Brevet FR2737233A1 — publié le 19970131

DE SCRIPT ION La présente invention concerne un isolant organique thermique et phonique, ignifuge, hydrofuge et imputrescible constitué d'un agglomérat de bois broyé et de papier-carton déchiquetés, qui, par un procédé humide, sont liés par de l'empois d'amidon, provenant de déchets végétaux ou d'origines végétales (ex : farines) ou par de la colle d'origine animale (ex : gélatine); les produits qui lui confèrent ses propriétés ignifuge, imputrescible et hydrofuge étant d'origine minérale (ex : silicate de soude, chaux). Dans le domaine technique, il n'existe pas actuellement d'isolant organique, thermique et phonique, ignifugé, imputrescible et hydrofuge. Le but de l'invention est de créer un matériau de ce type, peu onéreux, efficace, esthétique et naturel, tout en offrant une solution au problème du recyclage et de la revalorisation des déchets dont elle est constituée. L'ignifugation des matériaux d'isolation et de décoration étant obligatoire dans de nombreux lieux publics, ce procédé accède à l'industrie de la construction et du bâtiment. BOIS : La production forestière en France pour l'année 1993 a été de 35 299 000 mètres cubes auxquels s'ajoutent tous les bois d'élagage provenant des arbres de villes, de parcs, et tous les bois de rebut (utilisés). Par exemple, dans la région sud, sud-ouest de Paris environ 3 000 000 mètres cubes de bois d'élagage broyé ont été récupérés. Actuellement, on n'utilise qu'un infime pourcentage des volumes importants de ces déchets verts ligneux ; leurs destinations sont - le brûlage (en incinérateurs ou à l'air libre) et l'enfouissement (décharges publiques) encore pratiqués mais qui seront bientôt interdits par la loi du 13/7/93 sur le retraitement des déchets et la protection de l'environnement ; - le broyage qui permet l'approvisionnement des chaudières à copeaux, la transformation en compost, la réalisation de panneaux agglomérés, fabriqués à partir de sciures calibrées, par des procédés humides (Isorel) ou secs (Biplac), la fabrication de torches combustibles (inserts), les litières animales, le paillage horticole, etc. mais n'utilise pas les bois dits de rebut tel que les palettes, les cageots. On peut noter, en amont dans la filière bois, l'abondance de matière première : petit bois d'élagage et de premières éclaircies forestières (dont la destination initiale est la fabrication de pâte à papier), non exploités par manque de rentabilité (voir papiers/cartons ), entraînant, en aval, l'absence d'entretien de vastes étendues boisées (haies, forêts privées, parcs...) Dans la préparation de l'isolant, les bois déchiquetés, qu'ils soient de rebut ou non - rémanents forestiers ou d'élagage, palettes, copeaux, sciures (liste non limitative), de toute essence, sans période de séchage, directement après broyage, sont mélangés à du papier-carton broyé et détrempé, subissent l'ébullition au moment de l'amidonnage, puis se trouvent inclus dans une pâte pratiquement inaltérable avant l'exsudation et le séchage en four ou en étuve. L'ébullition va ramollir les fibres ligneuses et permettre l'imprégnation des différents produits utilisés (pour le collage, l'ignifugation, l'imputrescibilité) et l'adhésion à la pâte.. PAPIERS ET CARTONS La production de papier et de carton a été, en France, pour l'année 1993 de 7 975 000 tonnes. La récupération de ces matériaux a été de 3 778 000 tonnes pour l'année 1992. Ce qui représente pour les deux années (cumulées hors des années correspondantes donc pour environ une année) une production de 11 753 000 tonnes. Actuellement le papier/carton est récupéré par les recycleurs et a une valeur marchande. Il est revendu aux papeteries qui doivent le désencrer et lui faire subir de coûteuses transformations avant d'être réutilisable (ceci à un niveau industriel et dépassant de loin les frontières de l'Europe). Le marché est saturé par la production intensive de pâte à papier recyclée, importée à bas prix, ou fabriquée en France et renvoie aux problèmes de la rentabilité des petits bois et des rémanents (voir page 2) ainsi qu'au marché du papier et carton proprement dit (fabrication). Le prix de revient