Brevet FR2737738A1 — publié le 19970214

MATERIAU AMORTISSEUR ET ISOLANT THERMIQUE CONSTITUE DE CELLULOSE EXPANSEE, ET SON PROCEDE DE PREPARATION La présente invention a pour objet un matériau amortisseur et isolant thermique, constitué de cellulose expansée, et un procédé de préparation de ce matériau. Dans l'emballage de marchandises, un matériau amortisseur est un matériau auxiliaire essentiel pour éviter que les marchandises ne soient endommagées et déformées pendant leur transport et leur conservation. Un matériau amortisseur doit présenter une certaine élasticité ou la capacité d'absorber les chocs. En tant que matériau amortisseur, on utilise généralement des matières plastiques expansées. A titre d'exemple, on peut mentionner les matières plastiques obtenues par expansion de matières plastiques ordinaires telles que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), un copolymère éthylène/acide vinylacétique (EVA), le polystyrène (PS), de l'EVA dénaturé, du PVC mou, une résine phénoxy et une résine butadiène, ou les matériaux amortisseurs obtenus en utilisant des matériaux présentant eux- mêmes une élasticité ou en provoquant l'expansion de matériaux élastiques tels que le caoutchouc naturel, le caoutchouc du système SBR, le caoutchouc thermoplastique du système styrène-butadiène, le caoutchouc butadiène (BR), le caoutchouc isoprène (IR), un caoutchouc multipolymère éthylène-propylène (EMP), le caoutchouc polychloroprène (CR), le caoutchouc butyle (11R), le caoutchouc uréthane, le caoutchouc silicone, le caoutchouc de multification, le caoutchouc acrylique, le caoutchouc à base de styrène chlorosulfoné, le caoutchouc à base de polyéthylène chloré, le caoutchouc à base d'épichlorhydrine, le caoutchouc à base d'oxyde de propylène, le caoutchouc éthylène-acide vinylacétique, un caoutchouc thermoplastique. Parmi ces matériaux, le polyéthylène expansé ou le polystyrène expansé, qui sont peu coûteux, sont les plus utilisés. S'il est vrai que ces matières plastiques ou caoutchoucs présentent d'excellentes propriétés en tant que matériaux amortisseurs, ils provoquent une pollution environnementale par le fait qu'ils ne sont pas biodégradables et que leur combustion dégage des gaz toxiques, en conséquence de quoi, l'utilisation 1 0 de caoutchoucs naturels ou synthétiques est interdite dans les pays développés. De plus, dans un futur proche, à l'époque du Green Round (l'ère verte), leur utilisation va être interdite dans le monde entier. Afin de résoudre ces problèmes, on utilise des matériaux à base de pâte à papier ou de cellulose en tant que matériau amortisseur, par formage direct. Toutefois, l'utilisation de ces matériaux est limitée, étant donné que leur capacité d'absorption de choc est faible, et qu'ils ne peuvent pas remplir leur rôle en tant que matériau amortisseur. Les brevets concernant les matériaux amortisseurs constitués de ces substances cellulosiques sont décrits ci-après: Le brevet US n 5 230 943 décrit un matériau d'emballage de protection s'écoulant librement, qui est constitué de pâte à papier moulée en forme d'assiette creuse. Le brevet US n 4 937 131 décrit un produit de protection souple, que l'on peut produire dans un convertisseur à partir d'un matériau en rouleau, à base de pâte à papier, de type feuille, tel que du papier biodégradable. Le brevet US n 5 312 665 décrit un matériau d'emballage incohérent, comprenant une multitude d'éléments de remplissage individuels. Chaque élément de remplissage comprend au moins deux anneaux de papier qui sont reliés entre eux par leurs surfaces extérieures. Le brevet US n 5 308 677 décrit un matériau de bourrage pour emballage comprenant une base plate ayant une section transversale de forme arquée ou géométrique, dont une face porte des saillies en forme d'arc inversé ou de forme géométrique inversée par rapport à la base, sous chacune desquelles se trouve une découpe ou fente. Le brevet US n 5 173 352 décrit un produit d'emballage élastique qui est constitué d'une multitude de bandes étroites ayant une forme allongée, en matériau à base de papier; le matériau à base de papier ayant une élasticité naturelle; et chacune des bandes comprenant une multitude de plis transversaux antagonistes à l'élasticité naturelle pour former un élément de bande compressé longitudinalement. Le brevet US n 5 151 312 décrit des éléments d'emballage en forme de cacahuète non emboîtables, constitués de papier journal