Brevet FR3101343A1 — publié le 20210402

L’invention se rapporte au domaine des matériaux à base de fibres minérales, notamment de laine minérale de type laine de verre ou de roche. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une méthode et à un dispositif permettant le recyclage des eaux récupérées dans un procédé de fibrage et mise en forme, lorsqu’un liant acide particulier, à base d'acide polycarboxylique monomérique, ou un sel d'un tel acide, est utilisé. METHODE DE RECYCLAGE DES EAUX ISSUES D’UN PROCEDE DE FABRICATION D’UN MATELAS DE FIBRES MINERALES L’invention se rapporte au domaine des matériaux à base de fibres minérales, notamment de laine minérale de type laine de verre ou de roche. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à une méthode et à un dispositif permettant le recyclage des eaux récupérées dans un procédé de fibrage et mise en forme, lorsqu’un liant acide particulier, à base d'acide polycarboxylique monomérique, est utilisé. La majorité des matériaux tels que les panneaux ou rouleaux d’isolation commercialisés à l’heure actuelle sont constitués d’un matelas ou feutre de laine minérale comprenant des fibres minérales, telles que des fibres de verre liées par un liant organique. Les différentes étapes et dispositifs nécessaires à la fabrication des matériaux d’isolation de ce type sont parfaitement connus de la technique. Typiquement, la formation du matelas de fibres minérales comprend un procédé de fibrage par centrifugation dont des exemples de réalisation sont décrits dans les demandes EP 0 406 107 ou EP 0 461 995. Plus précisément, il est de pratique courante pour la formation des matelas ou feutres précités d’appliquer par pulvérisation sur les fibres néoformées une solution aqueuse d’un liant permettant, après cuisson, la liaison des fibres entre elles. Dans de tels procédés, la chaleur résiduelle des fibres minérales et le souffle d’air chaud créé par des moyens appropriés à travers le matelas de fibres, réceptionné sur un convoyeur après le fibrage, sont suffisants pour vaporiser et éliminer la très grande majorité de l’eau en excès contenue dans la composition de liant initiale. Le matelas de laine minérale, débarrassé de la majeure partie de son humidité, est ensuite envoyé dans une enceinte de réticulation, ou étuve, pour terminer le séchage et effectuer la cuisson du liant. De façon connue, cette cuisson est effectuée dans des conditions permettant d’assurer à la fois la tenue mécanique finale du matelas obtenu, ainsi que sa souplesse, c'est-à-dire sa capacité à retrouver sensiblement ses forme et épaisseur initiales, après une étape de forte compression notamment nécessaire à son conditionnement et à son transport. Pour remplir les fonctions précédentes, on a longtemps utilisé comme liant des résines du type phénol-formaldéhyde, en raison de leur excellent rapport coût/performance ainsi que de leur relative facilité de préparation et d’utilisation. Toutefois, le durcissement des contraintes réglementaires en matière de composés organiques volatils a conduit à délaisser ces liants, au profit de liants à base de polymères d’acides carboxyliques et de polyols, couramment désignés par "liants acryliques. Le principal problème lié à l’utilisation de ce type de liants réside dans l’acidité de la solution de liant pulvérisée sur les fibres au niveau de la chambre de fibrage. Ainsi, selon le type de résine utilisé, un pH de la solution généralement inférieur à 4, voire le plus souvent inférieur à 3 ou même à 2,5 est nécessaire pour l’obtention finale d’un matelas présentant de bonnes propriétés d’utilisation. Il en résulte que les eaux issues du procédé, notamment celles récupérées au niveau du tapis de convoyage des fibres après le formage, présentent une acidité très marquée. Il est courant dans le domaine de recycler et d’utiliser au moins une partie de cette eau de récupération, et de préférence la totalité de celle-ci, pour la fabrication de la solution de liant en amont du fibrage et/ou pour le nettoyage des équipements de production, notamment de la ligne de formage (fibrage et formation du matelas de fibres), ainsi que des fumées générées par l’étape de cuisson du procédé. Une telle configuration a notamment pour avantage de minimiser fortement le coût de fonctionnement de l’installation, en rendant inutile le traitement des eaux usées issues du procédé ou en en minimisant fortement les quantités à traiter. On conçoit donc que, dans le cadre d’un tel recyclage, le caractère d’acidité marquée des eaux de récupération constitue un vrai problème car les équipements tels que les canalisations permettant le recyclage sont soumises à une très forte corrosion. De ce fait leur durée de vie devient