de la pâte neuve équivaut à celui de la pâte élaborée à partir de papiers cartons utilisés. Le problème de la revalorisation de ces matériaux est qu'ils sont en général encrés, ce qui entraîne des pollutions importantes au niveau de leur dégradation naturelle ou par le feu. Pour un produit combustible, il est donc impératif que les papiers et cartons soient désencrés ou non encrés car, à un niveau industriel, leur combustion provoquerait une pollution trop importante pour que le produit soit validé ou homologué. Dans le procédé dont il est fait état ici, les papiers et cartons, encrés ou non, déchiquetés, sont détrempés. L'ébullition à laquelle ils sont portés et maintenus les transforme en une pâte qui absorbe les adjuvants et constitue ainsi un magma homogène facilitant l'imprégnation des fibres ligneuses. Après moulage sous pression et séchage, on obtient un matériau léger, compact, mais toujours friable en l'état. LIANTS L'aggloméré présenté ici, compte-tenu de ses propriétés isolantes (thermiques et phoniques), doit trouver sa place parmi les matériaux de construction. Le rôle des liants sera de réduire la friabilité du produit en augmentant sa cohésion. - Le liant de base est l'empois d'amidon obtenu par ébullition de substances amidonnées dans l'eau. La seule ébullition des papiers et cartons déchiquetés produit déjà, du fait de l'amidon qu'ils contiennent, une certaine quantité d'empois, insuffisante pour cimenter de façon efficace les particules de bois. L'adjonction au magma de farines diverses provoque la formation d'une colle pleinement compatible puisque de même nature et, suivant dosage, suffisamment efficace pour que le matériau obtenu après séchage et selon sa forme (briques, blocs, panneaux de toutes épaisseurs) puisse être travaillé. La production de farines en France a été de 5 400 000 tonnes pour l'année 1994 dont 1 836 000 tonnes à l'exportation et 2 574 740 tonnes à la consommation de pain. - Les farines périmées pour la consommation humaine ou animale (farines de blé, orge, seigle, mais, sarrasin, etc), ainsi que les farines de mauvaise qualité telles que le gruau gris (pain bis), les basses farines (fabrication de colles, nourriture pour animaux) sont utilisables. On peut noter que la présence des autres composants de la farine, le gluten en particulier, n'offre pas d'inconvénient ni pour le collage, ni au niveau de la durabilité du produit. - D'autres colles d'origine végétale - amidon (confiserie), tapioca - ou animale - farines de poisson - et des gommes telles que la gomme arabique par exemple peuvent être, elles aussi, utilisées. - À ce stade de la fabrication, le produit peut être utilisé comme combustible. L'incorporation de résines végétales (colophane...) peut augmenter la combustibilité de la bûche reconstituée. PRODUITS ADJUVANTS I) IGNIFUGES: Les isolants devant être ignifugés pour accéder aux marchés destinés aux lieux publics, l'ignifugation et l'imputrescibilité permettent cette utilisation du matériau (salles de spectacle, établissements scolaires, bureaux, etc ...) et une durabilité importante du produit fini. L'hydrofugation peut résoudre des problèmes dûs à l'humidité de murs poreux. Les produits utilisés sont, comme les autres agents constituant l'invention, d'origine naturelle organique et minérale. Ces produits utilisés pour rendre l'aggloméré ignifuge, hydrofuge, et imputrescible augmentent sa solidité, mais l'alourdissent légèrement (2 Kg au m3) par rapport au combustible. Procâdâs ' d' ignifugation (à titre d'exemples non limitatifs) IGNIFUGATION INTERNE Le mélange bois broyé, papiers/cartons déchiquetés, empois d'amidon trempe pendant une à deux heures dans une solution de silicate de soude dans l'eau (1 volume de silicate de soude pour 3 volumes d'eau). Après séchage, la plaque est passée dans un lait de chaux, puis, après séchage partiel, dans une solution de silicate de soude dans l'eau, plus concentrée (2 volumes de silicate de soude pour 1 volume d'eau). IGNIFUGATION EXTERNE Après moulage et séchage du mélange bois-papier-carton-amidon, la plaque est enduite de 2 à 3 couches d'une solution concentrée à 2 volumes pour 1 de silicate de soude dans