Brevet FR2461686A1 — publié le 19810206

- 1 - 2461686 La présente invention est relative à une composition de liant adhésive, incombustible et insensible à l'eauo Cette oemposition est utilisable avec des matériaux très divers et, de ce fait, constitue l'élément de base pour la fabri- cation des produits suivants: - Produits d'imprégnation destinés à la stabilisation des sols et des sables pulvérulents, au durcissement des flocages d'amiante et de fibres de roches eêt.,a iprotection des bois contre les insectes, les rongeurs et les cryptogames. - Colles résistant à de très hautes températures (+ de 1.000 C) pour l'assemblage de tous matériaux, à l'exception de certaines matières plastiqueso - Peintures anticorrosives, pare-feu, décoratives. - Enduits isolants thermiques, acoustiques,-pare-feuo - Plaques et panneaux pare-feu, insensibles à la chaleur, armés ou non, pouvant être moulés en forme ou bien à plato - Blocs de toutes formes et de toutes dimensions, plus spéciale- ment destinés à l'industrie du bâtimento - Eléments de formes diverses, auxquels peuvent être incorporées des résistances électriques chauffantes0 On connaît un nombre important de procédés utilisant le durcissement des silicates alcalins pour obtenir un liant aux applications diverses. Les procédés employés pour obtenir ce durcissement peuvent être classés en deux catégories: 1/ Durmissement et insensibilité à l'eau obtenuspar une forte élévation de température (2000 C et plus). C'est le cas du brevet français 2.136.862, qui utilise la cuisson des sili- cates alcalins pour assurer la liaison entre des granulats minéraux expansés. Ciest aussi le cas pour le brevet japonais 76o99o125.- 2/ Durcissement et insensibilité à l'eau, obtenus par réaction chimique. C'est le cas du brevet tchèque 1470594 qui utilise la réaction acide de la chaux et du ciment sur les silicates alcalins et des brevets japonais 73.140729 et 76o91o935 qui utilisent la&réaction du4fluor (fluosilicates) sur les silicates alcalins0 La même réaction est-utilisée dans le brevet soviétique mentionné dans "Chemical abstracts" - Volo 83 - 1975 - page 3140 C'est aussi le cas pour le brevet français 2o2950103, qui utilise, pour obtenir cette réaction, - 2 - 2461686 des oxydes métalliques, de l'hydroxyde d'aluminium, ou du sulfate de baryum. Les deux procédés décrits ci-dessus sont connus de très longue date, aussi bien en ce qui concerne la cuisson à haute température que la réaction chimique en présence d'acides. En 1841, Mr. KUHLMANN, a démontré qu'en aspergeant de silicate de potasse des roches acides, tendres et poreuses, on pouvait les rendre très dures, nongélives et insensibles à l'eau. Il a lui-même fabriqué des peintures en incorporant aux silicates alcalins des oxydes métalliques. - Depuis le commencement du vingtième siècle jusqu'en 1940, de nombreuses sociétés ont fabriqué des peintures à base de sili- cates alcalins avec des oxydes métalliques; ce furent, par exemple: RANSONNE en Angleterre, KAULBACH en Allemagne, SILEXORE en France. Seul, le brevet déposé par "KOPPERS COMPANY INC." aux Etats-Unis d'Amérique, sous le n0 3.297.616, décrit, pour un trai- tement de surfaces métalliques, l'utilisation, en mélange avec des silicates alcalins, de résines acryliques en dispersion aqueuse. Mais le film superficiel formé par la résine empêche que se fasse la réaction en présence du CO2 de l'atmosphère, car les résines acryliques sont difficilement perméables au gaz carbonique. De plus, sans l'adjonction de solvants aromatiques (qui n'est pas prévue dans ce brevet), la polymérisation des résines est diffi- cile dans le mélange. Le procédé de l'invention prévoit l'apport de solvants aromatiques avec les résines acryliques, ce qui permet une bonne polymérisation et un gonflement de ces derniers. La composition du liant selon l'invention est caracté- risée en ce qu'elle comprend deux composants principaux plastifiés, le premier sous forme liquide, le second sous forme poudreuse, séparés dans des emballages différents qui assurent dans chacun de ceux-ci une conservation sans limite de temps. Le premier composant est un liant minéral en solution aqueuse plastifié, qui est constitué par un silicate de sodium, de potassium ou de lithium, ou le mélange de deux ou trois de ces silicates suivant l'utilisation, auquel il est ajouté de pré- férence de 2 à 15% d'un plastifiant tel que la glycérine, l'éthy- lèneglycol ou autres, ceci pour limiter le retrait lors de la prise et abaisser la température limite