Nouveau matériau à base de fibres végétales résistant à l’humidité et son procédé de préparation.

La présente invention concerne un nouveau matériau à base de fibres végétales résistant à l’humidité, ainsi que son procédé de préparation. Les matériaux à base de fibres végétales sont des matériaux de première importance dans notre société, en premier lieu avec le papier et le carton. La production de ces deux seuls matériaux se chiffre en centaine de millions de tonnes par ans. Ces matériaux sont utiles dans nombre de domaines comme l’isolation thermique, l’écriture, l’emballage et le transport de marchandises ou l’hygiène. Nombre de ces applications exposent ces matériaux à l’humidité. Or leur résistance à ces conditions est souvent médiocre, pouvant aller jusqu’à la dislocation du matériau.

Pour améliorer la résistance mécanique en conditions humides, de nombreux procédés ont été envisagés.

On recense trois classes de traitements :

Des traitements consistant en l’enduction par des couches imperméables en surface du matériau qui ralentissent la pénétration de l’eau au coeur du matériau (type polymères ou cires).

Des traitements de la pâte elle-même, avant façonnage du matériau, par des résines qui renforcent les liaisons entre fibres (type mélamine-formaldéhyde ou autres résines).

Des traitements à l’amidon qui consistent à remplir la porosité du matériau lui conférant une meilleure résistance à la compression.

Des couches d’un matériau hydrophobe peuvent être appliquées aux surfaces du matériau ralentissant ainsi la pénétration de l’eau au cœur de celui-ci. mais ces traitements de surface, souvent réalisés avec des polymères ou des cires, sont :

• peu durables ; la couche superposée à la surface perdant peu à peu en épaisseur jusqu’à exposer le papier à l’humidité, et/ou

• toxiques et/ou polluants et limitant la possibilité de recyclage. Les traitements par des résines sur la pâte ne préviennent pas la pénétration de l’eau dans le matériau, mais préviennent l’effet délétère de l’eau au cœur du matériau.

Le composé utilisé pour le traitement renforce les jonctions entre fibres ou double le réseau cellulosique pour empêcher leur désagrégation et la perte de cohérence du matériau. Ces traitements sont également souvent toxiques et/ou polluants et limitent la possibilité de recyclage du matériau.

Le traitement le plus connu dans l’industrie du papier est un traitement à base d’amidon imprégné dans les fibres. Ce composé, bien connu et disponible en quantité, permet un renforcement notable du matériau. Mais l’accroissement de la viscosité, avec l’ajout de quantité croissante d’amidon, limite la capacité d’ajout d’amidon et donc la résistance mécanique en milieu humide du matériau.

Les composés silicatés solubles, notamment les composés silicatés de sodium, sont déjà utilisés dans l’industrie papetière. Ils ont été progressivement utilisés pour le renforcement des fibres en remplacement de l’amidon en raison de leur application plus aisée et plus uniforme. La résistance mécanique des matériaux ainsi obtenus est améliorée en conditions humides. Mais, comme dans le cas de l’amidon, en cas de conditions fortement humides (proches de 100% d’humidité) ou en présence d’eau liquide, le caractère ionique des composés silicatés utilisés provoque leur solubilisation, ce qui redonne au papier ses caractéristiques initiales de faible résistance en milieu humide.

L’un des aspects de l’invention est de fournir un nouveau matériau à base de fibres végétales plus résistant dans les milieux humides que les matériaux existant actuellement traités avec un composé silicaté soluble.

Un autre aspect de l’invention est de fournir un procédé de préparation du matériau à base de fibres végétales pour améliorer sa résistance mécanique en milieu humide.

Un autre aspect de l’invention est de fournir un procédé de préparation du matériau à base de fibres végétales insolubilisant le composé silicaté soluble utilisé précédemment dans l’industrie, et permettant de réduire l’impact négatif de l’eau sur le matériau. Un autre aspect de l’invention est de fournir un procédé de préparation peu onéreux permettant d’introduire des composés portant une charge négative tout en permettant d’insolubiliser les cations multivalents.

Un autre aspect de l’invention est de fournir des matériaux d’emballage ou de transport résistant en milieu humide.

La présente invention concerne un matériau poreux en fibres, contenant ou consistant en :

au moins 50% de fibres végétales, notamment des fibres de cellulose, par rapport au poids total du matériau,

au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres,

la susdite au moins une couche de composé silicaté étant en association avec au moins un cation multivalent cette association renforçant le système de fibres en formant un réseau interconnecté,

moins de 10% en poids de zincate ou d’aluminate par rapport au composé silicaté,

sous réserve que :

• ledit au moins un cation multivalent, en association avec le composé silicaté, compense au moins 10% de la charge négative portée par le composé silicaté.

Au sens de la présente invention, on entend par « composé silicaté », l’ensemble des composés de formule moyenne (Si0 ₂ ) _x A _2/n 0, A représentant un ou plusieurs cations de charge moyenne n+, n étant compris de 1 à 3 et notamment 1 , 2 ou 3, et x étant un nombre compris de 0.5 à 10 000 ; cette définition inclut les silicates et les silices colloïdales.

Au sens de la présente invention, on entende par « en association » le fait que deux espèces chimiques soient liées au moins en partie par des interactions coulombiennes, ioniques ou iono-covalentes.

Au sens de la présente invention, on entend par « cation multivalent » :

o l’ensemble des cations multivalents dont le degré d’oxydation est de 2 ou 3, issus des métaux différents des métaux alcalins et des métaux alcalino- terreux, o les polyélectrolytes cationiques, notamment l’amidon cationique ou les polymères ou les oligomères d’amine quaternaire.

Au sens de la présente invention, on entend par « composé silicate en association avec au moins un cation multivalent », un composé silicaté dont la partie silicatée (espèce de formule moyenne (Si0 ₂ ) _x 0 ² dans la formule ci-dessus) est en association avec au moins un cation multivalent. En particulier, cela implique qu’une partie au moins des espèces A dans la formule ci-dessus soient des cations multivalents.

Cette association permet de créer un réseau interconnecté qui renforce les jonctions entre les fibres du matériau. Selon ce modèle, ledit réseau interconnecté résulte de l’association in situ entre le composé silicaté et le cation multivalent.

Au sens de la présente invention, on entend par « ledit au moins un cation multivalent en association avec le composé silicaté compense au moins 10% de la charge négative portée par le composé silicaté », le fait que le ou les cations multivalents en association avec le composé silicaté portent une charge positive représentant au moins 10% de la charge négative portée par l’espèce de formule moyenne (Si0 ₂ ) _x 0 ² dans la formule (Si0 ₂ ) _x A _2/n 0.

Les matériaux poreux en fibres selon la présente invention comprennent en majorité des fibres végétales dans lesquelles ou entre lesquelles sont imprégnées :

• un composé silicaté,

• un ou plusieurs cations multivalents,

• éventuellement du zincate ou de l’aluminate en mélange dans le composé silicaté et ne dépassant pas 10% du poids du composé silicaté.