recyclé, ayant une forme de coquille de noix creuse moulée, de préférence une configuration en 1 5 forme de coupelle, avec des brides, des ouvertures et des doubles parois moulées intégralement. Le brevet US n 5 213 867 décrit des éléments d'emballage incohérents tétraédriques, constitués de papier. Le brevet US n 4 566 831 décrit un dispositif de protection anti-choc constitué d'une enveloppe extérieure hermétique contenant une charge formée de matériau particulaire à base de bois, ayant une teneur en humidité réduite. Le brevet US n 4 109 040 décrit un produit amortisseur qui est de nature relativement compacte, formé à partir d'un rouleau de matériau de type feuille à base de pâte à papier, tel que du papier. Toutefois, il n'existe pas actuellement un matériau amortisseur ayant une action d'amortissement et d'isolation thermique qui soit fabriqué par expansion de matières cellulosiques telles que de la pâte à papier ou du déchet de papier. Après des recherches approfondies, les présents inventeurs ont abouti -à la présente invention en découvrant le fait que, si une matière cellulosique est expansée à l'état humide à l'aide d'un agentd'expansion usuel et d'adhésifs hydrosolubles usuels, et qu'ensuite elle est séchée, le volume de la matière "* 2737738 cellulosique s'expanse de 20 à 500 %, et cette substance cellulosique expansée est bien adaptée à l'utilisation en tant que matériau amortisseur, car sa capacité d'absorption de choc est très élevée, et son action d'isolant thermique est excellente, en raison de la formation de nombreux pores à l'intérieur de la matière. De plus, le matériau amortisseur et isolant thermique utilisant la matière cellulosique expansée produite de cette façon est beaucoup plus facilement biodégradable qu'une substance cellulosique ordinaire, grâce aux nombreux pores formés à l'intérieur. Il ne provoque donc pas de problème de pollution, 1 0 peut éviter la pollution par recyclage des déchets, est approprié pour le Green Round et en conséquence, peut être largement utilisé comme matériau auxiliaire pour l'emballage de produits exportés, pouvant être ainsi qualifiés de produits verts. Un objectif de l'invention est donc de fournir le matériau amortisseur et 1 5 isolant thermique constitué d'une matière cellulosique qui est obtenue par expansion d'une matière cellulosique à l'aide d'adhésifs et d'agents d'expansion, suivie d'un séchage. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé de fabrication du matériau amortisseur et isolant thermique constitué d'une matière cellulosique qui est obtenue par expansion de cellulose à l'aide d'adhésifs et d'agents d'expansion suivie d'un séchage. Les matières cellulosiques qui peuvent être utilisées dans l'invention comprennent des matières cellulosiques usuelles telles que de la pâte à papier, du papier de récupération, etc. En tant qu'adhésif utilisable selon l'invention, on peut mentionner l'amidon, la carboxyméthylcellulose sodique, I'éthylcellulose, la méthylcellulose, I'alginate de sodium, la caséine, la gélatine, le poly(alcool vinylique) (PVA), le poly(acétate de vinyle) (PVAc) et d'autres adhésifs hydrosolubles usuels, qui peuvent être utilisés seuls ou en mélange de plus de deux d'entre eux. Bien que la quantité d'adhésif utilisée varie en fonction du type de l'adhésif et de la force d'adhérence, on peut utiliser généralement une quantité comprise dans la gamme allant de 0,1 à 20 % en poids. Dans la présente invention, pour réaliser l'expansion, on utilise des agents d'expansion usuels. Comme agents d'expansion, on peut utiliser des agents d'expansionorganiques tels que l'azodicarbonamide (ADCA), l'azobisformamide (ABFA), I'azobisisobutyronitrile (AIBN), la N,N'-dinitrosopentaméthylène- tétramine (DPT), le p-toluènesulfonylhydrazide (TSH), le p,p'-oxybis- (benzènesulfonylhydrazide) (OBSH) et des agents d'expansion inorganiques tels que le carbonate d'ammonium, I'hydrogénocarbonate de sodium, seuls ou en mélange de plus de deux d'entre eux. La quantité d'agent d'expansion utilisée peut être de 0,5 à 20 % en poids par rapport au poids total. La pâte à papier peut être utilisée directement dans le procédé de fabrication. Le déchet de papier peut être utilisé après élimination des impuretés, raffinage et déshydratation. La teneur en humidité de la matière cellulosique après déshydratation est d'environ 30 %, et une telle matière cellulosique est utilisée à raison de 50-80 % en poids de la quantité totale. La quantité d'humidité dans le procédé de fabrication est de 10-30 % en poids. Les différentes étapes du procédé peuvent être décrites comme suit: 1. Etape de réduction en pâte à papier (dans le cas o l'on utilise du papier de récupération) Chaque type de papier de récupération est réduit en morceaux à l'aide d'eau afin de former une pâte à papier. Dans le cas o l'on utilise de la pâte à papier, celle-ci est utilisée directement et cette étape est omise. 