Brevet FR3057555A1 — publié le 20180420

UTILISATION D'UN NON TISSE A BASE DE FIBRES D'ACIDE POLYLACTIQUE COMME FILTRE DE DOSETTE DANS UNE MACHINE A PERCOLATION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des textiles non-tissés, notamment des non-tissés destinés à l'industrie alimentaire. L'invention concerne plus particulièrement le domaine des capsules de boissons chaudes telles que par exemple thé ou café utilisées dans les machines à percolation. On trouve plus spécifiquement ces machines sur le marché américain (drip coffee). Dans la suite de la description, l'invention sera plus particulièrement décrite en relation avec ce domaine bien qu'elle trouve d'autres applications notamment dans les domaines du cacao et des infusions. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Les dosettes de boissons chaudes disponibles sur le marché américain doivent contenir environ au moins 12g de poudre .-. Le temps de percolation assuré par les machines est de 30 à 60 secondes pour un volume d'eau d'environ 12 à 30 cl. A la connaissance du demandeur, la majorité des dosettes pour cette application se présente sous la forme d'un récipient en matière plastique, en particulier en PET, recouvert d'un opercule combinant en général matière plastique et papier. Ce type de dosette donne entièrement satisfaction si ce n'est qu'il pose des problèmes évidents d'environnement. Or, dans le domaine alimentaire, les matériaux utilisés sont régulièrement soumis à des contraintes de plus en plus strictes en termes de respect de l'environnement. Ainsi, les produits actuellement développés n'ont plus pour seul objectif de satisfaire les goûts des consommateurs. Ils doivent également remplir des exigences relatives au respect de l'environnement. Or, il est très difficile de recycler ces capsules dans l'espoir de les réutiliser ultérieurement. Il existe donc un besoin de mettre au point des capsules qui soient entièrement compostables 35 tout en présentant une contenance compatible avec le marché des boissons chaudes obtenu par percolation notamment. 3057555 2 Les industriels se sont donc tournés vers des matériaux considérés comme étant plus acceptables d'un point de vue environnemental, et plus particulièrement des matériaux qui contribuent au caractère biodégradable et/ou compostable du produit fini. 5 Le matériau ayant fait l'objet de travaux pertinents et prometteurs est l'acide polylactique qui est un polyester aliphatique thermoplastique. Toutefois, l'utilisation de l'acide polylactique est compliquée en raison de ses propriétés limitées en termes d'allongement à la rupture. En effet, il est nécessaire, pour pouvoir recevoir 10 une quantité relativement importante de poudre (environ 12g) de former un véritable récipient présentant donc une certaine profondeur entre 2 et 5 cm. Le problème que se propose donc de résoudre l'invention est celui de mettre au point un support formable à base de fibres de PLA qui soit compatible avec une utilisation comme 15 filtre dans une dosette obtenu par percolation. Dans la suite de la description, le terme « formable » définit la capacité de mise en forme du non tissé en trois dimensions. 20 Le Demandeur a constaté que la mise en oeuvre d'un procédé de cardage / nappage / aiguilletage permettait d'obtenir un non tissé dont la capacité de formage (élongation) est compatible avec une utilisation comme filtre de dosette dans une machine à percolation. En outre, ce procédé permet de conférer au non tissé des capacités de formage non seulement à chaud mais également à froid. Cela signifie que la fabrication de la capsule en tant que telle 25 ne nécessite pas de chauffer, dans le cas d'un formage par emboutissage, lepoinçon, ce qui permet un gain d'énergie non négligeable. EXPOSE DE L'INVENTION 30 La présente invention concerne l'utilisation, après formage, d'un non tissé à base de fibres d'acide polylactique susceptible d'être obtenu par un procédé de cardage / nappage / aiguilletage comme filtre de dosette dans une machine à percolation. Ce non-tissé peut être mis en forme par formage à température ambiante ou thermoformage pour obtenir des capsules d'une profondeur suffisante sans rupture des fibres. Le terme « formage » définit l'opération de mise en forme du non tissé en trois dimensions. Il peut s'agir d'une opération de moulage ou d'emboutissage notamment. 3057555 3 La structure finale permet en outre de retenir la poudre dans la dosette lors de la percolation mais à une porosité suffisante pour assurer le passage de la boisson chaude à travers le filtre. 