liteau. AUTRE PROCÉDÉ D'IGNIFUGATION En interne, bain de phosphate d'ammonium, d'acide borique et de borate de soude en solution dans l'eau. Proportions : 100 g de phosphate et 10 g d'acide borique pour 1 litre d'eau. II) sYDROFUS Le silicate de soude est, également, un produit hydrofuge. Son action peut être renforcée par celle de l'acétate d'alumine ou par le mélange dans de l'eau bouillante d'acétate de plomb et d'alun. III) IMPUTRESCIBILITE - On peut, par l'adjonction de borax (macération d'empois d'amidon + borax pendant 24 H) augmenter le pouvoir adhésif et rendre le liant imputrescible. - Pour rendre la colle imputrescible, dans 1 litre d'empois (100 g d'amidon pour 1 litre d'eau chauffés à ébullition), ajouter à chaud 100 g de glycérine + 7 à 8 g d'essence de girofle. Lorsque le mélange pâteux est presque froid, ajouter 50 g d'alcool en remuant. MOULES de FABRICATfON La pâte, une fois prête est coulée dans des moules percés (récupération d'une partie du liant liquide), dans lesquels elle restera jusqu'à la fin des opérations pour éviter le risque de déformation lors des différents séchages. Ces moules sont soumis à l'action de presses hydrauliques d'environ deux cent cinquante kilos de pression. Après l'opération de pressage, le moule et son contenu vont, par tapis roulant, passer dans un couloir de séchage. Ils seront ensuite trempés dans le bain de lait de chaux, séchés à nouveau, puis trempés dans un bain de silicate de soude avant le séchage définitif et le démoulage. L'opération de moulage, suivant l'approvisionnement, peut être très rapide et multipliée par le nombre de presses correspondant à l'apport de matière première et à la production qui en découle. Techniquement, le moulage primitif peut se faire sous forme de grandes plaques que, dans un deuxième temps, l'on recoupe en dalles aux dimensions voulues. ILLUSTRATIONS D' APRÈS PHOTOS SCANDE ES : - Figure 1 : détail. Vue rapprochée montrant l'aspect final de l'aggloméré faisant apparaître en a) les particules de bois, en b) le magma solidifié (carton - papier + liants). - Figure 2 : isolant. Prototype reproduit page 2, présenté sous forme de dalle. RÉALISATION (Dalle fig.2 page 2 des illustrations) Le mélange est constitué de 5 litres de bois déchiqueté, 2,5 litres de papier-carton détrempés, 0,5 Kilos d'amidon de récupération (confiserie) dans 5 litres d'eau. Le tout est porté puis maintenu à ébullition pendant k heure ; en malaxant, ajout de 100 grammes de borax, 500 grammes de glycérine et 40 grammes d'essence de girofle. Après refroidissement partiel, ajout de 250 grammes d'alcool et de 2 litres de silicate de soude ; malaxage et repos de 24 heures. Moulage en moule percé, sous pression de 150 Kilos environ ; réalisation de 3 plaques. Après séchage, badigeonnage au lait de chaux, puis passage dans une solution de 1 volume de silicate de soude pour 2 volumes d'eau. Après séchage définitif, les plaques obtenues mesurent respectivement 30 cm x 30 cm x 2 cm et 2(30 cm x 30 cm x 4 cm). La masse de la première est d'environ 550 grammes. Toutes les dimensions, masses, proportions et compositions de mélanges ou de bains, les formes obtenues ne sont données qu'à titre d'exemple non limitatif. Le matériau obtenu après démoulage est léger, solide, compact. Il peut être teint, peint, enduit, poli, coupé, percé sans effritement. Il possède des qualités d'isolation thermique et phonique. Sa fabrication apporte une solution au recyclage des déchets dont il est composé ; ses qualités sont susceptibles de lui ouvrir les marchés publics et donc d'entraîner une production industrielle. Il est à noter qu'après utilisation, le produit peut être broyé à nouveau, et servir à une nouvelle fabrication. Annexe L'objet de l'invention étant un isolant organique, sa fabrication, notamment en ce qui concerne la recherche des liants a été, volontairement, orientée vers des produits d'origine végétale ou animale. Les adjuvants, obligatoirement minéraux, ont été sélectionnés en fonction de leur origine naturelle, de leur simplicité et de leur non-toxicité, même si leur utilisation est, actuellement, très souvent occultée par des substances plus modernes, issues, entre