La présente invention concerne un matériau poreux en fibres, contenant ou consistant en :

au moins 50% de fibres végétales, notamment des fibres de cellulose, par rapport au poids total du matériau,

au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres, à raison de 1 à 45% du poids total du matériau,

la susdite au moins une couche de composé silicaté étant en association avec au moins un cation multivalent à raison de 5 à 49 % du poids total du matériau, cette association renforçant le système de fibres en formant un réseau interconnecté,

moins de 10% en poids de zincate ou d’aluminate par rapport au composé silicaté,

sous réserve que :

• ledit au moins un cation multivalent, en association avec le composé silicaté, compense au moins 10% de la charge négative portée par le composé silicaté.

La présente invention concerne aussi un matériau poreux en fibres, contenant ou consistant en :

au moins 50% de fibres végétales, notamment des fibres de cellulose, par rapport au poids total du matériau,

au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres, à raison de 1 à 45% du poids total du matériau,

la susdite au moins une couche de composé silicaté étant en association avec au moins un cation multivalent à raison de 5 à 49 % du poids total du matériau, cette association renforçant le système de fibres en formant un réseau interconnecté,

moins de 10% en poids de zincate ou d’aluminate par rapport au composé silicaté,

sous réserve que :

• ledit au moins un cation multivalent, en association avec le composé silicaté, compense au moins 10% de la charge négative portée par le composé silicaté, ledit matériau ayant des valeurs de résistance à la traction en conditions humides strictement supérieures :

o aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau mais ne comprenant ni couche de composé silicaté, ni sel soluble de cations multivalents imprégné dans et /ou entre les fibres,

o aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau mais ne comprenant pas de cation multivalent en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, et o aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau, comprenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et/ou entre les fibres mais ne comprenant pas de couche de composé silicaté associé avec ledit sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres.

Une détermination de la constitution du matériau selon l’invention peut se faire par exemple par MEB couplé à de l’analyse dispersive en énergie ou par analyse élémentaire par spectroscopie à plasma à couplage inductif doublée de l’utilisation d’analyseurs élémentaires organiques.

Au sens de la présente invention, on entend par « matériau comparable à un matériau de l’invention » un matériau dont la seule différence avec un matériau de l’invention est

• l’absence dans le matériau de couche(s) de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent, cette(ces) couche(s) étant éventuellement remplacée(s) par :

o soit une(des) couche(s) de composé silicaté en association avec des cations monovalents et/ou des cations alcalino-terreux,

o soit par un sel soluble de cation multivalent imprégné dans et/ou entre les fibres du matériau.

Au sens de la présente invention, on entend par « conditions humides » des conditions dans lesquelles l’humidité relative peut aller de 80 à 100% ou dans lesquelles il y a présence ou condensation d’eau liquide dans le matériau et ce pour des températures allant de 1 à 40°C.

Au sens de la présente invention, on entend par « matériau ne comprenant ni couche de composé silicaté, ni sel soluble de cation multivalent, imprégné dans et /ou entre les fibres » un matériau brut dont la résistance en conditions humides doit être améliorée. Ledit matériau brut étant un matériau ne contenant pas de composé silicaté, ni de sel de cation multivalent mais pouvant contenir notamment des additifs minéraux ou organiques.

Au sens de la présente invention, on entend par « matériau ne comprenant pas de cation multivalent en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté », un matériau silicaté correspondant à un matériau brut ne contenant qu’une ou plusieurs couches de composé silicaté en association avec des cations monovalents ou un matériau silicaté en association avec un alcalino-terreux, correspondant à un matériau brut qui contient une ou plusieurs couches de composé silicaté associées à au moins un cation alcalino-terreux et éventuellement des cations monovalents.

Au sens de la présente invention, on entend par « matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau, comprenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et/ou entre les fibres mais ne comprenant pas de couche de composé silicaté associé avec ledit sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et/ou entre les fibres » un matériau imprégné par un sel soluble de cation multivalent ne contenant pas de couche de composé silicaté, mais imprégné par un sel soluble de cation multivalent.

Au sens de la présente invention, on entend par « cations monovalents », l’ensemble des cations dont le degré d’oxydation est de 1 , hors les polyélectrolytes cationiques, notamment l’amidon cationique et les polymères ou les oligomères d’amine quaternaire.

Le matériau selon la présente invention, présente l’avantage d’une résistance à la traction améliorée par rapport au matériau brut, et par rapport à l’ensemble des matériaux intermédiaires entre le matériau brut et le matériau de la présente invention, à savoir :

• le matériau silicaté,

• le matériau silicaté en association avec un alcalino-terreux,

• le matériau imprégné par un sel soluble de cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, la formule du composé silicaté peut s’écrire

(Si0 ₂ ) _x R _d A _c O

dans laquelle :

• x est compris de 0.5 à 10 000;

• R représente un ou plusieurs cations autres qu’un cation multivalent, en particulier un mélange de cations alcalins et alcalino-terreux, • p représente la charge moyenne positive du ou des cations R, selon la formule R ^p+ ; p étant compris de 1 à 15 000, et en particulier de 1 à 2;

• d/x représente le nombre moyen par silicium de cations R en association avec le composé silicaté;

• A représente le au moins un cation multivalent ;

• n représente la charge moyenne positive de A, selon la formule A ⁿ⁺ , n étant compris de 1 à 300 000, et en particulier de 2 à 4 et plus particulièrement 2, 3 ou 4 ;

• c/x représente le nombre moyen par silicium de cations A en association avec le composé silicaté ;

sous réserve que :

o c · n > 0.2; et

o le matériaux est globalement neutre.

Dans ce mode de réalisation, le ratio molaire entre le cation multivalent en association avec le composé silicaté et la charge négative portée par le composé silicaté est tel que 0.2 < c · n < 2, de préférence de 1.6 < c · n < 2.

Dans ce mode de réalisation, si la charge portée par les cations multivalents en association avec le composé silicaté compense à 100 % la charge négative portée par le composé silicaté, alors c · n = 2, et il n’y a pas de cation alcalino-terreux ou de cation monovalent associé au composé silicaté.