5 Dans un mode de réalisation préféré, le non tissé de l'invention contient, en tant que fibres, au moins 50% en poids de fibres de PLA, de préférence au moins 70%, avantageusement au moins 80% en poids. Dans un mode de réalisation avantageux, le non tissé de l'invention est exclusivement constitué de fibres, avantageusement de fibres de PLA 10 Lorsque le non tissé de l'invention ne contient pas, en tant que fibres, exclusivement des fibres de PLA, le complément à 100% en poids de fibre est choisi dans le groupe comprenant lespolymères à base de cellulose régénérée ou non, à base d'amidon, à base de protéïnes, polysaccharides, polyhydroxyalcanoates, certains polyesteramides, certains PVA, certains 15 polyesters aliphatiques (PBS, PBSA, PCL, PGA) et certains copolyesters aromatiques (PBAT)... Le complément de fibres doit être de nature à ne pas compromettre le caractère compostable/biodegradable du non tissé final. De plus, ces fibres doivent présenter une géométrie régulière (longueur et diamètre fixe) de manière à former un non-tissé formable. 20 Le non-tissé selon l'invention est avantageusement compostable et/ou biodégradable. En d'autres termes, il se dégrade au cours du temps, éventuellement grâce à l'action de microorganismes et ce, en présence ou non d'oxygène. Le non-tissé de l'invention répond ainsi aux normes ASTMD6400 et EN13432. 25 En pratique, les fibres de PLA sont des fibres bicomposants ou mono composant, avantageusement des fibres mono composant. De manière générale, le non-tissé peut être avantageusement composé, avantageusement à 100%, de fibres de PLA présentant une masse linéique comprise entre 1 et 10 dtex, 30 avantageusement comprise entre 1.5 et 7 dtex. Selon une autre caractéristique, les fibres de PLA ont une longueur comprise entre 30 et 80 mm, avantageusement comprise entre 35 et 70 mm. 35 En outre, le non-tissé de l'invention peut avantageusement présenter un grammage compris entre 100 et 180 g/m2, avantageusement compris entre 120 et 150 g/m2 et/ou une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm, avantageusement entre 3 et 4 mm. 3057555 4 En pratique, le non tissé contient au moins 5 plis, avantageusement 5 plis. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un non-tissé destiné à être utilisé comme filtre de dosette dans une machine à percolation. Ce procédé comprend les 5 étapes suivantes : a) on prépare des fibres d'acide polylactique, b) on fabrique un non-tissé par technique de cardage / nappage / aiguilletage, c) on calandre éventuellement le non-tissé ainsi obtenu, d) on soumet le non tissé obtenu éventuellement calandré à une étape de formage. 10 Pour permettre de lier les fibres de PLA entre elles, le procédé est conduit sur une ligne de production moyennant les paramètres suivants pris seuls ou en combinaison : - le nombre d'aiguilles au mètre linéaire sur la plaque supérieure :2000-5000 aiguilles /m, 15 - le nombre d'aiguilles au mètre linéaire sur la plaque inférieure: 5000-8000 aiguilles /m - La profondeur de pénétration des aiguilles est comprise entre 5 et 12 mm, - Le diamètre des aiguilles est comprise entre 25 et 40 gauges, - Le nombre de coups est compris entre 50 et 110 coups/cm2, avantageusement entre 60 et 80. 20 Dans un mode de réalisation avantageux, on calandre le non tissé obtenu de manière à obtenir un produit d'aspect plus lisse et doux. Selon l'invention, le non-tissé selon l'invention est formé de manière à subir une déformation 25 avantageusement comprise entre 2 et 5 centimètres, plus avantageusement entre 3 et 4 centimètres. Toute technique de déformation peut être envisagée telle que notamment emboutissage, moulage. Ainsi, la présente invention concerne également une capsule de boisson chaude café et/ou de 30 thé intégrant, comme filtre après formation, le non-tissé décrit précédemment. Avantageusement, la capsule est compostable et répond aux normes ASTMD6400 et EN13432 35 Cette capsule peut également contenir une collerette et un opercule. La collerette permet de maintenir la capsule dans une machine de percolation. 3057555 5 L'opercule peut être constitué d'un non-tissé de fibres en matériau choisi dans le groupe Comprenant papier, non-tissés, film compostables et leurs mélanges. En pratique, la profondeur du filtre après formage est comprise entre 2 et 5 centimètres. 