FR3146479A1 - Biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement based on casein and/or caseinate - Google Patents
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Abstract
Matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux exploitable industriellement, éventuellement sous forme de granulé et éventuellement comestible, ainsi que son procédé de fabrication, comprenant : a) entre 80% et 99,6% ou entre 25% et 50% de caséine et/ou caséinate et/ou leurs mélanges ; b) entre 0,1% et 4% d’eau ; c) entre 0,1% et 25% d’au moins un plastifiant c) différent de b) ; d) entre 0,1% et 15%, ou entre 0,1% et 40% d’au moins un renfort issu du règne végétal ou d’un composé du règne végétal ou issu du règne animal ou d’un composé du règne animal ou issu du règne minéral ou d’un composé du règne minéral ou leurs mélanges ; e) entre 0,1% et 7% d’au moins un additif choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérants, les agents de glissement, ou leurs mélanges. Biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement that can be used industrially, possibly in the form of granules and possibly edible, as well as its manufacturing process, comprising: a) between 80% and 99.6% or between 25% and 50% of casein and/or caseinate and/or their mixtures; b) between 0.1% and 4% of water; c) between 0.1% and 25% of at least one plasticizer c) different from b); d) between 0.1% and 15%, or between 0.1% and 40% of at least one reinforcement derived from the plant kingdom or a compound of the plant kingdom or derived from the animal kingdom or a compound of the animal kingdom or derived from the mineral kingdom or a compound of the mineral kingdom or their mixtures; (e) between 0.1% and 7% of at least one additive chosen from colorants, protein coagulants, anti-caking agents, glidants, or mixtures thereof.
Description
Le domaine de l’invention est celui des matériaux thermoplastiques composites, biodégradables à base de caséine et/ou caséinate.The field of the invention is that of composite, biodegradable thermoplastic materials based on casein and/or caseinate.
En particulier, la présente invention concerne un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » comprenant :
- entre 80% et 99,6% de caséine et/ou de caséinate et/ou leurs mélanges, de préférence entre 85% et 93% ;
- entre 0,1% et 4% d’eau, de préférence entre 1,5% et 3% ;
- entre 0,1% et 25% d’au moins un plastifiant différent de b), de préférence entre 10% et 15% ;
- entre 0,1% et 15% d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges, de préférence entre 5% et 10,5% ;
- entre 0,1% et 7% d’au moins un additif, de préférence entre 2% et 5,5%.
- between 80% and 99.6% of casein and/or caseinate and/or their mixtures, preferably between 85% and 93%;
- between 0.1% and 4% water, preferably between 1.5% and 3%;
- between 0.1% and 25% of at least one plasticizer different from b), preferably between 10% and 15%;
- between 0.1% and 15% of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures, preferably between 5% and 10.5%;
- between 0.1% and 7% of at least one additive, preferably between 2% and 5.5%.
L’invention vise également un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » comprenant :
- entre 25% et 50% de caséine et/ou de caséinate et/ou leurs mélanges, de préférence entre 35% et 40% ;
- entre 0,1% et 4% d’eau, de préférence entre 1,5% et 3% ;
- entre 0,1% et 25% d’au moins un plastifiant différent de b), de préférence entre 10 et 15% ;
- entre 0,1% et 40% d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges, de préférence entre 7% et 33% ;
- entre 0,1% et 7% d’au moins un additif, de préférence entre 2% et 5,5%.
- between 25% and 50% casein and/or caseinate and/or their mixtures, preferably between 35% and 40%;
- between 0.1% and 4% water, preferably between 1.5% and 3%;
- between 0.1% and 25% of at least one plasticizer different from b), preferably between 10 and 15%;
- between 0.1% and 40% of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures, preferably between 7% and 33%;
- between 0.1% and 7% of at least one additive, preferably between 2% and 5.5%.
L’invention a aussi pour objet le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux sous différentes formes, en particulier sous forme de granulés constituant une matière première pour sa transformation en divers produits et objets, tels que des articles moulés etc.The invention also relates to the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement in different forms, in particular in the form of granules constituting a raw material for its transformation into various products and objects, such as molded articles, etc.
L’invention a enfin pour objet un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux.The invention finally relates to a method for manufacturing a biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement.
La fin programmée des ressources non renouvelables et l’empreinte négative de leur utilisation sur l’environnement impliquent le développement rapide de solutions alternatives non polluantes.The planned end of non-renewable resources and the negative impact of their use on the environment require the rapid development of non-polluting alternative solutions.
Dans le domaine des plastiques, de nouveaux matériaux biodégradables sont mis au point. Ces nouveaux matériaux peuvent être fabriqués à partir de polymères d’origine naturelle. Ainsi, des protéines végétales, telles que les protéines de maïs ou de soja, ou des protéines animales, comme la caséine, peuvent être utilisées. La caséine se distingue car cette protéine issue du lait est accessible en grande quantité et présente une bonne biodégradabilité.In the field of plastics, new biodegradable materials are being developed. These new materials can be made from polymers of natural origin. For example, plant proteins, such as corn or soy proteins, or animal proteins, such as casein, can be used. Casein stands out because this protein from milk is available in large quantities and has good biodegradability.
