Brevet FR2301490A1 — publié le 19760917

Ls présente invention concerne un procédé pour la préparation de matériaux de construction et d'isolation poreux et légers. Dans un certain nombre de procédés connus pour la préparation de matériaux de construction céramiques poreux, pour obtenir la porosité, on incorpore dans une masse brute pour la préparation de produit céramique des substances porogènes pyrolysables ci-après dénommées "porogènes" > après quoi on moule le produit, on sèche et on pyrolyse. La matière porogène qui brûle dans le processus de pyrolyse laisse des espaces vides qui confèrent au produit fini une porosité plus ou moins élevée. On a utilisé comme matières porogènes par exemple des substances organiques combustlbles, telles que sciure de bois, tourbe, liège, poussière de charbon et produits cellulosiques. Mais ces matières porogènes conduisent à la formation de fissures et ainsi à une diminution de la résistance à la compression, de sorte que l'on ne peut guère dans la pratique obtenir le poids spécifique faible désiré. Il est en outre connu d'incorporer dans un matériau de départ à prise du type céramique des particules compressibles de moelle de tiges végétales. Mais,en raison de la compression facile de la moelle de tiges vegAte7es, il se produit it déjà une compression lors du moulage du matériau brut, par exemple de l'argile de sorte qu'il n'est guère possible dans le séchage ultérieur d'obtenir des articles légers et cependant résistants à la compression. En outre, la moelle végétale, comme les autres substances organiques ci-dessus mentionnées, absorbe l'esu,ce qui rend difficile le séchage ultérieur. On a en outre proposé dans la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DAS N 1.126.302 d'incorporer dans une masse d'argile des particules synthétiques expansées partiellement compressibles et de mouler le mélange dans une machine, par exemple par coulage ou dans une boudineuse,et de sécher ensuite les produits moulés et de les-brtler en produit final, la matière synthétique s'échappant pendant la pyrolyse. On utilise de préférence comme particules synthétiques des particules de mousse, par exemple des particules de polystyrène expansé ayant un diamètre de 0,5 à 10 mm. Cependant, le procédé mentionné ci-dessus est devenu moins économique en raison du prix croissant de la matière plastique utilisée comme matière porogène. En outre, on obtient nécessairement dans ce procédé, en raison de la grosseur de particules, un produit macroporeux ayant une forte absorption d'eau souvent inadéquate, une résistance à la compression insuffisante selon la réalisation et d'autres propriétés physiques insuffisantes. Si l'on incorpore les particules synthétiques, par exemple dans la préparation du béton, dans un matériau à prise hydraulique, on constate en outre fréquemment une mauvaise adhérence de la matière synthétique sur le matériau brut. Un autre principe connu dans la préparation de matériau poreux de construction et d'isolation est l'incorporation de substances produisant un dégagement gazeux dans des matériaux bruts à prise du type céramique ou hydraulique. Le dégagement gazeux a lieu,soit lors du mélange mécanique, soit lors du séchage et de la pyrolyse ultérieurs, avec pour conséquence un moussage ou une expansion du matériau de départ. Mais cette méthode n'est appropriée que pour la préparation de substances ne devant répondre qu'à des exigences moyennes de résistance à la compression, parce que la grosseur de pores non contrôlable dans la pratique est trop variable. En outre, l'élaboration des matériaux de départ lui-meme ainsi que le mélange avec la substance provoquant le dégagement gazeux et le séchage et 18 pyrolyse éventuels ou le passage à l'autoclave nécessitent une forte consommation d'énergie. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.175.918 décrit une combinaison des deux principes ci-dessus mentionnés dans un procédé pour la préparation d'articles poreux réfractaires à partir de substances réfractaires telles que le carbure de silicium et d'autres carbures,borures, nitrures et siliciures, dans lequel on utilise comme liants, par exemple des résines phénoliques et des résines époxydes en présence de matières synthétiques durcies déjà expansées, par exemple des particules de résines phénoliques ou des substances synthétiques dégageant des gaz telles que les polyisocyanates, qui moussent pendant ou après le mélange des constituants ci-dessus mentionnés.Dans ce procédé, on a cependant besoin d'une quantité relativement grande de liant plastique, qui doit etre carbonisé et,par exemple,transformé en carbure de silicium par chauffage. La tendance du matériau à se contracter notablement lors de la carbonisation conduit à nouveau à des articles présentant des fissures indésirables et une précision de masse et de forme insuffisante. Un troisième principe est décrit dans les deux demandes de brevets de la République Fédérale d'Allemagne DOS nO 2.022.419 et 2.023.419. Ces deux documents révèlent un procédé pour la préparation de granulés ou d'articles moulés pyrolyses à partir de matières minérales en poudre, par exemple l'argile, le sable éolien ou la cendre volante, que l'on transforme avec de l'eau en une bouillie moulable, à laquelle on