Brevet FR2982269A1 — publié le 20130510

MONTURE DE LUNETTES RECYCLABLE FABRIQUEE A PARTIR DE RESSOURCES RENOUVELABLES La présente invention se rapporte à des montures de lunettes recyclables obtenues à partir de matières premières renouvelables. L'invention vise également le procédé de fabrication de ces montures de lunettes. Le nombre de paires de lunettes fabriquées et vendues dans le monde croit chaque année. Or, en général, les montures de lunettes sont fabriquées à partir de matériaux non renouvelables non recyclables, notamment des métaux ou de l'acétate de cellulose, et leur fabrication nécessite la mise en oeuvre de procédés coûteux en énergie. En regard de cette problématique importante, quelques produits ont récemment été proposés pour tenter de limiter l'impact environnemental de la fabrication des montures de lunettes. On connaît notamment des montures de lunettes à base de Rilsan®. Toutefois ces produits ne sont pas entièrement recyclables car ils contiennent d'autres matières non renouvelables, non recyclables. Il existe également des montures de lunettes entièrement biodégradables, à base d'acide polylactique obtenu à partir de mes. Toutefois, ces montures ne sont destinées qu'aux lunettes solaires et sont très limitées en terme de couleur. Plus récemment des essais ont été menés sur la fabrication de lunettes à partir de cheveux ou encore de bambou mais les produits obtenus ne sont pas satisfaisants. Ils sont difficiles à ajuster et très limités en teintes. C'est pourquoi l'objectif de l'invention est de pallier les inconvénients des produits de l'art antérieur en proposant une monture de lunettes simple de fabrication, économique, recyclable, fabriquée entièrement à partir de matières premières renouvelables et qui peut être colorée sans restriction de teintes. A cet effet l'invention vise une monture de lunettes constituée de polyamide 11 chargé en farine végétale. Le matériau constituant la monture de lunettes peut également éventuellement contenir une matière première naturelle d'origine minérale. L'invention vise aussi un procédé de fabrication d'une telle monture de lunettes 10 comprenant les étapes suivantes : - obtention de granulés ou de poudre par extrusion, compression ou boudinage à partir de polyamide 11, de farine végétale et éventuellement d'une matière première minérale, - injection de la matière obtenue dans au moins un moule. 15 Avantageusement, la monture de lunettes selon l'invention est fabriquée avec un nombre très réduit de composants, tous d'origine naturelle et facilement recyclables. En outre la fabrication avec les biomasses renouvelables sélectionnées, nécessite moins d'énergie que les procédés mis en oeuvre avec les matières premières de l'art antérieur. 20 De plus, les montures selon l'invention peuvent être colorées avec une palette de couleur extrêmement large, en particulier grâce à la présence de la charge de farine végétale. D'autres caractéristiques ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre, en regard d'exemples illustratifs non limitatifs. 25 L'invention vise donc une monture de lunettes fabriquée en un matériau recyclable constitué de polyamide 11 chargé en farine végétale, et éventuellement d'une matière première minérale. Par farine végétale au sens de l'invention, on entend une matière d'origine végétale sous forme de particules issues d'une étape de broyage/déchiquetage ayant des dimensions entre 0,11.im et 1cm. La farine végétale peut être choisie parmi - les farines céréalières amylacées, telles que les farines de blé, mes ou seigle, - les farines de protéines, telles que les farines de féverole, lupin, colza, tournesol, soja ou caséine, et - les farines lignocellulosiques, telles que des fibres du bois, chanvre ou lin. Préférentiellement, il s'agit d'une farine de bois, par exemple d'épicéa. La farine végétale présente une granulométrie comprise entre 5 et 1500 lm, en particulier entre 10 et 1100 lm. La farine végétale, avant extrusion et mélange avec le polymère, peut être colorée pour donner une couleur à la monture de lunettes. Ces colorants utilisés 15 sont très préférentiellement des colorants naturels ne présentant pas de risque d'allergie. Par matière première minérale ou matière première naturelle d'origine minérale au sens de l'invention, on entend tout minéral, espèce minérale ou