Par ailleurs, le besoin en matériaux composites à renfort de fibres est croissant, en particulier du fait des performances, notamment de la résistance, que ces matériaux offrent au regard de leur faible poids.Furthermore, the need for fibre-reinforced composite materials is growing, particularly due to the performance, particularly resistance, that these materials offer in relation to their low weight.
Toutefois, en raison des coûts et de difficultés de mise en œuvre, l’intégration de renfort fibreux biodégradable, en fibres longues, courtes ou en charge, dans des composites thermoplastiques biodégradables, n’est pas développée au plan industriel.However, due to costs and implementation difficulties, the integration of biodegradable fibrous reinforcement, in long, short or loaded fibres, in biodegradable thermoplastic composites, is not developed on an industrial level.
Dans ce contexte, la présente invention a pour objectif la fourniture d’un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux, à base de caséine et/ou caséinate qui puisse être exploitable industriellement, c’est-à-dire notamment transformable en semi-produit ou en produit fini, forme simple ou complexe, par des techniques telles que l’extrusion en filière plate, l’extrusion-soufflage, l’extrusion-gonflage, la pultrusion, l’infusion, la voie solvant, le calandrage, l’injection, le thermoformage, le frittage, le moulage (de tous types), l’estampage, le drapage, le filage, l’enroulement filamentaire ou l’usinage.In this context, the present invention aims to provide a biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement, based on casein and/or caseinate which can be exploited industrially, that is to say in particular transformable into a semi-finished product or into a finished product, simple or complex shape, by techniques such as flat die extrusion, extrusion-blow molding, extrusion-inflation, pultrusion, infusion, solvent route, calendering, injection, thermoforming, sintering, molding (of all types), stamping, draping, spinning, filament winding or machining.
L’invention concerne en premier lieu un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » caractérisé en ce qu’il comprend :
- entre 80% et 99,6% de caséine et/ou de caséinate et/ou leurs mélanges, de préférence entre 82% et 96%, et, plus préférentiellement encore, entre 85% et 93% ;
- entre 0,1 % et 4% d’eau, de préférence entre 1% et 3,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 1,5% et 3% ;
- entre 0,1% et 25% d’au moins un plastifiant différent de b), de préférence entre 5% et 20%, et, plus préférentiellement encore, entre 10% et 15% ;
- entre 0,1% et 15% d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges, de préférence entre 2% et 13,5% et, plus préférentiellement encore, entre 5% et 10,5% ;
- entre 0,1% et 7% d’au moins un additif, de préférence entre 1% et 6,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 2% et 5,5%.
- between 80% and 99.6% of casein and/or caseinate and/or their mixtures, preferably between 82% and 96%, and, more preferably still, between 85% and 93%;
- between 0.1% and 4% water, preferably between 1% and 3.5%, and, more preferably still, between 1.5% and 3%;
- between 0.1% and 25% of at least one plasticizer different from b), preferably between 5% and 20%, and, more preferably still, between 10% and 15%;
- between 0.1% and 15% of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures, preferably between 2% and 13.5% and, even more preferably, between 5% and 10.5%;
- between 0.1% and 7% of at least one additive, preferably between 1% and 6.5%, and, more preferably still, between 2% and 5.5%.
L’invention concerne en second lieu un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » caractérisé en ce qu’il comprend :
- entre 25% et 50% de caséine et/ou de caséinate et/ou leurs mélanges, de préférence entre 30% et 45%, et, plus préférentiellement encore, entre 35% et 40% ;
- entre 0,1 % et 4% d’eau, de préférence entre 1% et 3,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 1,5% et 3% ;
- entre 0,1% et 25% d’au moins un plastifiant différent de b), de préférence entre 5% et 20%, et, plus préférentiellement encore, entre 10% et 15% ;
- entre 0,1% et 40% d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges, de préférence entre 5% et 35% et, plus préférentiellement encore, entre 7% et 33% ;
- entre 0,1% et 7% d’au moins un additif, de préférence entre 1% et 6,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 2% et 5,5%.
- between 25% and 50% of casein and/or caseinate and/or their mixtures, preferably between 30% and 45%, and, more preferably still, between 35% and 40%;
- between 0.1% and 4% water, preferably between 1% and 3.5%, and, more preferably still, between 1.5% and 3%;
- between 0.1% and 25% of at least one plasticizer different from b), preferably between 5% and 20%, and, more preferably still, between 10% and 15%;
- between 0.1% and 40% of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures, preferably between 5% and 35% and, even more preferably, between 7% and 33%;
- between 0.1% and 7% of at least one additive, preferably between 1% and 6.5%, and, more preferably still, between 2% and 5.5%.
L’invention a enfin pour objet un procédé de fabrication d’un matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux.The invention finally relates to a method for manufacturing a biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement.