Dans un autre mode de réalisation, la formule du composé silicaté an présence d’au moins un anion différent d’un composé silicaté peut s’écrire

(Si0 ₂ ) _x J _{e d} A _c 0

dans laquelle :

• x est compris de 0.5 à 10 000

• R représente un ou plusieurs cations autres qu’un cation multivalent, en particulier un mélange de cations alcalins et alcalino-terreux,

• p représente la charge moyenne positive du ou des cations R, selon la formule R ^p+ ; p étant compris de 1 à 15 000, et en particulier de 1 à 2,

• d/x représente le nombre moyen par silicium de cations R en association avec le composé silicaté; • A représente le au moins un cation multivalent

• n représente la charge moyenne positive de A, selon la formule A ⁿ⁺ , n étant compris de 1 à 300 000, et en particulier de 2 à 4 et plus particulièrement 2, 3 ou 4

• c/x représente le nombre moyen par silicium de cations A en association avec le composé silicaté,

• J représente un ou plusieurs anions autres qu’un composé silicaté,

• e/x représente le nombre moyen par silicium d’anions J en association avec une partie des cations A et/ou R, ;

• m représente la charge moyenne négative de J, selon la formule J ^m , m étant compris de 1 à 300 000,

sous réserve que :

o c · n > 0.2, et

o le matériau est globalement neutre

Dans ce mode de réalisation, le ratio molaire entre le cation multivalent en association avec le composé silicaté et la charge négative portée par le composé silicaté est tel que 0.2 < c · n < 2 · n, de préférence de 1 .6 < c · n < 2 · n.

Dans ce mode de réalisation, la quantité de cations multivalents en association avec le composé silicaté peut être inférieur à la quantité de cations multivalents nécessaire pour neutraliser la charge négative du composé silicaté. Dans ce cas, l’excès de charge négative portée par le composé silicaté est compensée par des cations différents des cations multivalents.

Dans ce mode de réalisation, la quantité de cations multivalents peut être supérieure à la quantité de cations multivalents en association avec le composé silicaté. Dans ce cas, l’excès de cation multivalent reste sous la forme de sel avec un ou des anions différents de l’espèce (Si0 ₂ ) _x 0 ² du composé silicaté, et le rapport massique des cations multivalents par rapport au composé silicaté est au maximum de 4900%.

Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus et contenant ou consistant en :

un ou plusieurs additifs minéraux et/ou organiques, ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques pouvant être ou non en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, à raison de 0 à 44 % du poids total du matériau,

sous réserve que :

• l’éventuel ou les éventuels additifs minéraux et/ou organiques, en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, sont présentes dans un ratio molaire par rapport au composé silicaté tel que la charge positive portée par l’additif minéral et/ou organique en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté compense une valeur inférieure à une valeur maximale de 90% de la charge négative portée par le composé silicaté.

Au sens de la présente invention, on entend par « additif minéral » un composé inorganique insoluble en milieu aqueux neutre ou proche de la neutralité avec un pH entre 5 et 9, sous la forme de particules dont les tailles sont généralement comprises entre 100 nm et 100 miti, pouvant être ajouté au matériau poreux en fibres par l’ensemble des moyens techniques du domaine (ajout direct dans la pâte à papier, enduction des feuilles, ajout à la presse encolleuse sur les feuilles...) et permettant d’en modifier les propriétés (blancheur, grammage...) ou d’en baisser le coût. Les additifs minéraux comprennent notamment le calcaire, le kaolin, les argiles...

Au sens de la présente invention, on entend par « additif organique » un composé organique insoluble en milieu aqueux neutre ou proche de la neutralité avec un pH entre 5 et 9, sous la forme de particules dont les tailles sont généralement comprises entre 100 nm et 100 miti, pouvant être ajouté au matériau poreux en fibres par l’ensemble des moyens techniques du domaine (ajout direct dans la pâte à papier, enduction des feuilles, ajout à la presse encolleuse sur les feuilles...) et permettant d’en modifier les propriétés. Les additifs organiques comprennent notamment les dispersions aqueuses de polymères appelées latex et l’amidon.

La présence d’additifs minéraux ou organiques n’est pas nécessaire pour l’amélioration des propriétés de résistance en milieu humide selon la présente invention.

Dans ce mode de réalisation, les additifs minéraux et/ou organiques peuvent prendre trois configurations :

• l’ensemble des additifs minéraux et/ou organiques est en association via les charges positives de surface desdits additifs minéraux et/ou organiques avec ladite couche de composé silicaté, • l’ensemble des additifs minéraux et/ou organiques n’est pas en association avec ladite couche de composé silicaté,

• Une partie des additifs minéraux et/ou organiques est en association via les charges positives de surface de ladite partie des additifs minéraux et/ou organiques avec ladite couche de composé silicaté, tandis que l’autre partie des additifs minéraux et/ou organiques n’est pas en association avec ladite couche de composé silicaté.

Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus et dans lequel, ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques, sont en association via les charges positives de surface desdits additifs minéraux et/ou organiques avec ladite couche de composé silicaté, sous réserve que :

• le ou les additifs minéraux et/ou organiques, en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, sont présentes dans un ratio molaire par rapport au composé silicaté tel que la charge positive portée par l’additif minéral et/ou organique en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté compense en partie la charge négative initialement portée par le composé silicaté, d’une valeur strictement supérieure à 0 à une valeur maximale de 90% de la charge négative portée par le composé silicaté.

Dans ce mode de réalisation, la ou les additifs minéraux et/ou organiques peuvent contenir ou pas des cations alcalino-terreux ou de l’oxyde de zinc.

Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus et dans lequel, ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques, ne sont pas en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté.

Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus et dans lequel :

• une partie de ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques, est en association via les charges positives de surface de ladite partie des additifs minéraux et/ou organiques avec ladite couche de composé silicaté,

• l’autre partie de ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques, n’est pas en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, sous réserve que :

• une partie de ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques, en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, est présente dans un ratio molaire par rapport au composé silicaté tel que la charge portée par la partie de ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté compense en partie la charge négative initialement portée par le composé silicaté, d’une valeur strictement supérieure à 0 à une valeur maximale de 90% de la charge négative portée par le composé silicaté.

Dans ce mode de réalisation, la ou les additifs minéraux et/ou organiques peuvent contenir ou pas des cations alcalino-terreux ou de l’oxyde de zinc.

Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus et dans lequel ledit ou lesdits additifs minéraux et/ou organiques ne contiennent ni cation alcalino-terreux, ni oxyde de zinc.

Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus et ne contenant aucun additif minéral et/ou organique.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres comprenant moins de 25% massique d’additif minéral constitué de carbonates de métaux alcalino-terreux, en rapport de la masse de ledit composé silicaté.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres ne comprenant pas de carbonate.

Dans ce mode de réalisation, le matériau ne contient pas de carbonate donc :

• l’additif minéral ne contient pas de carbonate, donc le calcaire ne fait pas partie des additifs minéraux susceptibles d’être ajoutés au matériau

• le sel ne contient pas de carbonate comme anion.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres, comprenant moins de 25% massique d’oxyde de zinc, de sulfate de calcium ou de sulfate de baryum en rapport de la masse de ledit composé silicaté. Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres, ne comprenant ni oxyde de zinc, ni sulfate de calcium ni sulfate de baryum.

