L'invention concerne un procédé de réalisation d'un produit en liège et plus précisément en liège naturel aggloméré. L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation d'un tel procédé pour réaliser un bouchon.
Les bouchons en liège aggloméré tels que les bouchons de champagne sont dits bouchons « techniques ». Leur fabrication est réalisée à partir de résidus du tubage résultant de la fabrication des bouchons en liège naturel.
Les résidus sont transformés en granulats de liège qui sont ensuite agglomérés afin de former le bouchon technique. L'agglomération des granulats est réalisée par l'imprégnation des granulats avec une colle. Le produit ainsi obtenu subit ensuite une étape de finition mécanique permettant de mettre en forme le bouchon aux dimensions désirées.
Le document
Les colles employées pour imprégner les granulats de liège sont généralement à base d'isocyanate, par exemple des colles polyuréthanes, et sont utilisées sous forme aqueuse.
L'emploi de telles colles présente un certain nombre d'inconvénients.
Tout d'abord, ces colles sont toxiques pour le personnel affecté à la production des bouchons. En effet, la colle est toxique par inhalation et ingestion et est fortement irritante pour la peau et les muqueuses.
L'emploi de cette colle nécessite donc de prendre des précautions particulières d'utilisation afin de protéger le personnel ce qui complexifie la chaîne de production et augmente le prix de revient.
De plus, certains composants de la colle peuvent migrer dans le liquide avec lequel le bouchon est en contact, par exemple avec du vin ou de l'alcool, ce qui peut dénaturer le goût du liquide, mais également comporter des risques sanitaires.
Les colles aqueuses peuvent, en outre, présenter des problèmes de stabilité au stockage comme, par exemple, subir une contamination microbienne, ce qui nécessite l'ajout de biocide à la colle.
Les colles aqueuses génèrent également des effluents, qui seront par conséquent à traiter ultérieurement.
Il existe aussi d'autres procédés qui consistent à utiliser des colles liquides obtenues à partir d'une préparation d'amidon soluble à froid contenant un mélange de mélamine et de formaldéhyde.
Cette technique qui est décrite notamment dans le
De plus, la solubilisation de l'amidon nécessite l'ajout d'une quantité significative d'eau, ce qui entraîne des problèmes de surpression de vapeur et des risques d'explosion lors de l'étape ultérieure d'agglomération qui comprend une phase de compression et une phase de chauffage avec une élévation très importante de la température du liège.
Enfin, ces colles aqueuses présentent un temps de séchage important et les produits en liège aggloméré obtenus ne sèchent pas facilement et rapidement à coeur.
L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé de réalisation d'un produit aggloméré en liège naturel, tel qu'un bouchon, selon la revendication 1, dans lequel on utilise un liant d'origine naturelle, éventuellement issu de l'agriculture biologique, qui ne présente pas de risque sanitaire et est employée sous forme de poudre en ne mettant en oeuvre qu'une quantité très faible d'eau.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un produit en liège aggloméré à partir de granulats de liège naturel, caractérisé en qu'il comprend les étapes suivantes :
- a) préparation d'un liant à base d'amidon en poudre soluble à froid,
- b) enrobage et/ou imprégnation des granulats de liège au moyen du liant à base d'amidon ;
- c) agglomération des granulats imprégnés ;
- d) finition mécanique du produit obtenu afin de lui donner les dimensions et forme souhaitées et,
L'invention concerne également un article en liège naturel aggloméré selon la revendication 13.
Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour réaliser des bouchons techniques, mais également d'autres produits en liège aggloméré, tels que des revêtements de sols, des produits décoratifs, des produits pour le textile et la confection, des produits à applications ménagères ou industrielles, des produits destinés au bâtiment et/ou au génie civil (isolation acoustique et thermique, éléments anti-vibration,...), etc....
L'amidon est un liant naturel pouvant être ingéré sans risque alimentaire. Ainsi, la migration de l'amidon dans un liquide ne rend pas celui-ci impropre à la consommation.
Le procédé selon l'invention est donc particulièrement bien adapté à la fabrication de bouchons en liège, pour le conditionnement des boissons et, notamment, des vins, spiritueux et champagnes.