Par «thermoplastique», on entend, par exemple, une matière qui devient malléable et pliable au-dessus d’une température donnée, la température de transition vitreuse Tg, mais qui en dessous de cette Tg redevient dure, ces transformations étant réversibles.By " thermoplastic " we mean, for example, a material which becomes malleable and pliable above a given temperature, the glass transition temperature Tg, but which becomes hard again below this Tg, these transformations being reversible.
Par «composite», on entend, par exemple, un matériau composé d’au moins un matériau non miscible différent de la matière principale et dont les propriétés mécaniques se complètent avantageusement pour certaines utilisations.By " composite " is meant, for example, a material composed of at least one immiscible material different from the main material and whose mechanical properties complement each other advantageously for certain uses.
Par «biodégradable», on entend, par exemple, un matériau qui peut être décomposé sous l’action de micro-organismes (bactéries, champignons, algues…). Le résultat de cette décomposition est la formation d’eau, de CO₂ et/ou de méthane et éventuellement de sous-produits (résidus, nouvelle biomasse) non toxiques pour l’environnement. Il s’agit, par exemple, d’un matériau biodégradable selon la norme française et européenne NF EN 13432.By " biodegradable " we mean, for example, a material that can be decomposed by the action of micro-organisms (bacteria, fungi, algae, etc.). The result of this decomposition is the formation of water, CO₂ and/or methane and possibly by-products (residues, new biomass) that are non-toxic to the environment. This is, for example, a biodegradable material according to the French and European standard NF EN 13432.
Par «renfort», on entend, par exemple, l’armature reprenant l’essentiel des efforts mécaniques composée de fibres longues ou continues ou de fibres courtes ou de charges ou leurs mélanges.By " reinforcement " we mean, for example, the reinforcement taking up most of the mechanical forces composed of long or continuous fibers or short fibers or fillers or their mixtures.
Par «entre x et y», on entend, par exemple, que les bornesxetysont incluses dans l’intervalle [x, y].By " between x and y " we mean, for example, that the limits x and y are included in the interval [ x, y ].
Par «caséinate», on entend, par exemple, un composé hydrosoluble, de préférence de calcium, de potassium, d’ammonium, de sodium ou de magnésium, obtenu par dessication d’une solution basique de caséine.By " caseinate " is meant, for example, a water-soluble compound, preferably of calcium, potassium, ammonium, sodium or magnesium, obtained by drying a basic solution of casein.
Par «composé», on entend, par exemple, une espèce chimique formée par la combination de deux ou plusieurs éléments.By " compound " we mean, for example, a chemical species formed by the combination of two or more elements.
Par «hydrosoluble», on entend, par exemple, qui se dissout dans l’eau.By " water-soluble " we mean, for example, that which dissolves in water.
Par «granulé», on entend, par exemple, des morceaux de matériau de petite dimension, c’est-à-dire d’un diamètre inférieur à 1 cm pour une longueur n’excédant pas 3 cm.By " granule " we mean, for example, pieces of material of small dimensions, that is to say with a diameter of less than 1 cm and a length not exceeding 3 cm.
Par «plastifiant» on entend, par exemple, une substance permettant d’abaisser la température de transition vitreuse Tg du matériau.By " plasticizer " we mean, for example, a substance that lowers the glass transition temperature Tg of the material.
Par «comestible», on entend, par exemple, qui peut être mangé sans risque pour l’homme.By " edible " we mean, for example, that which can be eaten without risk to humans.
Par «hydrophile», on entend, par exemple, un composé ayant une affinité avec l’eau et ayant tendance à s’y dissoudre. Typiquement, il s’agit d’un composé ayant des groupements polaires capables de former des liaisons hydrogènes.By " hydrophilic " is meant, for example, a compound having an affinity for water and tending to dissolve in it. Typically, this is a compound having polar groups capable of forming hydrogen bonds.
Par «mélangeur», on entend, par exemple, une appareil servant à mêler différentes substances.By " mixer " we mean, for example, a device used to mix different substances.
Par «doseur», on entend, par exemple, une machine de remplissage de poudre ou de liquide.By " doser " we mean, for example, a powder or liquid filling machine.
Par «frittage», on entend par exemple, la consolidation par action de la chaleur d’un agglomérat granulaire constitué de poudre et plus ou moins compact, avec ou sans fusion d’un ou de plusieurs de ses constituants. »By " sintering " we mean, for example, the consolidation by the action of heat of a granular agglomerate consisting of powder and more or less compact, with or without fusion of one or more of its constituents.
Les proportions des différents constituants a), b), c), d) et e) sont exprimées en pourcentage (%) en masse par rapport à la masse totale du matériau thermoplastique à température ambiante.The proportions of the various constituents a), b), c), d) and e) are expressed as a percentage (%) by mass relative to the total mass of the thermoplastic material at room temperature.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » comprend a) entre 80% et 99,6%, de préférence entre 82% et 96%, et, plus préférentiellement encore, entre 85% et 93%, de caséine et/ou caséinate ou leurs mélanges.The biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement known as the “first typical composition” comprises a) between 80% and 99.6%, preferably between 82% and 96%, and, more preferably still, between 85% and 93%, of casein and/or caseinate or their mixtures.