produit d'origine naturelle contenant au moins un minéral. Préférentiellement, il s'agit de 20 talc. Selon un mode de réalisation préféré, la monture selon l'invention est constituée en un matériau comprenant exclusivement du polyamide 11, une farine végétale et éventuellement une matière première minérale. Encore plus préférentiellement, la monture de lunettes selon l'invention est constituée : 25 - entre 60 et 95% de polyamide 11, - entre 5 et 40% de farine végétale, - entre 0 et 30% d'une matière première d'origine minérale, les pourcentages étant donnés en poids total de matière sèche de la composition. Avantageusement, le carbone présent constituant la monture de lunettes est entièrement d'origine végétale. Selon un mode de réalisation particulièrement adaptée, la monture de lunettes est fabriquée à partir d'une poudre ou de granulés constitués de polyamide 11 5 chargé en farine végétale et éventuellement d'une matière première minérale. Ces granulés ont préférentiellement une taille comprise entre 1mm et 50mm. Selon un mode de réalisation spécifique, la monture de lunettes selon l'invention ne comprend aucune matière métallique, aucune visserie et est constituée de deux parties assemblées au niveau de la zone du nez par encliquetage. 10 La monture selon l'invention peut être fabriquée selon un procédé comprenant les étapes suivantes : - obtention de granulés ou de poudre par extrusion, compression ou boudinage, à partir de polyamide 11, de farine végétale et éventuellement d'une matière première minérale, 15 - injection de la matière obtenue dans au moins un moule. Préférentiellement, le procédé selon l'invention comprend une étape préalable à l'obtention des granulés ou de la poudre, de séchage de la farine végétale de façon à obtenir un taux d'humidité inférieur à 2% massique. Cette étape de séchage peut être effectuée en étuve ou en sécheur à 30-100°C 20 pendant quelques minutes à quelques heures. Par ailleurs, la farine végétale séchée peut être colorée avant l'étape d'obtention des granulés ou de la poudre. La coloration peut être effectuée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - mélange de la farine végétale séchée avec un colorant, un fixateur, du 25 NaCI et de l'eau déminéralisée, - agitation pendant 1 à 3 heures, - filtration et lavage(s), et - séchage entre 80 et 120°C pendant 8 à 15 heures. L'étape de granulation du procédé selon l'invention est préférentiellement réalisée à l'aide d'une extrudeuse bivis corotative. Les vis ont préférentiellement un diamètre compris entre 10 et 150mm. De façon préférée l'extrusion se fait en 5 étapes : - introduction dans l'extrudeuse des différents éléments dans les proportions prévues, - fonte, malaxage, dégazage, mélangeage et mise sous pression de la matière dans les parties successives de l'extrudeuse, - sortie d'un jonc à travers une filière circulaire de 3mm de diamètre, - refroidissement du jonc dans un bas d'eau froide puis séchage, - découpe sous forme de granulés réguliers de taille comprise entre 1 et 50mm. Les granulés obtenus sont ensuite séchés à l'étuve à 45°C pendant 10 à 15 heures pour éliminer l'eau résiduelle présente. Les montures de lunettes sont ensuite obtenues par injection des granulés ou de la poudre dans au moins un moule, préférentiellement deux moules : - un moule pour la face et un moule pour les branches, ou - un moule pour la partie gauche de la monture (approximativement jusqu'au nez) et un moule pour la partie droite. L'invention est à présent illustrée par des exemples non limitatifs de montures de lunettes selon l'invention et de résultats de tests réalisés avec ces montures. Pour tous les exemples, le procédé de fabrication est décrit en suivant. La farine de bois est séchée puis éventuellement colorée. La coloration est réalisée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - dans un réacteur en verre de 5L sont mélangés 300g de farine de bois, 200g de NaCI, 20g de fixateur, 16mL de colorant (bleu ou rouge) et 3200 mL d'eau déminéralisée. - agitation pendant 1 à 3 heures, filtration et lavages à l'eau déminéralisée, séchage à environ 100°C pendant 8 à 12 heures. Une fois la farine de bois séchée et éventuellement colorée, elle est extrudée avec le PA11 et éventuellement le talc. Exemple 1 Le mélange effectué dans l'extrudeuse est : 80% de PA11 BMNO TLb (Arkema), 