Brevet FR2764315A1 — publié le 19981211

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication amélioré d'un matériau amortisseur et calorifuge à base de substance cellulosique expansée. Pour l'emballage de marchandises, un matériau amortisseur est un matériau auxiliaire essentiel pour éviter d'endommager et de déformer les marchandises pendant leur transport et leur stockage. Un tel matériau amortisseur doit présenter de l'élasticité ou une capacité à absorber les chocs. Généralement, on utilise dans ce but des substances en matière plastique expansée. Par exemple, il peut s'agir de matières plastiques obtenues par expansion de matières plastiques ordinaires telles que du polyéthylène (PE), du polypropylène (PP), un copolymère éthylène/acide vinylacétique (EVA), du polystyrène (PS), de l'EVA dénaturé, du PVC souple, une résine phénoxy, une résine butadiène et des substances elles-mêmes élastiques telles que du caoutchouc naturel, du caoutchouc du système SBR, du caoutchouc thermoplastique du système styrène-butadiène, du caoutchouc butadiène (BR), du caoutchouc isoprène (IR), du caoutchouc du copolymère éthylène- propylène (EMP), du caoutchouc polychloroprène (CR), du caoutchouc butyle (IIR), du caoutchouc uréthanne, du caoutchouc silicone, du caoutchouc polysulfure, du caoutchouc acrylique, du caoutchouc styrène chlorosulfoné, du caoutchouc polyéthylène chloré, du caoutchouc épichlorhydrine, du caoutchouc oxyde de propylène, du caoutchouc éthylène/acétate de vinyle, du caoutchouc thermoplastique, ou leurs produits expansés. Parmi ces matériaux, le polyéthylène expansé et le polystyrène expansé sont largement utilisés en raison de leur faible coût. Bien que ces substances en matière plastique ou en caoutchouc présentent d'excellentes propriétés d'amortissement, elles provoquent une pollution de l'environnement car elles ne sont pas biodégradables et dégagent des gaz toxiques lors de leur combustion. Par conséquent, l'utilisation de matières plastiques expansées, de caoutchoucs naturels ou synthétiques est interdite dans les pays développés. De plus, dans un avenir proche, dans le cadre du "Green Round", leur utilisation deviendra interdite dans le monde entier. Par ailleurs, pour résoudre ces problèmes, on expanse directement des pâtes à papier ou des substances cellulosiques pour obtenir un matériau amortisseur. Cependant, l'utilisation de ces matériaux amortisseurs est limitée, car leur capacité à absorber les chocs est tellement faible que leur rôle d'amortisseur ne peut être rempli de manière satisfaisante. Les inventeurs de la présente demande ont longtemps étudié les matériaux amortisseurs et calorifuges et ils ont découvert que, si une substance cellulosique est expansée à l'état humide, avec des agents d'expansion et des adhésifs hydrosolubles usuels et qu'elle est séchée, la substance cellulosique expansée présente une augmentation de volume comprise entre 120 % et 500 % du volume initial et par conséquent, possède une capacité d'absorption des chocs remarquable, et est donc très utile en tant que matériau amortisseur. En outre, la substance cellulosique expansée présente également un grand nombre de pores internes formés lors de l'expansion, ce qui lui confère une très bonne propriété calorifuge. Une demande de brevet objet de cette invention a été déposée en Corée sous le n 94-4703. Par ailleurs, le matériau amortisseur et calorifuge préparé par le procédé décrit se dégrade naturellement de façon plus rapide qu'une substance cellulosique ordinaire, grâce au grand nombre de pores internes formés, et de ce fait, ne provoque aucun problème de pollution et permet d'éviter la pollution lors du recyclage des déchets. Par conséquent, un tel matériau amortisseur pourra être autorisé lors du "Green Round" en tant que "produit vert", et pourra donc être largement utilisé en tant que matériau auxiliaire pour l'emballage de marchandises. La demande de brevet coréen n 94-4703, mentionnée ci-dessus décrit un procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et calorifuge à base d'une substance cellulosique expansée dans lequel la substance cellulosique est expansée conjointement avec des agents adhésifs et des agents gonflants puis est séchée. Plus précisément, selon cette invention, des déchets de papier sont triturés dans l'eau et déshydratés jusqu'à obtention d'une teneur en eau d'environ 30 % en poids. Puis, des adhésifs dissous dans l'eau et des agents d'expansion sont mélangés aux déchets de papier triturés et l'ensemble du mélange est préchauffé à environ 85 C, puis injecté dans un moule chauffé à environ 270-300 C et l'on effectue l'expansion. Ensuite, le matériau expansé est séché dans un séchoir pour conduire au produit expansé. Toutefois, le produit expansé obtenu par le procédé décrit ci- dessus soulève quelques problèmes, notamment: 1. L'expansion peut être hétérogène car la chaleur n'est pas appliquée uniformément lorsque le prémix cellulosique préchauffé est injecté dans un moule et expansé. 2. La partie totalemement expansée du produit présente une propriété d'amortissement suffisante, mais l'autre partie, o la chaleur a été faiblement appliquée, présente une élasticité médiocre et par conséquent, un tel produit expansé de manière irrégulière n'est pas approprié pour son utilisation en tant que matériau amortisseur pour l'emballage de marchandises. 