Dans ce mode de réalisation, le matériau ne contient pas d’oxyde de zinc, de sulfate de baryum ou de sulfate de calcium, donc ces trois composés ne peuvent pas être utilisés comme additifs minéraux.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres, dans lequel la valeur de résistance à la traction en conditions humides dudit matériaux poreux en fibres est comprise de 130 % à 10000 % par rapport :

aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau mais ne comprenant ni couche de composé silicaté, ni sel soluble de cations multivalents imprégné dans et /ou entre les fibres,

aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau mais ne comprenant pas de cation multivalent en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, et

aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau, comprenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et/ou entre les fibres mais ne comprenant pas de couche de composé silicaté associé avec ledit sel soluble d’au moins un cation multivalent, imprégné dans et /ou entre les fibres ladite valeur de résistance à la traction en conditions humides dudit matériaux poreux en fibres étant comprise plus particulièrement de 150 à 3500 %, et encore plus particulièrement de 200 à 1000% par rapport aux valeurs de résistance à la traction desdits matériaux.

Dans ce mode de réalisation, la valeur de résistance à la traction en conditions humides dudit matériau poreux en fibres est notamment comprise de 130 à 200%, de 200 à 300 %, de 300 à 400%, de 400 à 500 %, de 500 à 600 %, de 600 à 700%, de 700 à 800%, de 800 à 900 %, de 900 à 1000%, de 1000 à 2000 %, de 2000 à 4000%, de 4000 à 6000%, de 6000 à 8000%, de 8000 à 10000% par rapport aux valeurs de résistance à la traction des matériaux suivant :

• matériau brut, • matériau silicaté,

• matériau silicaté traité par un alcalino-terreux, et

• matériau imprégné par un sel soluble de cation multivalent,

définis ci-dessus.

Dans ce mode de réalisation, la valeur de résistance à la traction en conditions humides ne préjuge pas de la valeur de la résistance en condition sèche du matériau poreux en fibres.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel ledit matériau poreux en fibres est choisi parmi du papier, du carton, des feuilles de papier ou de carton en contact avec un matériau à base de calcium et de sulfate, de carbonate ou de composé silicaté.

Dans ce mode de réalisation, le matériau poreux en fibres est sous la forme de papier, de carton, d’un mélange de papier et de carton ou d’un mélange de papier et/ou de carton couplé avec un matériau composite.

Ledit mélange de papier et/ou de carton couplé avec un matériau composite peut par exemple être un carton ou un papier recouvert sur l’une au moins des deux faces, d’un film plastique. Dans ce cas, le film plastique est choisi parmi des polymères classiques tels que le polyéthylène ou le polypropylène. Le carton ou le papier recouvert d’un film plastique, est potentiellement utilisable pour la fabrication d’un emballage alimentaire, notamment pour les boisson, le lait ou les plats cuisinés.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un Matériau poreux en fibres, dans lequel le au moins un cation multivalent est choisi parmi les cations de métaux de transition, les cations de lanthanides, les cations d’aluminium, ou les polyélectrolytes cationiques, notamment les amidons cationiques, les polymères ou les oligomères d’amine quaternaire, ou un mélange de ceux-ci, en particulier parmi Al ³⁺ , Fe ²⁺ , Fe ³⁺ , Cu ²⁺ , Co ²⁺ , Ni ²⁺ , Zn ²⁺ , La ³⁺ , Ce ³⁺ .

Dans ce mode de réalisation, le cation multivalent peut être soit un cation métallique, soit un cation issu d’une polyamine quaternaire ou d’un amidon cationique. Les cations métalliques multivalents ne peuvent pas être des cations alcalino-terreux, en particulier le calcium.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel le au moins un cation multivalent est choisi parmi les cations de métaux de transition, de lanthanides, ou d’aluminium.

Dans ce mode de réalisation, le cation multivalent ne peut être qu’un cation métallique et non un cation issu d’une polyamine quaternaire. Les cations métalliques multivalents ne peuvent pas être des cations alcalino-terreux, en particulier le calcium.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel la couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres est de formule moyenne (Si0 ₂ ) _x 0 ² , avec une valeur de x inférieure à 30 et est un silicate.

Dans ce mode de réalisation, la couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres ne peut être qu’une couche de silicate et non de silice colloïdale.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel :

· la au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres est une couche de silicate, ou

• le au moins un cation multivalent est choisi parmi les cations de métaux de transition, de lanthanides, ou d’aluminium.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel :

• la au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres est une couche de silicate, et

• le au moins un cation multivalent est choisi parmi les cations de métaux de transition, de lanthanides, ou d’aluminium. Dans ce mode de réalisation, la couche de composé silicaté imprégné dans et /ou entre les fibres ne peut être qu’une couche de silicate et le cation multivalent ne peut être qu’un cation métallique.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel le au moins un cation multivalent est un mélange d’au moins deux cations multivalents différents.

Dans ce mode de réalisation, plusieurs cations multivalents sont associés avec le composé silicaté.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres dans lequel le cation multivalent est choisi parmi Al ³⁺ , Fe ²⁺ , Fe ³⁺ , Cu ²⁺ , Co ²⁺ , Ni ²⁺ , Zn ²⁺ , La ³⁺ , Ce ³⁺ .

Dans ce mode de réalisation, le cation multivalent est un cation métallique choisi parmi les métaux de transition ou l’aluminium.

Dans ce mode de réalisation, le cation multivalent peut être divalent ou trivalent.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres, dans lequel le au moins un cation multivalent est choisi parmi Al ³⁺ , Fe ³⁺ et Cu ²⁺ .

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres, dans lequel le au moins un cation multivalent est choisi parmi les polycations métalliques, en particulier parmi :

• les polycations métalliques à base d’aluminium, plus particulièrement parmi les polycations (AI13) ⁷⁺ ou AI30, ou · les polycations métalliques constitués de plusieurs cations métalliques différents tel que l’aluminium, le zirconium, le fer, le cuivre ou les autres métaux de transition.

Par polycation métallique on entend un agrégat constitué de plusieurs ions métalliques. Un exemple est le cation de Keggin de formule [Ali ₃ 0 ₄ (0Fi) ₂₄ (Fl ₂ 0)i ₂ ] ⁷⁺ , également connu sous le nom AU 3 ou le cation AI30 de formule [Al ₃₀ O ₄ (O H ) ₂₄ ( H ₂ 0) ₁₂ ] ¹⁸⁺ .

Les polycations sont généralement formés par hydrolyse et polymérisation des cations métalliques en milieu basique. Ils peuvent également être obtenus à partir de polymères métalliques commerciaux comme le chlorure de polyaluminium commercialement disponible sous le nom WAC ou PAC.

L’invention concerne aussi un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, défini ci-dessus, et comprenant :

a. soit une étape d’imprégnation d’un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres, avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent

b. soit une étape de mise en contact d’un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres, avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent, dans des conditions permettant une association entre le susdit composé silicaté associé à un cation monovalent et le au moins un cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, l’une ou l’autre des 2 susdites étapes peut être effectuée, le choix dépendant du matériau de départ.