5 L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples suivants donnés afin d'illustrer l'invention et non de manière limitative. On réalise 2 supports non-tissé. Les supports présentent les configurations détaillées ci- 10 dessous. - Support 1 : 100% en poids de fibres monocomposantes de PLA 6202D, les fibres présentent les caractéristiques suivantes : 6.7 dtex, 68 mm. 15 - Support 2 : 100% en poids de fibres monocomposantes de PLA 6202D, les fibres présentent les caractéristiques suivantes : 1.7 dtex, 38 mm. Les supports sont fabriqués sur une ligne de cardage / nappage / aiguilletage présentant les caractéristiques essentielles suivantes : 20 le nombre d'aiguilles au mètre linéaire sur la plaque supérieure : 3660 aiguilles /m, le nombre d'aiguilles au mètre linéaire sur la plaque inférieure: 7000 aiguilles /m diamètre des aiguilles : 40 gauge Le procédé est conduit dans les conditions suivantes de paramétrage de la ligne : 25 profondeur de pénétration des aiguilles : 8 mm nombre de coups / cm2 : 60 nombre de plis : 5 Le support 1 obtenu présente un grammage de 129 g/m2 et une épaisseur de 3.6 mm après 30 l'étape d'aiguilletage. Le support 2 obtenu présente un grammage de 121 g/m2 et une épaisseur de 3.1 mm après l'étape d'aiguilletage. 3057555 6 Les non-tissés ont par la suite été calandrés avec les paramètres suivants : - Pression : 26 KN/m - Température : 135 °C 5 Vitesse : 12m/min On effectue un test de formage de chacun des non tissés selon le procédé suivant. On fixe au moyen d'un anneau de fixation l'échantillon de non tissé sur un support. On applique un poinçon sur le non tissé à des profondeurs progressives allant de 2 à 4.5 cm. Pour ce faire, on 10 utilise une succession d'anneaux de 0.5 cm de hauteur. On effectue les tests sur 4 échantillons de chacun des supports. Pour chaque série, les résultats de profondeur de formage sont donc les suivants : - pour le support 1, la profondeur de formage est 3.5 cm maximum. 15 - pour le support 2, la profondeur de thermoformage est 4 cm maximum. Au-delà de ces profondeurs, le support casse ou présente des trous incompatibles avec l'application, en particulier la percolation 20 Les résultats montrent que la mise en oeuvre de la technique de cardage / nappage / aiguilletage pour la fabrication de filtre de dosette permet d'obtenir une profondeur de formage suffisante. L'invention permet en outre de pouvoir former les filtres à température ambiante. REVENDICATIONS1. Utilisation, après formage, d'un non tissé à base de fibres d'acide polylactique susceptible d'être obtenu par un procédé de cardage / nappage / aiguilletage comme filtre de dosette dans une machine à percolation. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le non tissé contient au moins 50% en poids de fibres de PLA, de préférence au moins 70%, avantageusement au moins 80% en poids. 3. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le non tissé contient exclusivement des fibres de PLA. 4. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres de PLA sont des fibres mono composant. 5. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres de PLA ont une masse linéique comprise entre 1 et 10 dtex, avantageusement comprise entre 1.5 et 7 dtex. 6. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres de PLA ont une longueur comprise entre 30 et 80 mm, avantageusement comprise entre 35 et 70 mm. 7. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le non tissé a un grammage compris entre 100 et 180 g/m2, avantageusement compris entre 120 et 150 g/m2. 8. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le non tissé contient au moins 5 plis, avantageusement 5 plis. 9. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que : - le nombre d'aiguilles au mètre linéaire sur la plaque supérieure : 2000-5000 aiguilles /m, - le nombre d'aiguilles au mètre linéaire sur la plaque inférieure: 5000-8000 aiguilles /m - La profondeur de pénétration des aiguilles est comprise entre 5 et 12 mm, - Le diamètre des aiguilles est comprise entre 25 et 40 gauges, - Le nombre de coups est compris entre 50 et 110 coups/cm2, avantageusement entre 60 et 80. 3057555 8 10. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'après l'étape de cardage / nappage / aiguilletage, le non tissé est calandré. 5 11. Capsule de boissons chaudes intégrant, comme filtre, le non-tissé selon l'une des revendications 1 à 10. 12. Capsule selon la revendication 11, caractérisée en ce que la profondeur du filtre est comprise entre 2 et 5 cm. 10