CH624971A5 - Process for the manufacture of a thermoformable panel, panel thus obtained and use of this panel for the production of moulded articles - Google Patents

Process for the manufacture of a thermoformable panel, panel thus obtained and use of this panel for the production of moulded articles Download PDF

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CH624971A5
CH624971A5 CH1290277A CH1290277A CH624971A5 CH 624971 A5 CH624971 A5 CH 624971A5 CH 1290277 A CH1290277 A CH 1290277A CH 1290277 A CH1290277 A CH 1290277A CH 624971 A5 CH624971 A5 CH 624971A5
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CH
Switzerland
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panel
fibers
grafting
grafted
lignocellulosic
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CH1290277A
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Georges Cloetens
Leonard F Divens
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Prb Sa
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Description

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un panneau thermodéformable à partir de fibres ligno-cellulosiques contenant 20 à 100% de fibres de récupération, provenant notamment de papiers recyclés. L'invention concerne également les panneaux qui peuvent être ainsi obtenus et l'utilisation de ces panneaux pour la réalisation de pièces moulées.
Il est bien connu de réaliser des panneaux à base de fibres ligno-cellulosiques par des techniques de voie humide, de voie semi-humide ou de voie sèche. Il est également connu d'ajouter à la pâte servant à la réalisation du panneau des matières plastiques, et en particulier des résines du type phé-nolique.
En fonction de la nature des matières premières, à savoir composition chimique et dimensions des fibres on se heurte à des difficultés plus ou moins importantes de mise en œuvre de celles-ci. La séparation de l'eau de la pâte, qui se réalise de préférence par filtration et qui est une opération nécessaire à la réalisation du panneau .se déroulant plus ou moins rapidement, est un des facteurs essentiels pour l'économie du procédé. La filtrabilité, qui peut s'exprimer comme la vitesse à laquelle l'eau s'élimine d'une masse de pâte par filtration dans l'installation de fabrication des panneaux, peut être modifiée par divers additifs ajoutés en cours d'élaboration de la pâte et ceci le plus souvent dans un sens défavorable.
Il est en particulier un secteur où des caractéristiques de mauvaise filtrabilité se manifestent de façon marquée. On s'est aperçu que le filtrabilité devient de plus en plus mauvaise à mesure que la matière première ligno-cellulosique contient des quantités croissantes de fibres de récupération, telles que des fibres provenant de vieux journaux, de bambou, de bagasse et autres fibres végétales brutes.
Un autre inconvénient résultant de l'utilisation d'additifs, notamment de résines phénoliques, aux masses de pâtes est l'importante pollution des eaux qu'ils provoquent, essentiellement par des composés phénoliques et des sels.
Dans le brevet suisse n° 378.665, on indique qu'à partir d'une teneur de 20% en vieux papiers, les caractéristiques de filtrabilité deviennent tellement mauvaises que des pertes de productivité deviennent inévitables. Le brevet sus-mentionné propose une solution mécanique à ce problème qui est cependant limitée aux fibres provenant d'un traitement de vieux papiers par voie sèche et sans que la pollution résultant de l'addition des additifs ne soit réduite.
La présente invention vise par conséquent à fournir un procédé de fabrication de panneaux au départ de fibres ligno-cellulosiques essentiellement sous forme de fibres de récupération par un procédé semi-humide, permettant de réduire les inconvénients précités.
Ce procédé présente les caractéristiques spécifiées à la revendication 1.
Les opérations de filtration, séchage et formage du panneau s'effectuent de la manière classique pour l'obtention de panneaux thermo-déformables. On constate que la masse de fibres est remarquablement facile à filtrer après greffage.
Lors du greffage, une fraction du monomère subit une homopolymérisation. Cette fraction homopolymère n'est nullement gênante et est conservée dans la masse dont l'eau se sépare par filtration.
L'eau qui est séparée par filtration est très peu polluée et peut-être, directement et sans traitement, utilisée à nouveau plusieurs fois par recyclage.
Le procédé convient à tous les types de fibres ligno-cellulosi-ques mais il est particulièrement intéressant pour être appliqué aux matières contenant 20 à 100% de fibres non-nobles telles que vieux journaux, pâte de bambou, bagasse etc.
On constate que dans les conditions indiquées de la réaction de greffage à savoir un pH inférieur à 4, et en présence d'un catalyseur redox, une proportion relativement importante de monomère homopolymérise mais qu'à côté de l'homopolymé-risation il se produit encore un greffage qui se réalise partiellement sur la cellulose (Polysaccharide) et sur la lignine. Les conditions de pH et le catalyseur utilisé permettent justement une distribution optimale du polymère qui est fixé dans les fibres, c'est-à-dire greffé sur la cellulose et la lignine, et du polymère qui est simplement déposé sur les fibres, sous forme d'un homopolymère afin d'assurer une bonne cohésion des fibres entre-elles. Il semble que ce polymère greffé assure une bonne adhérence de l'homopolymère sur les fibres tandis que la présence de l'homopolymère sur les fibres a pour effet d'obtenir un effet de liaison des fibres entre-elles lors du formage à chaud.
