Brevet FR2254366A1 — publié le 19750711

L'invention a pour objet un procédé de commande d'une réaction exothermique, notamment d'une réaction thermocatalytique, au sein d'un matériau poreux. Elle vise en particulier un procédé de commande. du déroulement de l'imprégnation d'un matériau poreux à l'aide de résines synthétiques monomères et/ou polymères et/ou prépolymères dont la polymérisation a lieu par catalyse. Un exemple, non limitatif, d'une réaction à laquelle s'applique l'invention, est celui de l'imprégnation de bois ou de pierre à l'aide d'une résine ou d'un mélange de résines synthétique(s), soit pour l'obtention de bois propre à être utilisé comme matériau de second oeuvre dans la construction soit pour la conservation, -dans le cas du traitement de la pierre, de monuments ou parties de monuments anciens. On sait déjà, pour -conférer des propriétés particulières' à un matériau poreux, comme du bois, imprégner ledit matériau d'une solution contenant une ou des résines synthétique(s) appropriée(s) et un catalyseur3 puis chauffer le matériau ainsi imprégné à la température de polymérisation de la ou des résines.Lorsque cette température est atteinte3 l'énergie de 'la réaction. de polymérisation est libérée et3 en l'absence de mesures de protection la température croît alors brutalement avec pour conséquence une détérioration, voire même une destruction du matériau qui rend celui-ci impropre à toute utilisation. Complêmentairement3 l'apparition d'une température élevée due à l'emballement de la réaction de polymérisation provoque une vaporisation de la ou des résines et, par suite, une perte importante en ces produits relativement onereux. On a déjà proposé de faite appel à des procédés physiques de conduction, convection, puits thermiques, etc., pour limiter les pics de température qui apparaissent dans le matériau après début de la réaction de polymérisation. Ces procédés se sont cependant révélés inappropriés à résoudre le problème posé, notamment en raison des mauvaises qualités de conductibilité thermique du matériau traité, qui est fréquemment un matériau 'isolant, et qui font que la chaleur dégagée par la réaction de polymérisation ne peut être évacuée du coeur du matériau en cours de traitement, lorsque celui-ci est d'épaisseur relativement importante. On a également proposé, pour l'imprégnation de bois à l'aide de résines synthétiques polymérisables par catalyse (voir le brevet britannique nO 1 191 056), de compléter les mesures précitées par des processus chimiques consistant à ajouter à la solution d'im prégnation de résine(s) des retardateurs de polymérisation. Un tel processus n'est pas non plus entièrement satisfaisant : il augmente la durée de traitement, il en accrolt le coût par la nécessité d'ajouter des produits relativement chers à la solution d'imprégnation, et, en outre, il est, fréquent que les produits ajoutés à la solution d'imprégnation pour retarder la réaction de polymérisatiôn modifient les caractéristiques de structure du bois traité, par exemple en ce qui concerne sa teinte et/ou la dureté du produit final obtenu. C'est, d'une manière générale, un but de l'invention de fournir un procédé qui pallie les inconvénients des procédés connus pour la commande du déroulement d'une réaction exothermique, notamment thermocatalytique, au sein d'un matériau poreux, comme celle de l'imprégnation d'un tel matériau à l'aide de résines synthétique(s) propre(s) à être,polymérisée(s) par une réaction de catalyse. C'ests à cet égardS un but de l'invention de fcprnir un tel procédé qui, tout en conservant les avantages attachés à la poly mérisation catalytique, -en particulier; la faible durée du traitement comme comparée à la durée d'une polymérisation radiochimicx-e-, permet de s'affranchir des inconvénients liés à un tel mode de polymérisation et notamment des détériorations du matériau poreux traité sous l'action des gradients de température importants développés par la réaction exothermique de polymérisation. C-'est encore un but de l'invention de fournir un tel procédé qui permet, dans une installation pour sa mise en oeuvre,- une économie d'énergie importante par rapport à l'énergie consommée dans les installations pour la mise en oeuvre des procédés connus. C'est aussi un but de l'invention de fournir un tel procédé qui, par la suppression des gradients de température qui apparaissent au cours de la réaction de