20% de farine de bois HW630PU (Rettenmaier - cellulose brute, granulométrie 20 à 40m) préalablement séchée en étuve (90°C, 72h). Exemple 2 Le mélange effectué dans l'extrudeuse est : 70% de PA11 BMNO TLb (Arkema), 20% de talc AHRT (OMYA, granulométrie 1-10pm), 10% de farine de bois Lignocel 9 (Rettenmaier - conifère, granulométrie 800 à 1100pm) préalablement séchée en étuve (90°C, 72h) et tamisée avec des tamis de 500 à 800m. Exemple 3 Le mélange effectué dans l'extrudeuse est : 90% de PA11 Clear Rnew G830 (Arkema), 10% de farine de bois Lignocel 9 (Rettenmaier - conifère, granulométrie 800 à 1100pm) préalablement séchée en étuve (90°C, 72h) et tamisée avec des tamis de 500 à 800m. Exemple 4 Le mélange effectué dans l'extrudeuse est : - 70% de PA11 BMNO TLb (Arkema), - 20% de talc AHRT (OMYA, granulométrie 1-10pm), 10% de farine de bois Lignocel 9 (Rettenmaier - conifère, granulométrie 800 à 1100pm) préalablement séchée en étuve (90°C, 72h) et tamisée avec un tamis de 1000m. Exemple 5 Le mélange effectué dans l'extrudeuse est : 70% de PA11 BMNO TLb (Arkema), 20% de talc AHRT (OMYA, granulométrie 1-10pm), 10% de farine d'épicéa (HPPS - granulométrie 200 à 530pm) préalablement séchée en étuve (90°C, 72h) et colorée en bleu. Exemple 6 Le mélange effectué dans l'extrudeuse est : 70% de PA11 BMNO TLb (Arkema), 20% de talc AHRT (OMYA, granulométrie 1-10pm), 10% de farine de bois Lignocel 9 (Rettenmaier - conifère, granulométrie 800 à 1100pm) préalablement séchée en étuve (90°C, 72h) et tamisée avec des tamis de 500 à 800pm, colorée en rouge. La granulation est effectuée dans une extrudeuse bi-vis corotative Clextral BC21. L'extrusion est réalisée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : introduction des différents éléments dans les proportions prévues grâce à un doseur pondéral et un doseur volumétrique, fonte, malaxage, dégazage, mélangeage et mise sous pression de la matière dans les parties successives de l'extrudeuse, sortie d'un jonc à travers une filiaire circulaire de 3mm de diamètre, refroidissement du jonc à dans un bac d'eau froide de trois mètres de long puis « séchage » par de l'air froid pulsé, découpe sous forme de granulés réguliers par un système avec couteau tournant. Les granulés obtenus par extrusion sont mis à sécher en turbétuve à 45°C pendant 12 heures afin d'éliminer l'eau résiduelle présente. On fabrique ensuite les montures de lunettes par injection des granulés dans 2 moules, puis assemblage des pièces obtenues. Le principe de l'injection consiste à chauffer la matière à une température comprise entre 165 et 225°C dans un fourreau pour l'amener à l'état fondu et à l'injecter sous pression dans un moule par l'intermédiaire d'un piston. La matière est solidifiée et en partie refroidie dans le moule avant d'être éjectée. Par ailleurs, les caractérisations en traction des produits nécessitent une étape préalable d'injection afin de former des éprouvettes de caractérisation. Les éprouvettes injectées correspondent au type 1 de la norme 1503167. Les mélanges suivants ont été effectués au moment de l'injection Produit A Le produit A est fabriqué par injection du mélange de 10% de matière de 15 l'exemple 1 + 90% de PA11 BMNO TLb, soit en pourcentage massique : - 98% de PA11 BMNO TLb, - 2% de farine de bois HW630PU. Produit B Le produit B est fabriqué par injection de la matière de l'exemple 1, soit en 20 pourcentage massique : - 98% de PA11 BMNO TLb, - 2% de farine de bois HW630PU. Produit C Le produit C est fabriqué par injection du mélange de 20% de matière de 25 l'exemple 4 + 80% de PA11 BMNO TLb, soit en pourcentage massique : - 94% de PA11 BMNO TLb, - 4% de talc AHRT, - 2% de farine de bois Lignocel 9. Produit D Le produit b est fabriqué par injection du mélange de 20% de matière de l'exemple 5 + 80% de PA11 BMNO TLI), soit en pourcentage massique : - 94% de PA11 BMNO TLI), - 4% de talc AHRT, - 2% de farine d'épicéa bleu. Produit E Le produit E est fabriqué par injection du mélange de 20% de matière de l'exemple 6 + 80% de PA11 BMNO TLI), soit en pourcentage massique : - 94% de PA11 BMNO TLI), - 4% de talc AHRT, - 2% de farine de bois Lignocel 9 rouge. Les matières premières préparées ont été caractérisées en terme de propriétés en traction, de température de déformation sous charge, de fluidité à chaud et de densité. De même, les montures