La caséine est une protéine issue du lait qui est peu soluble dans l’eau. Elle est principalement obtenue par précipitation en ajoutant au lait un acide (caséine acide) ou de la présure (caséine présure). La caséine consiste en un mélange de caséine α, caséine β et caséine κ ayant des masses molaires comprises entre 19000 et 25000g/mol.Casein is a protein derived from milk that is poorly soluble in water. It is mainly obtained by precipitation by adding an acid (acid casein) or rennet (rennet casein) to milk. Casein consists of a mixture of α-casein, β-casein and κ-casein with molar masses between 19,000 and 25,000 g/mol.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type », a) comprend au moins une caséine ou un mélange de caséines.According to one embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition”, a) comprises at least one casein or a mixture of caseins.
Selon un autre mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type », a) comprend au moins un caséinate, par exemple un caséinate de sodium, ou un mélange de caséinates.According to another embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition”, a) comprises at least one caseinate, for example a sodium caseinate, or a mixture of caseinates.
Selon un autre mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type », a) comprend une caséine ou un mélange de caséines et au moins un caséinate ou un mélange de caséinates.According to another embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition”, a) comprises a casein or a mixture of caseins and at least one caseinate or a mixture of caseinates.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » comprend b) entre 0,1% et 4%, de préférence entre 1% et 3,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 1,5 et 3%, d’eau. L’eau agit comme un plastifiant qui doit être distingué du plastifiant c) entrant dans la composition du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » selon l’invention.The biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition” comprises b) between 0.1% and 4%, preferably between 1% and 3.5%, and, more preferably still, between 1.5 and 3%, of water. The water acts as a plasticizer which must be distinguished from the plasticizer c) entering into the composition of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition” according to the invention.
Ce dernier en effet comprend c) entre 0,1% et 25%, de préférence entre 5% et 20%, et, plus préférentiellement encore, entre 10% et 15%, d’au moins un plastifiant c) différent de b).The latter in fact comprises c) between 0.1% and 25%, preferably between 5% and 20%, and, even more preferably, between 10% and 15%, of at least one plasticizer c) different from b).
Ce plastifiant c) peut être choisi parmi les polyols, les acétates de glycérol, les propionates de glycérol et leurs mélanges. À titre d’exemples de polyols, on peut citer le glycérol, l’hexanetriol, les glycols, dont l’éthylène glycol, et les sucres et leurs dérivés. À titre d’exemples de sucres, on peut citer les disaccharides, tels que le maltose, le lactose, le saccharose et les monosaccharides tels que le fructose. Parmi les dérivés des sucres, on peut citer leurs dérivés hydrogénés, tels que le sorbitol, le maltitol, le mannitol et le xylitol, ou bien encore les produits de transformation de ces dérivés hydrogénés tels que le sorbitane.This plasticizer c) may be chosen from polyols, glycerol acetates, glycerol propionates and mixtures thereof. Examples of polyols include glycerol, hexanetriol, glycols, including ethylene glycol, and sugars and their derivatives. Examples of sugars include disaccharides, such as maltose, lactose, sucrose and monosaccharides such as fructose. Sugar derivatives include their hydrogenated derivatives, such as sorbitol, maltitol, mannitol and xylitol, or the transformation products of these hydrogenated derivatives, such as sorbitan.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type », le plastifiant c) est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, le mannitol, l’éthylène glycol et leurs mélanges. Préférentiellement, le plastifiant c) est du glycérol. Le plastifiant c) peut contenir de l’eau résiduelle. Le plastifiant c) permet de baisser la viscosité du produit en augmentant la mobilité des chaînes moléculaires. Avantageusement, le plastifiant c) est un plastifiant hydrophile.According to one embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition”, the plasticizer c) is chosen from glycerol, sorbitol, mannitol, ethylene glycol and their mixtures. Preferably, the plasticizer c) is glycerol. The plasticizer c) may contain residual water. The plasticizer c) makes it possible to reduce the viscosity of the product by increasing the mobility of the molecular chains. Advantageously, the plasticizer c) is a hydrophilic plasticizer.