Brevet FR2431364A1 — publié le 19800215

L'invention concerne la fabrication de panneaux ou autres corps, en particules de bois, ininflammables. Pour des applications définies, on prescrit dans l'industrie du bâtiment des matériaux qui, selon la norme DIN 4102, ne sont pas inflammables (classe A2). A cet effet, on a utilisé jusqu'ici de préférence des plaques à base de fibres minérales, qui satisfaisaient aux prescriptions de la norme. Mais les autres propriétés de ces plaques n'étaient pas satisfaisantes. De plus, les procédés de fabrication et de transformation ultérieure de ces plaques comportaient dans de nombreux cas des inconvénients considérables. Ces inconvénients apparatssaient en particulier lorsque des fibres de silicates, comme par exemple l'amiante, étaient mises en oeuvre pour la fabrication de ces plaques, car les fibres d'amiante contiennent souvent une proportion élevée depoussière, qui se soulève lors de la manutention de ces fibres, et a un effet-nocif sur la santé. I1 est en outre important de remarquer, que la résistance à la flexion des plaques àbase de fibres minérales est souvent tellement faible, qu'elles ne peuvent être utilisées que pour des applications de revêtement dans le bâtiment. De ce fait, on a déjà essayé de fabriquer des panneaux de particules collées au moyen de résine phénolique ou carbamidique, avec des propriétés ignifuges. Une possibilité pour atteindre ce but consiste à incorporer une couche ininflammable en matière minérale, comme par exemple l'amiante, la laine de verre, la vermiculite ou le mica soufflé, sur la surface ou à l'intérieur des panneaux. Ces couches diminuent cependant considérablement la solidité des panneaux par rapport à ceux qui ne comportent pas ces additifs. En outre on ne pourra atteindre de cette façon, au mieux que la classe B1 (difficilement inflammable) de la norme DIN 4102, mais non la classe A2 (non-inflammable). On obtient des résultats considérablement améliorés concernant l'obtention de panneaux difficilement inflammables selon d'autres procédés, lorsque les copeaux sont directement traités au moyen d'un ignifugeant convenable. A cet effet, on peut imprégner les copeaux avec un agent liquide ou une solution d'un agent solide, ou encore on peut mélanger les copeaux à un agent solide finement divisé. Parmi les matières minérales pour rendre le bois ignifure, l'acide borique se montre très efficace. L'application de cet agent ignifugeant aux panneaux de particules est cependant techniquement très difficile. Ainsi les brevets DE-OS 24 21 289 et DE-OS 25 30 295 décrivent un procédé pour la fabrication de panneaux de particules, selon lequel tous les copeaux de bois devant servir à la fabrication des panneaux sont aspergés, avant le collage, avec une solution aqueuse d'un composé du bore et un acide minéral. L'évaporation de l'eau et le séchage des copeaux, nécessaires après cette opération, ne sont avantageux ni du point de vue technique, ni du point de vue économique. La mme chose est valable pour l'imprégnation ou la pulvérisation des panneaux finis avec de telles solutions.Dans ce cas, la diminution de la solidité des panneaux traités est un inconvénient supplémentaire. La voie consistant à ajouter des composés ignifuges sous forme sèche aux copeaux de bois avant ou après le collage apparut prometteuse. Le brevet DE-AS 11 98 539 recommande d'ajouter au mélange des copeaux de bois, des parties très fines ou de la poussière de ponçage, qui peuvent également servir de support aux additifs comme par exemple les inhibiteurs de flamme. Selon le mode opératoire du DE-OS 16 53 254, la poussière de ponçage ou autre produit finement divisé est mélangé avec un agent ignifuge solide, pulvérulent, et introduit dans la couche superficielle des panneaux de particules. Un inconvénient de ce mode opératoire est que l'agent ignifuge finement divisé n'est pas lié au matériau support aussi solidement qu'il le faudrait, de sorte que durant la fabrication des panneaux de particules, il se produit une ségrégation, de sorte que les propriétés des panneaux sont irrégulières. De plus, quand on emploie ces produits très fins, il se dégage des quantités considérables de poussière au cours de la préparation des plaques. Une possibilité d'éviter ces problèmes de ségrégation et de poussière, est décrite dans DE-AS 21 12 299. Selon cette publication, toute la partie de poussières et de parties très fines récupérées au cours de la fabrication des panneaux est employée comme support pour le composé ignifuge, et en mélange avec celui-ci, avec ou sans liant, est moulée sous pression pour donner des ébauches en forme