Brevet FR2406659A1 — publié le 19790518

La présente invention est relative à une composition intumescente moulable destinée à la fabrication de pièces intumescentes utilisées dans des dispositifs coupe-feu. Les dispositifs coupe-feu sont destinés à maintenir, lors d'un incendie, la séparation assurée par une cloison traversée par une conduite quelconque, par exemple d'eau, de gaz, d'électricité, de ventilation. Ainsi, lors d'un incendie, le dispositif coupe-feu bouche l'orifice laissé par la conduite détruite grâce à une matière devenant intumescente sous l'effet de la chaleur, Cette matière à 1'état expansé doit alors être suffisamment réfractaire pour subsister aussi longtemps que la cloison en présence de températures qui peuvent dépasser 1100 OC. On connatt des matières intumescentes à l'état naturel, par exemple la perlite ou la vermiculite Leur état physique, en granules de dimensions voisines de 1 mm, ne permet pas de réaliser des masses réfractaires étanches aux gaz après gonflement et elles ne peuvent donc convenir seules pour cette application. On connatt également des compositions à base de silicates alcalins liquides coulés en plaques ou enduits, tels que ceux décrits dans le brevet F. 1 320 981. Ces compositions ne conviennent pas pour la réalisation directe de formes massives, car on doit leur faire subir un séchage important pour leur conférer une certaine tenue à température ambiante. Des formes massives ne pourraient donc être réalisées à partir de ces compositions que très difficilement par découpage et collage de plusieurs plaques. De plus, ces compositions ne sont pas assez réfractaires et fondent vers 9000C. I1 est également nécessaire d'y incorporer des fibres qui sont orientées selon le plan de la plaque, de sorte que le gonflement est limité à la direction perpendiculaire de la plaque. La présente invention vise à fournir une composition intumescente permettant d'obtenir directement par moulage des formes massives utilisables dans des dispositifs coupe-feu. La présente invention vise également à fournir une composition intumescente ne nécessitant pas de séchage et qui possède une tenue satisfaisante à température ambiante. La présente invention vise également à fournir une composition permettant d'obtenir des formes massives pour dispositifs coupe-feu qui gonflent de façon régulière sous l'action d'un fort gradient de température en donnant une structure cellulaire qui obture l'orifice dans lequel est disposé le dispositif coupe-feu, structure qui résiste à des températures pouvant aller jusqu'à 1200 C et qui permet le maintien du gradient de température à partir de la face exposée à l'incendie pendant plusieurs heures. De manière surprenante, la Demanderesse a découvert que ces buts peuvent être atteints grâce à une composition qui comprend a - un silicate de sodium en poudre ayant une taille moyen ne de particules inférieure à 500 , , et de préférence comprise entre 200 et 300t , ayant un rapport pondéral Si02/Na20 compris entre 2,3 et 3,5 et de préférence entre 2,8 et 3,3 et contenant de 15 à 35 r en poids d'eau. b - de 3 à 20 % en poids, par rapport au silicate de sodium en poids à sec, d'un gel de silice, ayant une surface spécifique de 100 à 400 m2/g, une taille moyenne de particules de 2 à 40 millimicrons et environ de 2 à 6 groupes siliciques par 100 2, amenant le rapport SiO2/Na20 entre 3,0 et 4,5 et de préférence entre 3,2 et 3 > 6. c - de 8 à 33 % en poids, par rapport au poids du silicate de sodium en poids à sec, d'au moins un composé choisi parmi les oxydes et hydroxydes dtaluminium, magnésium ou d'un métal alcalinoterreux et de préférence l'hydroxyde d'aluminium, ce composé ayant une taille moyenne de particules inférieure à 300 , et d - de 30 