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De plus, ainsi qu'il est connu dans la chimie des polymères, le poids moléculaire moyen du polymère exerce une grande influence sur les propriétés mécaniques. Les conditions opératoires citées sont également critiques pour obtenir des propriétés satisfaisantes du produit ayant subi le thermoformage.
Il importe donc que les conditions de polymérisation soient strictement déterminées. On constate notamment que si le pH est supérieur à 4, seule l'utilisation de matières premières ne contenant que des fibres nobles permet d'obtenir des produits de qualité satisfaisante.
Dans les conditions indiquées ci-dessus, il se forme de 0,5 à 20% de produits greffés, à raison de 0 à 10% de cellulose greffée et 0 à 10% de lignine greffée et 10 à 30% d'homopoly-mère. Les conditions sont telles que le produit obtenu ne présente aucun caractère collant.
Les monomères les plus intéressants, compte tenu de la nécessité d'utiliser des réactifs peu coûteux, sont le styrène, le méthacrylate de méthyle et l'acrylate de méthyle. D'autres monomères, tels que l'acrylonitrile et l'acrylate d'éthyle peuvent cependant également convenir.
Les monomères vinyliques, comme le chlorure de vinyle et le chlorure de vinylidène peuvent également être utilisés, à condition d'opérer sous pression, en raison des caractéristiques d'autoextinguibilité qu'ils confèrent aux produits obtenus.
Les conditions de greffage autres que celles précisées et la nature des monomères utilisés sont classiques et sont décrites dans les publications suivantes: brevet français 2.276.423, brevet britannique 1.011.431, brevets des Etats-Unis d'Amérique 3.330.686 et 3.533.725, ainsi que dans la demande allemande mise à l'inspection publique DT OS 1.546.468.
Le système catalytique préféré aussi bien pour son efficacité que pour son prix de revient bas est le système redox Fe/
H2O2.
En cas d'utilisation de papier recyclé, la pâte soumise au greffage contiendra toujours une teneur suffisante en fer.
Généralement, il faut dans le cas de l'utilisation d'un système redox Fe/H202 que la teneur en fer par rapport au poids total de la suspension et du liquide soit au moins de 0,00001 à 0,01%. La teneur en H2O2 est de l'ordre de 0,0001 à 0,1%.
La teneur totale en fibres par rapport au poids total de la suspension et du liquide est comprise de préférence entre 0,5 et 8%.
Avantageusement, on met en œuvre de 5 à 40% et de préférence de 9 à 30%, de monomères par rapport à la base ligno-cellulosique. La limite supérieure est déterminée par des conditions de rentabilité et le maintien du caractère propre à un produit fibreux et bien entendu par la réactivité du monomère qui influence la quantité de monomère qui est greffée ou homopolymérisée.
De bons résultats sont obtenus pour le styrène à des valeurs de 15 à 20% et pour le méthacrylate de méthyle à des valeurs de 25 à 30%.
Le greffage se déroule généralement entre 10 à 100°C et de préférence entre 30 à 70°Ç et en particulier entre 50 à 60°C.
Après filtration, la masse séchée ayant une teneur en humidité de préférence inférieure à 1%, subit un pressage de courte durée à une pression moyenne de l'ordre de 10 à 100 bars, de préférence 30 à 80 bars, à une température de 160 à 220°C.
Si souhaité, on peut sécher un corps préformé obtenu comme gâteau de filtration, qui subit ensuite un pressage.
Il est possible d'utiliser des mélanges de fibres traitées selon l'invention avec des fibres obtenues de manière classique, c'est-à-dire sans greffage, ce qui améliore considérablement les caractéristiques de filtrabilité de ces dernières.
Le procédé de l'invention permet d'obtenir des valeurs ÇF (Canadian Freeness. Voir norme SCAN-C21:65) supérieures à 500 au départ de pâte contenant de 20 à 100% de fibres non-nobles dont la valeur CF.est inférieure à 500.
Par le procédé de l'invention, on peut donc réaliser des panneaux thermodéformables au départ de matières premières présentant des valeurs CF inférieures à 500, et qui peuvent notamment contenir de 20 à 100% de fibres de récupération, de manière économique et de qualité comparable aux panneaux obtenus de départ de matière premières contenant des fibres traitées ou de fibres nobles. Ils peuvent servir pour produire des objets moulés tels que des contre-portes de portières de voitures.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des exemples qui suivent, qui sont donnés uniquement à titre d'illustration, sans intention d'y limiter l'invention. Dans ces exemples, sauf indication contraire, les pourcentages sont exprimés en poids.