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » comprend d) entre 0,1% et 15%, de préférence entre 2% et 13,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 5% et 10,5%, d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges. Parmi les renforts issu du règne végétal, on peut citer les fibres qui peuvent provenir des plantes à fibres libériennes (comme le lin et le chanvre), des feuilles (comme le sisal), des fruits (comme le coir), des herbes (comme l’arundo donax), de la paille (comme le blé), du bois (comme celui des résineux et des feuillus) et de pseudo-tronc (comme le bananier). Parmi les renforts issus du règne animal on peut citer les fibres provenant de poils (comme de la toison animale) et des sécrétions (comme de la soie). Parmi les renforts issus du règne minéral, on peut citer les fibres principalement constituées de silice ou de basalte.The biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition” comprises d) between 0.1% and 15%, preferably between 2% and 13.5%, and, even more preferably, between 5% and 10.5%, of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures. Among the reinforcements from the plant kingdom, mention may be made of fibers which may come from bast fiber plants (such as flax and hemp), leaves (such as sisal), fruits (such as coir), grasses (such as arundo donax), straw (such as wheat), wood (such as that of conifers and hardwoods) and pseudo-stems (such as banana trees). Among the reinforcements from the animal kingdom, mention may be made of fibers from hair (such as animal fleece) and secretions (such as silk). Among the reinforcements from the mineral kingdom, we can cite fibers mainly made up of silica or basalt.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type», le renfort d) est issu d’un composé du règne végétal, ou issu d’un composé du règne animal, ou issu d’un composé du règne minéral, ou leurs mélanges.According to one embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first typical composition”, the reinforcement d) is derived from a compound of the plant kingdom, or derived from a compound of the animal kingdom, or derived from a compound of the mineral kingdom, or their mixtures.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » comprend e) entre 0,1% et 7%, de préférence entre 1% et 6,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 2% et 5,5%, d’au moins un additif choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérants, les agents de glissement et leurs mélanges. Parmi les coagulants on peut citer l’acide citrique et l’acide acétique. Parmi les agents antiagglomérants, on peut citer la silice colloïdale. Parmi les agents de glissement, on peut citer les polyéthylènes glycols. Parmi les agents démoulants, on peut citer l’alcool polyvinylique.The biodegradable composite thermoplastic material with fiber reinforcement called “first typical composition” comprises e) between 0.1% and 7%, preferably between 1% and 6.5%, and, even more preferably, between 2% and 5.5%, of at least one additive chosen from dyes, protein coagulants, anti-caking agents, slip agents and mixtures thereof. Among the coagulants, mention may be made of citric acid and acetic acid. Among the anti-caking agents, mention may be made of colloidal silica. Among the slip agents, mention may be made of polyethylene glycols. Among the release agents, mention may be made of polyvinyl alcohol.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » comprend a) entre 25% et 50%, de préférence entre 30% et 45%, et, plus préférentiellement encore, entre 35% et 40%, de caséine et/ou caséinate ou leurs mélanges. La caséine consiste en un mélange de caséine α, caséine β et caséine κ ayant des masses molaires comprises entre 19000 et 25000g/mol.The biodegradable composite thermoplastic material with fiber reinforcement called "second type composition" comprises a) between 25% and 50%, preferably between 30% and 45%, and, more preferably still, between 35% and 40%, of casein and/or caseinate or their mixtures. The casein consists of a mixture of α-casein, β-casein and κ-casein having molar masses of between 19,000 and 25,000 g/mol.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type », a) comprend au moins une caséine ou un mélange de caséines.According to one embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “second typical composition”, a) comprises at least one casein or a mixture of caseins.
Selon un autre mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type », a) comprend au moins un caséinate, par exemple un caséinate de sodium, ou un mélange de caséinates.According to another embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “second typical composition”, a) comprises at least one caseinate, for example a sodium caseinate, or a mixture of caseinates.
Selon un autre mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type », a) comprend une caséine ou un mélange de caséines et au moins un caséinate ou un mélange de caséinates.According to another embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “second typical composition”, a) comprises a casein or a mixture of caseins and at least one caseinate or a mixture of caseinates.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » comprend b) entre 0,1% et 4%, de préférence entre 1% et 3,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 1,5 et 3%, d’eau. L’eau agit comme un plastifiant qui doit être distingué du plastifiant c) entrant dans la composition du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » selon l’invention.The biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “second typical composition” comprises b) between 0.1% and 4%, preferably between 1% and 3.5%, and, more preferably still, between 1.5 and 3%, of water. The water acts as a plasticizer which must be distinguished from the plasticizer c) entering into the composition of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “second typical composition” according to the invention.
Ce dernier en effet comprend c) entre 0,1% et 25%, de préférence entre 5% et 20%, et, plus préférentiellement encore, entre 10% et 15%, d’au moins un plastifiant c) différent de b).The latter in fact comprises c) between 0.1% and 25%, preferably between 5% and 20%, and, even more preferably, between 10% and 15%, of at least one plasticizer c) different from b).
