TITRE DE L’INVENTION : Procédé de fabrication de produits d’isolation à base de fibres minérales ou de fibres organiques naturelles

La présente invention concerne un procédé de fabrication de produits d’isolation comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles liées par un liant organique obtenu par durcissement ou réticulation d’une composition d’encollage contenant une lignine, éventuellement oxydée et un acide organique polycarboxylique non-polymérique. L’invention concerne également les produits isolants obtenus par un tel procédé.

La fabrication de produits isolants à base de fibres minérales, notamment à base de laine minérale, comprend généralement une étape de fabrication des fibres de verre ou de roche par un procédé de centrifugation. Sur leur trajet entre le dispositif de centrifugation et le tapis de collecte des fibres, on pulvérise sur les fibres encore chaudes une composition aqueuse d’encollage, également appelée composition aqueuse de liant, qui subit ensuite une réaction de polymérisation à des températures généralement supérieures à 100°C.

Depuis plusieurs années, l’utilisation de différentes résines thermodurcissables, en tant que liants, contenues dans les compositions d’encollage, a permis de lier les fibres minérales et d’améliorer les performances mécaniques des produits d’isolation obtenus. Les résines thermodurcissables les plus couramment utilisées pour la fabrication de produits d’isolation à base de laine minérale sont des résines phénoliques de type résols. Outre leur bonne aptitude à réticuler dans les conditions thermiques précitées, ces résines sont solubles dans l’eau, possèdent une bonne affinité pour les fibres minérales grâce notamment à la présence de silane, et sont relativement peu coûteuses.

Les résols les plus usuels sont obtenus par condensation de phénol et de formaldéhyde, en présence d’un catalyseur basique. Au final, ces résols contiennent une certaine proportion de monomères n’ayant pas réagi, en particulier le formaldéhyde dont la présence n’est pas souhaitée à cause de ses effets nocifs avérés.

Pour cette raison, les résines à base de résols sont généralement traitées par de l’urée qui réagit avec le formaldéhyde libre en le piégeant sous forme de condensats urée-formaldéhyde non volatils. La présence d’urée dans la résine apporte en outre un avantage économique certain du fait de son faible coût, car on peut l’introduire en relativement grande quantité sans affecter les qualités d’emploi de la résine, notamment sans nuire aux performances mécaniques du produit final, ce qui abaisse notablement le coût total de la résine.

Il a néanmoins été observé que, dans les conditions de températures auxquelles la nappe de laine minérale est soumise pour obtenir la réticulation de la résine, les condensats urée-formaldéhyde ne sont pas stables ; ils se décomposent en redonnant du formaldéhyde et de l’urée, à son tour dégradée au moins partiellement en ammoniac, qui sont libérés dans l’atmosphère de l’usine et doivent alors faire l’objet de procédures de captation pour réduire leur impact sur l’environnement. Des solutions de remplacement des résines à base de formaldéhyde dans les compositions d’encollage ont donc été développées.

La Demanderesse a proposé dans ses demandes WO2010/029266 et WO201 3/014399 des compositions d’encollage à base de sucres hydrogénés, également appelés alcools de sucres, pour lier des fibres minérales. Ces réactifs présentent une très bonne stabilité thermique et confèrent au produit final de bonnes performances mécaniques.

Des liants exempts de formaldéhyde contenant à la fois des sucres hydrogénés et des sucres réducteurs ou non-réducteurs ont été divulgués respectivement dans les demandes W02013/021112 et W02015/159012 au nom de la Demanderesse pour lier des fibres minérales. Cependant ces résines à base de sucre(s) se sont montrées peu réactives et peu stables pour lier des fibres organiques naturelles.

Pour lier des fibres organiques naturelles, et notamment dans le but d’obtenir des produits isolants de densité inférieure à 250 kg/m ³ , il est connu d’utiliser des liants obtenus après durcissement ou réticulation de compositions d’encollages comprenant des polyisocyanates. Parmi les polyisocyanates les plus communément utilisés dans l’industrie des fibres de bois, on peut citer le poly(méthylène diphényl isocyanate) (pMDI, numéro CAS 9016-87-9) qui est un mélange de qualité technique contenant de 30 à 80 % de MDI (méthylène diphényl isocyanate) et des homologues de poids moléculaire plus élevé de formule [Formule 1]

Afin d’assurer un bon mouillage des fibres organiques naturelles par le pMDI hydrophobe, il est généralement nécessaire de soumettre les fibres préalablement à un séchage de manière à abaisser leur teneur en eau à une valeur inférieure ou égale à 6 % en poids, notamment comprise entre 2 - 6 % en poids (voir W02008/144770).

Plus récemment ont été proposés des pMDI émusifiables (EMDI) qui sont soit des mélanges de pMDI avec des agents tensioactifs non-ioniques exempts d’hydrogènes labiles susceptibles de réagir avec les fonctions isocyanates (voir par exemple EP0516361 ), soit des mélanges de pMDI et d’un faible pourcentage de pMDI fonctionnalisé avec des chaînes hydrophiles, par exemple des chaînes polyéthoxylées, permettant de stabiliser l’émulsion.