De plus, le liant à base d'amidon n'est pas toxique pour le personnel affecté à la production du produit en liège. Ce personnel peut donc la manipuler sans risque.
Les granulats de liège peuvent être obtenus de façon traditionnelle, c'est-à-dire par trituration des résidus de tubage des bouchons naturels pour obtenir la granulométrie désirée.
Selon une variante de réalisation particulière, le liant est mélangé avec un agent réticulant en poudre, adapté au contact alimentaire. Cet agent a une fonction insolubilisante.
Selon une caractéristique avantageuse, ce mélange comprend de 70 % à 100 % en poids d'amidon et comprend, en outre, sensiblement de 0 % à 30 % en poids d' agent réticulant.
Préférentiellement, le mélange comprend sensiblement de 80% à 95% en poids d'amidon et sensiblement de 5% à 20% en poids de l'agent réticulant.
L'amidon se présente sous forme de poudre soluble à froid et éventuellement modifiée chimiquement.
Le liant d'amidon est réalisé sous forme de poudre soluble à froid. Ainsi, on évite les problèmes liés aux colles aqueuses de l'art antérieur: simplicité de stockage sans risque de migration microbienne, temps de séchage court, suppression des risques ultérieurs d'explosion de vapeur, etc...
La solubilisation à froid est obtenue, de préférence, par prégélinisation au moyen d'un extrudeur ou d'un tambour sécheur selon des techniques connues par ailleurs.
L'amidon prégélatinisé est de l'amidon qui a été mécaniquement traité en présence d'eau, à l'aide d'un procédé thermique ou non, pour rompre tout au partie des grains d'amidon et qui a ensuite été desséché. Il ne contient normalement aucune substance ajoutée, mais peut être modifié pour le rendre compressible et améliorer ses caractéristiques de fluidité.
Après humidification, le liant en poudre forme un gel apte à l'adhérence du fait de sa forte viscosité.
La demanderesse a constaté que la qualité des bouchons était améliorée lorsque l'amidon utilisé pour réaliser le liant est de l'amidon extrait de légumes tels que les pois.
En effet, l'amidon à base de pois présente une teneur naturellement élevée d'amylose, ce qui améliore la flexibilité et la résistance à l'eau de l'amidon.
De plus, L'amidon de pois présente une viscosité plus forte que les autres amidons et une meilleure stabilité sous forme de gel.
Toutefois, d'autres types d'amidons peuvent être employés, par exemple des amidons issus de maïs, de blé, de maïs cireux, de pomme de terre, tapioca, riz, etc....
Afin de faciliter la dispersion de l'amidon en poudre, le procédé peut prévoir une étape d'humidification des granulats de liège avant leur imprégnation par le liant.
Selon encore une autre variante de réalisation, la proportion d'amidon relativement au liège est comprise entre 10 % et 25 % en poids.
L'étape d'agglomération du procédé de fabrication de liège aggloméré selon l'invention comprend une phase de compression et une phase d'élévation de la température.
L'agglomération des granulats de liège peut être effectuée par moulage direct ou par extrusion. On prévoit par exemple une extrusion à une température comprise entre 120 °C et 130°C pendant 3 à 10 minutes. Dans le cas d'un moulage direct, l'agglomération se fait entre 110°C et 120°C pendant environ 1 heure.
Lors de la phase de compression la pression atteinte est de l'ordre de 2 MPa (20 bars).
Le procédé implique que la quantité d'eau ajoutée soit inférieure à 25% du poids du liège afin de prévenir les risques d'explosion de vapeur, en particulier lors de la phase d'agglomération et afin de permettre un séchage rapide à coeur du liège aggloméré.
Lorsque le procédé décrit ci-dessus est utilisé pour réaliser un bouchon, c'est-à-dire lorsque l'étape de finition mécanique est une étape de formation d'un bouchon technique en liège, on peut prévoir des étapes supplémentaires de fixation d'un disque de liège à une ou aux deux extrémités du bouchon, cette fixation étant réalisée par collage au moyen du liant à base d'amidon revêtant la face du disque à coller.
