Brevet FR2060353A1 — publié le 19710618

La présente invention concerne un matériau solide léger, en forme de mousse, ainsi que son procédé de fabrication. I/e matériau ainsi obtenu possède, entre autres, des propriétés calorifuges et son utilisation se prête donc par-5 faitement pour la fabrication de panneaux de construction. lie produit selon l'invention offre des avantages importants, en ce qui concerne le prix des matières premières,' les propriétés physiques ainsi que la facilité et l'économie de fabrication, par rapport a d'autres matériaux 10 qu'on utilise dans ce but. Les composants fondamentaux de ce produit sont une matière céramique ën qualité d"e charge, du silicate de sodium, un métal amphotère sous forme pulvérulente et de l'eau. Les matières .céramiques sont avantageusement sous 15 "une forme finement divisée ou granulée. Des déchets de matières céramiques peuvent être utilisés. On peut également ajouter une argile, comme la bentonite ou la kaolinite, à titre d'agent d'allongement. Un procédé connu de préparation de profilés soli-20 des et légers en forme de mousse consiste à préparer un mélange contenant une charge, tin liant, de l'eau et un agent porogène., à façonner ce mélange et ensuite à le faire durcir. La présente invention fournit un procédé et un produit nouveaux en ce que le mélange contient une charge 25 céramique, un métal amphotère sous forme pulvérulente, du silicate de sodium et de l'eau. Dans le milieu alcalin, le métal amphotère réagit avec une partie du silicate de sodium pour dégager de l'hydrogène qui effectue l'action de moussage et forme une mousse 30 céramique à l'état "vert". On chauffe ensuite la mousse céramique "verte" afin d'en améliorer encore plus les propriétés physiques et mécaniques. Les matières céramiques appropriées sont notamment les cendres volantes provenant des centrales électriques, 35 le laitier de hauts-fourneaux, la pierre ponce, des déchets des boues rouges et des fines de sable. Les cendres volantes provenant des centrales électriques constituent la matière préférée, et il en est particulièrement ainsi lorsque les cendres proviennent d'une centrale qui brûle de la houille. 40 Si l'on utilise des cendres volantes provenant de la lignite, 7.0 31781 2 . 2060353 dans le présent procédé, on est obligé d'effectuer un stade de traitement préalable, comme on le verra en détail par la suite. Les métaux amphotère s qui conviennent sont', en 5 particulier, l'aluminium, le zinc, le plomb, l'étain et le chrome. On préfère tbut spécialement de la poudre fine d'aluminium, par exemple du type qu'on utilise dans lës!^ïjgmènts pour peinturés. ' ■ " s-' « ' Outre'son rôle d'agent actif qui réagit avec la 10 poudre métallique, le silicate de sodium sert également de liant. De préférence, le rapport soude/silicè est choisi dans l'intervalle 1:3,3 à 1:2,0 en poids, bien que des rapports un peu plus élevés ou un peu plus faibles conviennent également. 15 La composition préférée, exprimée en pourcentages pondéraux du total des matières solides, peut comprendre: * Matière céramique: de 60 à 80 % et, de> préférence, de 65 à 75 % ; " " Silicate de sodium:de 40 à 20 % et, de préférence, 20 de 35 à 25 % ; Métal amphotère : de 0,05 à 0,4 % et, de préférence, de 0,1 à 0,3 % ou mieux encore de 0,1 à 0,2 % V Eau: de 30 a 60 % (par rapport au poids totë.1 des 25 ' " matières solides) et de préférence de 45 à 60 %, ou mieux encore de 48,5 à 53,5 %. ' Bien que la matière céramique soit désignée comme une "charge", il est évident qu'une partie de cette dernière 30 peut réagir chimiquement au cours du procédé et l'invention n'est aucunement limitée par la nature théorique du mécanisme de réaction. Eventuellement, on peut élever la température du mélange, par exempleà une valeur comprise entre la tempé-35 rature ambiante et 1Q0°C, pour amorcer la réaction entre l'agent actif et le métal amphotère. Selon la forme finale désirée, on peut couler le mélange dans un moule ou sur une surface plate, par .exemple une surface en papier, en métal ou en contre-plaqué phénoli-40 que stratifié (qui peut servir finalement, à la fois, de 70 31781 3 2060353 renforcement et d'apprêt de la surface avant la peinture, etc...), ou bien ce mélange peut être extrudé. lorsqu'on utilise certaines feuilles pour la couche externe, par exemple du papier ou du clinquant d'aluminium, le mélange 5 adhère solidement à cette feuille et aucun adhésif n?est nécessaire. On peut régler les conditions de traitement de manière à obtenir, dans le noyau céramique, une masse vo— lumique apparente, en abrégé M.V.A, de 160 à 1120 g/da^. 