polymérisation, limite la perte par vaporisation des résines d'imprégnation et ainsi abaisse le coût de traitement d'une manière notable. C'est, également, un but de l'invention de fournir un tel procédé qui permet de commander le déroulement de la réaction exothermique au sein même du matériau traité pour différentes dimen sions et/ou formes de pièces en ledit matériau. C'est, enfin, un but de l'invention de fournir un tel procédé particuliérement bien- approprié pour la commande du déroulement d'une réaction exothermique faisant application d'un chauffage diélectrique. Le procédé selon l'invention est caractérisé par ce fait qu'on limite la température du' matériau poreux à la température d'ébullition, dans les conditions de pression de la réaction, d'un corps rapport ou présent au sein dudit matériau en quantité suffisante pour que sa vaporisation absorbe l'énergie libérée par la réaction exothermique. Lorsque la réaction exothermique est une réaction catalytique, le corps' rapporté ou présent au sein du matériau poreux est choisi pour que sa température d'ébullition, dans les conditions de pression de la réaction, tout en étant supérieure à celle du début de ladite réaction catalytique, soit cependant inférieure à la température à partir de laquelle les propriétés dudit matériau sont afféctées de façon désavantàgeuse. Lorsque la réaction catalytique est une réaction de polymérisation d'une résine ou d'un mélange de-résines, synthétique(s), le corps, dont on fait application de la chaleur 'latente de vapo risation ,pour limiter la température du matériau poreux au sein duquel a lieu la réaction exothermique, est également choisi tel que, dans les conditions de pression de la réaction, sa température d'ébullition soit inférieure à la température de'vaporisation de la ou des résines à polymériser. C'est ainsi que, pour l'imprégnatión de bois ou de pierre à l'aide de résines synthétiques monomères et/ou polymères et/ou prépolymères polymérisables par action catalytique, par exemple un mélange de styrène et de résine polyester, l'invention fait avantageusement application de l'eau naturellement contenue dans le bois ou la pierre traité pour limiter la température maximale au sein du matériau poreux traité à celle de vaporisatio',n de l'eau dans les conditions-de travail. Lorsque le procédé est appliqué au traitement de bois, une partie de l'eau contenue dans celui-ci est évaporée de sorte qu'on réalise simultanément le séchage dudit bois sans apport d'énergie supplémentaire. Le procédé selon l'invention permet alors, en un seul traitement, d'obtenir à partir de bois dits "secs à'l'air", c' est-à-dire contenant environ de 14 à 18% d'humidité, des bois imprégnés de résine(s) synthétique(s) polymérisée(s) propres à être utilisés pour le second oeuvrede la construction d'immeubles, par exemple des revêtements de sols ou de murs et qui ont le degré de siccité requis, de l'ordre de 8%, pour leur mise en oeuvre. Le procédé permet ainsi une économie appréciable d'énergie par rapport aux procédés' connus d'imprégnation de bois à l'aide de résines polymérisables, compte-tenu du fait que, dans ces procédés connus3 le traitement d'imprégnation proprement dit est précédé d'un traitement de dessication destiné à ramener à environ 2 à 6%-le pourcentage d'humidité des bois soumis au traitement d'imprégnation. L'invention n'est cependant pas limitée, lorsqu'elle est appliquée au traitement du bois1 à l'utilisation de bois dits "secs à l'air" mais envisage également le traitement de bois d'un degré de siccité plus élevé qui, préalablement ou simultanément à l'im'prégnà'tion en résine(s) synthétique(s) à polymériser,- sont humidifiés pour que leur teneur en eau soit suffisante pour absorber, par vaporisation, l'énergie libérée par 1à réaction exothermique de polymérisation. Le traitement est conduit dans une presse à conduction ou dans une presse à chauffage diélectrique par haute fréquence ou hyperfréquence. L'exemple qui suit illustre le procédé selon l'invention comme appliqué à l'imprégnation de bois par des résines synthétiques polymérisables par catalyse. EXEMPLE Des pièces de bois ayant une humidité de 18% et de dimensions de 50x300xlO-mm sont imprégnées d'une solution de résine à polymériser ayant'la composition suivante styrène ........ 50% résine polyester 49 catalyseur .,... 