Si le matériau de départ est un matériau poreux en fibres imprégné de composé silicaté, le procédé consiste à imprégner ce matériau avec un sel de cation multivalent pour obtenir l’association entre le composé silicaté déjà imprégné dans les fibres et le cation multivalent.

Si le matériau de départ est un matériau poreux en fibres imprégné d’un sel d’un ou plusieurs cations multivalents, le procédé consiste alors à mettre en contact ce matériau avec une solution de composé silicaté pour obtenir l’association entre le ou les cations du sel déjà imprégné dans les fibres et le composé silicaté.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, comprenant moins de 10% de zincate ou d’aluminate par rapport au composé silicaté. Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, ne comprenant pas l’utilisation de carbonate.

Dans un autre mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, ne comprenant pas l’utilisation d’oxyde de zinc, de sulfate de calcium ou de sulfate de baryum.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel ledit matériau poreux en fibres est choisi parmi du papier, du carton, des feuilles de papier ou de carton en contact avec un matériau à base de calcium et de sulfate, de carbonate ou de composé silicaté.

Dans ce mode de réalisation, le procédé de fabrication du matériau poreux en fibres utilise les matériaux cités ci-dessus pour les renforcer. Ces matériaux sont connus pour être particulièrement sensibles à l’eau.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit composé silicaté associé à un cation monovalent est sous forme (Si0 ₂ ) _x [(R ⁺ ) ₂ 0], R étant un cation monovalent et étant choisi parmi les alcalins ou les cations ammoniums quaternaires, et le rapport molaire x étant de 0.5 à 10000, ledit composé silicaté associé à un cation monovalent étant :

• soit un silicate quand x est compris de 0.5 à 30, plus précisément de 0.5 à 20, plus précisément de 0.5 à 10, plus précisément de 2 à 4, notamment le silicate de sodium, le silicate de potassium, le silicate de lithium, le silicate de tétraméthylammonium (TMA) ou le silicate de tétrabutylammonium (TBA), ou un mélange de ceux-ci,

• soit une silice colloïdale quand x est compris de 30 à 10000, plus précisément de 50 à 1000, plus précisément de 50 à 200, notamment la silice colloïdale de sodium, la silice colloïdale de potassium, la silice colloïdale de lithium, la silice colloïdale de TMA ou la silice colloïdale de TBA, ou mélange de celle-ci.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel le composé silicaté associé à un cation monovalent est choisi parmi le silicate de sodium, le silicate de potassium, le silicate de lithium, le silicate de tétraméthylammonium (TMA) ou le silicate de tétrabutylammonium (TBA), ou un mélange de ceux-ci.

Le cation monovalent qui est utilisé pour être associé au composé silicaté peut être soit un cation issu d’un atome alcalin, en particulier choisi parmi le sodium, le lithium, et le potassium, soit un ammonium quaternaire de formule R _I R2R _S R ₄ N ⁺ , les Ri, R2, R ₃ , et R ₄ étant choisis parmi les alcanes linéaires de 1 à 6 carbones. De préférence, les ammoniums quaternaires sont choisis parmi les composés de formule (R _I ) ₄ N ⁺ , en particulier le TMA, le tétraéthylammonium (TEA), le tétrapropylammonium TPA ou le TBA.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel ledit composé silicaté associé à un cation monovalent est sous forme (Si0 ₂ ) _x R ₂ 0, R étant un cation monovalent et étant choisi parmi les alcalins ou les cations ammoniums quaternaires, notamment le TMA, le TEA, le TPA et le TBA, et le rapport molaire x est de 0.5 à 10000.

Dans ce mode de réalisation, lorsque le rapport molaire est de 0.5 à 30, le composé de formule (Si02) _x R20 est un silicate, et lorsque le rapport molaire est au-dessus de 30 jusqu’à 10000, le composé de formule (Si0 ₂ ) _x R ₂ 0 est une silice colloïdale.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel le rapport molaire x de la formule (Si0 ₂ ) _x R ₂ 0 dudit composé silicaté associé à un cation monovalent est de 0.5 à 30, plus précisément de 0.5 à 20, plus précisément de 0.5 à 10, plus précisément de 2 à 4 et en particulier un rapport de 2,0 ; 2,1 ; 2,2 ; 2,3 ; 2,4 ; 2,5 ; 2,6 ; 2,7 ; 2,8 ; 2,9 ; 3,0 ; 3,1 ; 3,2 ; 3,3 ;3,4 ; 3,5 ; 3,6 ; 3,7 ; 3,8 ; 3,9 et/ou 4,0.

Dans ce mode de réalisation, le composé silicaté associé à un cation monovalent est un silicate.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel le rapport molaire x de la formule (Si0 ₂ ) _x R ₂ 0 dudit composé silicaté associé à un cation monovalent est de 30 à 10000, plus précisément de 30 à 1000, plus précisément de 30 à 200.

Dans ce mode de réalisation, le composé silicaté associé à un cation monovalent est une silice colloïdale.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel le cation multivalent est choisi parmi les cations :

des métaux de transition,

des lanthanides,

de l’aluminium,

des polyélectrolytes cationiques, notamment les amidons cationiques, les polymères ou oligomères d’amine quaternaire,

ou un mélange de ceux-ci.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel l’anion du sel soluble est choisi parmi le chlorure, le fluorure, le bromure, le sulfate, le nitrate, le perchlorate ou l’acétate.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel le sel soluble est un mélange d’au moins deux sels différents.

Dans ce mode de réalisation, le sel utilisé dans le procédé pour la mise en association du cation multivalent avec le composé silicaté est un mélange d’au moins deux sels dans lesquels au moins les cations et/ou les anions sont différents.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel le sel soluble est un mélange d’au moins deux cations différents.

Dans ce mode de réalisation, le sel utilisé dans le procédé pour la mise en association du cation multivalent avec le composé silicaté est un mélange d’au moins deux sels contenant ou non les mêmes anions et contenant au moins deux cations différents. Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, comprenant une étape d’obtention d’un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres consistant en :

une étape de mise en contact d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent,

suivie d’une éventuelle étape de séchage dudit matériau poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché.

Dans ce mode de réalisation, la première étape est une étape de mise en contact d’une couche de composé silicaté avec le matériau de départ.

Dans ce mode de réalisation, cette étape peut être obtenue par encollage du composé silicaté sur le matériau de départ ou par trempage du matériau de départ dans une solution de composé silicaté.

Dans ce mode de réalisation, l’étape de mise en contact peut être réalisée par une enduction par trempage du matériau poreux en fibres à traiter.

Dans ce mode de réalisation, l’étape de séchage est mise en œuvre dans le cas où il y aurait un risque de perte trop importante de composé silicaté dans la suite du procédé en l’absence de séchage. Le séchage réduit la vitesse de diffusion initiale du composé silicaté dans la solution contenant le sel.

