Brevet FR2341537A1 — publié le 19770916

La présente invention est relative a un matériau cellulaire souple présentant des qualités de tenue au feu ou à la chaleur per mettant de l'utiliser comme produit coupe-feu et pare-flamme. On connaît déjà des produits a base de mousses d'amiante-qui présentent de bonnes propriétés de résistance à la flamme, cependant ces produits ont de mauvaises qualités mécaniques qui les rendent très fragiles et nécessitent l'utilisation d'un support pour permet tre leur mise en oeuvre. I1 est également connu d'utiliser des mous ses de produits synthétiques imprégnées de peintures intumescentes, mais ces produits, outre qu'ils sont d'un coût élevé, présentent de mauvaises caractéristiques ae vieillissement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé nients en fournissant un produit cellulaire souple ayant de bonnes qualités mécaniques et de tenue à la flamme. Elle a pour objet un produit cellulaire souple résistant à. la flamme et/ou à la chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend de 60 à 30 parties en poids de matière sèche d'une mousse d'un latex incombustible, ce 40 à 70 parties en poids de matière seche d'une poudre de silicate de soude de formule Na2. 3Si02. 3H20, des agents tensioactifs et de vulcanisation et éventuellement des additifs qui résistent à la flamme. Elle a aussi pour objet un procédé de préparation d'un pro duit cellulaire souple, caractérisé en ce qu'on mélange à faible vitesse un latex incombustible, une poudre de silicate de soude un agent tensioactif approprié et éventuellement un agent vul canisant et des additif s, on fait mousser la composition obtenue dans un dispositif de formation de mousse, on sèche à environ 1000C pendant 15 à 60 mon le produit, on le réticule 3'. 100-150 C pendant 5C à 6omn, on le refroidit et on le calandre à 70-80% de son épaisseur initiale. Le produit cellulaire souple selon la présente invention est essentiellement constitué par une association d'une mousse de latex incombustible et de silicate de soude intumescent pourant éventuel lement contenir d'autres additifs qui ne nuisent pas aux qualités de résistance à la flamme du produit fini Le latex incoeibt:tible doit être choisi de façon telle qu'il présente des qualités de résistance à la flamme et peut être par exeEple un latex de poly chloroprène ou de polychlorobutadiène en solution aqueuse. Le latex utilisé peut être un latex classique, c'est-à-dire nécessitant un agent vulcanisant pour obtenir une réticulation du polymère par pontage à l'aide d'un atome métallique par exemple. On peut également utiliser un latex autoréticulable, c'est à-dire un latex de type carboxylique dont les groupes aeides or- ment par chauffage des ponts esters entre les chaînes de polymères. Ces latex autoréticulables peuvent également subir une vuleanisation classique supplémentaire par un agent vulcanisant afin d'obtenir une vitesse de réticulation plus grande ou des qualités de résis- tance mécanique supérieures. Le silicate de soude utilisé doit répondre à deux caracté- ristiques essentielles, à savoir ne pas trop augmenter la viscosité du latex lorsqu'il lui est mélangé et présenter un phénomène de gonflement à la flamme. Le silicate de soude utilisable pour obtenir le produit selon l'invention est le silicate de formule Na2O. 3SiO2. 3H2O. Ce silicate présente une faible reprise à la vapeur d'eau et sa solubilité moyenne conduit à une viscosité appropriée por l'obtention de la mousse. D'autres silicates ont été essayés tels que ceux de for- mules Na20. 2 à 5Si02 (type water glass) ou Na 20. SiO2. 3K20 (me-ta- silicate de soude) mais ils ne conviennent pas à cause de leur grande déliquescence et de l'accroissement de viscosité du mélange qu'ils provoquent par variation du pH de la solution lors de leur solubilisation. Le silicate de soude est utilisé sous forme d'une poudre. Le silicate de soude doit être présent dans la composition à raison de 40 à 70 parties en poids de matière sèche pour 60 à 30 -parties en poids de matière sèche du constituant polrnère du latex. En effet, la réaction au feu du produit cellulaire souple n t est efficace qu'a partir de 40 parties en poids de silicate de soude de formule Na20. 3Si02. 51120, c'est-à-dire 25 parties en poids de silicate exprimées en SiO2. Si on dépasse 45 parties en poids de silice, ctest-à-dire 70 parties en poids de silicate, les qualités de résistance méca- nique du produit cellulaire souple diminuent. A partir de ces deux constituants de base, on choisit les produits nécessaires à la préparation de la mousse et à la vulcanisation lorsque cela est nécessaire. On peut également ajouter des additifs qui ne nuisent pas à la tenue au feu ou aux caractéristiques mécaniques du produit cellulaire souple obtenu. La préparation de la mousse de latex est obtenue suivant deux modes de réalisation différents en utilisant un agent tensioactif approprié Selon un mode de réalisation, on prépare la mousse par formation de gel. Pour obtenir ce gel, il faut tout d'abord épaissir le mélange formé par