L’utilisation de pMDI sous forme d’émulsions aqueuses permet une répartition régulière du liant sur les fibres organiques naturelles sans séchage préalable, ce qui constitue un gain d’énergie significatif.

Cependant, l’utilisation de liants à base de polyisocyanates, même sous forme d’émulsions aqueuses de pMDI, constitue un problème important de nocivité au lieu de fabrication des panneaux, en raison de la présence des polyisocyanates. De plus, les polyisocyanates sont très réactifs et restent des matières premières coûteuses.

La Demanderesse a donc cherché un procédé pour fabriquer à la fois des produits isolants à base de fibres minérales et des produits isolants à base de fibres organiques naturelles qui utilise le même type de liant organique, autrement dit une même composition d’encollage qui permet de lier aussi bien des fibres minérales que des fibres organiques naturelles après durcissement ; une telle composition d’encollage étant de préférence bio-sourcée, devant être peu nocive, peu coûteuse, ayant une bonne aptitude à réticuler et pouvant être répartie uniformément sur n’importe lesquelles des fibres précitées et permettant l’obtention de produits isolants présentant de bonnes propriétés mécaniques. La composition d’encollage recherchée doit également présenter l’avantage de ne pas polymériser/réticuler ou très peu avant passage dans le dispositif de chauffage approprié, et/ou de polymériser/réticuler rapidement au moment du passage dans le dispositif de chauffage approprié.

Dans le cadre de cette recherche, les inventeurs ont découvert qu’une composition d’encollage comprenant la combinaison spécifique :

- d’au moins une lignine, éventuellement oxydée, et

- d’au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique, présentait les avantages ou les propriétés recherchées.

Ainsi la présente demande a plus précisément pour objet un procédé de fabrication d’un produit d’isolation comprenant des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles liées par un liant organique, comprenant les étapes suivantes :

(a) l’application d’une composition d’encollage sur lesdites fibres minérales ou lesdites fibres organiques naturelles,

(b) la formation d’un assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles,

(c) le chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles jusqu’à durcissement de ladite composition d’encollage, caractérisé en ce que ladite composition d’encollage comprend : au moins une lignine, éventuellement oxydée, et au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique.

La lignine selon l’invention est une lignine extraite de la lignine dite « native » qui est une biomolécule qui fait partie d’une famille de macromolécules polymères polyphénoliques (famille des tannins lato sensu), qui est un des principaux composants du bois avec la cellulose et l'hémicellulose. La figure 1 [Fig .1 ] montre une structure possible de lignine native. La lignine native est une macromolécule ayant une masse molaire très supérieure à 10 000 g. mol’ ¹ et qui n’est pas soluble dans l’eau. La lignine native est présente principalement dans les plantes vasculaires et dans quelques algues. Ses principales fonctions sont d'apporter de la rigidité, une imperméabilité à l'eau et une grande résistance à la décomposition. Toutes les plantes vasculaires, ligneuses et herbacées, fabriquent de la lignine. Quantitativement, la teneur en lignine native est de 3 à 5% dans les feuilles, 17 à 24% dans les tiges herbacées, 18 à 33% dans les tiges ligneuses (18 à 25% du bois dur des arbres angiospermes, 27 à 33% du bois tendre des arbres gymnospermes). Elle est moins présente dans les plantes annuelles que dans les plantes vivaces, elle est très présente dans les arbres. La lignine native est principalement localisée entre les cellules, mais on en trouve une quantité significative à l'intérieur même de celles-ci. Bien que la lignine soit un réseau tridimensionnel hydrophobe complexe, l'unité de base se résume essentiellement à une unité de monolignol. Après la cellulose (constituant 35 à 50% de la biomasse végétale terrestre) et l'hémicellulose (30 à 45%), la lignine (15 à 25%) forme la troisième famille de composés par ordre d’abondance dans les plantes et dans les écosystèmes terrestres où domine la biomasse végétale morte ou vive.

La lignine, selon l’invention, est une macromolécule dont une structure possible est représentée dans la figure 2 [Fig. 2], La lignine, selon l’invention, est extraite par clivage des liaisons éther 0-0-4 de la lignine native et possède donc une masse molaire inférieure à celle de la lignine native dont elle est issue, c.-à-d. une masse molaire moyenne inférieure à 10 000 g. mol’ ¹ , de préférence une masse molaire comprise entre 1 000 g. mol’ ¹ et 9 000 g. mol’ ¹ .