Au sens de la présente invention, on entend par « matériau de départ en fibres » un matériau devant être traité pour améliorer sa résistance en conditions humides et contenant ou consistant en :

• au moins 55% de fibres végétales,

• éventuellement un ou plusieurs additifs minéraux et/ou organiques,

• éventuellement du composé silicaté en association uniquement avec des cations alcalino-terreux et/ou des cations monovalents,

• éventuellement des sels de cations multivalents sans composé silicaté, • éventuellement des composés provenant d’un traitement préalable des fibres, notamment de l’amidon cationique,

• éventuellement du composé silicaté en association avec des cations multivalents.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel ladite étape d’obtention d’un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et éventuellement séché est suivie

par une étape d’imprégnation du susdit matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et/ou entre les fibres et éventuellement séché, avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent et

par une éventuelle étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, la première étape est une étape d’imprégnation du cation multivalent dans un matériau contenant déjà au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et/ou entre les fibres.

Dans ce mode de réalisation, cette étape peut être obtenue par encollage d’une solution contenant le sel sur le matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et/ou entre les fibres et éventuellement séché ou par trempage du matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et/ou entre les fibres et éventuellement séché dans une solution de sel de cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, la dernière étape du procédé est une étape de séchage pour obtenir un matériau poreux en fibres sec, utilisable et résistant à l’humidité. Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, comprenant une étape d’obtention d’un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres consistant en :

une étape d’imprégnation d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent,

suivie d’une éventuelle étape de séchage dudit matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché.

Dans ce mode de réalisation, la première étape est une étape d’imprégnation du matériau par le cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, cette étape peut être obtenue par encollage du sel d’un cation multivalent sur le matériau de départ ou par trempage du matériau de départ dans une solution contenant le sel d’un cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, l’étape de séchage est mise en œuvre dans le cas où il y aurait un risque de perte trop grande de cations multivalents dans la suite du procédé en l’absence de séchage. Le séchage réduit la vitesse de diffusion initiale du cation dans la solution contenant le composé silicaté.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel ladite étape d’obtention d’un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché est suivie :

par une étape de mise en contact dudit matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché, avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent et

par une étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent.

Dans ce mode de réalisation, la première étape est une étape de mise en contact d’une solution de composé silicaté avec un matériau contenant déjà un sel de cations multivalents iimprégné dans et/ou entre les fibres.

Dans ce mode de réalisation, cette étape peut être obtenue par encollage d’une solution contenant le composé silicaté sur le matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché ou par trempage du matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché dans une solution de composé silicaté.

Dans ce mode de réalisation, l’étape de mise en contact peut être réalisée par une enduction par trempage du matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres à traiter.

Dans ce mode de réalisation, la dernière étape du procédé est une étape de séchage pour obtenir un matériau poreux en fibres sec, utilisable et résistant à l’humidité.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, tel que décrit ci-dessus, comprenant : une étape de mise en contact d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent, pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres suivie d’une éventuelle étape de séchage dudit matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché, suivie par une étape d’imprégnation du susdit matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et/ou entre les fibres et éventuellement séché, avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent, pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent, et suivie par une éventuelle étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

et dans le cas de la présence d’une étape d’ajout d’un additif minéral et/ou organique, ladite étape d’ajout d’un additif minéral et/ou organique ayant lieu :

o soit en même temps que l’étape de mise en contact avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent,

o soit après l’étape de mise en contact avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent,

o soit en même temps que l’étape d’imprégnation avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent,

o soit après l’étape d’imprégnation avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, tel que décrit ci-dessus, comprenant : une étape d’imprégnation d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent, pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres

suivie d’une éventuelle étape de séchage dudit matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché, suivie par une étape de mise en contact dudit matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché, avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent, pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

suivie une étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

et dans le cas de la présence d’une étape d’ajout d’un additif minéral et/ou organique, ladite étape d’ajout d’un additif minéral et/ou organique ayant lieu :

o soit en même temps que l’étape d’imprégnation avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent,

o soit après l’étape d’imprégnation avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent,

o soit en même temps que l’étape de mise en contact avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent,

o soit après l’étape de mise en contact avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, dans lequel ledit composé silicaté associé à un cation monovalent est présent dans ladite solution de composé silicaté associé à un cation monovalent à raison de 1 à 60 % en masse par rapport à la masse totale de la solution.

Dans ce mode de réalisation, la concentration de la solution dépend de la technique de mise en contact choisie. Par exemple dans le cas de l’utilisation d’une encolleuse la solution doit pouvoir être assez fluide pour être étalée et assez visqueuse pour rester en contact avec les fibres.

Dans ce mode de réalisation, la viscosité de la solution augmente continuellement avec l’augmentation de la concentration en composé silicaté. Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres dans lequel ladite étape d’imprégnation d’un matériau de départ poreux en fibres ou d’un matériau poreux en fibres contenant une associée à un cation monovalent et imprégné dans et/ou entre les fibres et éventuellement séché, avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent est effectuée à une température de 10 à 90 °C et notamment à une température allant de la température ambiante à 50°C.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres dans lequel ladite étape de mise en contact d’un matériau de départ poreux en fibres ou d’un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres et éventuellement séché, avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent est effectuée à une température de 10 à 90 °C et notamment à une température allant de la température ambiante à 50°C.

Dans ces modes de réalisation, la température de mise en contact ou d’imprégnation dépend de plusieurs facteurs. Le choix de la température permet de faire varier la limite de solubilité des sels en solution, la cinétique des réactions d’association entre le composé silicaté et le ou les cations multivalents et la viscosité des solutions.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres tel que défini ci-dessus et comprenant une étape d’ajout d’un additif minéral et/ou organique :

o soit en même temps que l’étape d’imprégnation avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent,

o soit après l’étape d’imprégnation avec une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent,

o soit en même temps que l’étape de mise en contact avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent,

o soit après l’étape de mise en contact avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent.

Dans ce mode de réalisation, la position de l’étape d’ajout du susdit additif minéral et/ou organique dans le procédé dépend des caractéristiques de l’additif et des différentes étapes du procédé. Ainsi, si l’additif minéral à ajouter est du calcaire, le sel soluble de cation multivalent est du nitrate de fer (III) et le composé silicaté associé à un cation monovalent du silicate de sodium, l’étape d’ajout de l’additif minéral sera placée :

• soit après l’étape d’imprégnation avec par exemple du nitrate de fer si l’étape d’imprégnation est réalisée après l’étape de mise en contact,

• soit pendant ou après l’étape de mise en contact avec du silicate de sodium si l’étape de mise en contact est effectuée après l’étape d’imprégnation,

La solution de ce sel étant acide, le calcaire ajouté risquerait d’être solubilisé en raison de l’acidité. Par contre, le silicate de sodium ne dissout pas le calcaire.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, comprenant :

• une étape de mise en contact d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres,

• une étape d’imprégnation du susdit matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres, par une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent, pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

lesdites étapes de mise en contact et d’imprégnation étant éventuellement cyclisées, notamment de 1 à 50 fois, pour appliquer de multiples couches de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent, suivie par :

• une étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent pour obtenir ledit matériau poreux en fibres.

