Brevet FR2306950A1 — publié le 19761105

La présente invention est relative à un procédé de préparation d'une composition à base de gypse et, à partir de celleci, d'articles à base de gypse ayant une densité (masse volumique) choisie, résistant à la combustion. Comme exemples d'articles pouvant être obtenus à partir de la composition à base de gypse suivant l'invention on citera des panneaux de revêtement mural "secs" (dry wallboard), des carreaux pour plafonds, etc.. ayant une densité réglable, une résistance élevée en flexion et une bonne résistance aux chocs. La nécessité sans cesse croissante de disposer de matériaux de construction présentant des propriétés de faible émission de fumée a provoqué une demande sans cesse accrue pour des articles à base de gypse résistant à la combustion, comme des panneaux de gypse également appelés panneaux de revêtement mural secs, panneaux de gypse ou placoplâtre. Les services gouvernementaux, les services de la construction, les compagnies d'assurances, les associations d'entrepreneurs et les associations de constructeurs se sont intéressés à l'installation de matériaux de construction résistant à la combustion tels des panneaux secs pour revêtement mural comme constituants importants d'ensembles de construction résistant à la combustion. Un problème, que présentent toutefois les panneaux secs dont on dispose actuellement, est qu'à part leurs excellentes propriétés de résistance à la combùsion,-ils présentent une médiocre résistance aux chocs et une faible résistance en flexion. Du fait de la médiocre résistance aux chocs des panneaux secs disponibles à l'heure actuelle, le masticage et le recouvrement du produit par un ruban isolant sur les têtes des clous sont nécessaires au cours de son installation, ce produit devant également être jointoyé et revêtu de ruban isolant avant toute opération de finissage, notamment de peinture et d'application de papier mural. Du fait de leurs médiocres propriétés de résistance en flexion, les panneaux pour revêtement mural actuels sont difficiles à manipuler et, en conséquence, sont produits avec un renforcement en papier sur les deux faces du produit, ce qui, il va de soi, augmente indésirablement son prix de revient. En outre, la préparation de panneaux secs telle qu'elle est effectuée à l'heure actuelle est compliquée par la nécessité, en cours de production, d'éliminer complètement lieau de la suspension avant de pouvoir la manipuler pour la traiter ou l'utiliser ultérieurement. En conséquence, l'invention a pour objet un procédé de préparation d'une composition à base de gypse et, à partir de celle-ci, d'articles à base de gypse résistant à la combustion présentant une densité choisie, une résistance élevée en flexion et une bonne résistance aux chocs, suivant lequel on mélange un mélange aqueux de sulfate de calcium, une résine thermodurcissable réticulable compatible avec ledit sulfate de calcium, un agent tensio-actif, agissant sur la densité et une quantité efficace d'un agent de durcissement pour réaliser la réticulation de la résine thermodurcissable, ledit agent tensio-actif étant présent en une quantité suffisante pour conférer une densité prédéterminée à la composition à base de gypse, et on agite le mélange afin d'obtenir un mélange sensiblement homogène. Pour préparer un article à partir de la composition à base de gypse, on met le mélange sous une forme prédéterminée puis on le sèche afin de faire prendre le sulfate de calcium et de réticuler la résine thermodurcissable. Le durcissement de la résine thermodurcissable réticulable améliore beaucoup les propriétés de l'article à base de gypse et les propriétés habituellement défavorables précitées des articles à base de gypse actuels, comme les panneaux muraux secs, sont éliminées.La composition à base de gypse ainsi que l'article obtenu à partir de cette dernière présentent d'excellentes propriétés retardatrices de la combustion dues au