Brevet FR2325488A1 — publié le 19770422

La présente invention a pour objet de nouveaux matériaux cellula ires et vise plus particulièrement la fabrication de matériaux cellulaires tels que panneaux, plaques, poutres et blocs pour l'in- dustrie du batiment. L'invention vise aussi les procédés de fabrication desdits matériaux. L'industrie du bâtiment utilise dans une large mesure des panneaux, plaques5 blocs sous forme de matériaux cellulairescfabriqués à partir de matières plastiques ou résines telles que polystyrène, polyuréthanne. Les matériaux cellulaires ci-dessus indiqués peuvent etre associés à des agrégats en général minéraux, expansés ou non, de façon à obtenir des matériaux composites présentant de meilleures propriétés mécaniques que les matériaux cellulaires simples, Mais les produits cellulaires meme composites à base des matières plastiques citées présentent un inconvénient très grave à savoir leur mauvaise tenue à la température et au feu. En effet, ces ma tières sont éminemment combustibles et de plus elles dégagent en se consumant des fumées extremement nocives. Les résines phénoliques sont bien connues pour présenter une incombustibilité très supérieure à celle des polyuréthannes, mais, par contre, elles présentent des propriétés mécaniques insuffisantes et leur a-ssociation sous forme de mousse, avec des agrégats expansés, n5 améliore que très peu ces propriétés en raison du déchaussement des aglomérats. La demanderesse a trouvé un béton léger à base de résines phénoliques ne présentant pas les défauts énumérés ci-dessus. L'invention a pour objet un matériau porteur et/ou isolant et/ ou pare-feu caractérisé en ce qu il comporte, en volume, de 10 à 80 % d'agrégats minéraux expansés de diamètre compris entre 2 et 30 mm, et de 20 à 90 % de volume de mousse phénolique comportant de 30 à 80 % en poids d'une variété hydratée ou non du sulfate de calcium. Suivant un mode particulier de mise en oeuvre, le matériau porteur à la fois isolant et pare-feu, comporte comme agrégat de l'argile expansée et présente une résistance en compression comprise entre 10 et 60 kg/cm2. Dans un autre mode de mise en oeuvre le matériau à la foisisolant et pare-feu comporte comme agrégat des nadules de verre expan sé et présente une résistance en compression comprise entre 4 et 12 kg/cm2. Suivant un mode de mise en oeuvre de i'invention, le matériau comporte,en plus,des charges pulvérulentes et/ou fibreuses, la résistance en compression étant bien supérieure, surtout dans le cas des charges fibreuses, à celle du matériau sans fibres et étant fonction de la quantité de fibres. Dans une variante le matériau sous forme de plaques ou panneaux ou blocs, comporte un élément, plaque, panneau ou bloc, en matériau suivant 11 invention associé au nombre de parements nécessaires prévus pour l'utilisation envisagée. Le procédé de fabrication de matériau de l'invention consiste à couler ou injecter, dans un moule renfermant les agrégats expansés choisis et éventuellement les renforcements, armatures ouprisonniers, une composition comprenanpt 00 p en poids'une résine phénolique à taux d'extrait sec de 60 à 90 % en poids présentant, pour le rapport molaire formol/phénol, une valeur comprise entre 1 et 3, 5 à 30 p en poids d'un catalyseur acide, 30-80 p en poids d'une variété hydratée ou non du sulfate de calcium de granulométrie inférieure à 1 mm de préférence inférieure à 100 }v et 0 à 8 p en poids d'un porophore choisi dans le groupe comprenant les dérivés, à bas point d'ébullition, chlorés et chlorofluorés d'hydrocarbures, les carbonates et bicarbonates alcalins ou alcalino-terreux ou d'ammonium. Suivant une variante on utilise, comme variété hydratée du sulfate de calcium, le plâtre nature et, dans ce cas, la quantité de porophore utilisée est de préférence égale à zéro. Selon un autre mode de mise en oeuvre on utilise, en tant que variété hydratée, le phosphogypse (platre chimique) et, dans ce cas, on utilise de préférence i à 3 p en poids de bicarbonate, par exei- ple bicarbonate de sodium. Dans un mode préfabrication en atelier, on chauffe le moule et/ ou les agrégats à des températures comprises entre 40 et 1000C. Suivant la variante de fabrication de matériaux ou structures avec parements, cette variante est caractérisée par le fait que lesdits parements constituent la totalité ou une partie des parois du moule. Comme matières premières pour la mise en oeuvre, on utilise un résol,produit préparé par condensation phénol-formol (formaldéhyde) dans un rapport molaire