Dans ce mode de réalisation, la première étape est l’application d’une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent, qui est par la suite associé avec au moins un cation multivalent. Après l’association entre le composé silicaté et le cation multivalent, le matériau résultant est séché. Dans ce mode de réalisation, l’obtention d’un matériau multicouche est possible si l’on cyclise les deux premières étapes (étapes de mise en contact et d’imprégnation).

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, comprenant :

• une étape d’imprégnation d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent, pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres,

• une étape de mise en contact d’un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres, avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent, pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent, lesdites étapes d’imprégnation et de mise en contact étant éventuellement cyclisées entre 1 et 50 fois pour appliquer de multiples couches de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent, suivie par :

• une étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent pour obtenir ledit matériaux poreux en fibres.

Dans ce mode de réalisation, la première étape est l’application de la couche de sel de cations multivalents, qui est par la suite associée avec le composé silicaté. Après l’association entre le composé silicaté et le ou les cations multivalents, le matériau résultant est séché.

Dans ce mode de réalisation, l’obtention d’un matériau multicouche est possible si l’on cyclise les deux premières étapes (étapes d’imprégnation et de mise en contact).

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, consistant en :

• une étape de mise en contact d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres, • une étape d’imprégnation du susdit matériau poreux en fibres contenant une couche de composé silicaté associé à un cation monovalent et imprégné dans et /ou entre les fibres, par une solution d’au moins un sel soluble d’au moins un cation multivalent, pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

• une étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent, pour obtenir ledit matériau poreux en fibres.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau poreux en fibres, consistant en :

• une étape d’imprégnation d’un matériau de départ poreux en fibres avec une solution contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent, pour obtenir un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres,

• une étape de mise en contact d’un matériau poreux en fibres contenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres, avec une solution de composé silicaté associé à un cation monovalent, pour obtenir un matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent,

• une étape de séchage dudit matériau humide et poreux en fibres contenant au moins une couche de composé silicaté en association avec au moins un cation multivalent pour obtenir ledit matériau poreux en fibres.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un matériau poreux en fibres, contenant ou consistant en :

au moins 50% de fibres végétales, notamment des fibres de cellulose, par rapport au poids total du matériau,

au moins une couche de composé silicaté imprégné dans et/ou entre les fibres, à raison de 1 à 45% du poids total du matériau,

la susdite au moins une couche de composé silicaté étant en association avec au moins un cation multivalent ladite association étant obtenus par réaction in situ d’un composé silicaté associé à un cation monovalent avec au moins un sel soluble de l’au moins un susdit cation multivalent, à raison de 5 à 49 % du poids total du matériau,

moins de 10% en poids de zincate ou d’aluminate par rapport au composé silicaté,

ledit matériau ayant des valeurs de résistance à la traction en conditions humides strictement supérieures :

• aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau mais ne comprenant ni couche de composé silicaté, ni sel soluble de cations multivalents imprégné dans et /ou entre les fibres,

• aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau mais ne comprenant pas de cation multivalent en association avec ladite au moins une couche de composé silicaté, et

• aux valeurs de résistance à la traction en conditions humides d’un matériau poreux en fibres comparable au susdit matériau, comprenant un sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et/ou entre les fibres mais ne comprenant pas de couche de composé silicaté associé avec ledit sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres,

• avec ledit sel soluble d’au moins un cation multivalent imprégné dans et /ou entre les fibres,

tel qu’obtenu par un procédé décrit ci-dessus.

Figure

La Figure 1 représente la résistance à la traction dans le sens de fabrication et dans le sens travers du papier pour les échantillons 1 à 4 et obtenue selon le test de l’exemple 6,

La Figure 2 représente le rapport en pourcentage de la résistance à la traction dans le sens fort et faible du papier pour les échantillons 5 à 8 comparativement à la résistance à la traction de l’échantillon 2, les résistances à la traction étant obtenues selon le test de l’exemple 6.

La Figure 3 représente le rapport de la résistance à la traction dans le sens fort et faible du papier pour les échantillons 9 à 20 comparativement à la résistance à la traction de l’échantillon 2, les résistances à la traction étant obtenues selon le test de l’exemple 6.

La Figure 4 représente le rapport de la résistance à la traction dans le sens fort et faible du papier pour les échantillons 21 à 37 comparativement à la résistance à la traction du carton Opale non traité, les résistances à la traction étant obtenues selon le test de l’exemple 6.

La Figure 5 représente la moyenne géométrique de la résistance à la traction mesurée dans le sens machine et celle mesurée dans le sens travers pour les échantillons 41 à 58 comparativement à la résistance à la traction des échantillons silicatés 38 à 40 et du papier Whatman non traité, les résistances à la traction étant obtenues selon le test de l’exemple 6.

Exemple

Exemple 1 : Test comparatifs sur le matériau brut, le matériau silicaté, le matériau cationique, ou le matériau de l’invention avec des échantillons de papier Whatman Echantillon 1 : Matériau brut

Une éprouvette de papier Whatman grade 3 de 4 cm par 8 cm est découpée. Le papier possède un poids spécifique de 187 g par mètre carré ; et est constitué de fibres de coton à 98 % de cellulose alpha.

Echantillon 2 : Matériau silicaté (Traitement avec du silicate de sodium uniquement) Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 (même taille, même grammage, même composition) a été mise en contact avec du silicate de sodium par une enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a ensuite été séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 18% par rapport à la masse initiale de papier, passant de 187 g/m ² à 220 g/m ² .

Echantillon 3 : Matériau cationique (Traitement avec du sulfate de cuivre à 0.5 M uniquement) Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 (même taille, même grammage, même composition) a été imprégnée par trempage pendant 3 h dans 50 ml_ d’une solution aqueuse à 0.5 M en sulfate de cuivre. À la fin du trempage, l’éprouvette a été appliquée sur un papier absorbant, puis l’éprouvette a été rincée par trempage dans 100 ml_ d’eau pendant 1 h30. L’éprouvette a été de nouveau égouttée avant d’être trempée dans 100 mL d’eau pendant 3h. L’éprouvette a été une nouvelle fois essorée puis enfin séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 3% par rapport à la masse initiale de papier, passant de 187 g/m ² à 192 g/m ² .

Echantillon 4 : Matériau selon l’invention (Traitement avec du silicate puis avec du sulfate de cuivre à 0.5 M avec rinçage).

Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 a été mise en contact avec du silicate de sodium par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a été ensuite séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Après le séchage, l’éprouvette a été imprégnée par trempage pendant 3 h dans 50 mL d’une solution aqueuse à 0.5 M en sulfate de cuivre. À la fin du trempage, l’éprouvette a été appliquée sur un papier absorbant, puis l’éprouvette a été rincée par trempage dans 100mL d’eau pendant 1 h30. L’éprouvette a été de nouveau égouttée avant d’être trempée dans 100 mL d’eau pendant 3h. L’éprouvette a été une nouvelle fois essorée puis enfin séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 17% par rapport à la masse initiale de papier, variant de 187 g/m ² à 219 g/m ² .