Ce plastifiant c) peut être choisi parmi les polyols, les acétates de glycérol, les propionates de glycérol et leurs mélanges. À titre d’exemples de polyols, on peut citer le glycérol, l’hexanetriol, les glycols, dont l’éthylène glycol, et les sucres et leurs dérivés. À titre d’exemples de sucres, on peut citer les disaccharides, tels que le maltose, le lactose, le saccharose et les monosaccharides tels que le fructose. Parmi les dérivés des sucres, on peut citer leurs dérivés hydrogénés, tels que le sorbitol, le maltitol, le mannitol et le xylitol, ou bien encore les produits de transformation de ces dérivés hydrogénés tels que le sorbitane.This plasticizer c) may be chosen from polyols, glycerol acetates, glycerol propionates and mixtures thereof. Examples of polyols include glycerol, hexanetriol, glycols, including ethylene glycol, and sugars and their derivatives. Examples of sugars include disaccharides, such as maltose, lactose, sucrose and monosaccharides such as fructose. Sugar derivatives include their hydrogenated derivatives, such as sorbitol, maltitol, mannitol and xylitol, or the transformation products of these hydrogenated derivatives, such as sorbitan.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type », le plastifiant c) est choisi parmi le glycérol, le sorbitol, le mannitol, l’éthylène glycol et leurs mélanges. Préférentiellement, le plastifiant c) est du glycérol. Le plastifiant c) peut contenir de l’eau résiduelle. Le plastifiant c) permet de baisser la viscosité du produit en augmentant la mobilité des chaînes moléculaires. Avantageusement, le plastifiant c) est un plastifiant hydrophile.According to one embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fiber reinforcement called “second standard composition”, the plasticizer c) is chosen from glycerol, sorbitol, mannitol, ethylene glycol and their mixtures. Preferably, the plasticizer c) is glycerol. The plasticizer c) may contain residual water. The plasticizer c) makes it possible to reduce the viscosity of the product by increasing the mobility of the molecular chains. Advantageously, the plasticizer c) is a hydrophilic plasticizer.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » comprend d) entre 0,1% et 40%, de préférence entre 5% et 35%, et, plus préférentiellement encore, entre 7% et 33%, d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges. Parmi les renforts issu du règne végétal, on peut citer les fibres qui peuvent provenir des plantes à fibres libériennes (comme le lin et le chanvre), des feuilles (comme le sisal), des fruits (comme le coir), des herbes (comme l’arundo donax), de la paille (comme le blé), du bois (comme celui des résineux et des feuillus) et de pseudo-tronc (comme le bananier). Parmi les renforts issus du règne animal on peut citer les fibres provenant de poils (comme de la toison animale) et des sécrétions (comme de la soie). Parmi les renforts issus du règne minéral, on peut citer les fibres principalement constituées de silice ou de basalte.The biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement known as the “second standard composition” comprises d) between 0.1% and 40%, preferably between 5% and 35%, and, even more preferably, between 7% and 33%, of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures. Among the reinforcements from the plant kingdom, mention may be made of fibers which may come from bast fiber plants (such as flax and hemp), leaves (such as sisal), fruits (such as coir), grasses (such as arundo donax), straw (such as wheat), wood (such as that of conifers and broadleaf trees) and pseudo-stems (such as banana trees). Among the reinforcements from the animal kingdom, mention may be made of fibers from hair (such as animal fleece) and secretions (such as silk). Among the reinforcements from the mineral kingdom, we can cite fibers mainly made up of silica or basalt.
Selon un mode de réalisation du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type », le renfort d) est issu d’un composé du règne végétal, ou issu d’un composé du règne animal, ou issu d’un composé du règne minéral, ou leurs mélanges.According to one embodiment of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement known as the “second typical composition”, the reinforcement d) is derived from a compound of the plant kingdom, or from a compound of the animal kingdom, or from a compound of the mineral kingdom, or their mixtures.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « seconde composition type » comprend e) entre 0,1% et 7%, de préférence entre 1% et 6,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 2% et 5,5%, d’au moins un additif choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérants, les agents de glissement et leurs mélanges. Parmi les coagulants on peut citer l’acide citrique et l’acide acétique. Parmi les agents antiagglomérants, on peut citer la silice colloïdale. Parmi les agents de glissement, on peut citer les polyéthylènes glycols. Parmi les agents démoulants, on peut citer l’alcool polyvinylique.The biodegradable composite thermoplastic material with fiber reinforcement called “second typical composition” comprises e) between 0.1% and 7%, preferably between 1% and 6.5%, and, even more preferably, between 2% and 5.5%, of at least one additive chosen from dyes, protein coagulants, anti-caking agents, slip agents and mixtures thereof. Among the coagulants, mention may be made of citric acid and acetic acid. Among the anti-caking agents, mention may be made of colloidal silica. Among the slip agents, mention may be made of polyethylene glycols. Among the release agents, mention may be made of polyvinyl alcohol.
Selon un mode de réalisation particulier, le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » ou dit « seconde composition type » est constitué uniquement de composants pouvant être utilisés dans l’industrie agroalimentaire, c’est-à-dire de composants compris dans le codex alimentarius. Dans ce cas le matériau composite biodégradable à renfort fibreux est comestible. Par exemple, lorsque le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux est constitué :
- de caséine et/ou caséinate,
- d’eau,
- de glycérol,
- de fibre d’acacia,
- d’acide oléique,
- of casein and/or caseinate,
- of water,
- of glycerol,
- of acacia fiber,
- oleic acid,
le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux est comestible.The biodegradable composite thermoplastic material with fiber reinforcement is edible.
Le matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » ou dit « seconde composition type » peut être sous forme de granulés. L’invention concerne donc également les granulés du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » ou dit « seconde composition type » décrit ci-dessus qui, dans un mode de réalisation particulier comme décrit ci-dessus, peut être comestible.The biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first type composition” or “second type composition” may be in the form of granules. The invention therefore also relates to the granules of the biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement called “first type composition” or “second type composition” described above which, in a particular embodiment as described above, may be edible.