La lignine, selon l’invention, peut être choisie parmi les lignines alcalines appelées également les lignines kraft, les lignosulfonates, les lignines organosolv, les lignines sodiques, les lignines provenant de procédé de bio-raffinage de matières premières lignocellulosiques, ou un mélange de celles-ci. Les quatre groupes de lignines disponibles sur le marché sont les lignines alcalines ou kraft, les lignosulfonates, les lignines organosolv (lignines extraites et les lignines sodiques). Le cinquième groupe est la lignine dite de bio-raffinerie qui est un peu différent car il n'est pas décrit par son procédé d'extraction, mais plutôt par l'origine du procédé, par ex. par bio-raffinage et il peut donc être similaire ou différent de n'importe lequel des autres groupes mentionnés. La lignine, selon l’invention, est de préférence la lignine alcaline, appelée également lignine kraft.

La figure 2 [Fig. 2] montre une structure possible de lignine selon l’invention. On peut ainsi remarquer que le groupe fonctionnel réactif présent en grande quantité dans une lignine typique est le groupe hydroxyle, qui est soit un groupe hydroxyle aromatique, soit un groupe hydroxyle aliphatique c’est-à-dire une fonction alcool primaire ou une fonction alcool secondaire (une fonction alcool secondaire étant moins réactive qu’une fonction alcool primaire). Il est connu que les groupes hydroxyles de la lignine peuvent réagir avec des agents réticulant tels que des isocyanates ou des époxydes, des amines ou des aldéhydes conduisant à une structure réticulée de la lignine, suivant des mécanismes de réticulation différents. Cependant, ces agents de réticulation présentent un intérêt moindre en raison de leur toxicité (isocyanates, amines, formaldéhyde) et/ou de leur coût (époxydes, amines, aldéhydes autre que formaldéhyde).

Ainsi, les inventeurs ont découvert que des acides polycarboxyliques non- polymériques, qui sont eux peu toxiques, pouvaient réticuler la lignine. En outre, ils ont découvert que ces acides polycarboxyliques non-polymériques, en tant qu’agents de réticulation de la lignine permettaient de lier aussi bien des fibres minérales que des fibres organiques naturelles après durcissement ou réticulation de ces constituants ; permettant aussi l’obtention de produits isolants ayant d’aussi bonnes performances mécaniques, voir même de meilleures performances mécaniques, comparé à l’utilisation d’autres agents de réticulation connus tels que le formaldéhyde ou les isocyanates.

On entend par acide organique polycarboxylique « non-polymérique » dans la présente demande un acide organique polycarboxylique qui n’est pas une macromolécule constituée de l’assemblage de monomères ayant une masse molaire comprise entre 90 g. mol’ ¹ et 350 g. mol’ ¹ , liées entre eux par des liaisons covalentes de manière répétitive. Ainsi, dans la présente demande la composition d’encollage est de préférence exempte d’acide organique polycarboxylique polymérique. L’acide organique polycarboxylique non-polymérique selon l’invention peut être choisi parmi les acides dicarboxyliques, notamment l’acide oxalique, l’acide malonique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide pimélique, l’acide subérique, l’acide azelaïque, l’acide sébacique, l’acide malique, l’acide tartrique, l’acide tartronique, l’acide aspartique, l’acide glutamique, l’acide fumarique, l’acide itaconique, l’acide maléique, l’acide traumatique, l’acide camphorique, l’acide phtalique et ses dérivés, en particulier contenant au moins un atome de bore ou de chlore, l’acide tétrahydrophtalique et ses dérivés, en particulier contenant au moins un atome de chlore, l’acide isophtalique, l’acide téréphtalique, l’acide mésaconique et l’acide citraconique, les acides tricarboxyliques, notamment l’acide citrique, l’acide tricarballylique, l’acide 1 ,2,4-butanetricarboxylique, l’acide aconitique, l’acide hémimellitique, l’acide triméllitique et l’acide trimésique, et les acides tétracarboxyliques, notamment l’acide 1 ,2,3,4-butanetétracarboxylique et l’acide pyroméllitique. De manière encore plus préféré, l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est choisi parmi l’acide maléique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide itaconique, et l’acide citrique. Encore plus préférentiellement, l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est un acide tricarboxylique, en particulier l’acide citrique.

Autrement dit, il a été constaté de manière surprenante par les inventeurs que la lignine qui est un matériau bio-sourcé, bon marché, non toxique et peu corrosif pouvait en combinaison avec un acide organique polycarboxylique non-polymérique, peu toxique, lier des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, après durcissement ou réticulation de ces constituants ; et permettre de fabriquer des produits isolants présentant d’aussi bonnes propriétés mécaniques, voir même de meilleures performances mécaniques, que les liants connues et précitées.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la lignine est diluée dans de l’eau et le pH est ajusté entre 6,5 et 10,5, de préférence entre 8 et 9, avant l’ajout de l’acide organique polycarboxylique non-polymérique. Cet intervalle de pH permet un dépôt plus homogène de la composition d’encollage sur les fibres, ce qui a par conséquent l’avantage d’améliorer les propriétés mécaniques des produits isolants obtenus.

De préférence, la composition d’encollage comprend de 25% à 85% en poids d’au moins une lignine, et plus préférentiellement de 40% à 80% en poids, et encore plus avantageusement de 50% à 75% en poids, par rapport au poids total sec de la composition.

