Brevet FR2035102A1 — publié le 19701218

0962? 1 2035102 La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la préparation d'une mousse de polyuréthane contenant une charge. Divers types de matière de charge ont été proposés pour inclusion dans une mousse de polyuréthane, pour des raisons 5 diverses telles que pour améliorer la résistance mécanique ou la résistance au feu de la matière ou pour réduire son prix de revient, les particules de la charge peuvent avoir une forme quelconque, mais la charge est de préférence une substance minérale ayant une grosseur minimale de particules d'au moins 3 mm0 Habituellement, tO une certaine quantité de la charge consiste en particules de diverses grosseurs allant de 3 à 10 mm0 Les particules de la charge sont de préférence formées d'argile frittée, poreuse ou expansée, de vermiculite ou de verre0 L'invention peut aussi être mise en oeuvre avec d'autres types de charge comme des grains de sable et 15 des copeaux de matière cellulosique comme des copeaux de bois ou de la paille hachée ou une combinaison de divers types de charge; On peut préparer une mousse de polyuréthane contenant une charge en formant d'abord un lit fixe de particules de charge dans un moule, la charge occupant de 40 à 50$ environ de l'espace 20 dans le moule suivant la grosseur ou la distribution des grosseurs de la charge. Une composition liquide capable de former une mousse de polyuréthane durcie est ensuite versée sur le lit, après quoi le moule,est fermé et on laisse mousser et durcir le liquide à polyuréthaneo 25 L'expression "liquide à polyuréthane", telle qu'elle est utilisée ici, a la signification "composition liquide capable de former une mousse de polyuréthane durcie"0 Le liquide doit être dans un état fluide et expansible, mais la réaction de formation de mousse peut être déjà en cours. Une fois que la mousse a durci 30 suffisamment pour être dimensionnellement stable, le produit obtenu, une mousse contenant la charge, est enlevé du mouleo Cette méthode a donné des résultats médiocres, principalement en raison d'un remplissage très incomplet des interstices entre les particules de la charge par la mousse de polyuréthane, ce qui à son 35 tour résulte de l'emprisonnement d'air, du parcours d'écoulement long et dans des directions multiples pour le liquide à polyuréthane le long des particules de la charge, et de la haute résistance à l'écoulement opposée au liquide par la paroi généralement 70 09622 2 2035102 rugueuse de la matière de charge© La méthode est peu satisfaisante aussi en ce que c'est une méthode à deux temps ne permettant pas des cadences élevées de production. - " Il est possible de préparer le mélange dans un procédé 5 à un seul temps en pulvérisant la composition de polyuréthane liquide sur un courant tombant librement de particules de la charge, après quoi la charge mouillée par le liquide à polyuréthane est versée dans un moule. Si dans ce procédé on utilise une composition de polyuréthane à réaction relativement lente pour laisser large-10 ment le temps de remplir et de fermer le moule, la perte de chaleur de réaction vers les particules de charge durant la longue période de réaction entraîne une perte considérable dans la capacité d'expansion de la composition de polyuréthane, et par conséquent donne des mousses de densité élevée et entraîne in remplissage incomplet 15 des interstices entre les particules0 Pour éviter cette difficulté, il est possible d'utiliser une composition à réaction rapide, et le moule doit alors être rempli plus rapidement» Toutefois, comme le débit volumétrique du liquide à polyuréthane non expansé ou commençant à mousser à pulvériser sur la charge est très inférieur 20 au débit volumétrique de la charge, il est très difficile d'assurer un mouillage suffisant et uniforme des particules de charge en train de tomber dans la courte période disponible pour ce mouillage. La présente invention a pour but de fournir un procédé de préparation d'une mousse de polyuréthane contenant une charge 25. dans lequel un meilleur contact est réalisé entre les particules de charge et le liquide à polyuréthane• L'invention concerne donc un procédé de préparation d'une mousse de polyuréthane contenant une charge, selon lequel on introduit une composition liquide capable de former une mousse de 30 polyuréthane durcie dans un courant de gaz qui