ajoute une masse de mousse, après quoi on sèche le mélange, on le pyrolyse ou on le durcit d'une autre manière connue.La masse de mousse consiste en substance génératrice de mousses expansées par exemple des tensio-actifs tels que des esters d'alcoo3sgras-polyglycols, des sulfates d'alcools gras, des aikylsulfonates, des sulfates d'éthers d'alcools gras et des éthers d'alkylphénols de polyglycols. On a cependant établi que la résistance de cette masse de mousse n'est pas suffisante pour offrir une résistance à la pression provenant de l'argile et aux contraintes produites pendant le mélange de la masse, de sorte que la majeure partie des bulles d'air éclatent La porosité rarement supérieure à 10 % obtenue ainsi dans la pratique est insuffisante. Ce défaut est particulièrement important lorsque,par exemple, la masse d'argile est soumise à la plastification habituelle par traitement à la vapeur d'eau,de sorte que la mousse s'effondre dans la plupart des cas. L'invention a pour objet la mise au point d'un procédé pour la préparation de matériaux poreux légers de construction et dtiso- lation qui ne présentent pas les inconvénients ci-dessus mentionnés et puissent aussi bien etre préparés sur le lieu de l'utilisation ou bien etre utilisés lors de la préparation industrielle. Selon l'invention, pour atteindre ce but, on ajoute au matériau brut choisi broyé à l'état plastique, une masse de mousse à deux constituants expansée mécaniquement, non encore durcie, qui contient comme premier constituant un agent tensioactif producteur de mousse habituel et comme second constituant un matériau de structure en solution, dispersion ou émulsion aqueuses. L'agent tensio-actif producteur de mousse peut etre par exemple du type ci-dessus mentionné. On utilise de préférence comme matériau de structure selon l'invention a) des matières plastiques synthétiques ou naturelles thermodurcissables solubles dans l'eau, par exemple des aminoplastes, tels que les résines de carbamide (résines urée-formaldéhyde) et des résines de mélamine, des résines phénoliques et des résines époxy et éventuellement b) des-dispersions de matière plastique, par exemple de polymères ou copolymères d'acétate de vinyle, de chlorure de vinyle, de chlorure de vinylidène ou de monomères acryliques et/ou c) des latex synthétiques ou naturels et/ou des émulsions de cires et/ou d) des polysaccharides modifiés ou non, parmi lesquels des amidons, et les produits cellulosiques, par exemple carboxy métylcellulose. Les matériaux de structure ci-dessus mentionnés, selon le produit final désiré et les étapes opératoires correspondantes, en particulier le mélange et le pressage, peuvent etre utilisés individuellement ou en mélange, les exigences de résistance imposés à la mousse variant alors selon le mode opératoire. Le procédé selon l'invention décrit dans la partie caractéristique de la revendication 1 est approprié aussi bien pour la préparation d'éléments de. construction (carreaux) de toutes sortes ou pour la préparation de clinkers et de granulés,aussi bien que d'articles moulés et de réfractaires moulés, notamment d'articles réfractaires.Les granulés préparés selon l'invention sont utilisables par exemple comme adjuvants dans la préparation de chamottes ou due béton léger ou en présence de liants appropriés par pressage en articles moulés ayant une porosité élevée. Les matériaux de départ utilisables dans le procédé selon l'invention sont a) les matières à prise du type céramique,telles qu'argiles, schistes argileux, kaolins, chamottes, etc. et/ou b) les substances à pri > ! chimique et/ou hydraulique, ci-après aussi les substances hydrauliques latentes,telles que ciment, magnésite, gypse, cendre volante, latérite, bauxite, éventuellement en combinaison avec de l'eau et/ou certains sels métalliques tels que sulfate de magnésium ou sulfate de sodium. Il est d'une importance essentielle pour le bon déroulement du procédé que les matériaux de départ ci-dessus mentionnés aient un degré de finesse très élevé (de l,u,ou moins,à I mm), qui, au cas où le matériau tel que n'a pas une finesse suffisante, doit etre obtenu par broyage. Le procédé selon l'invention est également avantageux en ce que la mousse utilisée est si stable qu'elle est adaptée par exemple à l'action de l'argile dans le procédé de mélange et aux contraintes mécaniques rencontrées et qu'elle présente ainsi un degré élevé d'utilisation quant au volume de pores des articles finis de toutes sortes.Un autre avantage à mentionner est le coefficient d'expansion très élevé, c'est-8-dire un rapport en volume de 1:24 à 1:30, et de 1:40 dans les cas extremes, entre le total agent moussant + matière de structure d'une part et la mousse finie d'autre part, ce qui garantit une mousse plus sèche et ainsi une plus faible consommation d'énergie dans le séchage et éventuellement la pyrolyse qu'avec les masses de mousse préparées selon les demandes de brevets de la République Fédérale d'Allemagne (DOS) cidessus mentionnées, dans lesquelles on atteint rarement dans la pratique des coefficients d'expansion de plus de 1::14, abstraction faite des autres inconvénients mentionnés précédemsent. La mousse plus sèche est aussi un avantage avec les matières à prise hydraulique dans la mesure où la