significativement limitée. Une solution possible et évidente consiste à utiliser des conduites faites dans un métal connu pour ses qualités de résistance à la corrosion, tel que l’acier inoxydable. Cependant, une telle solution implique un surcoût important et ne garantit pas une efficacité suffisante dans le temps, tout en posant pour le personnel d’entretien des problèmes de manipulation des liquides présents dans le circuit, notamment si ce dernier doit être purgé ou nettoyé. D’autres solutions ont été proposées pour allonger la durée de vie desdites canalisations et en particulier celle présentée dans les documents US-7,153,437 et WO 2009/007648. Elle consiste à incorporer une base dans le circuit de recyclage des eaux de lavage qui sont utilisées pour le lavage des éléments constitutifs de l'unité de formage (y compris la chambre de formage) et éventuellement pour le lavage des fumées et gaz issus de l'étuve et/ou de la chambre de formage. Une autre méthode est proposée dans le document US-7,754,020, qui prévoit une première boucle de recyclage des eaux de lavage des moyens de convoyage, d'aspiration et de ventilation associés à la chambre de formage, incluant des moyens d'ajustement du pH de ces eaux de lavage, et une seconde boucle de recyclage destinée spécifiquement aux eaux de lavage des parois de la chambre de formage, sur lesquelles se collent les fibres minérales fraîchement enduites de liant aqueux. Dans cette seconde boucle de recyclage, les eaux de lavage ne sont pas neutralisées mais simplement filtrées puis réutilisées dans la fabrication du liant. Si les solutions précitées s'avèrent intéressantes dans le cas des liants acryliques, elles ne peuvent pas être simplement transposées à d'autres liants qui ont été développés plus récemment pour contrer les inconvénients des liants acryliques, en particulier leur viscosité élevée à l'état neutralisé et leur impact négatif sur l'environnement. Ces liants de nouvelle génération, appelés « liants verts », sont à base de mélanoïdines obtenues par la réaction de Maillard (voir WO2007/014236, WO2008/127936 et WO2009/019232) ou sont formés de polyesters thermodurcis obtenus par réaction de sucres avec des acides monomériques polycarboxyliques, en particulier l'acide citrique, et sont notamment décrits dans les demandes de brevet WO 2013/014399 et WO 2013/021112. La Demanderesse a en effet observé que l'acide citrique utilisé en tant que réactif dans la fabrication de ces liants "verts" avait tendance à se décomposer au niveau de l'étuve, dont la température est généralement portée à plus de 180°C voire plus de 200°C. Les produits de décomposition formés, notamment l'acide citraconique, l'acide itaconique, l'acide propionique, l'acide acétique et l'acide formique, s'évaporent alors via les cheminées de l'étuve. Les fumées de l'étuve contiennent également de l’acide citrique non décomposé (voir PCT/FR2019/050879 non encore publiée au moment du dépôt de la présente demande) et sont donc très acides. Le mélange des eaux de lavage des fumées d'étuve et du procédé peut ainsi atteindre un pH de 4. Afin d'éviter la corrosion des équipements, qui peut par endroits atteindre 1 mm/an, ces eaux de lavage devraient donc être neutralisées à l'aide d'une quantité importante de base avant de pouvoir être recyclées vers la zone de formage, suivant notamment l'enseignement de WO 2009/007648. Dans ce document, une partie des eaux recyclées est également dirigée vers la station de préparation de la solution de liant. Toutefois, il a été observé qu'une quantité, même faible, de base affecte le durcissement du liant et donc sa capacité à lier les fibres minérales entre elles, ainsi que les propriétés mécaniques du matelas de fibres. Une solution pour pallier ce problème consiste à réacidifier la fraction des eaux de lavage destinée à la fabrication du liant. Une autre solution proposée dans le document US-7,754,020 consiste à recycler séparément les eaux de lavage des parois de la hotte de formage vers la station de préparation du liant, sans les neutraliser. Les fibres encollées qui adhèrent aux parois de la hotte contiennent en effet des réactifs qui peuvent avantageusement être réutilisées dans la fabrication du liant. Il n'était toutefois pas évident de transposer cette solution aux eaux de lavage des fumées de l'étuve pour la mettre en œuvre dans un procédé utilisant un liant à base de carbohydrates et d’acide monomérique polycarboxylique tel que l'acide citrique. Ces eaux de lavage des fumées renferment en effet différents produits de dégradation du liant, distincts des réactifs utilisés dans sa fabrication. représente un schéma d'une installation utilisée pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Méthode