à 60 % en poids, par rapport au silicate de sodium en poids à sec, dTeau complémentaire. La Demanderesse a aussi découvert qu'il est possible d'obtenir des compositions intumescentes moulables d'une fabrication très aisée en utilisant comme silicate de sodium un mélange d'un silicate de sodium A ayant un rapport pondéral Si02/Na20 de 3,35 et d'un silicate de sodium B ayant un rapport pondéral SiO2/Na20 de 2,0, avec un rapport pondéral du silicate A au silicate B de 4 à 6 et de préférence de 4,5 à 5,6. Les compositions comprenant un tel mélange de silicates peuvent être préparées par mélange des constituants, par exemple dans un malaxeur, jusqu'à l'obtention d'une pâte et elles sont ensuite coulées en forme. De manière surprenante, il n'est pas nécessaire d'effectuer un séchage. On observe en effet après le mélange un durcissement relativement rapide même à température ambiante qui permet d'obtenir en quelques heures des produits moulés conservant leur forme. Si on le désire, on peut accélérer le mélange en chauffant pendant 15 à 45 mn la composition à lTautoclave, à une température de 50 à 1000C environ, c'est-à-dire précisément de façon à maintenir constante la teneur en eau qui est un élément déterminant. On observe alors, lors du chauffage, une fusion de la composition qui durcit ensuite lors du refroidissement.Ce mode de mise en oeuvre s'avère en revanche nécessaire dans le cas où l'on n'utilise pas de mélange de silicates tel que spécifié ci-dessus, c'est-à-dire en particulier si on n'utilise pas le silicate B en mélange avec le silicate A. La fabrication de formes moulées intumescentes selon la présente invention est donc particulièrement aisée et économique lorsque lton utilise le mélange de silicates spécifié ci-dessus. Il est possible d'obtenir des produits moulés de différentes formes, par exemple des briques, des tores qui peuvent être utilisés sans autre traitement dans des dispositifs coupe-feu. Les formes moulées ainsi préparées gonflent de façon importante sous l'action de la chaleur en donnant des mousses à cellules fines fermées qui sont souples jusqu'à des températures de l'ordre de 2000C et- qui deviennent très dures vers 300-4000C après élimination complète de l'eau. La structure cellulaire est conservée jusqu'à des températures de llO00C et parfois même de 12000C sans que la masse, alors encore particulièrement visqueuse, ne s'affaisse dans des proportions importantes. I1 est à noter que le gonflement des formes moulées selon l'invention a lieu dans toutes les directions, assurant ainsi un remplissage complet du-dispositif coupe-feu en cas d'incendie. La structure cellulaire fermée permet d'obtenir un remplissage imperméable aux gaz dégagés par 1'incendie. Sa résistance aux températures élevées permet la conservation de ce remplissage aux températures habituellement observées dans un incendie. On n'observe pas de fusion en surface de la structure cellulaire sous l'action de flammes vives. On peut ajouter aux compositions selon l'invention des charges telles que des silicates naturels ou de la silice amorphe, en une proportion représentant jusqu'à 100 ffi par rapport au poids du ou des silicates de sodium. Comme exemples de silicates naturels, on peut citer le talc, le mica, la vermiculite crue, la perlite crue, le kaolin. Ces produits servent uniquement de diluant et n'apportent pas en eux-mêmes d'amélioration. Ainsi, l'addition de perlite crure ne permet pas d'obtenir un gonflement supplémentaire. On a observé également que la silice amorphe,telle que du Kieselguhr ou de la terre de Diatomées,nta 'a pas le même effet béné- fique que le gel de silice ayant les caractéristiques spécifiées plus haut. On peut également ajouter aux compositions des résines en solution