constituant gypse ainsi qu'une faible émission de fumée, mais le produit résultant est un article rigide, très utile, manipulable qui, dans le cas des panneaux muraux, a une excellente résistance aux chocs, une résistance élevée en flexion et des propriétés semblables à celles du bois. Comme le durcissement de la résine a lieu au cours de la prise du sulfate de calcium, l'article résultant est plus facile à manipuler lors de l'élimination de l'eau de la suspension, du fait de la résistance supplémentaire fournie par la résine et, en conséquence, l'élimination totale de l'eau n'est pas nécessaire, comme c'était le cas antérieurement, pour rendre l'article manipulable. On peut additionner le constituant aqueux résineux thermodurcissable d'une solution homogène, aérée, d'un agent tensioactif agissant sur la densité qui permet de régler la densité de l'article à base de gypse final. L'agent tensio-actif sert non seulement d'agent de mise en suspension de la résine, mais sert également d'agent d'entraînement de l'air pour réduire la densité de l'article à base de gypse final. On peut, en conséquence, obtenir des articles à base de gypse de plus faible densité en incorporant de l'air dans le mélange de la façon précitée, tout en obtenant un article à base de gypse ayant une bonne résistance en flexion, une résistance élevée aux chocs etizie résistance à la combustion acceptable. La résine thermodurcissable peut être choisie dans une gamme étendue de matériaux polymères chimiquement et physiquement différents. Ce groupe de matériaux résineux englobe des résines partiellement condensées hydrosolubles comme les résines phénol et mélamine-formaldéhyde, auquel cas la résine est sous forme de solution aqueuse. Lorsque la résine n'est pas hydrosoluble, par exemple lorsqu'il s'agit de copolymères d'acétate de polyvinyle, la résine est sous la forme d'une émulsion dans le milieu aqueux. Il est préférable que le matériau résineux thermodurcissable réticulable soit sous la forme d'une émulsion aqueuse et, mieux, soit une émulsion aqueuse d'un copolymère d'acétate de polyvinyle. Lorsqu'on ajoute l'agent tensio-actif agissant sur la densité, on peut séparément le mélanger avec de l'eau en agitant fortement, afin d'obtenir une écume ou mousse épaisse qu'on mélange ensuite avec les autres constituants du mélange. Il est préférable d'incorporer diverses charges dans l'article à base de gypse, afin de lui conférer des propriétés de renforcement supplémentaires. Il découle de ce qui précède que le procédé suivant la présente invention utilise : (A) un mélange, sous forme de mousse, d'une solution aqueuse d'un agent tensio-actif agissant sur la densité, (B) un mélange aqueux de sulfate de calcium, (C) une charge de renforcement, (D) une émulsion aqueuse d'une résine thermodurcissable, ladite résine étant compatible avec ledit sulfate de calcium, ladite émulsion contenant en outre un agent tensio-actif agissant sur la densité, et (E) une quantité efficace d'un catalyseur de durcissement pour obtenir la réticulation de la résine thermodurcissable. Comme précédemment indiqué, on agite la solution aqueuse de l'agent tensio-actif dans des conditions de cisaillement éleVé jusqu'a' obtention d'une mousse épaisse. On peut, pendant ce temps, préparer une suspension aqueuse du sulfate de calcium qu'on ajoute ensuite à la mousse dans des conditions d'agitation sous cisaillement élevé. On ajoute ensuite l'émulsion résineuse thermodurcissable et les charges au mélange, en agitant, et, enfin, on ajoute le catalyseur de durcissement. On obtient ainsi un gypse basse densité qui, de façon surprenante, a non seulement d'excellentes propriétés de résistance à la combustion, mais encore une bonne résistance mécanique en flexion et une bonne résistance aux chocs. Le gypse est un minéral qu'on trouve dans le monde entier sous forme de dépôts importants et qui est, en fait, du sulfate de calcium hydraté de formule CaS04.2H20. Lorsqu'on