Brevet FR3110485A1 — publié le 20211126

Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, comportant les étapes suivantes: - broyage du cuir en particules de granulométrie comprise entre 500µm et 10 mm, - mélangeage dans un mélangeur de ces particules de cuir avec de la colle constituée de caséine, d'un adjuvant destiné à générer un pH basique et d'eau, - mise en place de la composition obtenue dans un moule, - thermoformage de ladite composition dans le moule. PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES COMPOSITES A PARTIR DE CUIR, PRODUITS OBTENUS L’invention concerne un procédé de fabrication de pièces à partir de cuir ainsi que les produits obtenus. On sait que d'un côté les ressources en matières premières sont limitées et que d'un autre côté les déchets générés sont polluants soit parce qu'il faut les éliminer par combustion en générant des polluants pour le moins du gaz carbonique soit parce qu'il faut les stocker. Le cercle vertueux est de pouvoir les recycler mais ce recyclage doit lui-même obéir à des règles vertueuses. La première règle est de ne pas utiliser un procédé de recyclage trop gourmand en énergie, de ne pas générer un produit source de non recyclage. Qui plus est, les produits obtenus après recyclage de certains matériaux doivent présenter des qualités et des propriétés adaptées aux besoins. Ainsi faut-il dans certains cas pouvoir privilégier l'esthétique du produit obtenu, la couleur du produit obtenu ou encore les propriétés mécaniques et les propriétés d'isolation acoustique et/ou thermique. Les matériaux susceptibles de permettre la fabrication de produits en matériaux composites sont très nombreux mais dans le cas de la présente invention, les matériaux à recycler concernent les broyats de cuir en évitant toute présence de fibres textiles d'origine naturelle ou artificielle. Il existe un procédé décrit dans la demande de brevet WO 2019/077112, visant à utiliser des broyats de fibres et/ou de cuir et à les presser par moulage sous pression à haute température de façon à provoquer une dénaturation des scléroprotéines du matériau lui-même puis à laisser refroidir ledit matériau à une température inférieure à 100°C soit naturellement soit de façon accélérée et de préférence en maintenant la pression de moulage. Ce procédé est applicable à toute matière naturelle comportant une forte partie de son poids en scléroprotéines. Ce procédé de fabrication, sans liant ajouté, conduit à des produits recyclés bruts 100% auto recyclés, mais avec des scléroprotéines dénaturées donc définitivement dégradées et surtout ce procédé conduit à des propriétés notamment mécaniques insuffisantes pour certaines applications. De plus, ce procédé, écologiquement très intéressant d'un côté, envisage des températures élevées, énergivores, nécessitant des matériels de moulage, de chauffage, très rapidement plus complexes en terme de matériaux des moules, de moyens de pressage à ces températures, des moyens de chauffage eux-mêmes puissants et donc plus chers tant en investissement qu'en production ou en termes de sécurité, tout comme la qualification des personnels servant qui doit être à la hauteur et beaucoup moins écologiques d'autre part. Le but de la présente invention est lui aussi d'éviter la présence d'une matrice non recyclable, de proposer un procédé industriel de fabrication de pièces, au sens de permettre une reproductibilité de forme, de couleur et plus généralement de qualité du produit, de conférer audit produit des propriétés mécaniques suffisantes pour élargir les gammes et applications de pièces susceptibles d'être élaborés en ces matériaux. De plus, selon la présente invention, le procédé travaillant à une température raisonnable évite le recours à des matériels sophistiqués de mise en œuvre. Les besoins énergétiques sont limités d'autant. Les propriétés mécaniques des pièces obtenues par le procédé sont suffisantes pour réaliser des pièces de structures, les propriétés de moulage autorisent la réalisation de pièces esthétiques, les surfaces des pièces obtenues sont également adaptées pour en faire des pièces de contact avec les mains par exemple, ce qui différencie le procédé selon la présente invention de l'art antérieur. A cet effet, selon l'invention, le procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, comportant les étapes suivantes: - broyage du cuir en particules de granulométrie comprise entre 500µm et 10 mm, plus particulièrement entre 500µm et 3 mm - mélangeage dans un mélangeur de ces particules de cuir avec de la colle constituée de caséine, d'un adjuvant destiné à générer un pH basique et