Exemple 1
Le but de cet exemple est de permettre la comparaison entre des pâtes obtenues de la manière classique et celles de l'invention.
On a préparé une suspension à 8% de matières fibreuses de diverses origines dans l'eau et chauffé à 50-60°C. On ajoute les réactifs formés de 0,1 % FeS04 et 1 % H2O2 à 100% à la pâte et introduit le monomère. La réaction est terminée après une heure et les résultats sont repris dans le Tableau I figurant à la fin du mémoire descriptif.
Exemple 2
On a étudié à l'échelle du laboratoire la proportion de polymère greffé en fonction de différents paramètres.
10 g de cellulose (kraft blanchie ou journaux) sont introduits dans un vase d'Erlenmeyer de 500 ml avec 250 ml d'eau. Ensuite on ajoute 5 ml de FeCb 0,1 M et 5 ml de H2O2 3%.
11 est apparu que même en présence de lignine on obtient du greffage, bien que dans ce cas une proportion importante d'homopolymère puisse se former.
Le rendement du monomère était chaque fois proche de 100%. Les résultats des essais sont repris dans le Tableau II. Le pourcentage d'homopolymère est déterminé par extraction au dichloroéthane ou au benzène.
Exemple 3
Différents facteurs opératoires ont été encore étudiés.
Dans un réacteur de 21, pourvue d'un couvercle et d'un agitateur, on introduit 1,51 d'eau et 30 g de cellulose à greffer préalablement broyée provenant de papier journal brut recyclé. ffl
On ajoute ensuite la quantité souhaitée de Fe sous forme d'une solution 0,1 M FeCl 3 et de H2O2 à 3 % (10% en volume).
A la fin de la réaction, on filtre et sèche.
Le pourcentage d'homopolymère est déterminé par extraction à l'aide du dichloroéthane ou du benzène. Les résultats pour le méthacrylate de méthyle figurent au Tableau III.
Exemple 4
On a étudié l'influence du procédé sur différentes matières premières lors du greffage à l'aide de méthacrylate de méthyle en traitant 60 g de produit dans un réacteur de 2 1. L'initiateur utilisé est le système FeS04/H202, H2SO4 a servi à régler le pH et la température était de 60 °C, tandis que la réaction durait 60 minutes. Voir Tableau IV.
Exemples 5
Un exemple de comparaison similaire à celui décrit ci-dessus a été réalisé cette fois avec le styrène. Les résultats figurent dans le Tableau V.
Exemple 6
On a également étudié l'effet du mélange de monomères en s
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4
réalisant un greffage de ceux-ci sur 60 g de papier journal dans un réacteur de 2 litres.
Les résultats figurent au Tableau VI.
Exemple 7
Des compositions contenant le polymère greffé de l'invention en mélange avec des fibres non greffées, ont été préparées. Leurs propriétés ont été déterminées et figurent dans le Tableau VII en regard des pâtes composées de 100% de fibres non greffées.
Le polymère greffé utilisé a été préparé en utilisant du s styrène comme monomère selon les modalités de l'exemple 1 de manière que la base ligno-cellulosique de départ contienne 8% de styrène greffé et 16% d'homopolymère du styrène.
Tableau I
Ex 1. Styrène M.M.A.
Classique
Kraft
50
Fibres de bois
20
Papier journal
15
80
70
Résines phénoliques
15
Polystyrène
20
Poly (méthacrylate de méthyle)
30
Résistance à la traction N/mm2
40
39
40
Prise d'humidité après 24 heures
27
20
30
Module de flexion N/mm2
4500
6500
7000
Rupture à la flexion N/mm2
70
80
86
Résistance à la pression N/mm2
45
50
55
Tableau II
Cellulose
Kraft
Journaux g. Cellulose
10
10
10
10
10
10
Monomère
MMA
MA
MMA +MA
g. Monomère
20
10
10
10
8
6
Température
50°
20°
50°
20°
50°
20°
Temps
60'
60'
60'
60'
60'
60'
% homopolymère
14
22
41
39
20
25
% polymère
greffé
48
22
3
5
20
12
MMA = Méthacrylate de méthyle MA = Acrylate de méthyle
Tableau III
ml Fe 4 6 8 12 16 32 16 16 16
MIH2O2 16 16 16 16 16 16 4 8 12
Température 30° début 60° fin
Temps 60'
% Homopolymère 2 9 13 23 26 31 32 27 31
% Polymère greffé 0 32 32 21 19 13 14 18 14
Tableau IV (MMA)
Cellulose Kraft blanchie Kraft écrue d'Eucalyptus Pâte mécanique Journaux mg Fe
0
14
28
168
0
8
28
0
28
56
168
ml H2O2 3 %
30
30
30
30
30
15
30
30
30
30
15
pH
2,4
2,7
3,6
2,5
3,1
3
4,1
3,5
4,1
-
Résistance à la traction
N/mm2
9,6
32
20
45
48
9,1
58
17
26
22
Ef module E
flexion N/mm2
—
4630
—
6250
-
5810
4160
Tf Rupture à la
flexion N/mm2
—
55
77
-
82
42
-
-
Humidité 2 h *
29
14
21
17
16
45
14
13
12
12
24 h *
48
32
35
38
41
99
39
44
29
25
% Résine
0
20
27,3
28,9
25,3
26,5
29
13,8
27,3
31
28
% Homopolymère
13
13,2
21,9
15,9
19,5
3,2
13,8
8,8
18
14,6
% Cellulose greffée
7
14,1
7
9,4
7
25,8
0
5,5
7,8
4,4
% Lignine greffée
-
-
-
-
0
13
5,2
11
* Prise d'humidité après immersion dans l'eau durant respectivement 2 h et 24 h.