En effet, pour certains bouchons, afin de limiter le contact entre le vin ou, plus généralement, les boissons alcoolisées et les granulats de liège, on prévoit de disposer des disques de liège massif aux extrémités du bouchon. Le liant à base d'amidon est solubilisé avant d'être appliqué sur le disque en liège.
De préférence, l'agent réticulant est sous forme de poudre préalablement mélangée à l'amidon.
Selon une autre variante de réalisation, l'agent réticulant est sous forme liquide et est mélangé avec une certaine proportion ou la totalité d'eau et ce mélange réticulant/eau est ajouté lors de l'humidification des granulats de liège avant ou après leur enrobage et/ou leur imprégnation par le liant.
L'agent réticulant employé est officiellement autorisé pour une mise en contact alimentaire.
Selon une variante de réalisation particulière, l'agent réticulant employé est l'Urecoll SMV dont la composition est conforme aux recommandations des autorités sanitaires Européennes concernant les papiers pour emballage alimentaire qui stipulent, en outre, que « l'extrait d'eau froide » ne doit pas contenir plus de 1.0 mg de formaldéhyde pour 100 cm2 de papier.
La demanderesse a effectué plusieurs essais en deux séries pour démontrer que l'amidon de pois soluble à froid est particulièrement adapté à une utilisation en tant que liant, en particulier, pour bouchon de liège.
Ces essais avaient pour objectif d'agréger des granulats de liège avec de l'amidon de pois afin de produire des bouchons de liège répondant aux normes alimentaires et présentant les propriétés de résistance mécanique nécessaires. Pour ce faire, des blocs de liège ont été formés par mélange de granulats de liège, d'amidon pré gélatinisé (soluble à froid), d'eau et d'un agent réticulant, suivi d'une agglomération à l'aide d'une presse chauffante.
Les blocs de liège devaient avoir une densité comprise entre 250 et 300 g/dm3 et résister au test d'immersion en eau à 100°C pendant 1 heure.
Les blocs de liège ont été réalisés de la façon suivante :
- mélange d'eau et de l'agent réticulant avec les granulats de liège ;
- mélange à la cuillère jusqu'à humidification de tout le liège;
- ajout de l'amidon progressivement en poursuivant le mélange ;
- remplissage d'un moule avec une partie du mélange obtenu ;
- pressage à froid à 2 MPa (20 bars) ;
- nouveaux remplissages du moule et pressages jusqu'à épuisement du mélange ;
- pressage du mélange à 2 MPa (20 bars) pendant 30 minutes à 110°C ;
- (éventuellement) pressage du bloc formé à 2 MPa (20 bars) pendant 10 minutes à température ambiante ;
- démoulage du bloc de liège ;
- découpe du bloc en rectangles d'environ 2,5 cm x 2,5 cm x 5 cm.
L'agent réticulant utilisé dans tous les essais est un réticulant liquide (70%MS) et la quantité indiquée dans les tableaux est donc à chaque fois le pourcentage de la quantité liquide (en poids) relativement à la quantité d'amidon (en poids).
Plusieurs blocs de liège de différentes compositions ont été réalisés. Ces compositions sont regroupées dans le tableau suivant :
Du point de vue de la densité, les résultats suivants ont été obtenus :
Comme on peut le constater, les densités obtenues sont proches de la fourchette souhaitée. Il est probable que cette densité puisse être encore augmentée avec du matériel plus adapté.
Un test d'immersion des essais a été réalisé. Ce test consiste à relever le temps au bout duquel le bloc de liège est totalement disloqué lorsqu'il est plongé dans une eau à 100°C. Les bouchons doivent être parfaitement formés après une heure d'immersion pour que le résultat soit considéré comme positif.
Le test a été mené sur les essais mentionnés ci-dessus un jour après leur fabrication et huit jours après leur fabrication.
Les résultats de ce test sont mentionnés dans les tableaux ci-dessous :
Comme on peut le constater cette première série de résultats ne donne pas satisfaction, les blocs se disloquant avant une heure d'immersion. Ces résultats ont été obtenus pour les blocs présentant une teneur en agent réticulant inférieure ou égale à 10 % d'amidon.