de lunettes obtenues ont subies des essais de caractérisations selon la norme 15012870 en terme de stabilité dimensionnel à température élevée, de déformation du pont, de résistance à la transpiration, de résistance aux rayonnements optiques et de résistance à l'inflammabilité. Les différentes caractérisations sont réalisées selon des protocoles décrits ci- après. Test en traction Les caractéristiques en traction sont déterminées selon les recommandations décrites dans la norme internationale ISO/R 527 (détermination des caractéristiques en traction). Ces essais sont réalisés dans des conditions de température, d'humidité et de vitesse de séparation des mâchoires bien définies. L'essai de traction consiste à imposer un allongement à une éprouvette de section initiale So et de longueur utile Lo. L'éprouvette est encastrée à ses deux extrémités dans des mors. L'une de ces mâchoires, mobile, est reliée à un système d'entraînement à vitesse de déplacement linéaire. La mesure des efforts se fait à l'aide d'un capteur de force électronique (10 kN). Les renseignements relevés à partir de ces essais sont au nombre de quatre : - la contrainte de traction maximale (MPa), - l'allongement à la contrainte maximale (en %), - la contrainte (en MPa) et l'allongement à la rupture (en %), - le module de Young en traction (en MPa). Comme spécifié par la norme, les essais sont réalisés sur cinq éprouvettes de 10 chaque lot de matière et les résultats présentés sont la moyenne de ces cinq déterminations. La vitesse de déplacement est fixée à 5 mm/min et le module de traction est calculé entre 10 et 50% de la valeur de la contrainte maximale. Température de déformation sous charge (HDT) La température de déformation sous charge (ou I-11)T) est la température à 15 laquelle une éprouvette de dimension 120*10*4 mm3 présente une certaine flèche sous l'action d'une charge engendrant une contrainte de 1.8 MPa et d'une élévation de température de 120°C/heure. Cette température est mesurée selon la norme I50 75 dans les conditions A. Indice de fluidité à chaud (MFR) 20 La norme I50 1133 prescrit une méthode de détermination de l'indice de fluidité à chaud (ou MFR) des thermoplastiques dans des conditions de température et de pression définies. Cet essai permet de déterminer le grade du polymère testé et nous informe sur l'aptitude du polymère à s'écouler à travers une filière pour une température donnée (ce qui est un paramètre important pour l'injection). 25 L'appareil utilisé est un plastomètre d'extrusion de marque ZWICK relié à une balance de précision et piloté par un logiciel spécifique pouvant déterminer le MFR exprimé en g/10 minutes. Lors d'un essai, le mélange, chauffé dans le cylindre vertical, est extrudé à travers la filière au moyen d'une charge fixée sur un piston. Cinq extrudas sont coupé à des intervalles de temps réguliers, récupérés puis pesés. Les paramètres à fixer sont donc la température du cylindre, le poids de la charge et le temps entre deux coupes. Taux d'humidité résiduelle (THR) Le taux d'humidité résiduelle d'une matière est obtenu par mesure de la perte en masse d'un échantillon placé à 130°C pendant un certain temps (jusqu'à obtention d'une masse constante). Cette valeur donne une indication sur la teneur en eau du matériau. Densité (d) La densité est obtenue par méthode picnomètre selon la norme 150 1183. Stabilité dimensionnelle à température élevée Lorsque la monture équipée des verres d'essai est soumise à la température de 55°C pendant 15 minutes, la distance qui sépare les spatules des branches ne doit pas se modifier de plus de + 6 mm ou - 12 mm. bans le cas des petites montures dont la spatule de la branche se trouve à moins de 100 mm du plan arrière de la face, ces tolérances sont réduites à + 5 mm ou - 10 mm. Stabilité mécanique - Déformation du pont Lorsque la monture équipée des verres d'essai est placée dans un appareil de déformation et qu'un poids de 5N est appliqué, elle ne doit pas a) se casser ou se fissurer en un quelconque endroit ; b) présenter de déformation permanente, par rapport à sa configuration d'origine, qui soit supérieure à 2 % de la distance c entre les centres des verres « emboîtés » de la monture. Résistance à la transpiration Lorsque la monture est plongée dans une sueur artificielle pendant 24h à 55°C, il ne doit y avoir : a) ni