De préférence, la composition d’encollage comprend de 15% à 75% en poids d’au moins un acide organique polycarboxylique non-polymérique, et plus préférentiellement de 20% à 60% en poids, et encore plus avantageusement de 25% à 50% en poids, par rapport au poids total sec de la composition.

Dans un autre mode de réalisation préféré du procédé de l’invention, la lignine contenue dans la composition d’encollage en combinaison avec l’acide organique polycarboxylique non-polymérique est une lignine oxydée. Dans ce mode de réalisation, la quantité de lignine oxydée est comprise entre 50% et 85% en poids, de préférence entre 55% et 80% en poids, et plus préférentiellement entre 60% et 75% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage et la lignine oxydée comprend un pourcentage en fonction acide carboxylique compris entre 2% et 20%, de préférence entre 5% et 15% et un pourcentage en fonction alcool primaire compris entre 2% et 20%, de préférence entre 5% et 15%. Lesdits pourcentages en fonction acide carboxylique et en alcool primaire présents sur la lignine oxydée sont mesurés par spectroscopie infra-rouge ; en calculant le ratio de l’intensité des pics de la liaison C-0 de la fonction acide carboxylique (C-OOH) et respectivement celle de la fonction alcool primaire (C-OH) de la lignine oxydée par rapport à la somme de l’intensité des pics de la liaison C-0 de toutes les fonctions présentes sur la lignine oxydée, tous les pics étant situés entre 1000 cm ^-1 et 1300 cm ^-1 . Toutes les fonctions présentent sur la lignine oxydée ayant une liaison C-0 sont les suivantes : les fonctions alcool primaire et secondaire (C-OH) ; les fonctions hydroxyles aromatiques (Ar-OH), les fonctions acides (C-OOH) ; les fonctions éther aromatique (Ar-OC), éther aliphatique et cycloaliphatique (C-OC), et méthyl éther (C-OCHs).

L’utilisation d’une lignine oxydée (par rapport à une lignine non-oxydée) a pour avantage de réduire la quantité d’acide organique polycarboxylique non-polymérique à ajouter dans la composition d’encollage pour lier les fibres minérales ou les fibres organiques. Ainsi, dans ce mode particulier de réalisation, la quantité d’acide organique polycarboxylique non-polymérique est comprise entre 15% et 50% en poids, de préférence entre 20% et 45% en poids, et plus préférentiellement entre 25% et 40% en poids, par rapport au poids total sec de la composition d’encollage

En effet, dans la composition d’encollage comprenant la combinaison d’au moins une lignine oxydée et d’au moins un acide organique polycarboxylique non- polymérique, les groupes acides carboxyliques présents sur la lignine oxydée obtenus par scission de la macromolécule puis oxydation des groupes hydroxyles aliphatiques secondaires de la lignine de départ vont réagir avec certains des groupes hydroxyles aliphatiques de la lignine oxydée (en particulier les fonctions alcools primaires) lors de l’étape de chauffage de l’assemblage des fibres initiant une auto-réticulation de la lignine oxydée et les autres groupes hydroxyles aliphatiques de la lignine oxydée restants vont alors réagir avec les groupes acides carboxyliques de l’acide organique polycarboxylique non polymérique ajouté en tant qu’agent de réticulation pour achever la réticulation de ladite lignine oxydée.

En outre, la composition d’encollage selon l’invention peut être exempte de formaldéhyde. On entend par « exempte de formaldéhyde » dans la présente demande, une quantité de formaldéhyde inférieure à 2000 ppm dans une composition d’encollage selon l’invention. La composition d’encollage est une composition aqueuse qui peut présenter une teneur en matières sèches comprise entre 0,5% et 50% en poids, de préférence entre 3% et 30% en poids, et plus préférentiellement entre 4% et 20% en poids.

La composition aqueuse d’encollage est, quant à elle, appliquée sur les fibres minérales ou les fibres organiques naturelles, en une quantité comprise entre 2% et 20% en poids, de préférence entre 5% et 15% en poids, ladite quantité étant exprimée en matières sèches rapportées au poids des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, afin de conférer au produit isolant les propriétés mécaniques recherchées.

Dans un mode de réalisation préféré du procédé de l’invention, l’étape (a) d’application de la composition d’encollage sur les fibres minérales ou les fibres organiques naturelles peut être réalisée par pulvérisation, en particulier au moyen de buses de pulvérisation, ou par enduction au rouleau ou par imprégnation.