le chauffe, le gypse perd son eau et donne ce qu'on appelle du gypse calciné ou sulfate de calcium semi-hydraté. Ce matériau est également connu sous le nom de plâtre de Paris, qui répond à la formule (CaS04)2H20. Par "sulfate de calcium" on entend englober ici le gypse calciné et le sulfate de calcium semi-hydraté. Le sulfate de calcium est utilisé dans le procédé suivant la présente invention sous la forme d'une suspension aqueuse. C'est ainsi, par exemple, qu'on mélange du sulfate de calcium, sous forme de plâtre de Paris, avec une quantité appropriée d'eau, en agitant, en utilisant, par exemple, d'environ 25 à 100 parties, en poids, du sulfate de calcium par partie d'eau et, de préférence, d'environ 50 à 75 parties pour 50 parties d'eau, en poids. Les matériaux résineux thermodurcissables suivant la présente invention comprennent notamment l'acétate de polyvinyle, les copolymères d'acétate de polyvinyle, un poly(chlorure de vinyle-acétate de vinyle), l'acétate de cellulose, les résines époxy hydrosolubles et émulsionnables, ainsi que des produits de condensation du formaldéhyde comme les produits de réaction du formaldéhyde sur des phénols tels que l'hydroxybenzène, le m-crésol et le 3,5-xylénol; des carbamides comme l'urée; des triazines comme la mélamine; des composés amino et ainido comme l'aniline, le p-toluènesulfonamide, l'éthylèneurée et la guanidine. Les produits de condensation du formaldéhyde préférables sont les résines partiellement condensées mélamine-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde et urée-formaldéhyde. Sous l'influence de la chaleur, les résines précitées se transforment irréversiblement d'un matériau fusible et/ou soluble en un matériau infusible et insoluble L'émulsion aqueuse de la résine thermodurcissable réticulable peut contenir par exemple d'environ 30 à 80% et, de préférence, d'environ 40 à 60% de matières solides. La résine thermodurcissable est de préférence utilisée à raison d'environ 0,1 à 1,0 et, de préférence, d'environ 0,5 à 0,7 partie, en poids, de résine par partie de sulfate de calcium. Comme précédemment indiqué, on inclut, dans l'émulsion aqueuse de résine thermodurcissable, une quantité d'agent tensioactif permettant d'agir sur la densité, et une quantité supplémentaire de cet agent tensio-actif peut être séparément introduite dans le mélange, sous la forme d'une mousse aqueuse, afin d'agir sur la densité finale de l'article à base de gypse.Comme exemples d'agents tensio-actifs appropriés à utiliser dans le procédé suivant l'invention, on citera : des composés anioniques, comme des sels d'acides gras, des sels de sulfates d'alcools supérieurs, des alcoylbenzène sulfonates, des alcoylnaphtalène sulfonates, ou des sels de sulfates de poly(oxyéthylène); des composés non ioniques comme des copolymères séquencés oxyde de polypropylène-oxyde de polyéthylène, des éthers alcoyliques de poly(oxyéthylène), des éthers de poly(oxyéthylène) et d'alcoylphénols, des esters d'acides gras du sorbitol, des esters d'acides gras de poly(oxyéthylène) sorbitol, des esters alcoyliques de poly(oxyéthyline) ou des monoglycérides d'acides gras; ainsi que des composés cationiques comme des sels d'ammonium quaternaire avec un ou des groupe(s) alcoyle à longue chaîne ou des sels de pyridinium.Les agents tensio-actifs préférables sont des sels d'ammonium quaternaire ou des copolymères séquencés oxyde de polyprolène-oxyde de polyéthylène. Les agents tensio-actifs précités ne sont donnés qu'à titre d'illustration et on peut utiliser tout agent tensio-actif qui à la fois aide à émulsionner la résine thermodurcissable réticulable et agit comme agent d'entrannement de l'air. Les quantités appropriées de l'agent tensio-actif pouvant être introduites dans le mélange avec l'émulsion de résine thermodurcissable représentent d'environ 0,1 à 2 et, de préférence, d'environ 0,5 à 1% du poids de la résine thermodurcissable. Lorsqu'un agent tensio-actif agissant