formation de taches, ni altération des couleurs (sauf perte de brillance en surface) en aucun point de la monture, à l'exception des charnières et des vis après une durée d'essai de 8 h ; b) ni corrosion, ni dégradation de la surface, ni décollement d'une des couches de revêtement sur les parties susceptibles d'entrer en contact prolongé avec la peau durant le port ; c'est-à-dire les faces intérieures des branches, les parties intérieure et inférieure du cercle et la partie intérieure du pont, au terme d'une durée totale de l'essai de 24 h. Résistance aux rayonnements optiques Lorsque la monture est placée dans un appareil de rayonnement au xénon pendant 25h, il ne doit y avoir a) aucune altération des couleurs supérieure au niveau 3 de l'échelle des gris donnée dans 1150 105- B02, ou b) aucune perte d'éclat sur les surfaces brillantes, par comparaison avec un échantillon non soumis à l'essai. Résistance à l'inflammabilité Lorsque la monture est soumise à un contact avec une baguette préalablement chauffée à 650°C, il ne doit pas y avoir poursuite de la combustion après le retrait de la baguette. Les résultats obtenus sont présentés dans les tableaux suivants : Tableau 1 : Produit MFR HDT Densité Cmax Module Young g/10min °C g/cm3 MPa MPa 220°C/10kg A 154 40 1,03 nd nd B 153 41 1,09 nd nd C 166 41 1,06 42 1650 D 165 41 1,07 41 1700 E 243 41 1,05 39 1700 Tableau 2 : Produit Stabilité Déformation Résistance à Résistance Résistance à dimensionnelle du pont la aux l'inflammabilité à température transpiration rayonnements élevée optiques A validée validée validée validée validée B validée validée validée validée validée C validée validée validée validée validée D validée validée validée validée validée E validée validée validée validée validée Les résultats obtenus montrent que les produits selon l'invention présentent des caractéristiques leur permettant une utilisation comme montures de lunettes à la 5 fois pour des lunettes de vue ou des lunettes solaires. REVENDICATIONS1. Monture de lunettes recyclable caractérisée en ce qu'elle est constituée de polyamide 11 chargé en farine végétale. 2. Monture de lunettes selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée à partir de granulés ou de poudre de polyamide 11 chargé en farine 5 végétale. 3. Monture de lunettes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en qu'elle contient également une matière première naturelle d'origine minérale. 4. Monture de lunettes selon la revendication 3, caractérisée en ce que la matière première d'origine minérale est du talc. 10 5. Monture de lunettes selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce qu'elle est constituée - entre 60 et 95% de polyamide 11, - entre 5 et 40% de farine végétale, - entre 0 et 30% de matière première d'origine minérale. 15 6. Monture de lunette selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce que la farine végétale est une farine de bois. 7. Monture de lunettes selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce que la farine végétale à une granulométrie comprise entre 5 et 1500m. 20 8. Monture de lunettes selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les granulés ont une taille comprise entre 1 et 50mm. 9. Monture de lunettes selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce que la farine végétale est colorée. 10. Monture de lunettes selon l'une des précédentes revendications, 25 caractérisée en ce qu'elle ne comprend aucune matière métallique et en ce qu'elleest constituée de deux parties assemblées au niveau de la zone du nez par encliquetage. 11. Procédé de fabrication d'une monture de lunettes selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - obtention de granulés ou de poudre par extrusion, compression ou boudinage à partir de polyamide 11, de farine végétale et éventuellement d'une matière première minérale, - injection de la matière obtenue dans au moins un moule. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable à l'extrusion de préparation de la farine végétale par séchage de façon à obtenir un taux d'humidité inférieur à 2% massique. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'étape de granulation est réalisée par extrusion à l'aide d'une extrudeuse bivis corotative. 14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la farine végétale est colorée avant extrusion.