Brevet FR2280661A1 — publié le 19760227

L'invention, due à Wolf-Dietrich SCHOLLHORN, concerne un procédé pour former des mousses à partir de solutions de résines d'urée-formaldéhyde et les mousses ainsi obtenues. Les aminoplastes à base d'urée-formaldéhyde compte parmi les matières synthétiques les moins coûteuses. Puisque, de plus, elles sont particulièrement incombustibles, il est à prévoir que les articles en mousse fabriqués à partir de ces matières occuperont une place prépondérante en tant que calorifuges dans le secteur des matériaux de construction. La méthode d'expansion habituelle pour la fabrication de mousses d'urée-formaldéhyde consiste à transformer en mousse de l'eau, additionnée d'un acide durcisseur et d'un porogène, par battage mécanique et injection simultanée d'air. Sur cette mousse, dite porteuse, on applique ensuite par dispersion une solution aqueuse de résine d'urée-formaldéhyde. On laisse durcir cette mousse à forte teneur en eau, puis on la sèche.Lors du processus de séchage, une grande partie des cellules éclate, de sorte que les membranes cellulaires se déchirent et qu'il se forme une mousse à cellules ouvertes. Les résistances mécaniques de ces mousses sont faibles du fait que le processus de séchage provoque un fendillement consécutif au retrait. Les masses par unité de volume de ces mousses se situent, en fonction des va 3 riables du procédé, entre 4 et 30 kg/m , le plus souvent entre 7 et 10 kg/m3.La contrainte de compression d'une mousse de 3 30 kg/m3, expansée selon le procédé habituel, est encore infé- rieure à i bar. L'invention a pour but un procédé pour former des mousses à partir de solutions de résines d'urée-formaldéhyde qui permet de fabriquer des mousses présentant des propriétés de résistance plus élevées et conformes aux exigences de l'industrie de construction, et des poids par unité de volume également plus élevés. La condensation ultérieure des résines d'urée-formaldéhyde commerciales en aminoplastes s'effectue, comme on le sait, sous l'effet catalytique d'acides, mais pratiquement sans phénomène thermique. Une expansion spontanée par évaporation de l'agent moussant n'était par conséquent pas possible. L'objet de l'invention consiste donc en un procédé pour former des mousses à partir de solutions de résines d'urée-formaldéhydre, caractérisé par le fait qu'on déclenche, au cours du processus d'expansion, durant la réaction de polycondensation de la résine d'urée-formaldéhyde de poids moléculaire encore faible en aminoplaste et, le cas échéant-, en présence d'un stabilisateur de mousse, une réaction exothermique avec dégagement d'un gaz. L'invention rend possible la réalisation du procédé d'expansion désiré de solutions aqueuses et non aqueuses de résines d'urée-formaldéhyde du fait que la polycondensation en aminoplaste de la résine s'accompagne d'une réaction exothermique génératrice d'un gaz propulseur utilisable pour l'expansion, soit seul, soit en combinaison avec un agent propulseur gazéifié par la chaleur de réaction accompagnant le dégagement du gaz. Par variation, par exemple de la proportion de l'agent pro pulser. on peut fabriquer ainsi des mousses d'urée-formaldéhyde de n'importe quel poids par unité de volume. Comme réaction exothermique, génératrice d'un gaz propulseur, on utilise selon l'invention de préférence la décomposition catalytique de l'eau oxygénée à l'aide d'enzymes dites peroxydases. Des peroxydases se trouvent dans le sang, la- levure, des champignons et des produits analogues, parmi lesquels la levure conduit aux résultats les meilleurs. D'autres catalyseurs spécifiques de la décomposition de l'eau oxygénée, comme le bioxyde de manganèse, l'oxyde de plomb, différents