2. Etape de tri (dans le cas o l'on utilise du papier de récupération) Chaque sorte d'impureté (matières plastiques telles que des substances vinyliques, impuretés à base de fer, de terre ou de sable) est éliminée sélectivement de la pâte produite dans la première étape. 3. Etape de définition La pâte obtenue dans la seconde étape est transformée en matériau fibroïde plus fin. En fonction du papier de récupération utilisé, cette étape peut être éventuellement omise. 4. Etape de déshydratation La pâte obtenue dans la seconde étape (cas o la troisième étape est omise), ou dans la troisième étape, est déshydratée jusqu'à une teneur en eau d'environ 10-30 % en poids, à l'aide d'un moyen de déshydratation usuel. 5. Etape de mélange La pâte obtenue dans la quatrième étape ou pâte pure est mélangée avec des adhésifs hydrosolubles et des agents gonflants, et de l'eau si nécessaire. 6. Etape de préchauffage Le mélange obtenu dans la cinquième étape est préchauffée à environ -90 C. Dans le cas o l'on utilise du carbonate d'ammonium en tant qu'agent 1 5 d'expansion, on chauffe celui-ci à une température peu élevée, alors que si l'on utilise un agent d'expansion ayant une température de décomposition élevée, on le chauffe à une température élevée. 7. Etape de moulage et seconde étape d'expansion Le mélange préchauffé obtenu dans la sixième étape est moulé et expansé par introduction dans un moule ayant la forme voulue, puis chauffage à environ 70-150 C. Dans le cas o l'on utilise du carbonate d'ammonium, qui présente une température de décomposition peu élevée, en tant qu'agent d'expansion,l'expansion peut être réalisée à basse température. 8. Etape de séchage 2 5 On obtient le produit expansé par séchage du matériau moulé et expansé obtenu dans la septième étape. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après. Exemple 1 On dispose 1 kg de papier de récupération dans 600 ml d'eau et on le soumet au raffinage. Après élimination de chaque type d'impureté, on déshydrate le papier de récupération raffiné jusqu'à obtention d'une teneur en eau d'environ 30 % en poids. On dissout environ 20 g de gélatine dans de l'eau à 60oC de façon à obtenir une concentration de 30 % en poids, et séparément, on dissout 2 g de carboxyméthylcellulose sodique (CMC sodique) dans de l'eau, de façon à obtenir une concentration de 3 % en poids. Après avoir mélangé la solution de gélatine avec la solution de CMC sodique, on y ajoute environ 10 g d'azobisisobutyronitrile (AIBN) en tant qu'agentd'elansion, et on mélange la solution obtenue avec le papier de récupération raffiné préparé ci-dessus et on chauffe le mélange total ainsi obtenu à environ 85 C. On verse le mélange chauffé dans un moule déterminé et ensuite, on le moule et l'expanse par chauffage à environ 120 C. Par séchage, on obtient un produit expansé à % en volume. Exemple 2 A 1 kg de pâte à papier on ajoute de l'eau, de façon à régler la teneur en eau à environ 25 %. Séparément, on dissout 30 g d'alginate de sodium dans de l'eau de façon à obtenir une concentration de 20 % en poids, et on mélange la solution formée avec la pâte à papier. On dissout 3 g de carbonate d'ammonium dans de l'eau froide de façon à obtenir une concentration de 10 % en poids et on mélange la solution formée avec le mélange contenant la pâte à papier. On chauffe le mélange à environ 40 C, on le verse dans un moule, on chauffe à environ 80 C et on effectue le moulage et l'expansion puis on sèche. On obtient un produit expansé à 200 % en volume. Exemple 3 On dispose 1 kg de papier de récupération dans 600 ml d'eau et on ie 3 0 soumet au raffinage, et on élimine chaque type d'impureté. On déshydrate le papier de récupération raffiné jusqu'à obtention d'une teneur en eau d'environ % en poids. Séparément, on introduit 30 g d'amidon dans 100 ml d'eau chaude et en faisant bouillir puis en refroidissant ce mélange, on obtient un apprêt à base d'amidon, puis on mélange l'apprêt à base d'amidon obtenu avec g