Les fibres minérales, selon l’invention, sont préférentiellement des laines minérales et encore plus préférentiellement des laines de verre, de roche ou de laitier, ou des mélanges de celles-ci. En particuliers, lorsque les fibres minérales sont des laines minérales, celles-ci peuvent renfermer une composition répondant à la formulation suivante, en pourcentage en poids :

SiÛ2 : entre 30 et 50%, de préférence entre 35 et 45%,

Na2Û: entre 0 et 10%, de préférence entre 0,4 et 7%,

CaO: entre 10 et 35%, de préférence entre 12 et 25%,

MgO : entre 1 et 15%, de préférence entre 5 et 13%,

CaO+MgO : entre 11 et 40% en cumulé,

AI2O3 : entre 10 et 27%,

K2O : entre 0 et 2%, de préférence entre 0 et 1 %,

Oxyde de fer : entre 0,5 et 15%, de préférence entre 3 et 12%, autre(s) oxyde(s) : entre 0 et 5 % en cumulé, de préférence moins de 3%, le reste étant constitué d’impuretés inévitables.

Les fibres minérales peuvent être des fibres de verre, ou des fibres de roche, notamment de basalte (ou wollastonite). Et plus particulièrement, les fibres minérales selon l’invention sont des fibres de verre aluminosilicate, notamment des fibres de verre aluminosilicate comprenant de l’oxyde d’aluminium, AI2O3, en une fraction massique comprise entre 14% et 28%. Dans un autre mode de réalisation, les fibres minérales peuvent être des fibres de verre renfermant une composition répondant à la formulation suivante, en pourcentage en poids :

SiO2 : entre 50 et 75%, de préférence entre 60 et 70%, Na2O: entre 10 et 25%, de préférence entre 10 et 20%, CaO: entre 5 et 15%, de préférence entre 5 et 10%, MgO : entre 1 à 10%, de préférence entre 2 et 5%, CaO et MgO représentant ensemble de préférence entre 5 et 20%, B2O3 : entre 0 et 10%, de préférence entre 2 et 8%, AI2O3 : entre 0 et 8%, de préférence entre 1 et 6%, K2O : entre 0 et 5%, de préférence entre 0,5 et 2%, Na2O et K2O représentant ensemble de préférence entre 12 et 20%, Oxyde de fer : entre 0 et 3%, de préférence moins de 2%, de préférence encore moins de 1 %, autre(s) oxyde(s) : entre 0 et 5 % poids en cumulé, de préférence moins de 3% en cumulé, le reste étant constitué d’impuretés inévitables.

Le diamètre des fibres minérales est avantageusement compris entre 0,1 et 25 pm.

Le diamètre des fibres organiques naturelles est avantageusement compris entre 5 et 100 pm, de préférence entre 10 et 50 pm et la longeur de ces fibres est en particulier comprise entre 0,1 et 900 mm, et plus particulièrement entre 10 et 120 mm Les fibres organiques naturelles, selon l’invention, sont avantageusement des fibres qui ne sont pas thermoplastiques, et qui sont présentes naturellement dans la biomasse et peuvent avoir subi des traitements mécaniques et/ou chimiques. Ces fibres proviennent de sources végétales et sont avantageusement choisis parmi le coton et les fibres lignocellulosiques. On entend par fibres lignocellulosiques des fibres d’origine végétale à base de matière lignocellulosique, c’est-à-dire comprenant de la cellulose, de l’hémicellulose et de la lignine. Les fibres lignocellulosiques englobent les fibres de bois, et les fibres d’autres plantes par exemple les fibres de chanvre, de lin, de sisal, de coton, de jute, de coco, de raphia, d’abaca, ou encore la paille de céréales ou la paille de riz.

Le terme « fibres lignocellulosiques » tel qu’il est utilisé dans la présente demande n’englobe pas les matériaux lignocellulosiques ayant été soumis à des traitements thermomécaniques ou chimique en vue de la fabrication de pâte à papier. Les fibres lignocellosiques utilisées dans la présente invention ont donc simplement subi un traitement mécanique de comminution destiné à réduire et/ou contrôler la dimension des fibres.

Les fibres lignocellulosiques sont de préférence des fibres de bois de résineux, en particulier de pin, obtenus par défibrage mécanique. Leur diamètre est avantageusement compris entre 10 et 70 pm, de préférence entre 30 et 50 pm et elles ont une longueur allant de 0,1 à 100 mm, de préférence de 0,5 à 50 mm, en particulier de 1 à 10 mm.

L’application de la composition d’encollage a) précède de préférence l’étape (b) de formation d’un assemblage des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, pendant laquelle les fibres encollées sont rassemblées, avant d’être chauffées de manière consécutive ou extemporanée pour durcir la composition d’encollage formant ainsi le liant organique qui lient les fibres.

Ainsi l’étape b) de formation d’un assemblage des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, qui peut être également appelée étape de mise en forme de l’ensemble des fibres, peut être réalisée par moulage et/ou compression. Le moule utilisé pour le moulage des produits doit être en un matériau capable de résister à la température de l’étape de chauffage. Il doit par ailleurs avoir une structure permettant à l’air chaud de l’étuve de cuisson de pénétrer facilement dans le produit moulé. Le moule peut par exemple être formé d’un grillage métallique en forme de caisson. Le caisson en grillage métallique est de préférence rempli avec un volume de fibres en vrac supérieur à sa contenance et est ensuite fermé par un couvercle en grillage métallique. Les fibres se trouvent ainsi plus ou moins comprimées en fonction de l’excédent volumique de remplissage. Cet excédent volumique de remplissage du caisson par les fibres est par exemple compris entre 10 % et 150 %, de préférence entre 15 et 100 % et en particulier entre 20 et 80 %.