L’invention concerne également un produit ou un objet susceptible d’être obtenu après transformation par extrusion en filière plate, extrusion-soufflage, extrusion-gonflage, pultrusion, infusion, voie solvant, calandrage, injection, thermoformage, frittage, moulage (de tous types), estampage, drapage, filage, enroulement filamentaire ou usinage du matériau thermoplastique composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » ou dit « seconde composition type » tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to a product or object that can be obtained after transformation by flat die extrusion, extrusion-blow molding, extrusion-inflation, pultrusion, infusion, solvent route, calendering, injection, thermoforming, sintering, molding (of all types), stamping, draping, spinning, filament winding or machining of the biodegradable composite thermoplastic material with fiber reinforcement called "first type composition" or "second type composition" as described above.
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication du matériau composite biodégradable à renfort fibreux dit « première composition type » ou dit « seconde composition type » tel que décrit ci-dessus.According to another of its aspects, the invention relates to a method of manufacturing the biodegradable composite material with fibrous reinforcement called “first type composition” or “second type composition” as described above.
Ce procédé comprend de préférence les étapes suivantes :This method preferably comprises the following steps:
E1. mise en œuvre d’un mélangeur ;E1. implementation of a mixer;
E2. introduction des composés a) à e), dans le mélangeur ;E2. introduction of compounds a) to e) into the mixer;
E3. introduction du mélange obtenu dans un doseur ;E3. introduction of the mixture obtained into a dosing device;
E4. compactage du mélange dosé ;E4. compaction of the dosed mixture;
E5. frittage du mélange compacté ;E5. sintering of the compacted mixture;
E6. éventuellement traitement de surface du matériau fritté ;E6. possibly surface treatment of the sintered material;
E7. éventuellement broyage ou découpage du matériau fritté en granulés.E7. possibly grinding or cutting the sintered material into granules.
Avantageusement, l’étape E1 consiste à faire fonctionner le mélangeur avec les paramètres suivants : vitesse de rotation comprise entre 60 et 180 tr/min, à une température comprise entre 10 et 40°C.Advantageously, step E1 consists of operating the mixer with the following parameters: rotation speed between 60 and 180 rpm, at a temperature between 10 and 40°C.
L’étape E2 consiste de préférence à introduire, en même temps ou successivement, de préférence successivement, dans un premier temps, au moins une partie des composés a) à e), se présentant sous forme solide, avantageusement sous forme de poudre, et, dans un deuxième temps, au moins une partie des composés a) à e), se présentant sous forme liquide. Dans un mode préféré de mise en œuvre, les composés se présentant sous forme solide, avantageusement sous forme de poudre, sont les composés a), d) et e) ; tandis que les composés se présentant sous forme liquide, sont les composés b) et c).Step E2 preferably consists in introducing, at the same time or successively, preferably successively, in a first step, at least a portion of compounds a) to e), in solid form, advantageously in powder form, and, in a second step, at least a portion of compounds a) to e), in liquid form. In a preferred embodiment, the compounds in solid form, advantageously in powder form, are compounds a), d) and e); while the compounds in liquid form are compounds b) and c).
L’étape E3 consiste à verser en une ou plusieurs fois le contenu du bol mélangeur dans la trémie du doseur.Step E3 consists of pouring the contents of the mixing bowl into the dosing hopper one or more times.
L’étape E4 consiste à récupérer le mélange dosé et à le soumettre à une force de pression, au moyen d’une presse par exemple, permettant d’éliminer une partie de l’air qu’il peut contenir. Plus l’air devra être chassé et plus la force de pression devra être élevée.Step E4 consists of recovering the measured mixture and subjecting it to a pressure force, using a press for example, to eliminate some of the air it may contain. The more air that needs to be expelled, the higher the pressure force will need to be.
Claims (10)
a) entre 80% et 99,6%, de préférence entre 82% et 96%, et, plus préférentiellement encore, entre 85% et 93%, de caséine ou caséinate ou d’un mélange de caséine ou d’un mélange de caséinates ;
b) entre 0,1% et 4%, de préférence entre 1% et 3,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 1,5 et 3%, d’eau ;
c) entre 0,1% et 25%, de préférence entre 5% et 20%, et, plus préférentiellement encore, entre 10% et 15%, d’au moins un plastifiant c) différent de b) ;
d) entre 0,1% et 15%, de préférence entre 2% et 13,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 5% et 10,5%, d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges ;
e) entre 0,1% et 7%, de préférence entre 1% et 6,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 2% et 5,5%, d’au moins un additif choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérants, les agents de glissement, ou leurs mélanges.