1% L'imprégnation est effectuée par les techniques usuelles, dans un autoclave dans lequel la pression est abaissée à une valeur de 1 à 10 Torr et dans lequel, après introduction de la solution d'imprégnation, on réintroduit un gaz inerte, par exemple de I'azote, sous une pression de 1 à 5 kg/cm2. Les pièces de bois imprégnées sont placées dans une presse à chauffage diélectrique, dont le circuit oscillant est réglé à 27 MHz. Bien entendù, la valeur de la fréquence indiquée l'est àtitrf d'exemple non limitatif, cette fréquence pouvant être choisie dans une plage très importante de fréquences industrielles ou d'hyperfréquences. La presse, à la pression atmosphérique et à température ambiante, est alors rendue opératoire suivant des trains d'impulsions successifs pour amener la température du bois imprégné aux environs de 60 -C. A cette température, la réaction de polymérisation débute et la température croît jusqu'à 1000C sous l'effet de l'énergie libérée par la réaction exothermique de polymérisation. A cette dernière température, l'eau contenue dans le bois est partiellement vaporisée. Des indicateurs de température, par exemple du type colorimétrique, placés au sein des pièces de bois montrent que la température ne dépasse pas celle de vaporisation dé l'eau à la pression de travail qui peut être supérieure à la pression externe aux pièces de bois, compte-tenu des phénomènes d'évacuation, hors desdites pièces, de la vapeur dégagée. On-laisse refroidir les pièces traitées dont l'examen montre qu'elles sont parfaitement saines, à coeur, et présentent les qualités de résist-ance requises. Le procédé selon l'invention permet ainsi, lorsqu'il est appliqué à l'imprégnation de matériaux poreux comme du bois ou de la pierre, par des résines polymérisables par réaction catalytique de limiter de façon simple et sûre la température au sein du matériau, en tirant profit à la fois de la courte durée du traitement attachée à la réaction de polymérisation par catalyse tout en palli- nt les inconvénients attachés à cette réaction. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande d'une réaction exothermique, notamment thermocatalytique, au sein d'un matériau poreux, caractérisé en ce que pour régler la température dudit matériau, celui-ci est choisi pour contenir de lui-meme, ou par adjonction, une quantité suffisante d'un corps dont la vaporisation absorbe l'énergie libérée par la réaction exothermique, la température au sein du matériau étant ainsi limitée à la température d'ébull-ition dudit corps dans les conditions de pression de la réaction. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps rapporté ou présent au sein du matériau poreux est choisi pour que sa température d'ébullition, dans les conditions de pression de la réaction, soit supérieure à celle du début de ladite réaction tout en étant inférieure à-la température à partir de laquelle les propriétés dudit matériau sont affectées de façon désavantageuse. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, pour la commande d'une réaction thermocatalytique de polymérisation d'une résine ou d'un mélange de résines synthétique(s) d'imprégnation du matériau poreux; caractérisé en ce que le corps rapporté ou présent dans ledit matériau est choisi pour que sa température d'ébullition soit inférieure à la température d'ébullition de la ou du mélange de' résine (s) d'imprégnation. 4.- Procédé selon la revendication 3, pour l'imprégnation de bois ou de pierre à l'aide, de résin(s) synthétique(s) monomère(s) et/ou polymore(s) et/ou prépolymère(s) polymérisable(s) parcata- lyse, caractérisé en ce que le corps dont on fait application pour limiter, par sa vaporisation, la température au sein du matériau imprégné, est l'eau naturellement contenue dans le bois ou la pierre à un degré de siccité approprié. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le cas du bois, celui-ci est du bois dit "sec à l-'air", c'est-à-dire contenant environ de 14 à 18% d'humidité. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction est conduite dans des conditions de pression telles que la température d'ébullition du corps rapporté ou présent au sein dudit matériau en quantité suffisante, pour que sa vaporisation absorbe l'énergie libérée par la réaction exothermique, est inférieure à une valeur prédéterminée. 7.- Matériau poreux, notamment élément de bois ou de pierre imprégné de résine(s) synthétique(s) polymérisée(s) obtenu par mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6.