Exemple 2 : Test de l’ordre de traitement et de la concentration de la solution de sel sur des échantillons de papier Whatman

Echantillon 5 : Traitement avec du silicate de sodium puis avec du sulfate de cuivre à 0.5 M sans rinçage

Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 a été mise en contact avec du silicate de sodium par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a été ensuite séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Après le séchage, l’éprouvette a été imprégnée de sulfate de cuivre par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 0.5 M en sulfate de cuivre puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a ensuite été séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 28% par rapport à la masse initiale de papier, variant de 187 g/m ² à 240 g/m ² .

Echantillon 6 : Traitement avec du silicate puis avec du sulfate de cuivre à 0.1 M sans rinçage

Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 a été mise en contact avec du silicate de sodium par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a été ensuite séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Après le séchage, l’éprouvette a été imprégnée de sulfate de cuivre par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consistant à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 0.1 M en sulfate de cuivre puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a ensuite été séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 18% par rapport à la masse initiale de papier, variant de 187 g/m ² à 220 g/m ² .

Echantillon 7 : Traitement avec du sulfate de cuivre à 0.1 M puis avec du silicate sans rinçage Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 a été imprégnée de sulfate de cuivre par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 0.1 M en sulfate de cuivre puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a été ensuite séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Après le séchage, l’éprouvette a été mise en contact avec du silicate de sodium par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a ensuite été séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 7% par rapport à la masse initiale de papier, variant de 187 g/m ² à 200 g/m ² .

Echantillon 8 : Traitement avec du sulfate de cuivre à 0.5 M puis avec du silicate sans rinçage

Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 a été imprégnée de sulfate de cuivre par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 0.5 M en sulfate de cuivre puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a été ensuite séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Après le séchage, l’éprouvette a été mise en contact avec du silicate de sodium par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a ensuite été séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Le poids de l’éprouvette a été accru de 25% par rapport à la masse initiale de papier, variant de 187 g/m ² à 233 g/m ² . Exemple 3 : Test de différentes solutions de sel sur des échantillons de papier Whatman

Echantillon 9 à 20 : Traitement avec du silicate puis avec un sel de cation multivalent. Une éprouvette de papier similaire à l’échantillon 1 a été mise en contact avec du silicate de sodium par enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 4.2% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical à 2mm/s. L’éprouvette a été ensuite séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Après le séchage, l’éprouvette a été imprégnée par trempage pendant 3 h dans 50 mL d’une solution aqueuse à 0.5 M en sel de cation multivalent S. À la fin du trempage, l’éprouvette a été appliquée sur un papier absorbant, puis l’éprouvette a été rincée par trempage dans 100mL d’eau pendant 1 h30. L’éprouvette a été de nouveau égouttée avant d’être trempée dans 100 mL d’eau pendant 3h. L’éprouvette a été une nouvelle fois essorée puis enfin séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Tableau 1 : Liste des échantillons testés avec différents sels de cations multivalents sur le papier Whatman Exemple 4 : Test de différentes solutions de sel sur des échantillons de carton Opale.

Echantillon 21 à 37 : Traitement d’un carton silicaté avec un sel de cation multivalent. Une éprouvette de carton Opale de 4 cm par 8 cm a été découpée. Le papier Opale contient un mélange de silicate de sodium et de carbonate de calcium avec un ratio de 80/20.

L’éprouvette a été imprégnée par trempage pendant 3 h dans 50 mL d’une solution aqueuse à 0.5 M en sel de cation multivalent S. A la fin du trempage, l’éprouvette a été appliquée sur un papier absorbant, puis l’éprouvette a été rincée par trempage dans 100mL d’eau pendant 1 h30. L’éprouvette a été de nouveau égouttée avant d’être trempée dans 100 mL d’eau pendant 3h. L’éprouvette a été une nouvelle fois essorée puis enfin séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Tableau 2 : Liste des échantillons testés avec différents sels de cations multivalents sur le carton Opale

Exemple 5 : Test de différentes solutions de sel sur des échantillons de papier Whatman traités par différents types de silicate.

Echantillons 38 à 40 : Matériau silicaté (Traitement avec du silicate de sodium, du métasilicate de sodium ou du Ludox ^® SM30 qui est un silicate colloïdal fabriqué par la société Grâce)

Une éprouvette de papier Whatman grade 3 de 4 cm par 10 cm est découpée. L’éprouvette a été mise en contact avec du silicate de sodium par une enduction par trempage. Ladite enduction par trempage consiste à plonger ladite éprouvette de manière à immerger 8 cm de l’éprouvette dans un bain contenant une solution aqueuse à 8% en masse de silicate de sodium (Si0 ₂ ) _x Na ₂ 0 de rapport molaire x=3.4 ou une solution aqueuse à 8% en masse de Ludox ^® SM30 ou une solution aqueuse à 7% en masse de métasilicate puis à la retirer immédiatement dudit bain par un mouvement vertical. L’éprouvette a ensuite été séchée pendant 12h à l’air ambiant.

Echantillons 41 à 58 : Traitement des échantillons silicatés 38 à 40 avec un sel de cation multivalent.

l’éprouvette a été imprégnée par trempage pendant 30 minutes dans une solution aqueuse à 0.5 M en sel de cation multivalent S. À la fin du trempage, l’éprouvette a été appliquée sur un papier absorbant, puis l’éprouvette a été rincée par trempage dans de l’eau distillée pendant 30 minutes. L’éprouvette a de nouveau été appliquée sur un papier absorbant avant d’être trempée dans de l’eau distillée pendant 30 minutes. L’éprouvette a été une nouvelle fois essorée puis enfin séchée à l’air ambiant pendant 12h.

Tableau 3 : Liste des testés avec différents silicates et avec différents sels de cations multivalents sur le papier Whatman.

Exemple 6 : Test de traction

Une éprouvette a été immergée dans l’eau pendant 1 h30. À la sortie de l’eau, l’éprouvette a été serrée aux deux extrémités entre les pinces d’une machine de traction (dans le sens que l’on souhaite tester : sens machine ou sens travers de la machine). La pince inférieure est fixe tandis que la pince supérieure est reliée à un capteur de force l’ensemble “pince supérieure + capteur” étant capable de se déplacer verticalement. La pince supérieure se déplace à la vitesse de 10 mm/min et le capteur de force mesure en continu les variations de la force créées par la résistance de l’éprouvette au mouvement de la pince. La force maximale mesurée au cours du déplacement divisée par la section de l’éprouvette donne la résistance à la traction de l’échantillon exprimée en MPa.