sur la densité est séparément mélangé avec de l'eau dans des conditions de fort cisaillement jusqu'à obtention d'une mousse épaisse, et que la mousse résultante est mélangée avec une suspension aqueuse de s'pirate te-~calcium dens-der conditiows d'agitation sou8-tort cisaillement, il est préférable que l'agent tensio-actif agissant sur la densité qui est ajouté séparément soit utilisé en une proportion pondérale représentant d'environ 0,5 à 5 parties pour 100 parties de sulfate de calcium. On mélange l'agent tensio-actif avec une quantité suffisante d'eau, avant addition du sulfate de calcium, pour obtenir une mousse épaisse. C'est ainsi, par exemple, qu'un mélange aquéux approprié peut contenir d'environ 0,5 à 5 et, de préférence, d'environ 1 à 3 parties d'agent tensio-actif pour 100 parties d'eau, en poids. On peut aisément agir sur la densité finale de l'article à base de gypse à l'aide de la quantité d'agent tensio-actif utilisée et du degré d'agitation utilisé, ces deux facteurs agissant sur le degré d'entraînement de l'air dans le mélange et, ainsi, sur la densité finale de l'article à base de gypse. Si on désire obtenir un article à base de gypse de densité élevée, on peut utiliser une quantité relativement faible d'agent tensioactif en association avec l'émulsion aqueuse thermodurcissable, et on peut ne pas ajouter séparément l'agent tensio-actif dans un mélange mis sous forme de mousse. C'est ainsi que la densité finale de l'article à base de gypse dépend du pouvoir d'entraînement de l'air de la petite quantité d'agent tensio-actif présente dans l'émulsion résineuse thermodurcissable.D'autre part, si on souhaite obtenir un article à base de gypse de faible densité, on peut séparément agiter une quantité appropriée d'agent tensio-actif dans l'eau pour obtenir une mousse épaisse laquelle, comme précédemment indiqué, est ensuite mélangée avec la suspension de sulfate de calcium. La quantité d'agent tensio-actif et le degré d'agitation convenant à la préparation d'un article à base de gypse ayant une densité souhaitée peuvent aisément être déterminés expérimentalement. Toutefois, des articles à base de gypse ayant une masse spécifique volumique 'd'environ 160 à 1280 et, de préférence, d'environ 320 à 640 kg/m3 peuvent aisément être préparés par le procédé suivant la présente invention, lesdits articles ayant d'excellentes propriétés de résistance à la combustion. Bien que l'association de la résine thermodurcissable et du sulfate de calcium fournisse un article à base de gypse ayant une résistance en flexion très améliorée et une haute résistance aux chocs, fournissant ainsi un produit final à base de gypse présentant des propriétés de rigidité semblables à celles du bois, on peut améliorer les propriétés de renforcement et d'intégrité de structure en incorporant diverses charges dans le mélange précité, notamment des déchets de cellulose, de la laine minérale, de l'amiante, etc. Ces charges améliorent encore la résistance aux chocs et la résistance en flexion de l'article final à base de gypse. Comme autres charges pouvant également être introduites dans le mélange, on citera : le sable, les fibres synthétiques, le mica expansé, la lave expansée, etc. On peut faire appel au procédé suivant la présente invention pour préparer divers articles à base de gypse. C'est ainsi qu'on peut utiliser le procédé suivant l'invention pour préparer des panneaux muraux secs, des matériaux servant d'âmes pour revêtements muraux, carreaux pour plafonds, etc. On peut ajouter encore d'autres charges au mélange suivant la présente invention si, par exemple, on veut préparer un produit composite acoustique pour lutter contre la transmission du son. Ces matériaux sont des matières solides denses comme le sulfate de baryum, le sulfite de plomb, l'ioduré de plomb, le borure de thorium, le carbonate de plomb, le carbonate de strontium, le carbonate de fer, le borure de fer, etc. Ces matériaux sont