Brevet FR2355786A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne des procédés pour produire des objets rendus alvéolaires ou gonflés, ainsi que le produit de ces procédés pour servir dans l'industrie de la construction et du bâtiment et en d'autres endroits ou l'isolement thermique, la résistance au feu et la légèreté de poids constituent des conditions préalables indispensables. Un but genéral de l'invention consiste à proposer un procédé pour produire une matière minerale rendue cellulaire ou gonflée à partir d'une source naturelle comme de l'argile. TJn autre but de l'invention consiste à proposer un produit cellulaire obtenu selon le procédé précité. D'autres buts et avantages de l'invention apparattront à l'examen de la description suivante d'un aspect préféré du procédé et d'un produit préféré. On a antérieurement produit de la mousse de verre, et les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 2 485 724 et t 3 174 870 constituent des exemples représentatifs de d'art antérieur. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique ND 2 485 724 précité propose d'utiliser diversss matières minérales, comte la syérite néphéline, le feldspath, de itargile d'Albany, dre l'albite et du spodumène, et commence en broyant tout d'abord ces particules jusqu'à une dimension microscopique, de façon que les particules traversement un tamis de 0,149 à 0,047 mm d'ouver- ture de mailles, ou même de façon à obtenir une poudre plus fine. Il y est également proposé d'utiliser un agent protecteur d'un gaz, comme le sulfate de calcium, le sulfate de sodium, le sulfate de magnésium, l'anhydride antimonieux ou l'anhydride arsénieux, ainsi que le carbonate de calcium, pour une réaction qui doit se produire au voisinage de la température de frittage ou légèrement au-dessus, c'est-à-dire entre 8160 et 950 C. Les fondants qui y sont proposés sont le peroxyde de sodium, 11 oxyde de sodium, l'oxyde de potassium, ou bien un composé générateur d'un oxyde comme le carbonate de sodium qui tendra également à provoquer un gonflement local ou la production d'une porosité non uniforme ou la formation de cellules. On y indique également que l'on peut remplacer le noir de carbone par des agents réducteurs comme l'urée, le sucre, du dextrose ou des mélasses, et qu'on peut les dissoudre dans l'eau avant le mélange affin de produire une masse humide à introduire dans un four. Le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique N 3 174 870 se réfère au brevet précité N 2 485 724 et il propose une ame- libration gracie à l'utilisation de matières minérales naturelles comme des aluminosilicates alcalins ou des feldspaths comme du granite, des roches, des matières minérales et- divers verres naturels, que lton broie jusqu'à une dimension microscopique (environ 0,037 mm). Pour le brevet précité N 3 174 870 des Etats-Unis d'Amérique, il faut un agent de moussage qui est stable en présence d'oxygène à une température inférieure à 1050oC et l'on ajoute donc un agent fournissant de l'oxygène, tel qu'un sulfate alcalin. Â titre d'agent réducteur, on énumère des métaux finement divisés, des carbures métalliques et des sulfures de métaux qui sont stables à l'oxygène jusqu'à 1100OC environ. Le granite est une roche indiquée dans un exemple et le feldspath de Buckingham est indiqué comme autre exemple. Dans ces deux brevets de l'art antérieur, il--y aura des points mous localisés à la surface des particules, permettant à du gaz de s'échapper, et ces points mous seront dus à un manque de distribution homogène du fer dans certains matériaux. le fer mal distribué (ou meme du fer combiné) réagira avec les particules de carbone du noir de carbone pour provoquer une fusion locale précoce. Des points mous localisés sont également dus à des particules séparées de fondants comme NaO ou KO, qui ne se fondent pas et se dispersent. le Demandeur a découvert qu'une matière argileuse comme de l'argile, du schiste ou de la bentonite, fournit une matière naturelle et largement disponible dans laquelle il y a une dispersion grande et uniforme d'une quantité naturelle de fer sous forme, habituellement, d'oxyde de fer (Fe2O3). La dimension na 23 turelle des particules ou des pastilles qui sont présentes ou qu'on peut obtenir par une opération de malaxage sont de 1 à 2 mm de diamètre jusqu'à obtention d'une poussière fine et cela constitue une matière de départ satisfaisante. On prépare, par exemple, cette matière de départ en dissolvant de l'argile dars liteau puis en tamisant pour enlever certaines impuretés.On soumet ensuite la solution d'argile à un passage dans un filtre d'élimination de l'eau, après quoi on sèche la matière. On ajoute à l'argile de départ une solution aqueuse conter-ant le fondant et la matière carbonée comportant le fer largement dispersé et l'on mélange ccmme décrit ci-après. Par exemple, une solution aqueuse d'un hydroxyde joue le r81e de fondant et le sucre joue le rôle d'une source de