la solution aqueuse de latex, de silicate de soude et éventuellement d'autres additifs par variation de pH et/ou éventuellement par addition d'une charge inerte telle que de la poudre d'amiante. L'épaississement par variation de pH est obtenu en ajoutant de l'ammoniaque, du chlorure d'ammonium ou de la soude par exemple. Au mélange ainsi porté à une viscosité appropriée, on ajoute un agent tensioactif permettant d'obtenir une masse stable dont les cellules sont régulières et de taille déterminée. Un agent tensioactif approprié est par exemple un alkylarylsulfonate tel que EMPIMIN MK vendu sous cette marque par la Société MARCHON France S.A. La mousse est alors obtenue après addition de agent tensioactif dans un dispositif approprié à une vitesse réglée. Selon un autre mode de réalisation, on prépare la mousse sans formation de gel (système "no-gel ). Dans ce cas, on ajoute directement au mélange de la solution de latex, du silicate alcalin et des additifs, un agent tensioactif qui permet d'obtenir la mousse sans passer par la phase d'épaississement du mélange. Les agents tensioactifs utilisables sont par exemple des N-alkyl ou N-aryl sulfosuccinamate tels que l'EMPICOL IX 28 ou 1'EMPIMIN MS vendus par la Société MARCHON France S.A. Le choix de l'agent tensioactif est déterminé à la fois par le mode de formation de la mousse ainsi qu'il a été exposé cidessus, mais aussi par le type de machine utilisée. La mousse de latex obtenue est ensuite réticulée par simple chauffage à f00-1500C lorsque le latex est autoréticulable avec éventuellement un agent de vulcanisation supplémentaire. Si le latex est d'un type classique, on ajoute un agent de vulcanisation approprié tel que l'oxyde de zinc en dispersion dans l'eau ou un agent de vulcanisation classique comme par exemple le produit vendu sous la marque WLCACIT-D par la Société Bayer, et on chauffe à 120-1400C. On peut également ajouter à la composition d'autres additifs afin d'améliorer les propriétés mécaniques, la tenue dans le temps, la tenue au feu ou les qualités esthétiques du produit. Des additifs appropriés sont des colorants compatibles, des agents anti-W, des agents anti-oxygene comme le produit de marque KSM-EM 33 fabriqué par la Société Bayer, des agents de conservation, des générateurs de gaz inertes comme le produit de marque PORaFOR BSH fabriqué par la Société Bayer. La préparation du produit cellulaire souple est réalisée selon le procédé défini ci-après. On réalise tout d'abord à faible vitesse dans un mélangeur approprié tel qu'un batteur, un mélange de la solution aqueuse de latex, du silicate de soude en poudre, des additifs comprenant éventuellement l'agent épaississant et l'agent vulcanisant, on ajoute éventuellement de 1'eau pour obtenir une bonne répartition du mélange, puis on incorpore toujours à faible vitesse l'agent tensioactif choisi en fonction du type de moussage. Le mélange obtenu est alors introduit dans un appareil pour le moussage. Cet appareil peut être un dispositif de moussage par battage à haute vitesse, par turbine, par turbulence de gaz inerte ou d'air. La masse préparée est ensuite versée dans des moules ou extrudée de façon classique de manière à présenter la forme et les dimensions désirées. Le produit mis en forme est chauffé 81000C environ pendant 15 à 60 mn pour évaporer l'eau et ensuite pour réticuler le polymère sous forme de mousse afin de lui conférer une structure tridimentionnelle. La réticulation est réalisée à 100-1500C dans le cas des latex carboxyliques pendant environ 30 à 60 minutes. Lorsqu'on utilise un latex avec un agent de vulcanisation classique, la température est de 120 à 1400C pendant 30 à 40 mn et dépend du système de vulcanisation utilisé. Le produit après vulcanisation est refoidi et démoulé ou séparé de son support. Enfin, dans une dernière étape du procédé, le produit vulcanisé est calandré à environ 70-80 % de son épaisseur initiale entre deux rouleaux ou deux plateaux. Ce calandrage est nécessaire pour conférer une souplesse définitive au produit qui a tendance à acquérir une certaine rigidité lors de la vulcanisation. ve produit cellulaire souple peut etre présenté sous forme de profils en long, de nappes, de blocs obtenus à partir de moules ou de filières de forme correspondante Ce produit trouve des applications comme oint pare-flamme ou cupe-feu pour les eonstructions du bâtiment, comme nappes isolantes de parois, comme matière de remplissage de vides, ou comme pièces isolantes du feu dans les industries de l'automobile ou du matériel ferroviaire. Lorç'il est soumis à ltaction du feu ou de la chaleur, le produit cellulaire souple selon l'invention réagit de la façon suivante. La partie organique (polymère caoutchouteux) est carbo nisé sans flamme et conduit à la formation d'un squelette de carbone contenant la partie minérale (silicate de soude). L'eau d'hy datation du silicate de soude hydraté est alors évaporée et provoque le gonflement du produit, ce qui est particulièrement inté ressant lorsque le produit est inséré entre deux parties solides, car