pour réduire la corrosion des équipements dans un procédé de production d’un matelas de fibres minérales, ledit procédé comprenant une étape de fibrage puis de liaison des fibres à l'aide d'un liant aqueux, dans une zone de formage, une étape de réticulation du liant dans une étuve, et le lavage des équipements de la zone de formage au moyen d’eaux de lavage recyclées en continu dans une première boucle de recyclage, ladite méthode comprenant l'ajustement du pH des eaux de lavage, à une valeur comprise entre 6 et 9, avant que les eaux de lavage ne soient recyclées vers ladite zone de formage, suivant ladite première boucle de recyclage, le procédé comprenant en outre le lavage de fumées issues de l'étuve et le recyclage des eaux de lavage des fumées, ladite méthode étant caractérisée en ce que le liant aqueux comprend au moins un sucre choisi parmi les sucres hydrogénés, les sucres réducteurs et les sucres non réducteurs et au moins un acide monomérique polycarboxylique ou un sel d’un tel acide, en ce que les eaux de lavage des fumées sont recyclées suivant une seconde boucle de recyclage, distincte de la première, une partie de ces eaux de lavage des fumées recyclées étant transférée ponctuellement vers une zone de préparation dudit liant, sans ajustement de son pH. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur du pH est ajustée au moyen d'une base choisie parmi les bases alcalines du type hydroxyde ou carbonate de métaux alcalins ou alcalino-terreux. Méthode selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le sucre hydrogéné est choisi parmi : l'érythritol, l'arabitol, le xylitol, le sorbitol, le mannitol, l'iditol, le maltitol, l'isomaltitol, le lactitol, le cellobitol, le palatinitol, le maltotriol, les produits d'hydrogénation d'hydrolysats d'amidon ou de matières ligno-cellulosiques, et leurs mélanges, de préférence constitué de xylitol, maltitol, sorbitol et/ou produits d'hydrogénation d'hydrolysats d'amidon ou de matières ligno-cellulosiques. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le sucre réducteur est choisi parmi : les monosaccharides tels que le glucose, le galactose, le mannose, le fructose et leurs mélanges, et les disaccharides, tels que le lactose, le maltose, l'isomaltose, le cellobiose et leurs mélanges, de préférence le glucose ou le fructose, plus préférentiellement le glucose. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le sucre non réducteur est choisi parmi : les diholosides, les triholosides, les tétraholosides et les pentaholosides, de préférence le saccharose. Méthode selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'acide monomérique polycarboxylique est choisi parmi les acides dicarboxyliques, tricarboxyliques ou tétracarboxyliques, de préférence l'acide citrique. Méthode selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'on introduit ponctuellement dans les eaux de lavage des fumées une quantité d'eau équivalente à la quantité d'eaux de lavage transférée vers la zone de préparation dudit liant. Méthode selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les eaux de lavage des fumées recyclées sont filtrées avant d’être utilisées pour la préparation du liant. Installation de production d’un matelas de fibres comprenant : - une unité de formage (1) comprenant des moyens (2) de pulvérisation d’une solution d’un liant sur des fibres néoformées, alimentés par une station de préparation (3) de la solution de liant, ainsi que des premiers moyens de lavage de l'unité de formage, - des moyens de réception et de convoyage (4) des fibres imprégnées du liant vers une étuve (7) pourvue d'une ou plusieurs cheminées, - des moyens d’aspiration (5) de l’excès de liant contenu dans le matelas de fibres réceptionné sur les moyens de convoyage (4), et des premiers moyens de collecte (6) des eaux de lavage de l'unité de formage (1), les moyens d'aspiration (5) et de collecte (6) étant en communication de fluide avec un premier réservoir (10) connecté à des moyens d'alimentation (13) en base, ledit premier réservoir (10) étant en communication de fluide avec lesdits moyens de lavage de l'unité de formage (1) pour former un premier circuit de recyclage (100), - des seconds moyens de lavage des fumées issues de la ou des cheminées de l'étuve (7), et des seconds moyens de collecte des eaux de lavage de ces fumées, caractérisée en ce que les seconds moyens de collecte comprennent un second réservoir (14) distinct du premier réservoir (10) et en communication de fluide avec les seconds moyens de lavage pour former un second circuit de recyclage (200), et en ce que ledit second réservoir (14) est en communication de fluide avec la station de préparation (3) de la solution de liant.