de tablettes ou de copeaux, que l'on ajoute au mélange de copeaux destiné à la fabrication des panneaux, et les transforme ensuite en commun. Mais lors de cette production de tablettes, on obtient des produits avec une densité en vrac élevée, qui ne peuvent tre incorporés que dans la couche médiane des plaques, de sorte que la couche superficielle de ces plaques n'est pas protégée contre l'inflammation. Le brevet DE-OS 26 21 739 décrit en outre un procédé pour la fabrication de composés ignifuge pour panneaux de particules, à base de composés du bore, d'acides minéraux et de matériau support, selon lequel des composés minéraux du bore sont intimement mélangés avec un matériau support finement divisé, et sous agitation continue, sont aspergés d'un acide minéral en quantité et concentration telles, qu'elles assurent la transformation des composés minéraux du bore en acide borique et pour la formation d'un mélange susceptible d'entre granulé, que l'on granule et sèche. Comme acides minéraux1 on recommande l'acide sulfurique ou l'acide phosphorique. Selon ce procédé, le composé ignifuge est obtenu sous la forme d'un produit ne dégageant pas de poussière et qui est facile à doser avec précision. L'inconvénient ici est constitué cependant par l'effritement plus élevé des panneaux obtenus par ce procédé. I1 en est de m8me pour des panneaux de particules, obtenues en employant un produit ignifuge dont le procédé de fabrication est proposé dans le brevet DE-OS 25 50 873. Ces produits ignifuges pour panneaux de particules, sont obtenus, sous la forme de mélanges de composés du bore et de matières support, en ce que, dans les produits de dissolution liquides, obtenus par la réaction de composés du bore avec des acides minéraux ou des solutions de sels ammoniacaux, à la température ambiante ou à une température plus élevée, on incorpore par agitation ou mélange, en maintenant la température, une substance support ayant une densité apparente aussi faible que possible, ainsi que le cas échéant, avant ou après l'addition de la matière support, d'autres additifs, jusqu'à obtention d'une pate encore fluide, qui est transformée ensuite en un produit sec. Ce procédé nécessite cependant une dépense technique indésirable pour la production de panneaux sur une grande échelle. Il s'est donc posé le problème de trouver une possibilité réalisable sans dépense technique excessive et facile à intégrer dans le procédé usuel de fabrication de panneaux ou pièces moulées de particules, selon laquelle on puisse obtenir des pièces de ce genre, quisent as inflammables selon la norme DIN 4102, et présentent en outre une solidité élevée. On a découvert un procédé pour la fabrication de ces pièces faites avec des particules, ininflammables, par pressage d'un mélange de copeaux de bois, de produits réactionnels, par exemple composés minéraux du bore et d'acide sulfurique ou phosphorique, et de liants organiques ou minéraux. On peut aussi remplacer les copeaux de bois par un mélange constitué de 50 à 10 % en poids de matière fibreuse et 50 à 90 % en poids de produits de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique ou phosphorique. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut utiliser, comme matière fibreuse, un matériau contenant des fibres, comme par exemple des copeaux de bois et de la sciure fine, ou bien une matière fibreuse ayant une structure fibreuse pure, comme par exemple des fibres synthétiques ou minérales, ainsi que des fibres de bois ou autres fibres d'origine végétale ou animale. Le mélange de matière fibreuse et de produits de la réaction des composés du bore et de l'acide sulfurique ou phosphorique, peut entre obtenu par réaction des composés minéraux du bore avec l'acide en présence de la matière fibreuse, par exemple de copeaux de bois. Il est également avantageux de mélanger la matière fibreuse avec les produits de la réaction des composés minéraux du bore et de l'acide sulfurique ouphosphorlque en poudre, et ensuite donner au mélange l'humidité nécessaire en ajoutant 5 à 30 % en poids d'eau. I1 est possible en outre de mélanger le produit de la réaction des composés minéraux du bore et de l'acide sulfurique ou phosphorique, séché et pulvérisé, avec des copeaux de bois humides, présentant une teneur en eau de 10 à 250 % en poids. Les particules de bois utiliséespour le procédé selon l'invention peuvent avoir des dimensions et des structures différentes, et peuvent, bien entendu, entre partiellement remplacées par des fibres cellulosiques appropriées, comme par exemple de la patte mécanique ou de la matière sortant du défibreur. Pour la fabrication