Les proportions des différents constituants a), b), c), d) et e) sont exprimées en pourcentage (%) en masse par rapport à la masse totale du matériau thermoplastique à température ambiante.Biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement (first typical composition) comprising:
(a) between 80% and 99.6%, preferably between 82% and 96%, and, more preferably still, between 85% and 93%, of casein or caseinate or of a mixture of casein or of a mixture of caseinates;
b) between 0.1% and 4%, preferably between 1% and 3.5%, and, more preferably still, between 1.5 and 3%, of water;
c) between 0.1% and 25%, preferably between 5% and 20%, and, more preferably still, between 10% and 15%, of at least one plasticizer c) different from b);
(d) between 0.1% and 15%, preferably between 2% and 13.5%, and, more preferably still, between 5% and 10.5%, of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures;
e) between 0.1% and 7%, preferably between 1% and 6.5%, and, more preferably still, between 2% and 5.5%, of at least one additive chosen from colorants, protein coagulants, anti-caking agents, slip agents, or mixtures thereof.
The proportions of the various constituents a), b), c), d) and e) are expressed as a percentage (%) by mass relative to the total mass of the thermoplastic material at room temperature.
a) entre 25% et 50%, de préférence entre 30% et 45%, et, plus préférentiellement encore, entre 35% et 40%, de caséine ou caséinate ou d’un mélange de caséine ou d’un mélange de caséinates ;
b) entre 0,1% et 4%, de préférence entre 1% et 3,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 1,5 et 3%, d’eau ;
c) entre 0,1% et 25%, de préférence entre 5% et 20%, et, plus préférentiellement encore, entre 10% et 15%, d’au moins un plastifiant c) différent de b) ;
d) entre 0,1% et 40%, de préférence entre 5% et 35%, et, plus préférentiellement encore, entre 7% et 33% d’au moins un renfort issu du règne végétal ou du règne animal ou du règne minéral ou leurs mélanges ;
e) entre 0,1% et 7%, de préférence entre 1% et 6,5%, et, plus préférentiellement encore, entre 2% et 5,5%, d’au moins un additif choisi parmi les colorants, les coagulants de protéines, les agents antiagglomérants, les agents de glissement, ou leurs mélanges.
Les proportions des différents constituants a), b), c), d) et e) sont exprimées en pourcentage (%) en masse par rapport à la masse totale du matériau thermoplastique à température ambiante.Biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement (second typical composition) comprising:
(a) between 25% and 50%, preferably between 30% and 45%, and, even more preferably, between 35% and 40%, of casein or caseinate or of a mixture of casein or of a mixture of caseinates;
b) between 0.1% and 4%, preferably between 1% and 3.5%, and, more preferably still, between 1.5 and 3%, of water;
c) between 0.1% and 25%, preferably between 5% and 20%, and, more preferably still, between 10% and 15%, of at least one plasticizer c) different from b);
(d) between 0.1% and 40%, preferably between 5% and 35%, and, even more preferably, between 7% and 33% of at least one reinforcement from the plant kingdom or the animal kingdom or the mineral kingdom or their mixtures;
e) between 0.1% and 7%, preferably between 1% and 6.5%, and, more preferably still, between 2% and 5.5%, of at least one additive chosen from colorants, protein coagulants, anti-caking agents, slip agents, or mixtures thereof.
The proportions of the various constituents a), b), c), d) and e) are expressed as a percentage (%) by mass relative to the total mass of the thermoplastic material at room temperature.
E1. mise en œuvre d’un mélangeur ;
E2. introduction des composés a) à e), dans le mélangeur ;
E3. introduction du mélange obtenu dans un doseur ;
E4. compactage du mélange dosé ;
E5. frittage du mélange compacté ;
E6. éventuellement traitement de surface du matériau fritté ;
E7. éventuellement broyage ou découpage du matériau fritté en granulés ;
l’étape E2 consistant de préférence à introduire, en même temps ou successivement, de préférence successivement, dans un premier temps, au moins une partie des composés a) à e), se présentant sous forme solide, avantageusement sous forme de poudre, et, dans un deuxième temps, au moins une partie des composés a) à e), se présentant sous forme liquide.Method for manufacturing a biodegradable composite thermoplastic material with fibrous reinforcement according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises the following steps:
E1. implementation of a mixer;
E2. introduction of compounds a) to e) into the mixer;
E3. introduction of the mixture obtained into a dosing device;
E4. compaction of the dosed mixture;
E5. sintering of the compacted mixture;
E6. possibly surface treatment of the sintered material;
E7. possibly grinding or cutting the sintered material into granules;
step E2 preferably consisting in introducing, at the same time or successively, preferably successively, in a first step, at least a portion of compounds a) to e), in solid form, advantageously in powder form, and, in a second step, at least a portion of compounds a) to e), in liquid form.
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2012010421A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | Universite Jean Monnet | Casein and/or caseinate thermoplastic granule, composition, and method for producing same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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KALLA ADARSH M. ET AL: "Isolation and characterization of cellulose from coconut shell powder and its application as reinforcement in casein composite films", RESEARCH SQUARE, 14 August 2022 (2022-08-14), XP093122640, Retrieved from the Internet <URL:https://assets.researchsquare.com/files/rs-1960474/v1_covered.pdf?c=1661599768> [retrieved on 20240123], DOI: 10.21203/rs.3.rs-1960474/v1 * |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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EXTE | Extension to a french territory |
Extension state: PF |
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PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240913 |
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PLFP | Fee payment |
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