inférieure d'emploi (40 au lieu de 80 C). La plastification de ces silicates alcalins peut avan- - 3 - 2461686 rageusement être modifiée par l'apport de résines acryliques en dispersion; ainsi, par exemple, la résine acrylique connue sous le nom commercial "IACRONALII 290.D fabriquée par la firme "RHONE- POULENCI", par l'apport d'émulsions anioniques de bitume, par des siliconates, par des huiles végétales, par exemple l'huile de lin. La proportion globale de ces plastifiants dans le mélange varie selon la qualité du produit recherché; elle est de 2 à 20% selon les cas. Ainsi, la fabrication d'un produit qui requiert une certaine souplesse et ne doit pas fissurer ou faiencer - c'est le cas d'un revêtement mince (peinture ou enduction) - demandera une plus grande proportion de plastifiant, de 15 à 20%. Ces plastifiants peuvent être utilisés seuls ou en mélange. Dans le cas d'utilisation de résine acrylique comme plas- tifiant, il est recommandé de prémélanger vingt-quatre heures à l'avance les résines avec un solvant aromatique, comme le toluène ou le benzène, dans une proportion de 3 à 5% du poids de résine; ceci, afin de permettre une bonne polymérisation des résines dans le mélange et d'abaisser la température de filmification des ré- sines, de 20C à 80 C. L'addition dans le mélange résine/toluène de 1 à 2% d'amoniaque permet avant mélange avec les silicates alcalins d'éviter la formation de grumaux. Le même pourcentage, 1 à 2% d'ammoniaque, sera avanta- geusement respecté pour le mélange de l'éthylèneglycol avec les silicates. Avec les émulsions anioniques de bitume,il sera de même préférable de prémélanger avec 3 à 5% d'un solvant aromatique, toluène ou benzène, avant mélange avec les silicates alcalins. Avec les huiles végétales, il sera avantageux de pré- mélanger l'huile avec 3 à 5% d'essence térébenthine. L'incorporation de siliconates (silicones en phase aqueuse) dans les silicates pourra se faire sans précaution parti- culière; la proportion de siliconates dans les silicates sera fonction du but recherché; ainsi une proportion de 15% dans un enduit rendra celui-ci totalement hydrofuge, donc thermiquement plus isolant. La présence de siliconates n'est pas indispensable par exemple dans une enduction pour stabilisation de sables. Le mélange des plastifiants avec les silicates alcalins se fera avantageusement à l'aide d'un mélangeur à palettes ou à ailettes tournant à environ 800 à 1.000 tours/minute. Les silicates alcalins choisis seront de préférence 4 2461686 ceux dont le rapport silice/soude ou potasse ou lithium est su- périeur à: silice = 3; sodium, potassium ou lithium = 1. Les silicates de ce type disponibles dans le commerce ont un rapport pondéral situé entre 3,5 et 3,75. Le silicate de sodium sera gé- néralement préféré en raison de son prix; néanmoins, les métaux seront de préférence toujours couverts d'un primaire à base de silicates de potassium. Le premier composant ainsi défini entre avantageusement pour une proportion de 30 à 85% du poids total du produit fini, selon les applications. Le deuxième composant est à -l'état sec, parfaitement mélangé et finement broyé; il comprend: A - Des réactifs de prise, qui entrent pour 2 à 30% du poids des silicates, selon le mode d'application décrit plus loin. Ces réactifs de prise sont de deux sortes, qui doivent être utili- sées séparément, selon le but et le mode d'application re- cherchés: 1/ Des réactifs de prise lente, utilisés pour les colles, les peintures, les enduits. Ce sont des fluosilicates de zinc, de sodium, de calcium, de magnésium ou de baryum. La propor- tion de ces réactifs lents ne devra pas dépasser 10% du poids des silicates. Une bonne proportion moyenne sera de à 7%.= 2/ Des réactifs de prise rapide, utilisés pour les enductions, certains enduits projetés (projection séparée à deux sor- ties), les blocs, panneaux et plaques. Pour ces réactifs à prise rapide, il s'agit de chlorures de calcium, de sodium, de potassium, de magnésium ou d'ammonium; des acides tels l'acide borique en poudre; des sulfates de zinc, de cuivre, d'ammonium, de baryum; des phosphates de calcium, d'ammonium, de sodium, de potas- sium. La proportion de ces réactifs rapides se situera avan- tageusement entre 5 et 25% du poids des silicates. Une bonne proportion sera de 10 à 20%. B - Des charges actives. Ces charges ont pour but de favoriser la carbonatation du mélange et la transformation de CO2 en CO3CA en combinaison avec l'air. La proportion de ces charges actives dans le mélange sera, selon les applications, de 1 à 25% du poids des sili- cates alcalins; ce sont: - 5 - 2461686 1/ des argiles comme la bentonite et le kaolin; 2/ des carbonates, comme le carbonate de chaux. 