autres, de la pétrochimie. Il est bien évident que certaines résines et certains plastiques polymères pourraient constituer des liants efficaces. S'ils n'apparaissent pas ici, c'est que l'industrialisation de la fabrication de l'isolant pourrait réactiver la production de substances considérées actuellement, en dépit de leurs qualités; comme obsolètes : silicate de soude, colophane par exemple. L'intérêt de ce produit, outre sa valeur intrinsèque, est que sa fabrication concerne et intéresse les régions, jusqu'aux cantons et aux municipalités, les agriculteurs, les sylviculteurs (entretien rentabilisé) etc. Cet isolant peut donc comporter des liants de nature pétrochimique dont l'utilisation serait susceptible, par ailleurs, d'apporter une solution au retraitement de certains plastiques . Variante de réalisation : - utilisation de bois variés, y compris bois de rebut, sans sélection de taille de plaquettes ni tri d'essences ni période préalable de séchage (déssiccation des fibres ligneuses, bois vert) - possibilité de criblage plus ou moins fin dans le but de varier la finition des produits - possibilité d'utilisation du carton seul, du papier seul, ou du mélange des deux ; - possibilité de varier les proportions du mélange boispapier/carton ; - possibilité de varier les pressions exercées suivant épaisseur et destination - multiplicité des liants possibles d'origine végétale, animale ou minérale ; - possibilité de polissage et de vernissage, de vitrification, de lissage à l'enduit - possibilité de colorations dans la masse ; - possibilité de multiples formes : blocs, briques, panneaux, cylindres etc, suivant moules ; - hors ignifugation, ce produit est un excellent combustible. APPLICATIONS INDUSTRIELLES EN AMONT Récupération et retraitement de - déchets verts ligneux et non ligneux - papiers et cartons - diverses farines périmées - amidons utilisés. EN AVAL Revalorisation - Fabrication à l'échelle industrielle de l'isolant organique ignifugé et imputrescible moulé en plaques de différentes tailles ou en blocs ; - Commercialisation - Mise en oeuvre. UTILISATION Utilisable en l'état ou peut être teint dans la masse, peint, vernis, laqué, enduit, tapissé, vitrifié. Possibilité de façonnage - polissage, perçage, sciage. Plaques : cloisons murales, plafonds ou charpentes ; dalles de sol ou parquet. Blocs : fabrication de murs intérieurs, de cloisons. Fabrication possible de divers objets moulés. DÉBOUCHÉ S Ignifuge : Établissements publics, scolaires, lieux publics (théâtres, cinémas, salles de conférence, bibliothèques, etc.), bâtiment, propriétés privées, et aménagements divers. Non ignifugé : bois de chauffage reconstitué (papier non encré) pour inserts, poëles, cheminées. REVENDICATIONS 1) Produit composite organique conformé constitué d'un mélange de bois de récupération de toutes provenances et essences broyés et de papiers-cartons de récupération déchiquetés, caractérisé en ce que les différents composants sont liés par un liant choisi parmi les substances d'origines animales et végétales suivantes : empois d'amidon de récupération, résines et gommes provenant de récupération, ainsi que de leur mélange. 2) Produit composite organique conformé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en outre des substances d'origines organiques et minérales (silicate de soude par exemple), lui conférant des propriétés isolantes (thermiques et phoniques) ignifuges, hydrofuges et imputrescibles. l 3) Produit composite organique conformé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les papiers et cartons de récupération sont non encrés ou le cas échéant désencrés. 4) Produit composite organique conformé, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme combustible, en particulier comme substitut du bois de chauffage. 5) Produit composite organique conformé, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les substances de récupération utilisées sont d'origines naturelles et non toxiques. 6) Produit composite organique conformé, selon l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce qu'il possède un pouvoir calorifique positif de 4 524 Kcal/Kg et négatif, de 4 206 Kcal/Kg.