d'eau, - mise en place de la composition obtenue dans un moule, - thermoformage de ladite composition dans le moule. Plus particulièrement, selon le procédé de fabrication de pièces composites de l'invention, la colle est réalisée préalablement et la colle est introduite directement dans le mélangeur avec les particules de cuir issues du broyage. Selon une précision des étapes du procédé, on introduit la caséine et l'adjuvant dans le mélangeur puis on introduit l'eau. L'adjuvant retenu est notamment de la chaux. Le ratio en poids de caséine par rapport à l'adjuvant est compris entre 70% caséine/30% chaux et 80% caséine/20% chaux et le ratio en poids de caséine-chaux/eau est compris entre 20% caséine-chaux/80% eau et 30% caséine-chaux/70% eau. Selon un mode de réalisation, le ratio en poids de colle par rapport aux particules de cuir est compris entre 5% de colle/ poids de particules de cuir et 15% de colle par rapport au poids de particules de cuir. La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention. Le procédé de fabrication de pièces par moulage en matériaux recyclés selon l'invention est maintenant décrit. Le procédé selon l'invention recourt à des matériaux recyclés choisis parmi les cuirs issus de maroquinerie ou de sellerie, plus particulièrement des cuirs provenant des chutes lors de la fabrication de pièces découpées en cuir pour la fabrication d'articles en cuir. Ces cuirs ont été tannés et colorés pour la plus grande majorité si bien qu'ils doivent être triés pour assurer une reproductibilité industrielle. Seul le cuir est retenu en tant que matériau d'origine naturelle, recyclable, renouvelable et surtout du fait que les propriétés propres sont favorables car ne comportant pas de fibres longues. En effet, les tissus composés de fibres qu'il s'agisse de fibres naturelles ou artificielles lorsqu'ils sont broyés ou découpés génèrent des fibres qui améliorent la cohésion, qui peuvent améliorer les propriétés mécaniques, mais qui rendent le matériau plus hétérogène, difficile à découper et susceptible d'induire une forte propension à la reprise d'humidité. Les cuirs sont également triés par couleur surtout lorsque la couleur finale présente une importance. Une fois les cuirs sélectionnés pour disposer de lots homogènes notamment, la première étape du procédé selon l'invention consiste à broyer le cuir. Le broyage a pour but de produire des particules destinées à être agglomérées avec un liant et non noyés dans une matrice, comme cela sera décrit dans les étapes ultérieures du procédé. Le broyage prévoit une plage de 500µm à 10mm mais plus particulièrement entre 500µm et 3mm et de façon encore plus préférentielle entre 1 et 3mm. Le broyage peut être effectué avec un broyeur à couteaux suivi d'un tamisage afin de disposer d'une plage de granulométrie centrée sur la dimension recherchée. La deuxième étape consiste en une adjonction d'un liant. Ce liant doit être d'origine naturelle et renouvelable. De plus, le liant ne doit pas constituer une matrice mais doit assurer uniquement la liaison entre les particules du broyat de cuir. Ce liant est avantageusement la caséine. Ce liant est parfaitement renouvelable car il s'agit d'une protéine du lait et qu'elle peut en être extraite et isolée. La caséine commercialement disponible présente l'avantage d'être sous forme solide à diluer dans une solution, ce qui facilite aussi le stockage et surtout, cette caséine est dépourvue de particules de matière grasse résiduelle du lait dont elle est extraite. On peut citer la caséine commercialisée sous la marque déposée ACROS produite par la société FISCHER. La troisième étape consiste à obtenir une colle, il est nécessaire de diluer la caséine pure sous forme solide dans une solution qui ne peut être ni l'alcool, ni l'eau acide. En effet la caséine étant une protéine, il faut la diluer dans une solution basique pour obtenir des caséinates. Le choix se porte sur la chaux hydraulique naturelle pures NHL, suivant la norme européenne, plutôt que sur l'hydrogénocarbonate de sodium couramment utilisé comme adjuvant permettant de rendre le milieu basique. Cet adjuvant, la chaux, assure au milieu son pH basique et la formation des caséinates. Pour obtenir la colle, la caséine industrielle est réhydratée dans de l'eau puis la chaux est adjointe pour obtenir la colle, sans cesser de mélanger. La chaux est une chaux du commerce dont la granulométrie importe peu. La colle obtenue est donc utilisable dans le procédé selon la présente invention en faisant varier trois paramètres le ratio 1 en poids de caséine /chaux, le ratio 2 concentration en colle