est dirigé vers un courant de charge de façon à former un mélange de liquide et de charge et on laisse mousser et durcir le liquide dans le mélange. L'invention fournit aussi un appareil utilisable pour préparer une mousse de polyuréthane contenant une charge selon ce 35 procédé, comprenant un corps tubulaire, un réservoir pour la charge monté de façon à décharger la charge par une sortie dans le corps tubulaire, un conduit d'alimentation en gaz pour communication à une extrémité avec une source de gaz comprimé et débouchant 70 09622 3 2035T02 à son.autre extrémité dans l'espace à l'intérieur du corps tubulaire à un point au-dessous de la sortie du réservoir, et un conduit d'alimentation en liquide pour communication à une. extrémité avec une source de composition liquide capable de former une 5 mousse de polyuréthane durcie et débouchant à son autre extrémité dans le conduit d'alimentation en gaz0 De préférence» le courant de charge lors du contact avec le liquide à polyuréthane est un courant tombant librement, c'est-à-dire que le courant n'est en contact avec aucune paroi» 10 le courant de gaz, qui est normalement produit par la détente d'air comprimé, sert à la fois de véhicule et d'accélérateur pour le liquide à polyuréthane introduit. Si le liquide à polyuréthane est injecté sous la forme d'un courant continu.de liquide, le courant d'air transforme le liquide en une fine pous-15 sière de liquide qui est dirigée à une grande vitesse vers le courant de charge, de préférence dans une direction perpendiculaire à ce courant. Les fines gouttelettes de liquide dans la masse pulvérisée peuvent ainsi pénétrer profondément dans le courant de charge pour venir en contact avec toutes ses particules,. Un mouil-20 lage uniforme des particules de la charge est aussi favorisé par la turbulence créée dans la zone de contact de la charge et du liquide par le courant d'air à grande vitesse. La turbulence fractionne le courant de charge et intensifie le'.contact avec la masse pulvérisée de liquide à polyuréthane. Pour faciliter sa dispersion 25 uniforme dans le courant d'air, le liquide à polyuréthane est de préférence injecté perpendiculairement dans ce couranto Un limiteur de débit à orifice comme un tube venturi ou un diaphragme peut Stre monté dans le conduit à air peu avant le point oti le liquide à polyuréthane est injecté dans ce conduit. Le limiteur de débit 30 réduit la vitesse du courant d'air, et la réduction de pression résultante à ce point (la pression statique peut, tomber au-dessous de la pression atmosphérique) facilite l'écoulement du liquide à polyuréthane visqueux dans le courant d'air. Cette aide à l'écoulement peut devenir d'une grande importance si plusieurs conduits 35 à air sont prévus autour du courant de charge, chaque conduit à air recevant du liquide à polyuréthane provenant d'une source commune relatiwement éloignée. L'utilisation de plus d'un conduit à air permet que le liquide à polyuréthane soit pulvérisé vers le 70 09622 4 '2035102 courant de charge à des angles diverso La sortie du conduit à air ou l'ouverture dans lé limiteur de débit qu'il contient peuvent être circulaires ou avoir une autre forme appropriée quelconque, par exemple là sortie ou 5 l'ouverture peut être en forme de fente droite pour former un jet qui est plat dans le plan perpendiculaire au courant de charge. La charge peut être de l'un quelconque des types mentionnés plus haut ici, la préférence étant accordée à des matières minérales expansées, en particulier l'argile, le verre ou la ver-10 miculite. Le volume de charge dans le produit final peut varier entre 15 et 80$ du volume du produit, mais il est habituellement compris entre 40 et 60 Le liquide à polyuréthane au moment -de la mise en contact avec la charge ou déjà quand il est introduit dans le courant 15 d'air est de préférence dans un état où. la réaction de formation de mousse a déjà commencé, de sorte que le-liquide est én train de mousser» Au dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, la figure unique représente schématiquement un appareil utilisable 20 pour la mise en oeuvre de l'invention. On voit sur la figure un réservoir pour charge granulaire, comprenant une trémie II et un tuyau d'évacuation 12 s'é-tendant verticalement. Une vanne à passage direct 13 est située dans l'extrémité supérieure du tuyau 12 pour régler