Lorsque cette teneur est supérieure à 10 % d'amidon, les résultats suivants sont obtenus :
(2) Aspect visuel après immersion 1 h à 100°C
Comme on peut le constater, les blocs de liège répondent aux critères du test d'immersion et les résultats sont sensiblement meilleurs après une semaine de stockage des blocs.
Une deuxième série d'essais a été réalisée. La composition en amidon, eau et agent réticulant est reprise dans le tableau suivant :
Le marché du bâtiment nécessite pour certains de ses produits des densités avoisinant les 500 g/dm3.
L'essai Bât EmU-5 a été réalisé avec du liège de plus faible granulométrie également appelé « poussière de liège » communément employé dans certains produits du bâtiment. La faible densité du liège permet une meilleure compression et, par là même, l'obtention d'une plus haute densité du produit fini. La composition de l'essai est reportée dans le tableau suivant :
Les différents essais sont caractérisés par leur densité exprimée en g/dm3, par leur flexibilité mesurée au TA-XT2i texture analyser et par leur résistance au test d'immersion en eau bouillante.
Résultats de densité obtenus pour les différents essais :
Les densités des essais EmU-6, EmU-7, EmU-8 et EmU-9 sont comprises dans la fourchette de valeurs désirée (250-300 g/dm3).
La densité de l'essai Bât EmU-5 se rapproche des 500 g/dm3 attendus tout en restant inférieur. L'utilisation d'un matériel plus adapté permet de les atteindre.
La détermination de la texture des articles en liège est réalisée à l'aide de l'analyseur de texture TA-XT2i texture analyser.
L'article en liège à analyser est préalablement découpé sous forme de rectangle aux dimensions suivantes : 2,5 cm x 2,5 cm x 5 cm.
La mesure est réalisée selon la hauteur de l'échantillon et correspond à la force maximale appliquée pour le comprimer de 3 mm.
L'analyse est effectuée comme suit :
- Type de sonde : P25 22mm DIA CYLINDER ALUMINIUM
- Tête d'analyse : 25 kg
- Durée du test : 15.60 s
- Mode d'analyse : mesure d'une force en compression
- Vitesse :
- Pre-test : 2.0 mm/s
- Test : 0.2 mm/s
- Post-test : 5.0 mm/s
- Distance de compression : 3.0 mm
La force nécessaire pour comprimer les échantillons de 3 mm a été mesurée au cours du temps, les résultats sont reportés dans le tableau suivant :
Les essais montrent que la teneur en amidon est déterminante dans la flexibilité des échantillons en liège aggloméré. Les échantillons dont la teneur en amidon est élevée ont une texture plus dure et ce phénomène persiste au cours du temps. La dureté des échantillons augmente au cours du vieillissement.
De manière générale, la teneur en amidon des blocs obtenus dans les exemples est comprise entre 9% et 20% en poids.
Un test d'immersion a été réalisé sur les échantillons préalablement découpés en rectangles de dimensions 2.5 cm x 2.5 cm x 5 cm. Le test consiste à relever le temps au bout duquel l'échantillon est totalement disloqué lorsqu'il est plongé dans une eau à 100°C. L'échantillon doit être parfaitement formé après une heure d'immersion pour que le résultat soit considéré comme positif. Les résultats de ce test sont mentionnés dans le tableau ci-dessous :
(2) Aspect visuel après immersion 1 h à 100°C
Les 4 essais résistent au test d'immersion en eau bouillante.
Les essais EmU-6 et EmU-7 dont les teneurs en amidon sont plus importantes donnent de meilleurs résultats dans le sens où les échantillons absorbent moins d'eau et ne se déforment pas.
En conclusion, on constate que des bouchons répondant aux normes requises pour des applications du type bouchon technique, peuvent être fabriqués en remplaçant la colle obtenue à partir de produits de synthèse par un liant naturel à base d'amidon sans altération ou dégradation des propriétés mécaniques.