ou en dispersion dans l'eau, en une proportion pouvant aller jusqu'à 30 ss en poids à sec par rapport au poids de la composition et de préférence en une proportion inférieure à 15 . On doit alors évidemment tenir compte de l'eau apportée par la résine dans le réglage du pourcentage d'eau de la composition. Comme résinues, on peut utiliser par exemple des résines urée-formol solubles au moins partiellement dans l'eau, des résines phénoliques du type résol, des dérivés de la cellulose, des gommes naturelles telles que les gommes de guar ou de caroube, des alcools polyvinyliques, des latex acryliques ou des copolymères à base de styrène.On doit utiliser les résines thermodurcissables en des proportions inférieures à 10 % en poids pour qu'elles ne gênent pas le gonflement des formes moulées durcies. L'addition de résines confère aux compositions selon l'invention une plus grande tenue à température ambiante et une fragilité plus faible. En pratique toutefois l'addition de ces résines n'est pas nécessaire, la cohésion des formes moulées durcies étant en général suffisante. On donnera ci-après des résultats d'essais effectués avec des compositions selon l'invention et avec des compositions en dehors du cadre de l'invention, qui mettent en évidence le caractère déterminant des différents constituants et paramètres utilisés dans la présente invention. On a préparé différentes compositions par mélange des constituants spécifiés au tableau ci-après dans un malaxeur. On a indiqué le temps de prise à 200C en heures, ainsi que les cas où il s'est avéré nécessaire de fondre le mélange à l'autoclave pour obtenir une pute. On a soumis des blocs de 100 g ayant une épaisseur de 3 cm à des essais thermiques dans un four à moufle. La montée en température était la suivante : 6500C au bout d'une heure, lOOO0C au bout de lh.30 et 1100au au bout de 2 heures. On a déterminé la perte en poids à la fin de l'essai ainsi que les gonflements à 6500C , 1000 et 11000C. t No n 4 a a o n o o o t 4 n n n n H n n n H apTnDtl SJs n cu uz 90 F U J s: apTnl; Ic\ CU In \o \o f- Ln c: x on 56 56 50 50 o n 80 59 In n JaqJoX Lu 3(2) w n 10 10 10 30 10 10,4 8, 8,5 10 10,4 A/B 5 5 5 2 8 5,6 5,6 5,6 5 5,6 Gel de silice (3 > 10 10 6 6 16 O O O O N 5,3 o Diatomées Ja-F?,xo In amorphe(S) O O O O In 10 O O O O O Eau add. 34,6 24 34 24 24 O O 15,5 30 30 24,2 15 ~ (6) O 10 O 10 > 5 O O O O O O 10,5 15 t wo total 43,6 43,6 41,3 41 > 3 51,3 62 63 56 adox?oxyya Na2O total 10 10 o îî,6 11,6 18,6 16,7 13,3 n nn xa-F?;zo 5 - von n aazJoN s total 46,4 36,5 36,5 36,5 36,5 19 0d a O 41 36,7 31 SiO2tOt/Na2Otot. 4,3 4 > 3 3,6 3,6 4,42 3,33 3,8 4,2 4, 4,5 3,5 3 CD silicates 3,35 3,35 3,23 3,23 3,23 2,8 3,2 3,1 3,1 3,1 a 3,14 3 rl \Orl a\cu Prise à 200C ou fonau fondu fonau fondu fusion 950C O 950C l,3h O h O O OJ 00 n C\l 1 h 1 h 1 h 1 > 4 Perte en poids 48 38 47 38 qq a 04 rc:: CU y)in 6500C 6 5 8 5 6 8 5 5 7 7 7 5 w o o Ln o n w o 2 3 W \o' w n 4 5 W 3 nrl rI CV rCrl ra'FJoW tc\ I n o o n o o o o w n n m n > n apTnD;;q n H oa 4 H n n uirc curl-ri r y) Ln V3 CU tA \ D N tA O o o n W H o o o w a > wo n n s m jazz ap-çnb'fdo Lnrl c fr(c ;t . o S m w o Q o o e o n o t w n o o m n e n ass JaFZloW tn H cu H H n va rn uz z w W n n s adoaXoxTqz o o Ho o o n o n Ho vo t n o oo wo 4 cu asstl tI&commat;T%JOX &commat;.