grammes/litre) qui peut varier de 30 à 100 grammes par litre à l'état sec et de 100 à 150 grammes par litre à l'état humide. La porosité des mousses végétales est également un paramètre important qui peut influencer leur densité et propriétés mécaniques en particulier. La porosité des mousses végétales exprimée en pourcentage du volume de vide (exempt de matière) contenu par les mousses végétales peut en effet varier en fonction du mode de fabrication de 20% à plus de 80% (en volume) et sera adapté en fonction des applications particulières propre à chaque type de mousse végétale. 1 MISE EN OEUVRE EN TANT QUE MATERIAUX DE REMPLISSAGE: Les applications décrites ci-dessous concerneront soit les mousses dites sèches soit des mousses végétales dites humides. Dans les deux cas les mousses végétales pourront être aseptisées par imprégnation d'agents antiseptiques afin soit d'éviter un développement bactérien soit de permettre des applications particulières des mousses végétales ou lorsque la propreté bactériologique des mousses végétales sera un critère déterminant pour une application particulière (domaine pharmaceutique à titre d'exemple non limitatif). Les formes des mousses végétales seront variables en fonctions des applications. Les mousses végétales sèches ou humides pourront se présenter sous la forme de: - cubes, - parallélépipèdes, - cylindres droits et obliques, - sphères, segmentes, anneaux et secteurs de sphères, - disques sphériques ou ovoïdes, - cônes, - troncs de cônes, - tores et segments de tores - rubans - plaques - toutes formes complexes dérivées des formes énumérées ci-dessus, - toutes formes connues actuellement mises en oeuvre avec des mousses végétales préparées à base de polymères synthétiques, - toutes ces formes pouvant présenter des irrégularités de surface et/ou de courbure, et/ou des évidements afin d'en diminuer leur masse volumique et d'optimiser la masse volumique apparente d'un ensemble de ces formes par création d'espace vides entre les formes. La masse volumique apparente varie dans le cas des mousses végétales sèches de 30 à 100 grammes par litre et de 70 à 150 grammes par litre dans le cas des mousses végétales humides. La taille des formes décrites ci-dessus peut varier de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres selon les applications et formes considérées. Les mousses végétales préparées de telles sorte qu'elles se présentent sous une ou plus des formes décrites ci-dessus seront utilisées comme matériaux de remplissage pour la préparation de collisage de matériaux ou objets fragiles en vue de leur transport conservation et protection contre des chocs et contraintes mécaniques. 2 MISE EN OEUVRE EN TANT QUE CALES ET SUPPORTS: Les applications décrites ci-dessous concerneront soit les mousses végétales dites sèches soit des mousses végétales dites humides. Dans les deux cas les mousses végétales pourront être aseptisées par imprégnation d'agents antiseptiques afin soit d'éviter un développement bactérien soit de permettre des applications particulières des mousses végétales ou lorsque la propreté bactériologique des mousses végétales sera un critère déterminant pour une application particulière (domaine pharmaceutique à titre d'exemple non limitatif). Les formes des mousses végétales seront variables en fonctions des applications. Les mousses végétales sèches ou humides pourront se présenter sous la forme de: - cubes, - parallélépipèdes, - cylindres droits et obliques, - sphères, segments, anneaux et secteurs de sphères, - disques sphériques ou ovoïdes, - cônes, - troncs de cônes, - tores et segments de tores - rubans - plaques - toutes formes complexes dérivées des formes énumérées ciessus, - toutes formes connues actuellement mises en oeuvre avec des mousses végétales préparées à base de polymères synthétiques, - toutes ces formes pouvant présenter des irrégularités de surface et/ou de courbure, et/ou des évidements afin d'en diminuer leur masse volumique et d'optimiser la masse volumique apparente d'un ensemble de ces formes par création d'espace vides entre les formes. La masse volumique apparente varie dans le cas des mousses végétales sèches de 30 à 100 grammes par litre et de 70 à 150 grammes par litre dans le cas des mousses humides. La taille des formes décrites cidessus peut varier de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres selon les applications et formes considérées. Les mousses végétales préparées de telles sorte qu'elles se présentent sous une ou plus des formes décrites ci-dessus seront utilisées comme cales ou supports pour la préparation de collisages, le calage, l'emballage, la conservation de matériaux ou objets fragiles en vue de leur transport, conservation et protection contre des chocs et contraintes mécaniques. 3 MISE EN OEUVRE EN TANT QUE MATERIAUX D EMBALLAGE: Les applications décrites ci-dessous concerneront soit les mousses végétales dites sèches soit des mousses végétales dites humides. Dans les deux cas les mousses végétales pourront être aseptisées par imprégnation d'agents antiseptiques afin soit d'éviter un développement bactérien soit de permettre des applications particulières des mousses végétales ou lorsque la propreté bactériologique des mousses végétales sera un critère déterminant pour une application particulière (domaine pharmaceutique à titre d'exemple non limitatif). Les formes des mousses végétales seront variables en fonctions des applications. Les mousses végétales séches ou humides pourront se présenter sous la forme de: - cubes, - parallélépipèdes, - cylindres droits et obliques, - sphères, segments, anneaux et secteurs de sphères, - disques sphériques ou ovoïdes, - cônes, - troncs de cônes, - tores et segments de tores - rubans - plaques - toutes formes complexes dérivées des formes énumérées ci-dessus, - toutes formes connues actuellement mises en oeuvre avec des mousses végétales préparées à base de polymères synthétiques, - toutes ces formes pouvant présenter des irrégularités de surface et/ou de courbure, et/ou des évidements afin d'en diminuer leur masse volumique et d'optimiser la masse volumique apparente d'un ensemble de ces formes par création d'espace vides entre les formes. La masse volumique apparente varie dans le cas des mousses