caséine-chaux/eau et le ratio 3, quantité de colle en fonction du poids de cuir, colle/cuir. - Ratio 1 en poids compris entre : 70% caséine/30% chaux et 80% caséine/20% chaux - Ratio 2 en poids compris entre : 20% caséine-chaux / 80% eau et 30% caséine-chaux/70% eau. - Ratio 3 en poids compris entre : 5% de colle/ poids de particules de cuir et 15% de colle par rapport au poids de particules de cuir. Soit la colle est préparée préalablement et introduite telle quelle avec les particules de cuir, soit les composés solides sont introduits avec les particules de cuir et l'eau est adjointe postérieurement, la colle se formant in situ. La quatrième étape consiste en un mélangeage des particules de cuir broyé et du liant. L'apport du liant sur les particules de cuir broyées peut être effectué de différentes façons. Une première solution consiste à préparer la colle à base de caséine dans de l'eau en présence d'un adjuvant conférant un pH basique et ensuite à pulvériser la colle obtenue sur les particules dans un mélangeur. Une autre solution plus industrielle consiste à disposer tous les éléments solides, poudre de caséine, chaux en poudre, particules broyées de cuir dans un mélangeur et à pulvériser de l'eau dans ce mélangeur qui assure un mélangeage des composés avec formation de la colle in situ par réhydratation et formation des caséinates dans ledit mélangeur. De façon préférentielle, on choisira un mélangeur à palettes. La cinquième étape consiste à mettre en forme la composition liant caséine / broyat de cuir en utilisant un thermomoulage sous pression. La composition est coulée dans un moule en un matériau permettant le démoulage, notamment en matériau polymère et les formes sont prévues pour permettre le démoulage donc comportent avantageusement un angle de dépouille ou un cadre ouvrant, ceci de façon connue. Le moule comporte deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre de façon à permettre une compression de la composition en même temps que la prise de la colle à base de caséine. La température de thermoformage reste limitée puisqu'un chauffage entre 30°C et 80°C est suffisant. La densité du produit obtenu est comprise entre 0,6 et 0,8. Le pressage peut aussi être réalisé en plusieurs étapes avec des efforts progressifs et des paliers. Les pressions de thermoformage sont comprises entre 20 kg/m² et 40 kg/m². En option, lorsque cela s'avère nécessaire, il est possible de prévoir un traitement de surface du produit thermoformé, sur les faces en sortie de thermoformage mais aussi notamment si des usinages sont prévus, sur les surfaces usinées. Un traitement de surface avantageux est celui de la dépose d'un vernis composé de colophane et d'huile, plus particulièrement de l'huile de lin avec une exposition à un rayonnement ultra-violet afin de polymériser la colophane. Ce traitement de surface assure un aspect lisse englobant les éventuelles fibres en saillie de la surface du matériau thermoformé et/ou usiné. L'application est réalisée de façon avantageuse par pulvérisation. Un exemple de réalisation d'un produit à partir de fibres de chutes de cuir recyclées se présente sous la forme d'un panneau parallélépipédique de dimensions 50cm x 50cm x 20mm, réalisé avec des particules de cuir broyé de 3mm, un ratio 1 de caséine/chaux de 72/25, un ratio 2 de concentration en colle caséine-chaux/eau de 75/25 et un ratio 3 de colle/broyat de cuir de 20% en poids. La température de thermoformage est de 50°C avec deux cycles de pressage de 18 min et une pression de 30kg/cm². Ceci conduit à l'obtention de cloisons phoniques pour utiliser dans des espaces de bureau ouverts, comme doublage amortissant sur le dessus d'un plan de travail de bureau, dans des claustras en périphérie d'un bureau, sur des accoudoirs, assises ou dosserets d'un fauteuil ou d'un siège, ou encore pour utiliser comme pièces de mobilier de bureau rapportées, formant chemin de câbles. Ces applications ne sont aucunement limitatives. Les pièces obtenues par le procédé selon la présente invention peuvent être colorées de façon à permettre une production de pièces avec des couleurs données et reproductibles ou sensiblement reproductibles. De plus, les pièces peuvent intégrer des armatures disposées dans la composition avant le thermoformage ou après le thermoformage dans des réserves ménagées à cet effet durant le thermoformage. Les pièces peuvent également être rapportées directement sur un support, en revêtement. Les pièces obtenues par le procédé peuvent être intégrées dans certains produits comme des cadres, des supports de toutes sortes afin de dresser, de fixer, de maintenir lesdites