3. Un tel produit expansé de façon irrégulière peut se déformer au séchage et ne peut donc être utilisé comme matériau amortisseur. Afin de résoudre les problèmes ci-dessus, les présents inventeurs ont poursuivi leurs travaux et ont abouti à la présente invention. La présente invention a donc pour objet de fournir un procédé de fabrication amélioré d'un matériau amortisseur et calorifuge qui est obtenu par expansion d'une substance cellulosique. Plus particulièrement, l'invention a pour objet de fournir un excellent matériau amortisseur et calorifuge à base d'une substance cellulosique expansée, dont l'expansion est réalisée de manière homogène par chauffage homogène dans un four à micro-ondes et de ce fait, le matériau ne se déforme pas au séchage. La présente invention sera décrite ci-après en détail. Les matières premières des substances cellulosiques, utilisées selon l'invention, peuvent comprendre de la cellulose ordinaire, de la pate à papier ou des déchets de papier, et autres. Les adhésifs utilisés selon l'invention peuvent comprendre 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 d'autres adhésifs hydrosolubles classiques, qui peuvent être utilisés seuls ou en mélange. La proportion en adhésif utilisée dépend de la nature de l'adhésif et de sa force d'adhérence, mais généralement, celle-ci est comprise entre 0, 1 et 20 % en poids par rapport au poids total. Les agents d'expansion utilisés selon l'invention peuvent comprendre des agents d'expansion organiques tels que par exemple l'azodicarbonamide (ADCA), l'azobisformamide (ABFA), l'azobisiso- butyronitrile (AIBN), la N. N'-dinitrosopentaméthylènetétramine (DPT), le p-toluènesulfonylhydrazide (TSH), le p,p'-oxybis(benzène- sulfonylhydrazide) (OBSH); et des agents d'expansion inorganiques tels que par exemple le carbonate d'ammonium, l'hydrogénocarbonate de sodium, et ceux-ci peuvent être utilisés soit seul soit en mélange. La proportion en agent gonflant utilisée peut être de 0,5 à 20 % en poids par rapport au poids total. La substance cellulosique brute est triturée avec addition d'eau, puis est déshydratée jusqu'à une teneur en eau de 20-30 % en poids, de préférence d'environ 25 % en poids. Une telle substance cellulosique peut être utilisée, de préférence, en une proportion de 50-80 % en poids par rapport au poids total. Durant le procédé de fabrication, la teneur en eau du mélange total peut être de l'ordre de 10-30 % en poids, de préférence environ % en poids. Le moule constitue un des points les plus importants de la présente invention. Lorsque les micro-ondes traversent le moule, ce dernier doit être résistant, fortement perméable aux micro-ondes et doit se séparer facilement du produit expansé. Le polycarbonate est le matériau de moule préféré, car il est résistant aux micro-ondes et présente de bonnes propriétés de démoulage. De plus, afin d'améliorer encore ces propriétés de démoulage, il est possible d'appliquer un agent de démoulage, par exemple de type silicone, à la surface intérieure du moule et d'injecter ensuite le prémix. L'opération d'expansion est ensuite réalisée dans un four à micro- ondes. Afin d'éviter des fuites, le dispositif d'irradiation par micro- ondes peut être conçu de façon à ce que les micro-ondes soient émises dans un espace clos totalement hermétique, ou, selon une variante, le mélange devant être irradié par micro-ondes peut être introduit librement dans le four ou retiré de celui-ci au moyen d'une bande transporteuse, le four comportant une ouverture d'entrée et de sortie. Par conséquent, on peut être assuré que le mélange cellulosique est expansé de manière homogène par les micro-ondes. Ensuite, le produit expansé est séché à l'aide d'une Varistance C.T.P. (Coefficient de Température Positif) dans un lieu de stockage o l'on peut maintenir une température intérieure régulière plutôt que d'utiliser des méthodes de chauffage classiques. Le séchage est réalisé de préférence à une température de 50 à 100 OC. Les produits finis peuvent être stockés sans être déformés. Le procédé selon la présente invention sera décrit en détail comme suit. 1. Réduction en pâte Une pâte à papier usuelle utilisée dans la fabrication du papier peut être utilisée telle quelle, sans aucun traitement, ou des produits papetiers contenant une substance cellulosique tels que des journaux, des magazines, des déchets de papier et autres, peuvent être mélangés et réduits en pâte. Dans cette étape, on n'ajoute pas de réactif chimique. 2. Déshydratation Les déchets de papier obtenus par la réduction en pâte sont déshydratés de manière à ajuster la teneur en eau à environ 25 % en poids, à l'aide d'un dispositif de déshydratation par centrifugation. 3. Mélange Le produit brut obtenu par déshydratation est mélangé avec des adhésifs et des agents d'expansion choisis parmi les adhésifs et agents d'expansion mentionnés ci-dessus. L'addition des adhésifs permet de ponter la substance cellulosique et l'addition des agents d'expansion permet de former un grand nombre de pores à l'intérieur de la substance cellulosique, de façon à conférer au produit d'excellentes propriétés d'amortissement et de calorifugeage. 