métaux et le platine colloïdal, ne présentent pas, dans le milieu d'urée-formaldéhyde acide, l'effet désiré et ce n'est que le cuivre métallique qui est encore d'une utilité restreinte. Au contraire, la décomposition catalytique désirée de l'eau oxygénée est réalisable au moyen de FeSO4 et de Fe(NH4)2(S04)2 ainsi qu'au moyen de thio-urée et de rhodanure d'ammonium. La thio-urée peut être ajoutée et participer à la condensation dès le début. Il faut en mettre en oeuvre, le cas échéant, pour cette incorporation par voie de condensation environ 1 - 2% en poids. Dans certaines solutions de résines d'urée-formaldéhyde durcissables sous l'effet d'alcalis, la décomposition de l'eau oxygénée en eau et oxygène s'effectue spontanément, et avec une forte effervescence de la résine, sous l'effet catalytique d'alcalis. Toutefois, il se produit alors, à cause de la faible vitesse de durcissement de la résine en milieu alcalin, un important effondrement de la mousse. On peut utiliser aussi d'autres réactions s'effectuant avec dégagement d'un gaz comme par exemple la décomposition de carbonates, en particulier de carbonate d'ammonium, sous l'action d'acides ; dans ces réactions de décomposi tion spontanée et processus d'expansion rapide qui s'ensuivent, il convient de tenir compte des enseignements du génie chimique. Pour des masses réactionnelles d'une certaine importance, il est avantageux de mettre en oeuvre des unités d'expansion telles que celles connues par exemple pour l'expansion de résines polyuréthannes ou phénoliques. Dans le cas de petites masses réactionnelles, on peut procéder de façon à ajouter à la solution de résine d'urée-formaldéhyde, le cas échéant l'agent propulseur, par exemple le monofluorotrichlorométhane ou le pentane, un stabilisateur de mousse, éventuellement des charges et une quantité déterminée de levure (levure de boulangerie) et à mé- langer la masse énergiquement. A ce mélange, on incorpore ensuite les quantités correspondantes d'acide durcisseur et d'eau oxygénée. Le processus d'expansion se 'déclenche pratiquement durant le mélange. Pour certaines applications, par exemple pour la fabrication de produits à poids très élevé par unité de volume, on peut utiliser comme gaz propulseur l'oxygène lui-m4me, libéré par la décomposition de l'eau oxygénée ; un agent propulseur additionnel n'est pas alors nécessaire. Lors du durcissement d'aminoplastes, il se produit, comme on le sait, un certain retrait. Pour éviter des fendillements dus au retrait et pour augmenter la résistance à la traction avec flexion, il s'est révélé très avantageux d'incorporer aux articles, lors de l'expansion, des charges, et/ou matériaux fi breux, en particulier des fibres de verre en quantité allant jus qutà environ 2% pour des fibres d'une longueur allant jusqu'à environ 10mm. Selon le mode opératoire décrit ci-dessus, on a formé des mousses à partir des compositions définies de façon plus détaillée dans les exemples suivants, non limitatifs. EXEMPLE 1. Solution de résine d'urée-fo,rmaldéhyde (à environ 83X dans de l'eau) 100,0 parties levure 3,0 parties stabilisateur de mousse 0,5 partie n-pentane 12,0 parties eau oxygénée à 35X 8,0 parties acide phosphorique à 80% 6,0 parties 3 Masse par unité de volume 26,4 kg/m3 (DIN 53 420) Contrainte de compression 1,0 bar (DIN 53 421). EXEMPLE Il. Solution de résine d'urée-formaldéhyde 100,0 parties (à environ 83% dans de l'eau) fibres de verre, longueur de coupe 5-7 mm 0,4 partie levure 3,0 parties stabilisateur de mousse 0,5 partie n-pentane 6,0 partieseau oxygénée à 35% 8,0 parties acide phosphorique à 80% 6,0 parties 3 Masse par unité de volume 49 kg/m3 (DIN 53 420) Contrainte de compression 3,2 bars (DIN 53 