végétales séches de 30 à 100 grammes par litre et de 70 à 150 grammes par litre dans le cas des mousses végétales humides. La taille des formes décrites ci-dessus peut varier de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres selon les applications et formes considérées. Les formes décrites ci-dessus pourront comporter des évidements spécifiquement dimensionnés et prévus pour loger le matériau ou l'objet à protéger. Les formes décrites cidessus pourront être moulées directement lors de la fabrication des mousses végétales ou fabriqués par découpage dans des éléments de mousse végétale l'aide d'outils tranchants. Les mousses végétales préparées de telles sorte qu'elles se présentent sous une ou plus des formes décrites ci-dessus seront utilisées comme cales ou supports pour la préparation de collisages, le calage, I'emballage, la conservation de matériaux ou objets fragiles en vue de leur transport, conservation et protection contre des chocs et contraintes mécaniques. Les applications principales seront la protection contre les contraintes mécaniques d'objets ou de matériaux particulièrement fragiles lors de leur transport. 4 MISE EN OEUVRE DANS LA FABRICATION D'EMBALLAGES AYANT DES PROPRIETES D1SOLATION THERMIQUE. Les mousses végétales sont constituées d'un matériau poreux qui contient selon les modes de fabrication de 10 à plus de 80% en volume de vide (exempt de matière) constitué par des bulles d'air lorsque la mousse n'est pas imbibée d'eau. Cette structure particulière est comparable à la structure des mousses de polyuréthane dont les propriétés d'isolation thermique et phonique sont connues. Par analogie avec les mousses à base de polyuréthane et du fait de leur structure poreuse, les mousses végétales ont donc en plus de leurs propriétés antichocs des propriétés particulières d'isolants thermiques qui peuvent être exploitées dans le domaine de l'emballage nécessitant une isolation thermique. Les applications décrites ci-dessous concerneront soit les mousses dites sèches soit des mousses dites humides. Dans les deux cas les mousses pourront être aseptisées par imprégnation d'agents antiseptiques afin soit d'éviter un développement bactérien soit de permettre des applications particulières des mousses végétales ou lorsque la propreté bactériologique des mousses végétales sera un critère déterminant pour une application particulière (domaine pharmaceutique à titre d'exemple non limitatif). Les formes des mousses végétales seront variables en fonctions des applications. Les mousses végétales sèches ou humides pourront se présenter sous la forme de masses de mousse végétale en forme: - de cube, - de parallélépipède plus ou moins aplatie - de plaques La taille des cubes, parallélépipèdes ou plaques de mousse végétale peut varier de quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres avec une épaisseur variant selon les applications de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres, L'épaisseur sera déterminée en fonction du niveau d'isolation thermique requis. Les mêmes formes et dimensions que les mousses de synthèse (polyuréthanes, polystyrène) pourront être mise en oeuvre dans le cadre de cette application. Les mousses végétales peuvent être associées à d'autres matériaux jouant un rôle de support comme par exemple le bois ou le carton ou toute autre matière pouvant jouer le rôle de support et possédant la propriété d'être biodégradable. Ceci permet de fabriquer des boites ou contenant de formes et tailles variées en associant des matériaux ayant en commun la propriété d'être biodégradables. Ces boites ou contenants de formes et dimensions variables adaptées aux besoins spécifiques, constituent des caissons isolés thermiquement qui permettent de transporter ou stocker de façon temporaire des matériaux, objets, biens de consommation thermosensibles et nécessitant des conditions de température différentes de la température ambiante dans laquelle se trouve l'extérieur du contenant. Les formes décrites ci-dessus pourront comporter des évidements spécifiquement dimensionnés et prévus pour loger le matériau ou l'objet à protéger et à isoler thermiquement. Les formes décrites ci-dessus pourront être moulées directement lors de la fabrication des mousses végétales ou fabriqués par découpage dans des éléments de mousse végétale l'aide d'outils tranchants. REVENDICATIONS 1) Matériaux de remplissage et d'emballage aux propriétés isolantes thermiques et antichocs caractérisés en ce qu'ils sont constitués de matières spongieuses à base de dérivés cellulosiques fabriqués selon le procédé mis en oeuvre pour la fabrication d'éponges végétales. 2) Matériaux selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'ils sont fabriqués à partir de viscose préparée à partir de cellulose. 3) Matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils ont une structure poreuse comportant de 20 à 80% d'espace vides en volume. 4) Matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils ont une masse volumique à sec variant de 30 à 100 grammes par litre et de 100 à 150 grammes par litre à l'état humide. 5) Matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils ont une structure poreuse leur conférant des propriétés isolantes thermiques. 6) Matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils sont totalement biodégradables dans les milieux naturels humides. 7) Application des matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes comme matériaux biodégradables de remplissage pour l'emballage et la protection de matériaux et objets sensibles aux contraintes mécaniques. 8) Application des matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes comme matériaux biodégradables de calage et la préparation de supports pour des matériaux et objets sensibles aux contraintes mécaniques. 9) Application des matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes comme matériaux biodégradables d'emballage de matériaux et objets sensibles aux contraintes mécaniques 10) Application des matériaux selon l'une quelconque des revendications précédentes comme matériaux d'emballage biodégradables aux propriétés d'isolants thermiques pour des matériaux et objets sensibles soit aux contraintes mécaniques soit aux contraintes thermiques soit aux deux.