10 On peut également utiliser le réglage La température à laquelle on porte la mousse céramique "verte" est avantageusement comprise entre 80 et 15 200°C, bien que pour certains produits, tels que des briques réfractaires, la température la plus élevée puisse être de ?00°C ou même plus. Grâce à cette mesure, le produit possède des caractéristiques supérieures de résistance à la compression, de résistance à la traction, de module de 20 rupture à la flexion et du nombre de cycles de flexion avant rupture. Les matériaux légers de mousses céramiques, selon l'invention, sont supérieurs aux matériaux connus, en ce qui concerne leur faible conductibilité thermique, leur faible 25 masse voluron que, leur cohérence mécanique qui augmente avec la température et leur bas prix. Les exemples suivants, dans lesquels les parties,, les pourcentages et les 'rapports sont en poids, montreront bien comment l'invention peut être mise en oeuvre sans aucu-30 nement en limiter la portée. Dans les exemples 1 à 7» la matière céramique q. est de la cendre volante provenant de la centrale Waaagi. en. Nouvelle-Galles du Sud (Australie), cette centrale brûlant de la houille. Des travaux expérimentaux ont d.ém©Kfepê que 35 les cendres volantes provenant des -entrales qtadl brûlent de la houille en des lieux géographiques différents possèdent des propriétés analogues et peuvent être utilisées dans le procédé sans.aucun traitement préalable. Bans les exemples 8 à 12, les cendres volantes proviennent d'autres centrales 40 brûlant de la houille. L'exemple 13 décrit l'utilisation de 70 31781 4 2060353 cendres volantes provenant de la centrale Mere Mere en Nouvelle Zélande» qui brûle de la lignite. Les cendres provenant de la lignite contiennent des sels alcalins solubles et on les traite poui» précipiter au préalable la fraction solubie 5 avant de pouvoir les utiliser dans le procédé selon l'invention. Dans tous les exemples, le module de rupture, en abrégé ci-après M.R., est celui qu'on obtient par l'essai de flexion en trois points selon les normes Australian Stan-dards Nos A.44 et CA.20 - 1960, "Fibrous Plaater Products". L'épaisseur des panneaux composites qu'on obtient dans les exemples 1 à 14 est toujours d'environ 12,7 mm» EXEMPLE 1 • On chauffe à ^5°C une solution comprenant 680 1*5 parties de silicate de sodium et de l'eau, la teneur en matières solides étant de 39,6 % et le rapport Na^OrSiOg étant 1:2,3. On introduit cette solution chaude dans un mélange de 500 parties de cendres volantes et 1 partie dTalu- 20 minium finement divisé. On place la suspension entre deux feuilles de papier et on la fait durcir à 100°C pendant 16 heures. Les caractéristiques du produit composite résultant sont : M.V,A. = 858 g/dm^ et M.E. = 116,5 kg/cm'v 25 EXEMPLE 2 : On chauffé à 65°C une solution comprenant 524 parties de silicate de sodium et de l'eau, contenant 31,8 % de matières solides et ayant un rapport NagOîSiOg de 1:2, puis on introduit cette solution dans un mélange qui con-30 tient 500 parties de cendres volantes et 1 partie d'aluminium finement divisé. Oa place la suspension entre deux feuilles de papier et on fait durcir à 80°C pendant 16 heures. Les caractéristiques du produit composite résultant sont : ià.V.A. = 793 g/dm^ et M.R. = 77,7 kg/cm^. 35 EXEMPLE 3 : On chauffe à 50°C une solution comprenant 524 parties de silicate de sodium et de l'eau, contenant 31,8 % de matières solides et ayant un rapport E^OiSiOg de 1:2,3, puis on introduit cette solution dans un mélange qui contient 40 500 parties de cendres volantes et 2 parties d'aluminium 70 31781 5 2060353 finement divisé. On coule la suspension entre deux feuilles de papier et on fait durcir à 80°C pendant 16 heures. Les caractéristiques du produit composite résultant EXEMPLE 4 sont : M.V.A. =» 1048 g/dnP et M.R, = 101,6 kg/cm2. On chauffe à 65°C une solution comprenant 682 parties de sillcatë de sodium et de l'eau, eôntenant 