l'écoulement 25- de la charge à partir de la trémie dans le tuyau 12» Dans l'extrémité inférieure du tuyau d'évacuation 12, un diffuseur 14 est montéo Un élément conique-21 est monté à une petite distance au-dessous du diffuseur 14 et est en position centrale par rapport à ce derniero Le diffuseur 14 et l'élément conique 21 définissent 30 une sortie annulaire 15 pour la charge. Le diffuseur est interchangeable pour permettre le choix d'une sortie ou d'une configuration et de dimensions désirées. Le réservoir à charge est monté de façon que la charge sortant par la sortie 15 tombe librement par gravité dans un corps tubulaire cylindrique 16, normalement 35 disposé verticalement. Deux conduits d'alimentation en air ou buses à air 17 sont montés à un niveau situé à une petite distance au-dessous de la sortie 15, perpendiculairement au corps tubulaire 16 et à des positions diamétralement opposées de ce dernier,, Des 70 09622 5 2035102 "buses à air 17 en plus grand nombre peuvent être prévues avec un espacement angulaire égal autour de la périphérie du corps tubulaire 16, au même niveau que les deux buses 17 représentéese Un liquide à polyuréthane peut.être amené à chaque buse à air 17 par 5 des conduits 18 d'alimentation en liquide débouchant perpendiculairement dans les buses à air I7o Le liquide à polyuréthane est fourni aux conduits 18 par une source commune 19, qui est reliée à la sortie d*une chambre de mélange 22 pour le liquide à polyuréthane* Un diaphragme 20 est monté dans chaque buse à air 17 peu 10 avant la sortie du conduit 18. . En service, le réservoir est rempli d'une certaine quantité de charge granulaire et la vanne à passage direct 13 est ouverte de façon que la charge puisse tomber par la sortie 15 et former ainsi un courant tubulaire de charge dans la zone centrale 15 du corps tubulaire 16; On fait arriver de l'air comprimé à la buse 17, tandis que du liquide à polyuréthane dans un état mélangé de façon homogène est introduit par les conduits 18 dans, les buses à air I7o Les conditions opératoires sont choisies de façon que le liquide à polyuréthane sortant des conduits 18 soit à un stade 20 initial de formation de mousse» Le courant d'air dans chaque buse à air 17 rencontre le liquide à polyuréthane et forme ainsi une fine poussière de liquide qui est dirigée à de grandes vitesses vers le courant de charge, perpendiculairement à ce dernier, de sorte que la charge est mouillée intimement par le liquide Normalement, le liquide à polyuréthane est introduit rlaris les buses à air 17 sous la forme d'un courant continu de 70 09622 6 2035102 liquide qui est transformé par le courant d'air en une fine poussière de liquide# l'orifice 20 dans les buses à air réduit la pression aux sorties des conduits 18, favorisant ainsi l'écoulement du polyuréthane liquide, et la dilatation de l'air au-delà de 5 l'orifice augmente la dispersion du liquide dans l'airi la grande vitesse que l'air atteint lors de sa dilatation permet aux gouttelettes de polyuréthane dans la poussière de liquide de pénétrer profondément dans le courant de charge et ainsi de se mélanger complètement et uniformément avec toutes les particules de la 10 chargeo l'exécution aisée du mélange est facilitée aussi par le fait que le courant de charge quand il est mouillé-est sous la forme d'un tube creux. Exemple 0 On utilise un appareil d'un type correspondant à celui 15 représenté sur le dessin,, 'le diamètre intérieur du corps tubulaire 16, de la buse à air 17, des conduits 18 d'alimentation en liquide et de la sortie annulaire 15 est respectivement de 150, 20, 6 et 100 mm. le plus grand diamètre extérieur de l'élément conique 21 est de 20 50 mm. l'ouverture dans le diaphragme 20 a un diamètre de 2 mm et une longueur dans la direction axiale de la buse de 2 mm également. l'appareil 1 comporte huit buses à air avec chacune un conduit d'alimentation en liquide à un espacement angulaire 25 régulier autour du corps tubulaire I60 la trémie II est remplie de billes d'argile expansée de 3 à 10 mm de diamètre et ayant une masse volumique apparente d'environ 420 g/l„ la pression d'air dans la buse à air 17 avant le diaphragme est de 6 kg/cm 0 la quantité de liquide à polyuré-30 thane introduite par les conduits 18 ensemble est de 13 kg/min et le débit de charge par la sortie 15 est de 60 kg/min. le liquide à polyuréthane est composé