carbone. On met-le mélange dans un malaxeur et lton broie durant 15 minutes environ pour produire les pastilles ou particules macroscopiques humides d'environ 1 à 2 mm de diamètre et qui constituent la matière de départ. Be fondant que l'on utilise doit 8trie un fondant soluble dans l'eau et qui peut fondre à une température relativement faible (à environ 371 OC dans le cas de l'hydroxyde de sodium et de potassium), qui peut 8trie réabsorbé à ltétat fondu à une température inférieure à sa température de réaction, de sorte qui il peut revoir les particules ou plaques finales de l'argile. Bes hydroxydes et les phosphates de sodium, de potassium et de lithium conviennent bien, mais l'on préfère en raison de leur prix de revient l'hydroxyde de sodium et lthydroxyde de potassium. On peut également ajouter du sucre, des mélasses ou de l'urée à la solution, à titre de source de carbone, et lorsquiils sont en solution, il pénétreront dans les particules ou pastilles finales et les revêtiront. Au cours du chauffage subséquent, lorsque l'eau de la solution s'évapore, le sucre demeure à la surface des pastilles cu particules ; le sucre fond au cours de la poursuite du chauffage et il est réabsorbé dans les pores. Lorsque le sucre subit une décomposition sous l'influence du chauffage, il laisse un résidu carboné sensiblement sur chaque particule finale. Cela assure une action plus uniforme de fusion et permet aux fines particules finales de se fritter plus régulièrement et d'enfermer des gaz en des bulles plus petites et plus régulières, par suite de l'accès régulier du carbone et du fer l'un vers-l'autre. Une antre caractéristique de la présente invention est le fait que l'on met directement la matière ainsi préparée dans un four à pleine température (environ 1150OC à 1250Oc), et l'on porte directement cette matière jusqu1à une température de fusion en opérant aussi rapidement que la matière peut absorber de la chaleur.Directement lors de la fusion, le fondant ou flux peut atteindre le fer présent dans l'argile et réagir pour former & gaz, de sorte que la formation des cellules ou le gonflement se produit et que lton obtient une action très uniforme de production de cellules ou de gonflement. Be gonflement se produit progressivement de la surface externe de la matière vers l'intérieur, à mesure que se produit la fusion. Be temps de traitement dans un four peut se situer entre 10 minutes et 2 heures, et l'on utilise une durée de 10minutes pour une tuile ou un carreau de 2,5 cm d'épaisseur par exemple, et la durée de 2 heures pour une plaque plus épaisse (20 cm d'épaisseur). On peut introduire la matière sous forme d'une couche dans un four rotatif classique ; la matière est supportée sur de minces plaques, avec ou sans une couche de sable placée pardessus. On peut utiliser des angles latéraux fixés de façon lt- che pour confiner un peu la couche de la matière. Au cours du chauffage, la matière se contracte, subit une coalescence et au moment où, par exemple, lthydroxyde de sodium fond, il peut 8tre réabsorbé dans chaque particule maeros- copique. Lors de la fusion de la particule finale, cet hydroxyde réagit avec le fer présent dans la particule finale pour former un gaz, et l'on obtient une action de gonflement ou de formation de cellules dans toute la masse. On refroidit ensuite la matière ainsi gonflee et on la recuit. Be refroidissement et le recuit ne sont pas deerits, car le refroidissement et le recuit de la verrerie et des matières céramiques constituent un domaine bien connu. Lorsqu'on produit une plaque mince, on la découpe en non gueurs voulues après un refroidissement suffisant, la largeur étant aussi grande que possible pour que la plaque puisse entrer dans le four. On choisit l'épaisseur en considérant la durée de la calcination et son uniformité, le volume de production voulu, la facilité de la fabrication, etc. Après un refroidissement complet dans la galerie ou gaine de recuit ou de recuisson, on découpe la feuille aux formes et dimensions voulues, comme on découpe des plaques, des poutres ou des blocs de parquet sur une grume en bois.Le produit final peut titre (a) un produit de 5 cm de c8té et de 3,2 mm d'épaisseur, à glacer pour constituei du carreau pour les parois ou le sol ; ou bien il peut s'agir de (b) un panneau de paroi de 1,2 m de large et qui est assez long pour aller du sol au plafond ou pour occuper la largeur d'une pièce, comme du plafonnage ou de la plaque de toiture ou de plafond. Telle qu'elle est obtenue dans le four, la feuille peut juste avoir L'épaisseur voulue pour un carreau ou une tuile pour le plafond ou la toiture ou pour revenir les murs latéraux d'un immeuble, et lors de la fabrication pour obtenir des articles façonnés pour le marché, on laisse la texture calcinée naturelle et la couleur de la surface de dessus.Lors de la calcination, on connatt divers dispositifs pour obtenir des effets superficiels, comme des matières qu'on ajoute sur le dessus