du produit de la réaction des composés minéraux du bore et de l'acide sulfurique ou phosphorique, on peut mettre en oeuvre des composés minéraux du bore tels que les pandermite, kernite, rasoritet ascharite, datolith, etc, de préférence cependant la colemanite. L'acide minéral est utilisé avantageusement en quantité suffisante pour décomposer le composé minéral du bore c'est-à-dire pour libérer l'acide borique. Un léger excès en acide minéral n'est cependant pas nuisible. La décomposition du composé minéral du bore peut entre exécutée de la façon connue. I1 n'est pas nécessaire dans le procédé de l'invention de séparer l'acide borique formé par la décomposition, des produits secondaires.Les produits obtenus par cette décomposition doivent avoir un pH (mesuré en suspension aqueuse - 1 partie en poids de produit de décomposition : 10 parties en poids d'eau) de 4 à 8. Il est avantageux pour le procédé selon l'invention, de mettre en oeuvre et de presser un mélange de 9 à 35 % en poids de particules, 86 à 52 % en poids de produits réactionnels de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique ou phosphorique et 5 à 13 % en poids d'agent liant. Si comme agent liant, on emploie des résines formoliques, comme par exemple des résines urée -formol ou mélamine-formol, en émulsion aqueuse, il est recommandé de préparer le mélange de particules de bois et des produits de la réaction des composés minéraux du bore et de l'acide sulfurique ou phosphorique de façon qu'ils soient secs avant qu'on effectue le mélange. Comme liant organique, on peut également mettre en oeuvre, pour l'exécution du procédé selon l'invention, des résines d'isocyanate. Comme liant minéral, on a constaté qu'il est avantageux d'utiliser dans le procédé selon l'invention, du ciment Portland avec une teneur en eau de 50 à 250 % en poids. On peut également mettre en oeuvre, -comme liant, l'oxysulfate de magnésium, qui est obtenu par addition de quantités convenables d'oxyde ou d'hydroxyde de magnésium, de sulfate de magnésium et d'eau, dans le mélange a' presser. Le mélange de matière fibreuse, de produit de la réaction des composés minéraux du bore et de l'acide sulfurique ou phosphorique, de liant et d'eau, est pressé à une température comprise entre 100 et 2200 C, de préférence 140 et 1600C, et sous 2 une pression de 2 à 3N/mm2. Cette pression peut être réduite par étapes au cours du pressage, de sorte que les derniers 20 % du temps de pressage se déroulent sans pression. Le temps de pressage est généralement compris entre 5 et 50 % sec/mm d'épaisseur du panneau. I1 peut entre aussi souvent avantageux de ne pas lier la réaction du composé minéral du bore et de l'acide sulfurique directement à la fabrication des panneaux de particules, mais de mettre en oeuvre dans cette fabrication, des produits de réaction obtenus en un autre lieu et à un autre moment, à savoir de l'acide borique et du sulfate de calcium. Ceci présente l'avantage de pouvoir intégrer le procédé sans problème dans le processus de travail de la fabrication de panneaux, et comme on nla pas à effectuer une réaction chimique, on n'a plus qu'à assurer le mélange des composants. Comme en outre leur pH est proche de la neutralité, on n'est plus soumis à des exigences particulières sur le type et la constitution des installations de dosage et de mélange. On peut utiliser pratiquement toutes les machines et accessoires habituellement mis en oeuvre dans la fabrication des panneaux de particules. Un autre avantage de cette variante du procédé consiste en ce que, non seulement le rapport en poids des constituants minéraux : organiques, mais aussi le rapport en poids acide borique : sulfate de calcium, sont établis ou modifiés de façon simple, de telle sorte que l'on puisse-envisager dlautres applications déterminées que l'on obtiendra dans des conditions économiques et techniques optimales. On pense ici en premier lieu à des panneaux, qui doivent satisfaire à d'autres normes d'ignifugation1 par exemple B1 selon DIN 4102, ou M1 selon CSTB, (Centre scientifique et technique du bâtiment), sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre à cet effet des quantités élevées d'acide borique.On pourra s'intéresser à des panneaux contenant le moins possible d'acide borique mais par contre beaucoup de sulfate de calcium. En augmentant la quantité introduite de sulfate de calcium de préférence synthétique, que l'on obtient comme sous-produit,par exemple, dans la fabrication de l'acide phosphorique ou de l'acide fluorhydrique, on contribuera à résoudre le problème important que constitue la valorisation de ce gypse sous-produit. Le