Lorsque le procédé de la présente invention est un procédé en continu, l’étape b) de formation d’un assemblage de fibres peut se faire par exemple par compression au moyen d’un rouleau situé à l’entrée de l’étuve de cuisson sur un convoyeur.

En outres, les fibres peuvent être assemblées :

- en matelas souples de fibres pouvant être enroulables, compressibles ou pliables,

- en plaques ou panneaux de fibres, plus denses et rigides que les matelas enroulables, - en produits moulés à base de fibres, par exemple des doublures de conduits ou de canalisations,

- en textiles tissés ou non-tissés, tels que des mats non-tissés de fibres de verre ou organiques.

Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention, les fibres sont des fibres organiques naturelles imprégnées de composition aqueuse d’encollage et ledit procédé comporte en outre, entre l’étape a) et l’étape b), une étape de séchage des fibres qui a pour but d’évaporer suffisamment d’eau pour rendre les fibres encollées ou non-encollées sensiblement non-collantes. Dans un autre mode de réalisation, l’étape de séchage peut se faire avant l’étape a). Cette étape de séchage peut être mise en œuvre par chauffage, par exemple dans une étuve ventilée thermostatée ou encore à l’aide d’une presse chauffante à vapeur. Il est important de veiller à ce que le séchage ne porte pas les fibres organiques naturelles à une température trop élevée qui se traduit par le ramollissement de la composition d’encollage séché, voire par un début de réticulation des composants de la composition d’encollage. Une température de chauffage proche du point d’ébullition de l’eau est généralement suffisante. Le séchage des fibres imprégnées de composition d’encollage aqueuse est ainsi réalisé de préférence par chauffage à une température comprise entre 75°C et 150°C, pendant une durée comprise entre 1 seconde et 10 secondes. Les fibres organiques naturelles obtenues à l’issue de l’étape de séchage sont entourées d’une gaine de composition d’encollage séchée.

L’étape (c) de chauffage de l’assemblage des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles selon le procédé de l’invention est mise en œuvre de préférence à une température comprise entre 100°C et 250°C pendant une durée comprise entre 1 minute et 20 minutes, de préférence dans une enceinte thermo-régulée ou une presse vapeur. Dans le cadre d’une enceinte thermo-régulée, celle-ci peut être une étuve à air forcé dans laquelle on introduit dans un ou plusieurs compartiments des gaz chauds de température contrôlée, ou un moule chauffant à circulation de fluide ou résistance chauffante. Lors de cette étape de chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales ou desdites fibres organiques naturelles, les constituants de la composition d’encollage (selon l’invention) durcissent/ou réticulent/polymérisent pour former un liant organique insoluble. Dans un autre mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention, les fibres sont des fibres minérales et après l’étape (c) de chauffage de l’assemblage desdites fibres minérales jusqu’à durcissement de la composition d’encollage, l’assemblage des fibres minérales présente une perte par combustion (LOI, de l’anglais loss on ignition) comprise entre 1 % et 20%, de préférence entre 1 % et 15% en poids.

L’invention concerne également un produit isolant susceptible d’être obtenu par le procédé décrit ci-dessus. Ledit produit isolant obtenu comprend par conséquent des fibres minérales ou des fibres organiques naturelles, liées à l’aide d’un liant obtenu par durcissement ou réticulation d’une composition d’encollage (telle que décrite ci- dessus) comprenant une lignine, éventuellement oxydée, et un acide organique polycarboxylique non-polymérique Le produit isolant obtenu présente de bonnes propriétés mécaniques. Le produit isolant peut présenter une épaisseur comprise entre 10 et 300 mm, de préférence entre 35 et 240 mm, mesurée selon la norme EN 823:2013 et une masse volumique comprise entre 30 et 200 kg/m ³ , de préférence entre 35 et 180 kg/m ³ . Le produit isolant obtenu peut être utilisé pour réaliser des panneaux pour l’isolation extérieure des bâtiments. Le produit isolant obtenu peut notamment être un voile de fibres minérales, notamment de verre ou de roche.

Exemples

Exemple 1 :

On prépare des compositions aqueuses d’encollage comprenant les constituants figurant dans le tableau 1 , exprimés chacun en pourcentage en poids, par rapport au poids total sec de chacune des compositions.

La composition 1 , hors invention (c.-à-d. échantillon comparatif), est préparée par mélange de la lignine kraft A avec de l’eau. Les compositions 2 à 4, selon l’invention, sont préparées par mélange d’une première solution contenant de la lignine A dissoute dans de l’eau à une deuxième solution contenant un acide organique carboxylique non-polymérique particulier qui est dissout dans de l’eau. Les compositions 5 et 5 bis, hors invention (c.-à-d. échantillon comparatif), sont préparées en introduisant successivement dans un récipient 48 parts en poids de maltitol (en tant que sucre hydrogéné), 52 parts en poids d’acide citrique, et 5 parts en poids d’hypophosphite de sodium I’hypophosphite de sodium (catalyseur) sous une agitation vigoureuse jusqu’à dissolution complète des constituants.