~ , > S v O . H N m w w O v o O (Q a) 4 > bA O O O D S: m n O O O t Sx o O d vo H H z H ,l v s-, so O.g Q O V O S 4t {Q H O H H H O O A 45 S U X z O CU S 4 Q 4t 3 N (h U o ns rl rn O o o e , O E E A o e e e - Q Z Q &commat; &commat; &commat; E E g o o a o e H H H S O = O N O N N tA O U { r1 H : O N O O O ,1 { V X O ~I ,i eli r1 01 v X O O O o a 1 G NOTES (1) Silicate A : silicate de sodium ayant un rapport pondéral SiO2/Na20 de 3,35, une teneur en eau de 21 X en poids et une taille moyenne de parti cules de 25O. (2) Silicate B : silicate de sodium ayant un rapport pondéral SiO2/Na20 de 2,0, une teneur en eau de 20 ss en poids et une taille moyenne de parti cules de 259/. (3) Gel de silice : Aerosil 200 ayant une surface spécifique de 200 m2/g, une taille moyenne de particules de 10 millimicrons et contenant 2,6 groupes siliciques par 100 2. (4) Terre de Diatomées ayant une taille moyenne de particules dtenviron 20 . (5) Silice amorphe ayant une taille moyenne de particules d'environ 300 . (6) Hydroxyde d'aluminium ayant une taille moyenne de par ticules d'environ 100 . (7) Les compositions sont données en parties en poids. On constate que seules les compositions selon l'invention) à savoir les compositions B, D et K, conservent un gonflemcnt suffisant de 3 à 1100 C. Les compositions ne contenant pas de gel de silice (F, G, H, I et L) et/ou pas d'alumine (A, C, E, F, H, I et J) présentent à 11000C soit un affaissement total, soit un affaissement trop important pour être utilisable dans des dispositifs coupe-feu résistant à 11000C. I1 est à noter en particulier que, si l'on remplace le gel de silice par de la terre de Diatomées ou de la silice amorphe (compositions F, G, H et I) on n'observe pas la meme tenue à 1100 C. Il est à noter également que la composition B si elle permet d'obtenir une bonne résistance en température est d'une mise en oeuvre plus difficile que les compositions D et K. I1 est en effet nécessaire de chauffer la composition B qui ne contient pas de silicate B pour obtenir une patte. Au contraire, les compositions D et K qui contiennent les silicates A et B dans un rapport de 5 : 1 sont d'une mise en oeuvre aisée. Par simple mélange, ils donnent un mortier thixotrope fluide qui durcit au bout d'une heure environ. REVENDICATIONS 1. Composition intumescente moulable, caractérisée en ce qu'elle comprend a- un silicate de sodium en poudre ayant une taille moyenne de particules inférieure à 500 , , un rapport pondéral SiO2/Na20 compris entre 2,3 et 3,5 et contenant de 15 à 35 % en poids d'eau. b - de 3 à 20 % en poids, par rapport au silicate de sodium en poids à sec, d'un gel de silice, ayant une surface spécifique de 100 à 400 m2/g, une taille moyenne de particules de 2 à 40 millimicrons et environ de 2 à 6 groupes siliciques par 100 A2, amenant le rapport SiO2/Na2O entre 3,0 et 4,5. c - de 8 à 33 % en poids, par rapport au poids du silicate de sodium en poids à sec d'au moins un composé choisi parmi les oxydes et hydroxydes d'aluminium, magnésium ou d'un métal alcalinoterreux ayant une taille moyenne de particules inférieure à 300/ > et d - de 30 à 60 % en poids, par rapport au silicate de sodium en poids à see, d'eau complémentaire. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend comme silicate de sodium un mélange d'un silicate de sodium A ayant un rapport pondéral Si02/Na2O de 3,35 et d'un silicate de sodium B ayant un rapport pondéral SiO2/Na2O de 2ss0, avec un rapport pondéral du silicate A au silicate B de 4 à 6. 3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que les silicates A et B sont dans un rapport pondéral de 4,5 à 5,6. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport initial SiO2/Na2O est de 2,8 à 3,3 et le rapport final SiO2/Na2O est de 3,2 à 3,6. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend de 8 à 33 % d'hydroxyde dra- luminium. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le ou les silicates de sodium ont une taille moyenne de particules de 200 à soor 7. Formes moulées obtenues à -partir-d'une composition melon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Dispositif coupe-feu comprenant au moins une forme moulée selon la revendication 7.