phénol-formol de i à 3 de préférence, 1,2 à 1,8 avec un catalyseur base alcaline ou alcalino-terreuse un acide minéral ou organique et deshydratation jusqu'à un taux d'extrait sec de 60-90 %, mais on peut utiliser aussi des mélanges novolaque résol, la novolaque étant un produit de condensation du formol et du phénol avec un rapport molaire inférieur I et étant combinée avec un résol, ou un mélange résol-novolaque aldéhyde, le rapport molaire global restant compris entre i et 3.La résine phénolique pourra etre modifiée par l'alcool polyvinylique ou ses esters, les polycaprolactones, les résines époxy, les caoutchoucs nitriles ou plus simplement, par l'huile de cachou ou un résidu de la distillation du bois. Pour les essais on a utilisé les résines vendues par la demanderesse sous les marques déposées "ERVAPHENEM5", "ERVAPHENE Y10", "ERVAPHERE M20". Pour la fabrication de la résine - on pourra prendre,en dehors du phénol, des phénols substitués comme les crésols, les xylénols ou des diphénols comme le résorcinol, lthydroquinone et le bisphénol A. - comme aldéhyde en dehors du formol aqueux ou polymérisé, on peut choisir dans ce groupe comprenant lthexaméthylène tétramine, l'acé- taldéhyde, le butyraldéhyde, l'aldéhyde furfurylique ou l'acétone et leurs mélanges. Le catalyseur-durcisseur acide pourra être choisi parmi les acides forts classiques tels que acides chlorhydrique, sulfurique, phosphorique et acides sulfoniques aromatiques. On utilisera de préférence les acides aromatiques sulfoniques comme l'acide phénolsulfonique ou leurs produits de condensation avec le formol à raison de 5 à 30 % par rapport à la résine. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention on choisit les agrégats minéraux dans le groupe comprenant des nodules et morceaux ou agrégats de matière expansée telle que verre, schistes houillers, argile, avec un diamètre compris entre 3 et 30 mm. On utilisera par exemple les agrégats décrits au Tableau I ci-dessous et vendus sous les marques "ARGI 16" de la Société Tuilerie Briqueterie Française et "EXPkNVER" vendu par la Société Boussois. TABLEAU 1 AGREGAT, NOM ARGI 16 "EgPANVER" Nature Argile expansé Verre expansé -Densité apparente 0,25 - 0,45 0,13 - 0,14 Résistance Compression en kg/cm2 30 - 200 10 A enKcal/m/h C 0,2 - 0,7 | 0,04 - 0,05 Perméabilité eau - nulle Par variété hydratée ou npn du sulfate de calcium, il faut comprendre les produits bien connus, plus ou moins déshydratés dérivant du gypse et tout particulièrement le plâtre naturel ou le plâtre chimique récupéré dans l'industrie de l'acide phosphorique et des engrais. Les porophores ou agents gonflants peuvent etre choisis parmi les dérivés9 à bas poids d'ébullition, chlorés et chlorofluorés des hydrocarbures, les bicarbonates et carbonates et sulfures d'ammonium ou de métaux alcalins ou alcalino-terreux, les dérivés azotés libérant de l'azote par décomposition sous l'action de la chaleur. Exemple On chauffe un mou le - entre 30 et 1200C, et on introduit des agrégats chauffés entre 40 et 900C. Ainsi on chauffe le moule et les agrégats à 500C dans le cas des billes de verre, et dans le cas des agrégats d'argile on chauffe à 80 C. A l'aide d'une machine SECMER de mélange à 3 composants, on injecte la composition résine + plâtre + catalyseur et éventuellement le porophore. Au tableau on a noté les résultats obtenus avec les compositions données dans quatre essais types. A savoir n" 1 argile expansée + résine nO 2 argile expansée + résine + plâtre naturel n 3 bille de verre expansé + résine n 4 bille de verre expansé + résine + plâtre naturel n - 5 bille de verre expansé + résine + phosphogypse. Pour des raisons de simplicité et de clarté de lecture on n'a retenu que les essais avec la résine "ERVAPHENE M5", le catalyseur utilisé étant l'acide phénolsulfonique en quantité de 12 kg/m3 de matériau. TABLEAU II Agrégats Poids Porophore nature Plâtre Poids moyen du Résistance N de m3 après con- Observations Nature et Poids résine Poids Nature et Poids ditionnement Compression (b) au m3 au m3 au m3 au m3 kg/cm2 1 ARGI 16 "Flugène 113"(c) 400 kg 4,8 kg 0 480 kg 9,7 Déchaussement des agrégate 2 ARGI 16 Plâtre naturel 400kg 80 kg 0 40 kg 520 kg 39,2 (a) 3 Bille de verre "Flugène 113(c) Déchaussement 130 kg 80 kg 4,8 kg 0 210 kg 5,8 des billes 4 Bille de verre 130 kg 80 kg 0 Plâtra naturel 260 kg 8,5 (a) 40 kg 5 Bille de verre Phosphogypse 130 kg 30 kg NaH CO3 40 kg 265 kg 8,0 (a) (a) ni effritement ni déchaussement des agrégats sous la pression des doigts. (b) conditionnement - repos pendant 24 heures à 20 C et en atmosphère d'humidité normale. (c) marque déposée de la demanderesse. Comme on le voit la résistance en compression du matériau suivant l'invention varie avec la résistance de l'agrégat. Quant aux propriétés thermiques et d'isolation, elles varient de même suivant la nature de l'agrégat0 Dans le cas où les agrégats sont jointifs, on obtient des propriétés mécaniques et thermiques voisines de celles des agrégats.En conséquence on peut choisir les agrégats en fonction de ltutilisation et de la propriété recher chiée. Ainsi, à partir de billes d'argile expansée à résistance compression élevée et coefficient d'isolation moyen, on obtiendra un matériau à résistance en compression élevée et coefficient d'isolation moyen; par contre, à partir des billes de'verre à coefficient d'isolation élevé et résistance compression moyenne, on obtiendra un matériaux résistance en compression moyenne et à coefficient d'isolation moyen. Par un choix judicieux on pourra réaliser toute une gamme de produits que l'on peut encore améliorer en incorporant lors de la fabrication des charges et renforcements et armatures. Une autre des caractéristiques de la présente invention est de conduire à des matériaux présentant un excellent vieillissement, c'est-à-dire,- des caractéristiques mécaniques et thermiques constantes dans le temps et en particulier une absence de déchaussement des agrégats. Enfin, la combinaison d'un liant expansé organique ininflammable, ne donnant pas lieu à émission de fumée ou ne donnant que des fumées non toxiques, avec des expansés minéraux conduit à des propriétés de tenue au feu remarquables (matériaux coupe-feu). La durée de l'action coupe-feu se trouve multipliée par 2 ou par 3 par rapport aux matériaux habituels. Bien entendu on pourra apporter des modifications et variations, évidentes pour l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10/ Procédé de fabrication de matériaux et éléments de construction caractérisé par le fait qu'il consiste à couler ou injecter, dans un moule renfermant les agrégats expansés choisis et éventuellement les renforcements, armatures ou prisonniers, une composition comprenant,pour 100 p en poids de résine phénolique et à taux d'extrait sec de 60 à 90 % en poids/présentant, pour le rapport molaire formol/phénol une valeur comprise entre I et 3 5 à 30 p en poids d'un catalyseur acide, 30-80 p en poids d'une variété hydratée ou non du sulfate de calcium de granulométrie inférieure à I mm, de préférence inférieure a 100 t et O à 8 p en poids d'un porophore choisi dans le groupe comprenant les dérivés, à bas point d'ébullition, chlorés et chlorofluorés d'hydrocarbures, les carbonates et bicarbonates alcalins ou alcalino-terreux ou d'ammonium. 20/ Procédé de fabrication de matériaux et éléments de construction suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise,comme variété hydratée du sulfate de calcium, le platre naturel et que, dans ce cas, la quantité de porophore utilisée est de préférence égale à zéro. 30/ Procédé de fabrication de matériaux et éléments de construction suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que variété hydratée, le phosphogypse (platre chimique) et que, dans ce cas, on utilise de préférence 1 à 3 p en poids de bicarbonate, par exemple bicarbonate de sodium. 40/ Procédé de fabrication de matériaux et éléments de construction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on chauffe le moule et/ou les agrégats à des températures comprises entre 40 et 10000. 50/ Procédé de fabrication de matériaux et éléments de construction, caractérisé en ce dugon associe une âme en un matériau obtenu suivant le procédé de l'une quelconque des revendications I à 4 avec un nombre de parements prévus pour l'utilisation envisagée. 60/ Procédé de fabrication de matériaux et éléments de construction suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les parements eux-m8mes constituent une partie ou la totalité des parois du moule. 70/ Matériaux ou éléments porteurs à la fois isolants et pare-feu, fabriqués suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés en ce qu'ils comportent, comme agrégats, de l'argile expansée et présentent une résistance compression comprise entre 10 et 60 kg/cm2. 80/ Matériaux ou éléments isolants et pare-feu fabriqués suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés en ce qu'ils comportent,comme agrégats,des nodules de verre expansé et présentent une résistance compression comprise entre 4 et 12 kg/cm2