Toutes les compositions d’encollage 1 à 5 et 5 bis contiennent 90% en poids d’eau et 10% en poids de matières sèches. Toutes les compositions sont utilisées pour former des produits isolants à base de fibres de verre.

Ainsi, on imprègne deux morceaux (60 mm x 10 mm x 0,250 mm) superposés de papiers de fibres de verre non tissées respectivement avec chacune des compositions aqueuses d’encollage, puis on fait ensuite durcir les papiers de fibres de verre imprégnées à une température de 150°C pendant 4 min (pour les échantillons 1 à 5) ou 210°C pendant 10 min (pour l’échantillon 5bis).

Le module de conservation des échantillons est mesuré en flexion trois points pendant la cuisson par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) au moyen d’un appareil « TA Instruments RSA-G2 Analyzer ».

Les paramètres de fonctionnement de l’appareil de mesure sont les suivants : Température : 25 °C Rapport de Poisson : 0,45

Durée de la sollicitation mécanique oscillatoire : 120 secondes

Fréquence d’oscillation : 1 ,0 Hz, Déformation : 0,1 %

Vitesse d’échantillonnage : 10 points/seconde.

Le tableau 1 ci-dessous montre le module de conservation des papiers de fibres de verre obtenus après durcissement de chacune des compositions d’encollage. Chaque valeur de module de conservation est la moyenne calculée sur deux à quatre valeurs de mesure individuelles.

Résultats

[Table 1]

On peut constater que les papiers de fibres de verre préparés conformément à l’invention, c.-à-d. à l’aide des compositions d’encollage 2 à 4 comprenant la combinaison de la lignine A et d’un acide organique polycarboxylique non- polymérique, présentent un module de conservation (entre 1 ,18 GPa et 2,74 GPa) supérieur à celui des papiers de fibres de verres préparés à l’aide de la composition d’encollage 1 (0,92 GPa) qui comprend une lignine seule (c.-à-d. sans agent de réticulation). En outre, on observe qu’un module de conservation plus élevé est obtenu pour les produits isolants préparés à l’aide de la composition d’encollage comprenant la lignine A et l’acide citrique (composition 4). On constate également que les papiers de fibres de verre préparés conformément à l’invention (compositions 2 à 4) présentent :

- un module de conservation plus élevé que celui des papiers de fibres de verres obtenus à l’aide d’une résine thermodurcissable bien connue tel que la résine à base de sucre hydrogéné (composition 5, exemple comparatif), ou

- un module de conservation du même ordre de grandeur que celui des papiers de fibres de verres obtenus à l’aide de la résine à base de sucre hydrogéné, lorsque la température et la durée de l’étape de durcissement sont augmentées (cf. exemple 5 bis).

On prépare des compositions aqueuses d’encollage comprenant les constituants figurant dans le tableau 2, exprimés chacun en pourcentage en poids, par rapport au poids total sec de chacune des compositions.

La composition 6 (exemple comparatif), est préparée par émulsion du poly(méthylène diphényl isocyanate) (pMDI) émulsifiable avec de l’eau. Les compositions 7 et 8, selon l’invention, sont préparées par mélange d’une première solution contenant de la lignine A dissoute dans de l’eau à une deuxième solution contenant de l’acide succinique dissout dans de l’eau. La composition 9 (exemple comparatif), est préparée par mélange d’une première solution contenant de la lignine A dissoute dans de l’eau à une deuxième solution contenant de l’éthylène glycol diglycidyl éther (un époxyde) dissout dans de l’eau.

La composition d’encollage 6 contient 40% en poids d’eau et 60% en poids de matières sèches. Les compositions d’encollage 7 à 9 contiennent 90% en poids d’eau et 10% en poids de matières sèches.

Pour chaque essai, on imprègne des fibres de bois avec une composition aqueuse d’encollage. La quantité des compositions aqueuses d’encollages 6, 8 et 9 déposée sur les fibres de bois est égale à 7% en poids exprimées en matières sèches rapportées au poids des fibres de bois. La quantité de composition aqueuse d’encollage 7 déposée sur les fibres de bois est égale à 10% en poids exprimées en matières sèches rapportées au poids des fibres de bois

Les fibres de bois imprégnées sont ensuite déposées uniformément dans un moule en acier comportant une cavité ouverte de 60 mm x 10 mm x 12 mm. Des barres en acier de 60 mm x 10 mm x 10 mm sont posées sur les fibres de bois et l’ensemble est chauffé pendant 4 min dans une presse thermostatée à 150°C et sous une pression de 10 bars. On laisse ensuite refroidir le moule jusqu’à température ambiante avant de retirer l’éprouvette de fibres lignocellulosiques formées (60 mm x 10 mm x 2 mm). Les éprouvettes de fibres de bois ainsi obtenues présentent une densité d’environ 180 kg/m ³ .