4. Préchauffage Le mélange obtenu ci-dessus est préchauffé et ce préchauffage peut produire des améliorations concernant le démoulage, l'expansion et le séchage du produit. Le dispositif de préchauffage comprend des conduits à l'intérieur d'un réservoir d'huile et le matériau brut mélangé traverse ces conduits. Le préchauffage est réalisé de préférence à une température de 50-100 C. 5. Injection L'injection permet d'alimenter le matériau brut préchauffé dans un moule, celui-ci étant injecté dans le moule au moyen d'un système de dosage prédéterminé, tenant compte du type du matériau brut et du produit. Le moule peut être de préférence en polycarbonate, comme mentionné ci-dessus. De plus, afin d'améliorer le démoulage, on peut appliquer un agent de démoulage du type silicone à la surface intérieure du moule. 6. Irradiation par micro-ondes Afin d'éviter une fuite de micro-ondes, on peut effectuer l'irradiation à l'intérieur d'un espace clos totalement hermétique ou, selon une variante, on peut prévoir un four à micro-ondes comportant une entrée et une sortie, dans lequel circule une bande transporteuse. 7. Séchage Plutôt que d'utiliser des méthodes de chauffage classiques, il est souhaitable d'utiliser une varistance C.T.P. (Coefficient de Température Positif) dans un lieu de stockage o l'on peut maintenir une température de séchage régulière, cette température étant de préférence comprise dans la gamme de 50 à 100 C. 8. Stockage Les produits finis doivent être stockés de manière à ne pas se déformer. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après. Exemple 1 1 kg de déchets de papier sont placés dans 600 ml d'eau et on les triture. Les déchets de papier triturés sont ensuite déshydratés jusqu'à une teneur en eau d'environ 25 % en poids. On dissout 20 g de gélatine dans de l'eau à 60 C jusqu'à une concentration de 30 % en poids, et d'autre part, 20 g de carboxyméthylcellulose sodique (CMC sodique) dans de l'eau jusqu'à une concentration de 30 % en poids. Au mélange de la solution de gélatine et de la solution de CMC sodique, on ajoute 100 g d'azobisisobutyronitrile (AIBN) en tant qu'agent d'expansion, et ensuite, on y introduit les déchets de papier réduits en pâte et on préchauffe ce mélange à environ 95 C. On injecte le mélange préchauffé dans un moule en polycarbonate ayant une forme quelconque appropriée. On place le moule rempli du prémix dans un four à micro-ondes et on le soumet à une irradiation pour produire une expansion homogène. On enlève le moule du four et on le sèche à l'aide d'une varistance C.T.P. à une température de 70+5 C pour obtenir le produit expansé. Exemple 2 On injecte le prémix préchauffé, préparé selon le mode opératoire décrit à l'exemple 1, dans un moule en polycarbonate revêtu d'un agent de démoulage du type silicone. Le moule est placé sur une bande transporteuse et introduit dans un four à micro-ondes dont l'entrée et la sortie sont ouvertes et le prémix est soumis à une irradiation de façon à subir une expansion homogène. Ensuite, le produit expansé est obtenu par séchage selon le mode opératoire décrit à l'exemple 1. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et calorifuge à base d'une substance cellulosique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: à triturer la substance cellulosique ou des déchets de papier, à déshydrater jusqu'à une teneur en poids d'eau d'environ 25 %, à mélanger la pâte obtenue avec au moins un adhésif et au moins un agent d'expansion, à préchauffer le prémix obtenu à une température de 50-100 C, à injecter le mélange préchauffé dans un moule, à le traiter par irradiation avec des micro-ondes pour l'expanser de manière homogène, et à sécher le produit expansé par une varistance C.T.P. (Coefficient de Température Positif) à une température de 50 à C. 2. Procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et calorifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est en polycarbonate, l'adhésif est choisi parmi l'amidon, la carboxyméthylcellulose sodique, l'éthylcellulose, la méthylcellulose, l'alginate de sodium, la caséine, la gélatine, le poly(alcool vinylique), le poly(acétate de vinyle) et leurs mélanges, et l'agent d'expansion est choisi parmi l'azodicarbonamide (ADCA), l'azobisformamide (ABFA), l'azobisisobutyronitrile (AIBN), la N. N'-dinitrosopentaméthylène- tétramine (N,N'-DPT), le p-toluènesulfonylhydrazide (p-TSH), le p,p'- oxybis(benzènesulfonylhydrazide) (OBSH), le carbonate d'ammonium, l'hydrogénocarbonate de sodium et leurs mélanges. 3. Procédé de fabrication d'un matériau amortisseur et calorifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moule est en polycarbonate et sa surface intérieure est revêtue d'un agent de démoulage du type silicone. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la proportion o10 en adhésif est comprise entre 0, 1 et 20 % en poids par rapport au poids total. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la proportion en agent d'expansion est comprise entre 0,5 et 20 % en poids par rapport au poids total.