il y a alors étanchéification totale du joint par blocage.Le complexe du squelette carboné et du silicate gonflé possède alors une inertie suffisante à la chaleur et à la flamme pour supporter des températures supérieures à 100000, jusqu'au point de fusion de la silice. La nature cellulaire du produit lui confère des qualités d'isolement de la chaleur qui lui permettent de résister à de fortes températures. En effet, la face directement exposée à l'action de la flamme ne transmet qu'une part e de la chaleur à la face opposée qui présente une élévation de température plus faible, par exemple 120000 sur la face exposée, 4000C sur l'autre. Si l'exposition à la flamme ou à la chaleur est prolongée à très haute température (15000C par exemple) la face non exposée se dégrade progressivement, puis en raison de l'isolement thermique apporté par la structure cellulaire gonflée, cette dégradation se poursuit de façon très ralentie. Les propriétés du produit en ce qui concerne sa tenue à la flamme dans le temps lui permettent d'obtenir les dénominations coupe-feu ou pare-flamme pour lesquelles sont exigées à la fois la stabilité mécanique, Il etancnéît aux flammes et aux gaz inflammables et l'isolation thermique. Les exemples ci-après sont donnés à titre d'illustration de la préparation du produit cellulaire souple selon l'invention. EXEMPLE 1 On réalise un joint de section 20 x 10 mm en préparant la mousse à l'aide du système de formation de gel. On mélange à faible vitesse dans un batteur les constituants donnés dans la composition suivante Composition Parties en poids Latex de polychlorobutadiène 50 à groupes carboxyliques (1) Silicate de soude Na2O. :;a2O. 3SiO2. 3H20 50 Oxyde de zinc en dispersion aqueuse à 55 % 10 Antioxygène (2) D Ammoniaque quantité suffisante pour épaississement Agent tensioactif (Ampimin MK) O, 4 (1) Latex du type Baypren latex 4R fabriqué par la Société Bayer (2) Produit de marque KSM-EM 33 fabrique par la Société Bayer Le mélange est ensuite malaxé dans un batteur tournant à 1400 tours:minute jusqu'à ce que la structure de la mousse soit suffisamment fine (ce qui correspond à une expansion en volume de 2 à 5 fois). La mousse est coulée dans un moule siliconé de section 20 x 10 mm, puis placée en étuve à 100 C pendant 15 minutes puis à 1409C pendant 45 minutes. Le produit est refroidi et démoulé, puis calandré entre deux rouleaux à 75 de son epaisseur initiale. Le produit fini présente une secticn de 20 x 10 mm, une densité de 550 kg/m et une résistance en traction de 550 g/cm2. Le produit fini a une structure cellulaire souple, est de couleur beige et présente une peau due au contact avec p face siliconée du moule. On peut obtenir un produit de couleur bleue en ajoutant à la composition définie ci-dessus un colorant bleu. EXEMPLE 2 On réalise dans cet exemple un oint de section S x 15 mm à l'aide d'un système sans formation de gel. On mélange dans un batteur à faible vitesse les constituants donnés ci-après. Composition Parties en poids Latex de polychlorobutadiène 50 à groupes carboxyliques Silicate de soude Na20. 3SiO2. 31120 50 Oxyde de zinc en dispersion aqueuse à 33 % 10 Antioxygène 3 Aikylsulfate de sodium à 28,5 % 4 On met en oeuvre la composition comme à l'exemple 1 dans des moules de section 23 x 15 mm pour obtenir un produit présentant les caractéristiques suivantes : section 23 x 15 mm, densité 410 kg/m3, résistance en traction 350 g/cm2. REVENDICATIONS 1. Produit cellulaire souple résistant à la flamme et/ou a la chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend de 60 à 30 parties en poids de matière sèche d'une mousse d'un latex incombustible, de 40 à 70 parties en poids de matière sèche d'une poudre de silicate de soude de formule Na2O. nSiO. 3H20, des agents tensioactifs et de vulcanisation et éventuellement des additifs qui résistent à la flamme. 2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mousse de latex incombustible est une mousse de polychloroprène ou de polychkrobutadiène. 3. Produit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le latex incombustible contient des groupes acides. 4. Procédé de préparation d'un produit cellulaire souple selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange à faible vitesse.un latex incombustible, une poudre de silicate de soude, un agent tensioactif approprié et éventuellement un agent vulcanisant et des additifs, on fait mousser la composition obtenue dans un dispositif de formation de mousse, on seche à environ 100 C pendant 15 à 60 mn le produit, on le réticule à 100-1500C pendant 30 i 60 mn, on le refroidit et on le calandre à 70-80 X de son épaisseur initiale. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moussage est obtenu par formation de gel en ajoutant k la eoe- position un agent épaississant afn d'accrottre sa viscosité. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent épaississant est un composé faisant varier le pH de la composition, tel qu'une base. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'agent épaississant est une charge inerte.