39,6 % de matières solides et ayant un rapport Na20:Si02 de 1î2. On 10 introduit la solution chaude dans un mélange de 500 parties de cendres volantes et 1 partie d'aluminium finement divisé. On coule la suspension entre deux feuilles de papier et on fait durcir à 100°C pendant 16 heures. Les caractéristiques du produit composite résultant 15 sont : M.V.A. = 645 g/dm^ et" M.R. = 140 kg/cm2. EXEMPLE 5 : Dans une solution aqueuse de silicate de sodium à 90°C, on introduit avec agitation un mélange sec de 720 parties de cendres volantes "Wangl" et 2,88 parties de poudre d'aluminium 20 atomisée (n° 123 d'Alcoa). La solution aqueuse est un mélange de 508,4 parties d'une solution de silicate de sodium dans l'eau, dont la teneur en matières solides est de 47,2 % et le rapport Na2Q:Si02 est de 1:2#21, et de 245,2 parties d'eau supplémentaire. 25 On coule ce mélange sur un fond constitué d'une feuille de carton couverture ayant 0,53 mm d'épaisseur et on place sur le mélange une "feuille supérieure qui est en papier ayant 1 mm d'épaisseur et qui porte sur sa surface externe une pellicule de polyéthylène ayant 15 microns d'épaisseur. On 30 place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. Le moussage commence pendant la préparation du mélange"et se poursuit pendant une partie au moins du cycle de chauffage dans 1'étuve. Après durcissement, la M.V;A. est de 640 g/drn^. 35 EXEMPLE 6 : Dans une solution aqueuse de silicate de'sodium à 65°G, on introduit avec agitation un mélange sec de 500 parties de cendres volantes "Wangi" et 2 parties de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d1Alcoa). La solution aqueusë de 70 31781 6 2060353 silicate de sodium est un mélange de 299 parties d'une solution de silicate de sedium dans l'eau dont la teneur en matières solides est de55*3 $ et. le rapport est de Na20:Si02 = 1:1,96, et de 224 parties d'eau supplémentaire. 5 On coule ce produit sur un fond constitué d'une -... feuille de carton couverture ayant 0,55 mm d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire. On place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. Après durcissement, la M.V.A. est de 717 g/dm? et 10 le M.R. est de 93*7 kg/cm2. EXEMPLE 7 : A une solution aqueuse de silicate de sodium à 85°C, on ajoute avec agitation un mélange sec de 600 parties de . cendres volantes "Wang!" et 2,42 parties de poudre d'aluminium. 15 atomisée (n° 125 d'Alcoa). . ;- La solution de silicate de sodium est un mélange d'une solution de 423,7 parties de silicate,de~sodium dans l'eau, dont la teneur en matières solides est-de 47*2 % et le rapport Na20:Si02 est de 1:2,21, et de 204,3 parties. . 20 d'eau supplémentaire. On coule ce produit sur un fond constitué d'une feuille de carton couverture ayant 0,53 mm d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire. On place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16heures, 25 Après durcissement, la M.V.A. est de 696 g/drn^ et le M.R. est de 83,2 kg/cm2. EXEMPLE 8 : A un mélange comprenant 660 parties de cendres volantes provenant de la centrale Tallawarra dans.la Nouvelle 30 Galles du Sud (brûlant de la houille) et 2,64 parties de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa), on ajoute un mélange comprenant 466,1 parties de silicate de sodium aqueux, dont la teneur en matières solides est de 47,2 et le rapport Na20:Si0g est de 1:2,21, et 224,7 parties 35 d'eau supplémentaire, la température du mélange aqueux étant de 90°C. On coule ce produit sur un fond constitué d'une feuille de carton couverture ayant 0,53 mm d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire. 70 31781 7 2060353 On place l'ensemble dans une éfcuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. Après durcissement, la M.V.A. est de 850 g/ân? et le M.R. est de 52,8 kg/cm2. 5 EXEMPLE 9 : A tin mélange comprenant 660 parties de eendres vo- * lantes provenant de la centrale Wallerawang dans la SSomrelle Galles du Sud, (brûlant de la houille) et 2,64 parties de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa), on ajotcfee um 10 mélange comprenant 466,1 parties de silicate de sodium aqueux, dont la teneur en matières solides est de 47,2 £ et le rapport NagOîSiOg est de 1:2,21, et 224,7 parties d'eau supplémentaire, la température du mélange aqueux étant de 90°C. 15 On coule ce produit sur un fond constitué d'une feuille.de carton couverture ayant 0,53 mm d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire. On ■ plaGe l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. 