d'azobisformamide (ABFA) en tant qu'agent d'expansion. On ajoute à ce mélange la pâte à papier. Après avoir chauffé le mélange à environ 90 C, on le verse dans un moule, on le moule et l'expanse par chauffage à environ 150 C. Par séchage, on obtient un produit expansé à environ 200 % en volume. Les autres agents dexpansion et adhésifs peuvent être également utilisés pour la fabrication de produits expansés à base de cellulose au moyen des procédés décrits dans les exemples 1 à 3. Un produit expansé dur peut être fabriqué en réduisant les quantités d'adhésif utilisées ou le degré d'expansion, tandis qu'un produit expansé mou peut être fabriqué en augmentant les quantités d'agent d'expansion utilisées ou en réduisant les quantités d'adhésif utilisées. Le matériau cellulosique expansé, fabriqué comme décrit ci-dessus, présente une bonne élasticité et une bonne caractéristique d'isolation thermique, et il est léger, de sorte qu'il peut être utilisé en tant que matériau amortisseur et matériau isolant thermique pour différents usages. Les produits expansés selon la présente invention sont constitués de matières cellulosiques qui ne sont pas nocives pour l'homme et qui sont biodégradables, et de même, les adhésifs utilisés ne sont pas nocifs pour le corps humain et les agents d'expansion utilisés sont transformés en gaz inoffensifs, de sorte qu'ils ne sont absolument pas nocifs pour le corps humain. REVENDICATIONS 1. Matériau amortisseur et isolant thermique, obtenu par raffinage et déshydratation d'une matière cellulosique, ajout à celle-ci d'adhésifs hydrosolubles usuels et d'agents d'expansion usuels, et expansion à l'état humide du mélange de façon à lui conférer la forme voulue et séchage de celui- ci. 2. Matériau amortisseur et isolant thermique selon la revendication 1, obtenu par raffinage et déshydratation d'une matière cellulosique, ajout à celle- ci d'adhésifs hydrosolubles usuels et d'agents d'expansion usuels, et expansion du mélange à un volume qui est de 20 à 500% de son volume initial et séchage de celui-ci. 3. Matériau amortisseur et isolant thermique selon la revendication 1 ou 2, obtenu par raffinage et déshydratation d'une matière cellulosique, ajout à celle-ci plus d'un type d'adhésif hydrosoluble choisi parmi l'amidon, la carboxyméthylcellulose sodique, l'éthylcellulose, la méthylcellusose, l'alginate de sodium, la caséine, la gélatine, le poly(alcool vinylique) (PVA), le poly(acétate de vinyle) (PVAc), et plus d'un type d'agent d'expansion choisi par l'azodicarbonamide (ADCA), l'azobisformamide (ABFA), l'azobisisobutyronitrile (AIBN), la N, N'-dinitrosopentaméthylènetétramine (DPT), le p-toluénesulfonylhydrazide (I'SH), le pp'- oxybis(benzènesulfonylhydrazide) (OBSH), le carbonate d'ammonium, l'hydrogénocarbonate de sodium et expansion à l'état humide du mélange de façon à lui conférer la forme voulue, puis séchage de celui-ci. 4. Procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et isolant thermique par raffinage et déshydratation d'une matière cellulosique, ajout à celle-ci d'adhésifs hydrosolubles usuels et d'agents d'expansion usuels, et expansion à l'état humide du mélange de façon à lui conférer la forme voulue, puis séchage de celui-ci. 5. Procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et isolant thermique selon la revendication 4, par raffinage et déshydratation d'une matière cellulosique, ajout à celle-ci d'adhésifs hydrosolubles usuels et d'agents d'expansion usuels et expansion du mélange à un volume qui est de 20 à 500% de son volume initial, et séchage de celui-ci. 6. Procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et isolant thermique selon la revendication 4 ou 5, par raffinage et déshydratation d'une matière cellulosique, ajout à celle-ci de plus d'un type d'adhésif hydrosoluble choisi parmi l'amidon, la carboxyméthylcellulose sodique, l'éthylcellulose, la méthylcellulose, l'alginate de sodium, la caséine, la gélatine, le poly(alcool vinylique) (PVA), le poly(acétate de vinyle) (PVAc), et plus d'un type d'agent d'expansion choisi par l'azodicarbonamide (ADCA), l'azobisformamide (ABFA), l'azobisisobutyronitrile (AIBN), la N,N'- dinitro- sopentaméthylènetétramine (DPI), le p-toluènesulfonylhydrazide (ISH), le p,p'-oxybis(bensèesulfonylhydrazide) (OBSH), le carbonate d'ammonium, l'hydrogénocarbonate de sodium, et expansion à l'état humique du mélange de façon à lui conférer la forme voulue, et séchage de celui-ci.