décrits dans le brevet des E.U.A. nO 3.652.360 et le brevet des E.U.A. nO 3.424.270 de Hartmann et al. Lorsque des charges de renforcement sont contenues dans le mélange, l'ordre d'addition préférable consiste à tout d'abord préparer un mélange homogène du sulfate de calcium et d'eau, en agitant, le mélange homogène contenant l'agent tensio-actif agissant sur la masse volumique, puis à ajouter la préparation aqueuse de résine thermodurcissable réticulable et de charges de renforcement. On peut ajouter une quantité supplémentaire d'eau, à ce stade, pour abaisser la viscosité. Enfin, comme dernier additif, on ajoute au mélange un agent de durcissement pour la résine thermodurcissable. Si on souhaite obtenir un produit ayant une masse volumique plus basse que celle obtenue avec la composition précitée, il est préférable de mettre l'agent tensio-actif sous la forme d'une mousse épaisse, avec de liteau, et d'ajouter le sulfate de calcium à la mousse aqueuse d'agent tensio-actif, en agitant sous fort cisail lemett. Après quoi, la préparation aqueuse de résine thermodurcissable, c'est-à-dire l'émulsion, et les charges de renforcement sont ajoutées au mélange et, là encore, l'agent de durcissement est l'ingrédient final à ajouter.Ensuite, on met le produit composite tout entier sous forme d'un mélange homogène en agitant rapidement, et on verse le mélange résultant dans un moule ou sur un dispositif transporteur et on sèche dans des conditions permettant de faire prendre le sulfate de calcium et de durcir la résine thermodurcissable. Il convient d'effectuer le séchage à une température d'environ 65 à 316OC et, de préférence, d'environ 65 à 26ûOC, L'agent de durcissement de la résine thermodurcissable peut être soit un catalyseur qui, bien que provoquant et accélérant la réticulation de la résine thermodurcissable ne prend pas lui-même part à la réaction, soit un agent de réticulation qui prend part à la réaction de réticulation. Comme exemples d'agents de durcissement appropriés, on citera les agents de durcissement classiques de type polyamide, amine et anhydride, des catalyseurs acides qui peuvent être des acides minéraux comme l'acide chlorhydrique, sulfurique ou phosphorique, des acides sulfoniques aromatiques comme l'acide toluène sulfonique, l'acide benzène sulfonique ou l'acide phényl sulfonique, etc. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. Sauf autre indication, les concentrations sont exprimées en poids. EXEMPLE 1 On prépare un mélange homogène en mélangeant NOOg de plâtre de Paris avec 350 ml d'eau. Puis on ajoute à la suspension aqueuse, en agitant, 40g de Perlite (petites sphérules de lave siliceuse) et 25g de déchets de fibres cellulosiques, comme agents de renforcement. En outre, 60g d'une émulsion résineuse de copolymère acrylique de polyacétate de vinyle réticulable comprenant environ 50% de matières solides dans l'eau et 0,3%, par rapport au poids de résine réticulable, d'un agent tensioactif constitué par un copolymère séquencé oxyde de polypropylène-oxyde de polyéthylène présent dans l'émulsion, sont ajoutés au mélange. L'émulsion aqueuse a une viscosité d'environ 3700 centipoises à 250C.On continue à agiter et, enfin, on ajoute 4g d'acide phosphorique comme catalyseur de durcissement au me- lange, en continuant à agiter, et on continue l'agitation pendant 5 minutes après l'addition du catalyseur. On verse ensuite le mélange homogène dans un moule et on chauffe à une température de 790C pendant 15 minutes, ce qui provoque la prise du sulfate de calcium et la réticulation de la résine qui devient dure, insoluble et infusible. La composition ainsi obtenue a une masse volumique de 672 kg/m3 et présente une excellente résistance à la combustion, ainsi qu'une bonne résistance en flexion et une bonne résistance aux chocs. EXELE 2 Cet exemple illustre la préparation d'un produit à base de gypse ayant une masse volumique faible. On dissout 15g d'agent tensio-actif, c'est-à-dire