20 Après durcissement, la M.V.A. est de 834 g/dm^ et le M.R. est de 43*7 kg/cm2. EXEMPLE 10 : A un mélange comprenant 660 parties de cendres volantes provenant de la centrale Vales Point en Nouvelle Galles 25 du Sud, (brûlant de la houille) et 2,64 parties de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa), on ajoute un mélange comprenant 466,1 parties, de silicate de sodium aqueux, dont la teneur en matières solides est de 47,2 % et le rapport NagO^iOg est de 1:2,2% et 224,7 parties d'eau supplémen-30 taire, la température du mélange aqueux étant de 90°C. On coule ce produit sur un fond constitué d'uae feuille de carton couverture ayant 0,53 nim d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire* On place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100PC pea&amt 35 16 heures. Après durcissement, la M.V.A. est de 605 g/dnP et 2 le M.R. est de 45,7 kg/cm . EXEMPLE 11 : A un mélange comprenant 600 parties de cendres vo-40 lantes provenant de la centrale Vales Point et 2,4 parties 70 31781 8 2060353 de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa), on ajoute une solution aqueuse de silicate de sodium à 90°C comprenant 390,2 parties de silicate de sodium, représentant 51,25 % de matières solides dans l'eau et dont le rapport NagOîSiOg 5 est de 1î2,Q9, et 117,8 parties d'eau supplémentaire. On coule ce produit sur une feuille inférieure de carton couverture ayant 0,53 mm d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire. On place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. 10 Après durcissement, la M.V.A. est de 675 g/dnr* et le M.R. est de 4-9,3 kg/cm2. EXEMPLE 12 : A un mélange comprenant 600 parties de cendres volantes provenant de la centrale Vales Point et 2,4 parties 15 de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa), on ajoute une solution aqueuse à 90°C comprenant 400,8 parties de silicate de sodium, représentant 49,9 % de matières solides dans l'eau et dont le rapport NagOîSiOg est de 1:2,13» et 107,2 parties d'eau supplémentaire. 20 On coule ce produit sur une feuille inférieure de carton couverture ayant 0,53 mm d'épaisseur et on place sur le dessus une feuille de carton similaire. On place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. Après durcissement, la M.V.A. est de 669 g/drn^ 25 et le M.R. est de 41,7 kg/cm2. EXEMPLE 13 : A un mélange de 750 parties de cendres volantes, de granulométrie inférieure à 0,5 mm, provenant de la centrale Mere Mere en Nouvelle Zélande (brûlant de la 30 lignite) et de 37 parties de carbonate de sodium, on ajoute 400 parties d'eau. On fait bouillir ce mélange jusqu'à Obtention d'un poids total qui représente 1048,2 parties. On introduit ce mélange dans 476,1 parties d'une solution, aqueuse de silicate de sodium, dont la teneur en 35 matières solides est de 55,3 % et le rapport NagO^iOg est de 1:1*96* qui est à une température de 70°C. On ajoute 3,0 parties de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa) et on la mélange avec les ingrédients indiqués. On coule le produit sur une feuille de carton couverture ayant 0,53 mm 40 d'épaisseur et on applique une feuille de carton similaire « 70 31781 9 2060353 sur le dessus. On place l'ensemble dans une étuve chauffée à 100°C pendant 16 heures. Après durcissement, la M.V.A. est de 768 g/dm-*5 et le M.R. est de 33>7 kg/cm2. 5 EXEMPLE 14 : Cet exemple décrit la faible conductibilité thermique du matériau selon l'invention. A une solution aqueuse de silicate de sodium à 90°C, on ajoute avec agitation un mélange sec de 500 parties 10 de cendres volantes "Wangi", 26,7 parties d'une argile normalisée et 2,0 parties de poudre d'aluminium atomisée (n° 123 d'Alcoa). La solution de silicate de sodium est un mélange de 297#2 parties d'une solution de silicate de sodium dans l'eau, dont là teneur en matières solides est de 47,2 % 15 et le rapport Nag0:Si0g est de 1:2,21, et 233,3 parties d'eau supplémentaire. On coule ce mélange dans un moule octogonal ayant environ 5 cm de profondeur. On