avant la calci nation et/ou un réglage de l'atmosphere Far points. Voici des exemples d'une matière gonflée qu'on prépare selon le procédé décrit ci-dessus. Dans tous les cas ou l'on n'a pas spécifiquement indiqué le contraire, la calcination steffec- tue en atmosphère non oxydante. Exemple 1 100 parties de bentonite de Black Hills (7es parties sont en poids) 1 partie de sucre de canne granulé 5 parties de NaOH 30 parties d'eau du robinet. On dissout le sucre puis NaOH dans 1'eau et l'on mélange avec l'agrégat dans un malaxeur. On fait tran;erser à la masse un tamis de 2,0 mm pour produire des pastilles. On met dans une cuvette plane et l'on place dans un four à environ 11800C durant 30 minutes. On retire la cuvette du four et on la place dans un four de recuit puis on la refroidit lentement j-usqu'à une température inférieure à 149 C avant d'enlever pour refroidissement complet. Be bloc résultant a des cellules bien formées, ayant surtout 1 mm environ de diamètre, une masse volumique environ 192 g/dm3 et un aspect vitreux. On obtient approximativement les mimes résultats lorsqu'un pourcentage molaire équivalent de KOH remplace NaOH, ou bien avec un mélange équivalent de NaOH et de ROH. Exemple 2 100 parties dgargile (provenant du voisinage de Corona, Californie, Etats-Unis d'Amérique), de couleur rougesstre 1 partie de sucre granulé 9 parties de NaOH 17 parties d'eau du robinet. On mélange et calcine comme dans le premier exemple, sauf que la température de calcination est d'environ 1260OC. Cela donne un bloc d'environ 320 g/dm' et qui comporte de fines cellules. Exemple 3 Comme dans l'exemple 2, sauf que la proportion du sucre est réduite à 0,06 partie. Le bloc résultant a des cellules plus fines et une masse volumique d'environ 672 g/dm3. Exemple 4 100 parties de bentonite de Black Hills 1,5 partie de sucre 15 parties de phosphate trisodique On place dans une cuvette préparée dans un four à 12050C durant 30 minutes. Be bloc résultant a de fines cellules et une masse volumique environ 352 g/dm3. Exemple 5 100 parties de bentonite de Block Hiles 4 parties de sucre. On mélange et calcine comme dans le premier exemple, sauf que la température est d'environ 1260OC. l'e bloc résultant a une masse volumique d'environ 320 g/dm ; il est cellulaire mais comporte des parois de cellules poreuses. il est perméable à des gaz et absorbera 11 eau. On recalcine le bloc en atmosphère oxydante, pendant une période de temps et à une température permettant d'éliminer par calcination la plupart du carbone. Be bloc devient plus per meable et sa couleur vire à un brun rougeâtre clair. Il va de soj. que l'invention n'a été décrite qu'à titre illustratif, mas non limitatif, et qu'elle est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans son cadre et dans son esprit. REVEIBICATIONS 1. Procédé pour préparer un produit cellulaire gonflé, ce procédé étant caractérisé en ce que (a) on mélange des particules d'une argile naturelle et une solution aqueuse dans laquelle est dissous un flux ou fondant non oxydant de cette matière et un agent de gonflement contenant du carbone pouvant réagir dans des conditions telles que la solution est uniformément dlspersée et absorbée dans les particules de l'argile (b) on chauffe ce mélange dans des conditions de température et de temps qui suffisent à chasser le liquide de la solution afin de faire migrer le fondant et l'agent de gonfles ment ainsi que l'eau vers la surface des particules et à y provoquer un déptt lorsque l'eau est chassée des particules (c) on continue le chauffage du mélange dans des conditions de température suffisamment élevées pour que ce fondant et cet agent de gonflement fondent et pénètrent par écoulement dans les particules ; et (d) on continue encore à chauffer le mélange dans des conditions de température élevée (supérieure à 1145 C), et pendant une période de temps suffisamment longue pour que-ltoxy- gène contenu dans l'argile naturelle réagisse avec le carbone pour produire un oxyde de carbone sous forme gazeuse et pour que les particules de la matière argileuse deviennent visqueuses, lagent de gonflement étant dispersé dans la matière argileuse et visqueuse de façon si régulière que les gaz sont enfermés dans cette matière en formant une structure cellulaire dans cette matière argileuse 2. Procédé selon la revendication t, caractérisé en ce que la matière argileuse est choisie parmi l'argile et le schiste. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période totale du chauffage se situe entre 10 et 120 minutes. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit le flux ou fondant parmi les hydroxydes et phos phates du sodium, du potassium et du lithium. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 1 t agent de gonflement est du sucre. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière argileuse est de la bentonite. 7. Produit cellulaire gonflé, obtenu selon l'une quelconque des revendications précédentes.