de sel d1 ammonium quaternaire fourni sous la marque Arquas C-50 par la Société break Chemical Co., dans 380g d'eau et on ajoute le mélange sous fort cisaillement jusqu'à obtention d'une mousse épaisse. Puis, on mélange 520g de plâtre de Paris avec 130g d'eau et on met sous forme de suspension qu'on ajoute à la mousse précédemment préparée. On ajoute ensuite, au mélange, 60g de Perlite, 30g de fibres cellulosiques et 150g d'une émulsion thermodurcissable contenant la résine thermodurcissable et l'agent tensio-actif de l'exemple 1 (à 5096 de matières solides).On met le produit composite tout entier sous forme d'un mélange homogène et, enfin, on ajoute 10g d'un catalyseur à base d'acide sulfurique. après avoir encore agité pendant 5 minutes, on verse le mélange dans un moule, et on le met sous forme d'une âme pour panneau de revêtement mural qu'on sèche ensuite à une température de 930C pendant 15 minutes, jusqu'à prise du plâtre de Paris et durcissement d la résine thermodurcissable. L'article à base de gypse résultant à une masse volumique de 368 kg/m3, tout en présentant une résistance élevée en flexion et une bonne résistance aux chocs, ainsi qu'une excellente résistance à la combustion. E)QlPLE 3 On mélange 20 parties de fibres Kraft avec 150 parties de plâtre de Paris. On ajoute 50 parties de Perlite (silice soufflée) et on continue à mélanger. Pendant le mélangeage, on ajoute 100 parties d'eau au mélange, suivies de 50 parties d'une mulsion de résine thermodurcissable à haute température et ré- ticulable. Après 15 minutes de mélange, on ajoute 0,32g d'un agent de durcissement à base d'acide phosphorique, en continuant à agiter. On verse le mélange dans un moule et on fait durcir à 930C. L'article résultant a une masse volumique de 553,6 kg/m3 et, outre une excellente résistance à la combustion, présente une résistance élevée en flexion et une bonne résistance aux chocs. REVENDICATIONS 1.- Procédé de préparation d'une composition à base de gypse et, à partir de celle-ci, d'articles à base de gypse résistant à la combustion ayant une densité choisie, une résistance élevée en flexion et une bonne résistance aux chocs, caractérisé en ce qu'on mélangeunmélange aqueux de sulfate de calcium, une résine thermodurcissable réticulable compatible avec ledit sulfate due calcium, un agent tensio-actif agissant sur la densité et une quantité efficace d'un agent de durcissement pour réaliser la réticulation de la résine thermodurcissable, l'agent tensioactif étant présent en une quantité suffisante pour conférer une densité prédéterminée à la composition à base de gypse, et on agite ledit mélange afin d'obtenir un mélange sensiblement homogène. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute une solution aérée, homogène, sous forme de mousse, d'un agent tensio-actif agissant sur la densité audit mélange avant d'agiter, afin d'obtenir un mélange à base de gypse ayant une densité réduite. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une charge de renforcement est contenue dans le mélange. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable réticulable est sous la forme d'une émulsion. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable réticulable est constituée par de l'acétate de polyvinyle et/ou des copolymères d'acétate de polyvinyle. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le mélange aqùeux de sulfate de calcium est initialement ajouté à une solution aqueuse aérée dudit agent tensio-actif et on ajoute ensuite une émulsion aqueuse de la résine thermodurcissable réticulable et de l'agent de durcissement. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met ledit mélange sous la forme d'un article ayant une forme prédéterminée et on sèche ce dernier afin de faire prendre le sulfate de calcium et réticuler la résine thermodurcissable. 8.- Panneau de revêtement mural résistant à la combustion, préparé par un procédé suivant la revendication 7.