On détermine ensuite pour chaque éprouvette le module de conservation en flexion (flexion en trois points) par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) au moyen d’un appareil « TA Instruments RSA-G2 Analyzer ». Les échantillons sont préalablement séchés plusieurs heures dans un dessiccateur sous vide dynamique (20 mbar). Les paramètres de fonctionnement de l’appareil de mesure sont les mêmes que ceux précités.

Le tableau 2 ci-dessous montre le module de conservation des éprouvettes de fibres de bois obtenues après durcissement de chacune des compositions d’encollage. Chaque valeur de module de conservation est la moyenne calculée sur deux à quatre valeurs de mesure individuelles.

Résultats

[Table 2]

On constate que les éprouvettes de fibres de bois préparées conformément à l’invention, c.-à-d. à l’aide de la composition d’encollage 8 comprenant la combinaison de la lignine et de l’acide succinique (en tant qu’agent de réticulation de la lignine), ont un module de conservation supérieur (50,6 GPa) à celui des éprouvettes de fibres de bois préparées à l’aide de la composition d’encollage 9 (exemple comparatif) dont l’agent de réticulation de la lignine n’est pas un acide organique carboxylique non- polymérique mais un époxyde. Un module de conservation de même ordre de grandeur est obtenu pour les éprouvettes de fibres de bois préparées à l’aide de la composition d’encollage connue 6 et la composition d’encollage 7 selon l’invention avec une quantité de composition d’encollage sur lesdites fibres plus élevée.

En conclusion, les tableaux 1 et 2 montrent qu’une lignine en combinaison avec un acide organique carboxylique non-polymérique permet de lier aussi bien des fibres minérales que des fibres organiques naturelles et permet également l’obtention de produits isolants présentant d’aussi bonnes propriétés mécaniques, voir même de meilleures propriétés mécaniques, que ceux obtenus à l’aide de compositions d’encollage connues.

Exemple 2 :

On prend de la lignine B et on détermine la quantité de fonctions acide carboxylique et de fonctions alcool primaire présentes sur ladite lignine par spectroscopie infra-rouge en mesurant l’intensité du pic de la liaison C-OOH de la fonction acide carboxylique à environ 1190 cm ^-1 et celle de la liaison C-OH de la fonction alcool primaire à environ 1040 cm ^-1 , par rapport à la somme de l’intensité des pics de la liaison C-O, situés entre 1000 cm ^-1 et 1300 cm ^-1 , de toutes les fonctions présentes sur ladite lignine B. Toutes les fonctions présentent sur la lignine B ayant une liaison C-0 sont les suivantes : les fonctions alcool primaire et secondaire (C-OH); les fonctions hydroxyles aromatiques (Ar-OH), les fonctions acides (C-OOH); les fonctions éther aromatique (Ar-OC), éther aliphatique et cycloaliphatique (C-OC), et méthyl éther (C-OCH3).

Ensuite, les mêmes mesures sont réalisées sur la lignine B qui est au préalable oxydée dans les conditions suivantes : en solution aqueuse à pH > 13 avec comme agent oxydant H2O2 + FeCIs pendant 120 min à 95°C. Dans ce cas, toutes les fonctions présentent sur la lignine B oxydée ayant une liaison C-0 sont les suivantes : les fonctions alcool primaire et secondaire (C-OH) ; les fonctions hydroxyles aromatiques (Ar-OH), les fonctions acides (C-OOH) ; les fonctions éther aromatique (Ar-OC), éther aliphatique et cycloaliphatique (C-OC) et méthyl éther (C-OCH3).

Deux compositions d’encollage 10 et 11 sont ensuite préparées respectivement par mélange de la lignine B et de la lignine B oxydée dissoute dans de l’eau avec de l’acide succinique dissout dans de l’eau. Ces compositions d’encollages sont déposées sur des fibres de bois afin de fabriquer des éprouvettes de panneaux de fibres de bois selon le procédé décrit dans l’exemple 1 . Le module de conservation en flexion desdits éprouvettes de fibres de bois obtenu est mesuré par analyse thermomécanique dynamique (DMTA) comme expliqué dans l’exemple 1 .

Le tableau 3 indique les résultats obtenus pour chacune des compositions d’encollage.

[Table 3] On peut constater que l’utilisation de la lignine B oxydée qui comporte plus de fonctions acides carboxylique que la lignine B « non-oxydée » (11 % pour la lignine oxydée contre < 1 % pour la lignine « non-oxydée ») permet de réduire la quantité d’acide succinique à ajouter (37,5% quand lignine oxydée utilisée contre 50% quand lignine « non-oxydée » utilisée) pour l’obtention d’une composition d’encollage dont le produit isolant final présente un module de conservation équivalent.