pièces obtenues. En plus des caractéristiques propres du matériau, notamment les propriétés d'amortissement acoustique, ces pièces peuvent être moulées en forme afin de renforcer certains paramètres d'amortissement acoustique par exemple. c'est ainsi que le moule peut permettre la production de pièces courbes, ondulées, avec des alvéoles par exemple en vue de réaliser des cases de rangement également. La résistance mécanique donne les résultats suivants pour une plaque de 10mm d'épaisseur : - Résistance à la flexion compris entre 15 et 33 N.mm - ² - Module d'élasticité en flexion compris entre 200 et 280 N.mm - ². Des mesures d'amortissement phonique de tels panneaux de 10 mm d'épaisseur, réalisées par le procédé selon la présente invention ont été conduites selon la méthode dite du tube de KUNDT. Ces mesures ont donné les résultats suivants, en fonction des 4 plages de fréquences suivantes : - 500 Hz : amortissement acoustique α de 0,27 - 1000 Hz : amortissement acoustique α de 0,40 - 2000 Hz : amortissement acoustique α de 0,65 - 4000 Hz : amortissement acoustique α de 0,50. Par comparaison, avec du liège, les mesures d'amortissement acoustique auraient donné les valeurs suivantes : - 500 Hz : amortissement acoustique α de 0,22 - 1000 Hz : amortissement acoustique α de 0,22 - 2000 Hz : amortissement acoustique α de 0,20 - 4000 Hz : amortissement acoustique α de 0,20. Ces valeurs d'amortissement acoustique des panneaux fabriqués selon l'enseignement du procédé selon la présente invention sont particulièrement satisfaisantes. Suivant la pression de thermoformage exercée, suivant les dimensions des broyats, il est possible de densifier les panneaux pour en améliorer les performances mécaniques. C'est ainsi que, dans les mêmes conditions, avec des broyats de 1,5mm, on atteint des pressions de thermoformage importantes, ce qui conduit à des panneaux rigides dont les performances mécaniques peuvent atteindre pour des panneaux de 10 mm : - Résistance à la flexion compris entre 100 et 250 N.mm - ² - Module d'élasticité en flexion compris entre 800 et 850 N.mm - ². On constate que le produit obtenu selon le procédé de la présente invention est à base de chutes de cuir et d'une colle à base de caséine si bien le panneau peut être broyé et remis sous forme de particules, la colle à base de caséine peut être réactivée mais des pertes de propriété liées à la désagrégation nécessitent un ajout de colle à base de caséine pour retrouver une cohésion et une résistance mécanique suffisantes. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, comportant les étapes suivantes: - broyage du cuir en particules de granulométrie comprise entre 500µm et 10 mm, - mélangeage dans un mélangeur de ces particules de cuir avec de la colle constituée de caséine, d'un adjuvant destiné à générer un pH basique et d'eau, - mise en place de la composition obtenue dans un moule, - thermoformage de ladite composition dans le moule. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle est réalisée préalablement et ce que la colle est introduite directement dans le mélangeur avec les particules de cuir issues du broyage. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit les particules de cuir, la caséine et l'adjuvant dans le mélangeur puis on introduit l'eau. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le broyage est choisi pour obtenir des particules de cuir de granulométrie comprise entre 500µm et 3mm. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adjuvant est de la chaux. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ratio en poids de caséine par rapport à l'adjuvant est compris entre 70% caséine/30% chaux et 80% caséine/20% chaux. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le ratio en poids de caséine-chaux/eau est compris entre 20% caséine-chaux/80% eau et 30% caséine-chaux/70% eau. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le ratio en poids de colle par rapport aux particules de cuir est compris entre 5% de colle/ poids de particules de cuir et 15% de colle par rapport au poids de particules de cuir. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le thermoformage est compris entre 30 et 80°C. Procédé de fabrication de pièces composites à partir de cuir, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un traitement de surface du produit thermoformé, sur les faces en sortie de thermoformage et/ou, si des usinages sont prévus, sur les surfaces usinées. Produits obtenus à partir du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente des particules de cuir liées entre elles et une densité comprise entre 0,60 et 0,80.