fait durcir l'échantillon octogonal à 100°C 20 peridant 16 heures et on le cuit à 800° C pendant 16 heures. Là masse volumique apparente est alors de 704 g/dm . La valeur mesurée de la conductibilité thermique est : Température moyenne : Conductibilité thermique : 25 146°C 0,16 kcal/h.m2et °C/m L'invention utilise comme charges des matières céramiques peu coûteuses et abondamment disponibles. Ces matières sont notamment les cendres volantes, la pierre ponce pulvérisée, des déchets des boues rouges, des fines 3° de isable et des laitiers de hauts-fourneaux. Outre l'avantage évident d'un prix absolu beaucoup plus bas, on bénéficie de l'avantage économique supplémentaire qui est l'abondance des matières utilisées. Par exemple, dans certaines régions, il existe un surplus de matières de rebut que l'on peut uti-35 liser selon l'invention et dont l'évacuation pose un problème. De plus, par suite de la forme finement divisée de ces matières, elles conviennent remarquablement pour la fabrication de produits isolants en matières céramiques, sous forme de panneaux, de briques et de produits extrudés. 70 31781 10 2060353 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de profilés solides et légers sous forme de mousse, consistant à préparer un mélange contenant une charge, un liant, de l'eau et un agent porogène, 5 à façonner ce mélange et ensuite à le faire durcir, caractérisé en ce que le mélange contient une charge céramique, un métal amphotère sous forme pulvérulente, du silicate de sodium et de l'eau. - 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 10 ce que la charge céramique est choisie dans le groupe comprenant les cendres volantes des centrales électriques, les laitiers de hauts-fourneaux, la pierre ponce, les déchets des boues rouges et les fines de sable. 3.- Procédé selon la revendication 1 pu 2, caractérisé 15 en ce que le métal amphotère est choisi dans le groupe comprenant l'aluminium, le zinc, le plomb et l'étain. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge céramique est .de la cendre volante provenant d'une centrale électrique et le métal amphotère est l'aluminium. 20 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on mélange des cendres volantes provenant de la houille avec de la poudre d'aluminium et on obtient ainsi un mélange sec qu'on ajoute à la solution aqueuse de silicate de sodium pour former une suspension, on façonne la suspension et on la 25 fait ultérieurement durcir de sorte qu'on obtient un produit solide et léger sous forme de mousse. 6.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on soumet à un traitement préalable des cendres volantes provenant de la lignite afin de précipiter la fraction soluble, 30 puis on mélange ces cendres avec le silicate de sodium aqueux et la poudre d'aluminium et on obtient ainsi un mélange qu'on façonne et qu'on fait durcir. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le traitement préalable des cendres volantes de la 35 lignite se fait avec du carbonate de sodium aqueux. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mélanhe comprend , par rapport au poids total des matières solides : de 60 à 80 % de charge céramique, de 40 à 20 % de silicate de sodium, de 0,05 à 0,4 % 70 31781 n 2060353 de métal amphotère et de 30 à 60 % (par rapport au poids total des matières solides) d'eau. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mélange comprend, par rapport au poids total des 5 matières solides : de 65 à 75 % de charge céramique, de 35 & 25 % de silicate de sodium, de 0,1 à 0,3 % de métal amgimtère et de 45 à 60 % (par rapport au poids total des matières solides) d'eau. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revend!catiwis 1 à 9, caractérisé en ce que, pour façonner le mélange, on le 1# coule dans un moule. 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, pour façonner le mélange, *n le coule sur une feuille externe de matière appropriée qui demeurera dans le produit final. 15 12.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ee qu'on ajoute une seconde feuille externe et on obtient un produit final portant une telle feuille sur chaque face. 13.- Profilé solide et léger en forme de mousse, préparé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 20 1 à 12.