3/ des bicarbonates de chaux, de sodium, de potassium ou d'ammonium; 4/ du silicate de magnésium ou du talc; de / des oxydes métalliques, tels que: oxyde/zinc, de baryum, de plomb, de titane, de fer ou de cuivre. Ces charges actives pourront être utilisées seules ou en mélange. Il faut noter que, dans le cas des bicarbonates, la proportion dans le mélange ne pourra pas dépasser 5%. C - Des charges plastifiantes, qui assument un rôle mécanique dans le mélange, rendant le liant moins cassant après séchage et permettant dans le cas des peintures et enduits fabriqués selon le procédé de l'invention, d'éviter la fissuration et le faiençage. Ces charges plastifiantes sont 1/ la caséine; 2/ l'amidon; 3/ la carboxyméthylcellulose. La proportion de ces charges plastifiantes sera fonc- tion des qualités recherchées pour le produit; à titre d'- exemple, une bonne proportion pour la fabrication d'une pein- ture sera de 5 à 15% du poids des silicates. Il faudra tenir compte du fait que la carboxyméthylcellulose ayant un pouvoir gonflant et une reprise d'eau plus élevée, son utilisation comme plastifiant sera de préférence limitée à une proportion se situant entre 1 et 10% maximum du poids des silicates. La souplesse du film ainsi réalisé après application varie en fonction de cette proportion. Les trois plastifiants dé- crits ci-dessus peuvent être utilisés seuls ou en mélange. Ces charges plastifiantes ont en outre l'avantage d'augmenter le pouvoir adhésif du mélange. D - Des charges neutres; celles-ci assument un rôle secondaire d'armature du mélange et confèrent une certaine dureté à celui-ci. Ce sont: 1/ des fibrettes, dont la longueur peut varier entre 0,5 et mm, d'origines diverses: fibres de roche, de verre, fibres synthétiques diverses, végétales et animales. Leur rôle est de renforcer la résistance à la traction et d'- éviter les fissurations. 2/ des poudres de silice, verre, quartz, finement broyées. - 6 - 2461686 Leur râle est d'augmenter la dureté du mélange ainsi que la résistance à l'abrasion. Selon le résultat et le produit final recherchés, la proportion des charges neutres dans le mélange sera de 2 à 10% par rapport au poids des silicates. E - Des charges constituantes dont l'apport est déterminé par le type de produit que l'on veut fabriquer à partir du liant. Ces charges constituantes peuvent être de deux sortes 1/ Des charges incombustibles, d'origine minérale. Ce sont par exemple: la perlite expansée, le mica expansé, l'- argile expansée, les diatomées, le verre expansé, la pouz- zolane et la pierre ponce; les charges ci-dessus décrites seront utilisées pour obtenir des produits isolants et pare-feu. Ce sont, par ailleurs, des sables et-gravillons, des roches diverses broyées; ces dernières charges seront utilisées pour la constitution de bétons. 2/ Des charges combustibles, telles les sciures de bois, les déchets de pailles, de lin, de sisal, de coco, de roseaux, de canne à sucre, de chiffons; ces charges, utilisées avec le liant, absorbent les silicates en phase aqueuse; de ce fait, en présence de hautes températures (600 à 1000 C), la transformation de la cellulose se fait par pyrolyse et donne des cokes; le produit ainsi obtenu est donc inin- flammable. L'application du liant selon l'invention, peut se faire selon trois procédés distincts, dictés par la proportion et le choix des réactifs (A) de prise. Ces trois procédés d'applica- tion sont les suivants: A/ Premier procédé d'application Les deux composants sont mélangés avant l'application, manuel- lement ou à l'aide d'un mélangeur à palettes ou à hélice. Dans ce cas, la proportion totale des réactifs de prise ne devra pas dépasser 10% du poids des silicates. Une bonne proportion sera de 5%; la "'vie en pot" du produit ainsi obtenu étant de 45 minutes. Le produit, peinture, enduit ou pâte à mouler, pourra être appliqué à la brosse, au rouleau ou au pistolet (pour les peintures et les enduits); unepâte pourra être coulée directement dans le moule. B/ Deuxième procédé d'application - 7 - 2461686 La proportion des réactifs de prise dans le deuxième compo- sant se situe entre 5 et 25%; dans ce cas, la prise extrême- ment rapide des composants ne permet pas le mélange préalable. On utilisera alors un matériel de projection permettant de projeter les deux composants séparément