Tableau V (styrène)
Cellulose
Eucalyptus
Pâte mécanique
Journaux
mg Fe
8
28
56
28
28
168
mlH202 3%
15
15
15
30
30
30
PH
3
3
3
3,2
3,2
3,1
Résistance à la traction
14
16
19
21
21
Ef module E
flexion N/mm2
4200
Tf rupture à la flexion
N/mm2
45
Humidité 2h*
41
32
11
9
9
24 h *
97
86
25
19
19
% Résine
0
9
10,5
25
30
30
% Homopolymère
10,5
6,7
10,5
14,8
% Cellulose greffée
-
1,7
1,3
1,9
% Lignine greffée
-
16,6
18,2
13,3
Tableau VI (mélange de monomères)
ml styrène
20
20
15
15
15
ml MMA
-
5
5
5
ml Fe 0,1 M
10
5
0
1
2,5
mlH202 3%
30
30
30
30
30
pH
3
3,2
3,1
3,3
3,2
Résistance à la traction
N/mm2
38
30
12
23
Humidité 24 h *
22
25
28
23
% Résine
22
18,4
3
21
22,3
% Homopolymère
16,2
11
6,6
10
% Polymère greffé
5,8
7,4
14,4
12,3
Tableau VII (mélange de fibres)
Polymère greffé
25
75
25
75
Pâte thermomécanique
100
75
25
Kraft
75
25
Résistance à la traction
N/mm2
16
14,8
34
12
28
Humidité 2 h *
20
10
7
21
13
24 h *
50
30
16
71
25

Claims (13)

  1. 624 971
    2
    REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'un panneau thermodéformable à partir de fibres ligno-cellulosiques contenant 20 à 100% de fibres de récupération, provenant notamment de papiers recyclés, caractérisé en ce qu'on procède, dans une suspension de papier dans l'eau formant une pâte pour la réalisation d'un panneau, à un greffage par un monomère oléfinique d'au moins une partie des fibres à l'aide d'un système catalytique redox à un pH inférieur à 4 et en ce qu'on filtre, sèche et forme ensuite des panneaux.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les monomères utilisés sont le styrène, le méthacrylate de méthyle et l'acrylate de méthyle.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système catalytique utilisé est le système redox Fe/ H2O2.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise de 0,00001 à 0,01% de Fe et 0,0001 à 0,1% de H2O2 en poids par rapport au poids total de la suspension et du liquide au cours de greffage.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on met en œuvre de 5 à 40%, et de préférence de 9 à 30%, de monomère par rapport à la base ligno-cellulosique.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le greffage se déroule à une température comprise entre 10 et 100°C et notamment de 30 à 70°C et en particulier de 50 à 60°C.
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on forme, par rapport à la masse ligno-cellulosique, de 0,5 à 20% en poids de produits greffés, à raison de 0 à 10% de cellulose greffée et 0 à 10% de lignine greffée et 10 à 30% d'homopolymère.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on mélange à des fibres traitées par greffage, des fibres non greffées, avant de procéder au formage des panneaux.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'après filtration, la masse est séchée à une teneur en humidité inférieure à 1 % et subit un pressage de courte durée à une pression moyenne comprise entre 10 et 100 bars à une température de 160 à 220°Ç.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'au départ d'une pâte présentant une valeur CF, Cana-dian Freeness selon la norme SCAN - C21:65, inférieure à 500 on obtient après greffage une valeur CF supérieure à 500.
  11. 11. Panneau thermodéformable obtenu par le procédé selon la revendication 1.
  12. 12. Panneau selon la revendication 11, obtenu par le procédé selon l'une des revendications 2 à 10.
  13. 13. Utilisation du panneau selon la revendication 11 pour la réalisation d'objets moulés.
CH1290277A 1976-11-11 1977-10-24 Process for the manufacture of a thermoformable panel, panel thus obtained and use of this panel for the production of moulded articles CH624971A5 (en)

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