sulfate de calcium dans la mesure où il est disponible sous une forme susceptible de prise, agit en plus de la résine synthétique, comme un bon liant supplémentaire. Cette variante du procédé peut entre exécutée selon deux modes opératoires différents. Selon 1 tun d'eux, on mélange 10 à 50 parties en poids de matière fibreuse organique, de préférence des copeaux de bois, auxquels on peut encore ajouter des fibres ou de la sciure fine de bois, avec 90 à 50 parties en poids d'un mélange finement divisé d'acide borique et de sulfate de calcium, avec addition de 20 à 200 parties en poids d'eau, de manière à former un agglomérat ou des granulés, que l'on séchera ensuite à des températures allant jusqu a 1050C. 'l'humidité résiduelle de ces granulés sera au maximum de 25 % en poids, de préférence de 10 %, au moins.Le rapport en poids acide borique : sulfate de calcium se situe entre 1:9 et 9:1, de préférence entre 1:2 et 2:1. On peut utiliser tout acide borique technique. Comme sulfate de calcium, on utilisera de préférence, selon l'invention, le semihydrate du commerce désigné sous le nom de plâtre à mouler, qui fait prise avec l'eau en formant le dihydrate. I1 est cependant également possible, de remplacer le semi-hydrate, avec une perte correspondante de l'effet liant, en partie ou totalement par le dihydrate ou l'anhydrite. I1 est particulièrement avantageux de mettre en oeuvre le sulfate de calcium semi-hydrate obtenu dans la fabrication d'acide phosphorique ou d'acide fluorhydrique, après purification convenable. Le granulé obtenu après séchage est ensuite collé au moyen de 5 à 25 parties en poids (absolument sec), de préférence 10 à 13 parties en poids, dune résine mélamine-formol ou uréeformol, sous forme d'un bain à 55-60 % en poids, réparti dans un moule, puis pressé en panneaux à des températures comprises entre 140 et lSO0C, et avec une durée de pression de 10 à 15 sec/mm. D'autres liants organiques, comme par exemple les résines dtiso cyanatê, sont également utilisables. I1 est en outre également possible de mélanger le granulé obtenu aussit8t après séchage, avec un liant minéral, par exemple du ciment Portland ou de lloxysulfate de magnésium avec addition d'eau, et de presser le granulé en panneaux. Suivant l'autre mode opératoire, on mélange 10 à 50 parties en poids de matière organique fibreuse avec 90 à 50 parties en poids d'un mélange finement divisé d'acide borique et de plâtre cuit, et 5 à 25 parties en poids, de préférence 10 à 15 parties en poids, d'une résine mixte mélamine-urée-formol, sous forme d'un bain aqueux à 55-60 % en poids, jusqutàobtention d'un agglomérat ou d'un granulé. Ce granulé est réparti dans un moule, selon le mode opératoire cité en premier, et pressé de même. Par les deux modes opératoires, on obtient des panneaux ou aussi des pièces moulées ayant de bonnes propriétés mécaniques, et que l'on peut amener au degre d'ignifugation désiré, que l'on ajustera exactement par le rapport en poids, variable entre de larges limites, matière fibreuse : acide borique : plâtre. Selon le procédé de l'invention, qui s'intégre facilement dans le procédé usuel d'obtention de panneaux de particules, on peut fabriquer sans grande dépense technique, des panneaux ou pièces moulées faitee de particules qui ne sont pas inflammables, selon la norme DIN 4102, et présentent en outre une solidité élevée Le procédé selon l'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après Exemple 1 Dans un mélangeur, "à soc de charrue", on mélange 240 parties en poids de copeaux de bois (1 à 3 mm) et 380 parties en poids de colemanite à 41 % en poids de B203, et pendant l'opération de mélange1 on pulvérise sur le mélange 900 parties en poids d'acide sulfurique à 20 % en poids de H2SO4D Au bout de 5 minutes, l'agglomérat humide est évacué du mélangeur et séché a' une tempéra- ture de 1050C. On colle 850 parties en poids de l'agglomérat séché au moyen de 102 parties en poids dgun copolymère mêlamine-urée-formol, auquel on a ajouté 3,5 % en poids de chlorure d'ammonium comme durcisseur, ainsi que 10 % en poids d'une émulsion aqueuse de paraffine à 50 zen poids, comme agent hydrophobe et de l'eau en quantité telle, que l'on obtienne un bain à 58 % en poids, puis on déverse le tout dans un moule et presse en panneaux de 14 mm 3 d'épaisseur dont la densité est de 1.070 kg/m3, à une température de 1600C, pendant 15 sec/mm d'épaisseur de panneau, et sous une pression initiale de 2,5 n/mm2. Exemple 2 On mélange 140 parties en poids de copeaux grossiers de bois avec 580 parties en poids du produit sec en poudre de la réaction, de colemanite avec de l'acide