principalement d'un polyol et d'un diisocyanate, avec le trichloromonofluorométhane comme agent gonflant. La charge mouillée est versée dans un moule et, après 35 qu'on ait permis au liquide à polyuréthane dans le moule fermé de s'expanser dans la mesure la plus complète possible et une fois qu'il a durci pour devenir rigide, le produit moulé est enlevé du moule. La masse volumique d'ensemble du produit est 70 09622 7 2035102 de 320 g/l ; la masse volumique moyenne de la mousse de polyuréthane proprement dite est de 120 g/l« les propriétés mécaniques du produit sont les suivantes ï P Résistance à la flexion 15»9 kg/cm p 5 Module de flexion 578 kg/cm Pression nécessaire pour une compression de 10$ 14,2 kg/cm Pression nécessaire pour une compression de 25$ 20,2 kg/cm 10 En examinant le produit, on constate qu'il a une disper sion homogène de la charge dans la mousse de polyuréthane et qu'il est exempt d'inclusions d'air0 70 09622 8 2035102 REVENDICATIONS 1 - Un procédé de préparation d'une mousse de polyuréthane contenant une charge, caractérisé en ce qu'on introduit une 5 composition liquide capable de former une mousse de polyuréthane durcie dans un courant de gaz qui est dirigé vers un courant de charge de façon à former un mélange de liquide et de charge, et qu'on permet au liquide dans le mélange de former une mousse et de durcir» * 10 2 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce- que le courant de charge quand le liquide vient en contact avec lui tombe librement. 3 - Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courant de charge quand le liquide vient en contact avec 15 lui est sous la forme d'un tube creux0 4 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant de gaz est dirigé vers le courant de charge à peu près perpendiculairement à ce dernier. 5 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, 20 caractérisé en ce que la composition liquide par son introduction dans le courant de gaz est transformée en une poussière de liquide# 6 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la composition liquide est introduite dans le courant de gaz à peu près perpendicualirement à ce dernier. 25 7 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le courant de gaz réduit la pression statique au point d'introduction de la composition liquide au-dessous de la pression atmosphérique, 8 - Un appareil utilisable pour préparer une mousse de 30 polyuréthane contenant -une charge selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire normalement disposé verticalement, un réservoir pour la charge monté de façon à décharger la charge par une sortie dans le corps tubulaire, un conduit d'alimentation en gaz pour communication à une 35 extrémité avec une source de gaz comprimé et débouchant à son autre extrémité dans l'espace à l'intérieur du corps tubulaire à un point au-dessous de la sortie du réservoir, et un conduit d'alimentation en liquide pour communication à une extrémité avec 70 09622 9 2035102 une source d'une composition liquide capable de former une mousse de polyuréthane durcie et débouchant à son autre extrémité dans le conduit d'alimentation en gaz0 9 - Un appareil selon la revendication 8, caractérisé 5 en ce que la sortie est placée dans une position espacée par rapport aux parois du corps tubulaire0 10 - Un appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sortie est formée de façon à décharger la charge sous la forme d'un courant tubulaire creux# 10 11 - Un appareil selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'un étranglement à ouverture est monté dans le conduit d'alimentation en gaz en avant du point où le conduit d'alimentation en gaz débouche, dans ce conduit. \ 12 - Un appareil selon l'une des revendications 8 à 11, 15 caractérisé en ce que plusieurs des conduits d'alimentation en gaz sont disposés en un dessin régulier autour du corps tubulaire. 13 - Un appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les conduits d'alimentation en liquide sont reliés à une source commune de la composition liquide par des canalisations 20 présentant une égale résistance à 1'écoulement; 14 - Des panneaux de construction, caractérisés en ce qu'ils comprennent une couche de mousse de polyuréthane contenant une charge préparée selon le procédé de l'une des revendications 1 à 7. 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