quantité d'eau en excès à éliminer ultérieurement par séchage est réduite Les mousses préparées par le procédé selon l'invention et agissant comme véhicules des bulles d'air présentent une surface spécifique très grande sur laquelle adhèrent les fines particules de matériau brut. On peut alors ajouter les porogènes organiques et/ou inorganiques connus,tels que sciure de bois, tourbe, fibres ou polystyrène expansé, en quantités et grosseurs de particules appropriées. La structure de la masse de mousse mélangée telle quelle confère au produit fini une structure microporeuse qui cependant, selon les autres adjuvants et/ou porogènes ajoutés éventuellement, peut etre microporeuse et/ou macroporeuse. L'utilisation d'une mousse résistant à la chaleur et thermodurcissable à l'état non durci encore moulable est particulièrement avantageuse, parce que les masses céramiques, comme on l'a mentionné sont encore plastifiées fréquemment par la vapeur d'eau juste avant le moulage et qu'une chaleur de frottement se développe dans les presses et les autres installations de traitement. Le procédé selon l'invention, comme on l'a déjà mentionné n'est pas seulement approprié pour conférer la porosité à la matière céramique, mais on peut aussi l'utiliser pour donner une structure poreuse à des matériaux à prise hydraulique. Dans la création de la porosité de subtances à prise hydraulique au moyen de mousse selon le procédé de l'invention, en en raison de la chaleur naturelle d'hydratation et par exemple dans la construction en hiver, on atteint aussi partiellement un durcissement accéléré par la vapeur habituelle dans ce cas pour accélérer-le processus de prise et pour empocher les dégâts du gel. on obtient les memes proportions lors du post-durcissement éventuel de ciments expansés, de sable calcaire etc., dans des autoclaves et dispositifs analogues. La proportion de mélange entre la mousse et le matériau de départ peut varier entre de larges limites selon la porosité désirée et la nature, la mise en oeuvre et la qualité du produit final désiré. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1 On utilise entre autres pour les essais une argile jaune plastique bien préparée ayant une granulométrie de 0-1 mm, un taux d'humidité initial de 15,8 % et une densité de 1,73 kg/dm3, sans additif, à l'état pyrolysé. On mélange à cette argile une masse de mousse dans un rapport 1:1 en volume. On prépare la mousse à partir d'une solution de mousse consistant en 1,5 % d'agent moussant tensio-actif, 1 % d'un polysaccharide de poids moléculaire élevé, 20 % d'une solution à 50 % de résine de carbamide et 77,5 % d'eau résiduelle. Le coefficient d'expansion de la mousse est de 1:20. Après mélange, mous sage, séchage et pyrolyse à environ 950 C, il se forme des pierres pleines microporeuses d'une densité apparente de 0,78 kg/dm3. On peut donc constster une diminution du poids ou un degré d'accroissement de la porosité de plus de 50 %. Les pierres obtenues ont une résistance à la compression satisfaisante. EXEMPLE 2 On prépare selon un procédé particulier de moulage des granulés légers sous forme de perles pour carreaux ou briques avec à peu près le meme mélange d'argile-mousse qu'à l'exemple 1. Comme exemples des qualités de ces granulés, comme sable fin, on peut indiquer les granulométries suivantes Granulé A Granulé B Grosseur de particules % % > 4 mm 0 0 2 mm 0,92 0,69 1 mm 5,39 5,91 500 p 27,31 27,11 250 56,56 55,89 125 7,39 8,22 75 P 1,17 1,25 X 1,26 0,93 densité apparente 0,67 kg/1 0,72 kg/1 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation de matériaux de construction et/ou d'isolation poreux légers, caractérisé en ce que l'on mélange un ou plusieurs matériaux à prise du type céramique, hydraulique ou chimique en fines particules à l'6tat plastique avec une masse de mousse à deux constituants expansée mécaniquement, non encore durcie, qui contient comme premier constituant un ou plusieurs agents tensioactifs producteurs de mousse et comme second constituant uneou plusieurs substances de structure en solution, dispersion ou émulsion aqueuses, on moule le mélange obtenu avant ou pendant le durcissement de la masse de mousse et, selon le choix du matériau, on sèche et on pyrolyse le mélange moulé ou bien on laisse prendre le mélange hydraulique ou chimique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme matériau de structure a) des matières plastiques thermodurcissables synthétiques ou naturelles solubles dans l'eau, de préférence des résines amino telles que des résines de carbamide et des résines de mélamine, des résines phénoliques et des résines époxydiques et éventuellement b) des dispersions de matière platique, de préférence des polymères et/ou copolymères d'acétate de vinyle, de chlorure de vinyle, de chlorure de vinylidène ou de monomères acryliques et/ou c) des latex' synthétiques ou naturels et/ou des émulsions de cires et/ou d) des polysaccharides modifiés ou non, notamment des amidons et des produits cellulosiques. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que en ce que l'on ajoute au melange consistant en matériau à prise céramique ou chimique et masse de mousse une ou plusieurs substances porogènes pyrolysables organiques et/ou inorganiques qui sont ensuite pyrolysées.