421). EXEMPLE III. Solution de résine d'urée-formaldéhyde (à environ 83%dans de l'eau) 100,0 parties levure 3,0 parties stabilisateur de mousse 0,5 partie n-pentane 3,0 parties eau oxygénée à 35X 8,0 parties acide phosphorique à 80% 6,0 parties 3 Masse par unité de volume 97,4 kg/m (DIN 53 420) Contrainte de compression 10,5 bars (DIN 53 421). EXEMPLE IV. Solution de résine d' urée-formaldéhyde 100,0 parties (à 66,6% dans de l'eau) levure 2,0 parties stabilisateur de mousse 1,0 partie acide phosphorique 2,0 parties eau oxygénée à 35% 2,0 parties 3 Masse par unité de volume 176,0 kg/m (DIN 53 420) Contrainte de compression 17,5 bars (DIN 53 421). EXEMPLE V. Solution de résine d'urée-formaldéhyde (à 60X dans du glycol) 100,0 parties levure 3,0 parties stabilisateur de mousse 1,0 partie fibres de verre, longueur de coupe 5-7 mm 0,25 partie monofluorotrichlorométhane 15,0 parties acide phosphorique à 80% 8,0 parties eau oxygénée à 35% 4,0 parties 3 Masse par unité de volume 73 kg/m (DIN 53 420) Contrainte de compression 3,8 bars (DIN 53 421). EXEMPLE VI. Solution de résine d'urée-formaldéhyde (à environ 83% dans de l'eau) 100,0 parties Fe(NH4)2(S04)2 (solution à 5% dans H20) 4,0 parties stabilisateur de mousse 0,5 partie n-pentane 8,0 parties eau oxygénée à 35% 4,0 parties acide phosphorique à 80% 6,0 parties 3 Masse par unité de volume 35 ka/183 (DIN 53 420) Contrainte de compression 1,8 bar (DIN 53 421). EXEMPLE VII. Solution de résine d'urée-formaldéhyd 100,0 parties (à environ 83% dans de l'eau) solution de thio-urée (à 20% dans H20) 5,0 parties stabilisateur de mousse 1,0 partie n-pentane 8,0 parties eau oxygénée à 35% 4,0 parties acide phosphorique à 80X 6,0 parties 3 Masse par unité de volume 34,8 kg/m (DIN 53 420) Contrainte de compression 1,8 bar (DIN 53 421). Lorsqu'on désire incorporer à la résine d'urée-formaldéhyde au cours de la condensation de la thio-urée, il faut en mettre en oeuvre environ 1 - 2% par rapport à la quantité d'urée. On forme une telle mousse à partir de la composition de l'exemple VII, mais sans addition supplémentaire de thio-urée. Les compositions comprenant l'utilisateur de FeS04 et NH4SCN sont pratiquement semblables à celles des exemples VI et VII. Pour la conductivité thermique d'une mousse d'urée-formaldéhy 3 de d'ure masse par unité de volume d'environ 60 kg/m , fabriquée selon l'invention, on a trouvé (selon DIN 52 612) la valeur de 8 , 0,027 kcal/h cm. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former des mousses à partir de solutions de resines d'urée-formaldéhyde, caractérisé par le fait qu'on déclenche, au cours du processus d'expansion, durant la réaction de polycondensation de la résine d'urée-formaldéhyde de poids moléculaire encore faible en aminoplaste et, le cas échéant, en présence d'un stabilisateur de mousse, une réaction exothermique avec dégagement d'un gaz. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme réaction exothermique avec dégagement de gaz > la décomposition catalytique d'eau oxygénée. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on effectue la décomposition catalytique d'eau oxygénée à l'aide d'enzymes dites peroxydases. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme substance à teneur en peroxydases, une levure. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on utilise pour l'expansion un agent propulseur en tant qu'additif. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on ajoute au mélange à partir duquel on désire former une mousse des charges et/ou des matériaux fibreux, de préférence des fibres de verre. 7. Mousses présentant sensiblement les caractéristiques de celles obtenues par mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.