sulfurique, ainsi que 130 parties en poids de sciure de bois fine, et colle au moyen d'un bain de colle à 55 % en poids selon l'exemple 1.Le mélange encollé est versé dans des moules et pressé, à une température de 1600C, pendant 25 sec/mm d'épaisseur, en panneaux de 14 mm d'épaisseur 3 dont la densité est de 950 kg/m3 Exemple 3 Dans un dispositif mélangeur approprié, on prépare les mélanges suivants Parties en poids A B Copeaux de bois 1-3 mm 270 270 Acide borique broyé 315 225 Plâtre à mouler 315 405 Dans chacun des ces mélanges, on injecte, en continuant de mélanger, 650 parties en poids d'eau, obtenant ainsi un granulé stable, que l'on sèche ensuite à 1050C. Sur 1000 parties en poids de ces granulés, on pulvérise un bain de colle, qui contient dans 65 parties en poids d'eau, 110 parties en poids d'une résine urée-formol, 3,9 parties en poids de chlorure d'ammonium et 11 parties en poids d'une émulsion aqueuse de paraffine à 50 %. Le granulé encollé avec ce bain est versé dans des moules, et pressé, à la température de 1550C, pendant 12 sec/mm d'épaisseur de panneau et sous une pression initiale de 2,5 N/ mm2, en panneaux de 16 mm d'épaisseur dont la 3 densité est de 950 à 1000 kg/m3. La résistance à la flamme du panneau B correspond à la classe M1 de la norme française CSTB. Exemple 4 Dans un dispositif mélangeur approprié, on mélange 100 parties en poids des granulés obtenus selon l'exemple 1 avec 80 parties en poids de ciment Portland. En continuant de mélanger, on injecte dans la masse 120 parties en poids d'eau, contenant 0,3 partie en poids de chlorure de calcium dissous, comme durcisseur. Après obtention d'un mélange homogène, on verse dans un moule et on presse, à la température de 1400C, pendant 20 sec/mm et sous une pression initiale de 2,5 N/mm2, en plaques de 14 mm d'épaisseur 3 et dont la densité est de 1000 kg/m3, La résistance à la flamme des panneaux préparés selon les exemples 1, 2, 3A et 4, correspond à la norme DIN 4102 A2. La résistance à la flexion de ces panneaux est de 2 8-12 N/mm2, le gonflement en épaisseur, au magasinage sous l'eau selon les normes, n'est pas sujet à contestation. R E V E N D I C A T I O N S 10) Procédé de fabrication de panneaux ou pièces moulées en copeaux ou particules de bois, ininflammables, par pressage d'un mélange composé de particules ou copeaux de bois, de produits de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique ou phosphorique, et de liant organique ou minéral, procédé caractérisé en ce que, les copeaux ou particules de bois sont remplacés par un mélange de 50 à 10 % en poids de matière fibreuse, et 50 à 90 % en poids de produits de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique ou phosphorique. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme mélange, on met en oeuvre un produit, qui est obtenu par décomposition du composé minéral du bore, au moyen d'acide sulfurique, en présence de copeaux de bois. 30) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, comme mélange, on met en oeuvre un produit, qui est obtenu par mélange de copeaux de bois séchés avec des produits secs de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique, avec addition de 5 à 30 % en poids d'eau. 40) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, comme mélange, on met en oeuvre un produit, qui est obtenu par mélange de copeaux de bois humides, avec une teneur en eau de 10 à 250 % en poids, et de produits secs de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique. 50) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on soumet au pressage un mélange de 9 à 35 % en poids de copeaux de bois, 86 à 52 % en poids de produits de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique, ainsi que de 5 à 13 % en poids (absolument sec) de liant. 60) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à la place des produits de la réaction de composés minéraux du bore et d'acide sulfurique, on met en oeuvre un mélange d'acide borique et de sulfate de calcium. 70) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, comme liant on emploie des résines à base de formol 80) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que comme liant on emploie des résines isocyanate. 90) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que comme liant, on emploie du ciment Portland, avec addition de 50 à 250 % en poids d'eau. 100) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que comme liant, on emploie de l'oxysulfate de magnésium, obtenu par addition de quantités convenables d'oxyde ou d'hydroxyde de~ magnésium, de sulfate de magnésium et d'eau, dans le mélange à soumettre au pressage.