et-simultanément. Ce procédé sera utilisé pour des enduits ou pour le remplis- sage de moules; dans ce dernier cas, le démoulage pourra intervenir très rapidement. C - Troisième procédé d'application La proportion des réactifs de prise sera aussi élevée que dans le cas précédent; les deux composants seront alors ad- ditionnés d'eau, soit 80% d'eau dans le premier composant, et 900% dans le deuxième composant (dans lequel n'entrent alors que les réactifs de prise qui sont solubles). Ils sont alors projetés séparément en commençant, soit par le premier composant, soit par le deuxième composant. Il est important de laisser au moins partiellement sécher le composant appli- qué en premier, ceci afin d'éviter (surtout dans le cas de supports absorbants) le colmatage superficiel dû à la présence d'une grande quantité d'eau. Ce type d'application sera utili- sé pour la stabilisation des sables, sols, flocages d'amiante et fibres de roche, ainsi que pour l'imprégnation des bois et toutes matières pulvérulentes. L'imprégnation pourra être effectuée par trempage ou par pulvérisation. A titre d'exemple, on donnera ci-après quelques formu- les de liant adapté aux procédés d'applications ci-dessus. Formule de stabilisation des sables Premier composant: Silicate de sodium 1.000 grs Ethylèneglycol 50 grs Eau 1.000 grs Deuxième composant Chlorure de calcium 30 grs Chlorure de sodium 70 grs Carboxyméthylcellulose 20 grs Eau 1.080 grs Formule d'un enduit à destination isolante Premier composant: Silicate de sodium 500 grs Silicate de potassium 500 grs - 8 _ 2461686 Glycérine ' 50 grs Ethylène glycol 50 grs Siliconate 20 grs Deuxième composant: Fluosilicate de zinc 150 grs Talc 50 grs- Mica expansé 200 grs Fibrettes de roche' 100 grs Carbonate de calcium 30 grs Bentonite 100 grs Bicarbonate de sodium 20 grs Carboxyméthylcellulose. 50 grs Perlite expansée 180 grs Le produit formulé ci-dessus sera projeté dans une machine du type de celles utilisées pour la projection des flocages. Formules d'une peinture pour métaux: Premier composant: Silicate de potassium 1.000 grs Glycérine 50 grs Huile de lin (diluée à 5% d'essence térébenthine) 100 grs Siliconate 50 grs Deuxième composant: Oxyde de zinc 200 grs Fluosilicate de zinc 50 grs Bentonite 150 grs Carbonate de calcium 100 grs Talc 100 grs Caséine 75 grs Carboxyméthylcellulose 75 grs Silice broyée 50 grs. Cette dernière,formule permet la préparation d'une peinture qui pourra être appliquée, soit au pinceau, soit au rouleau, soit au pistolet, sur des supports métalliques. Elle servira de primaire avant la projection d'un enduit pare-feu tel que celui décrit auparavant. Formule d'un enduit isolant: Premier composant: Silicate de sodium 1.000 grs - 9 - 2461686 Ethylèneglycol 50 grs Résine acrylique avec solvant aromatique 51,5 grs Siliconate 3,5 grs Deuxième composant: Bentonite 100 grs Carbonate de calcium 50 grs Perlite expansée 150 grs Carboxyméthylcellulose 50 grs Fluosilicate de sodium 100 grs Fibrettes de roche 50 grs Un tel enduit, prémélangé, pourra être appliqué soit à la machine, soit à la main, son temps de "vie en pote" sera d'une heure environ. Formule d'un panneau de particules végétales: Premier composant: Silicate de sodium 1.000 grs Ethylèneglycol 100 grs Ammoniaque 30 grs Siliconate 50 grs Eau 500 grs Deuxième composant: Bentonite 100 grs Carbonate de calcium 50 grs Bicarbonate de sodium 30 grs Sciure de bois 300 grs Carboxyméthylcellulose 50 grs Caséine 50 grs Les deux composants cidessus décrits sont mélangés jusqu'à obtention d'une pâte onctueuse qui est coulée dans un moule jusqu'à durcissement. Le panneau ainsi obtenu est démoulé et mis à sécher, soit à l'air libre, soit en étuve. Formule d'une colle pour panneaux de particules: Premier composant: Silicate de sodium 500 grs Silicate de potassium 500 grs Glycérine 50 grs Résine acrylique avec solvant aromatique (2,Sgrs) et ammo- niaque (2,Sgrs) 55 grs - 10 - 2461686 Deuxième composant: Bentonite 150 grs Carbonate de calcium 50 grs Talc 150 grs Carboxyméthylcellulose 80 grs Fluosilicate de zinc 50 grs Caséine 20 grs Amidon 20 grs Les deux composants d'une telle colle sont mélang6s jusqu'à l'obtention d'unepâte onctueuse qui pourra être em- ployée pendant une heure environ. _-11 - 2461686 REVENDICATIONS 1. Composition de liant adhésif, incombustible et insen- sible à l'eau, comprenant au moins-un silicate alcalin et au moins un adjuvant plastifiant liquide, caractérisée par le fait qu'elle se présente sous la forme de deux composants séparés, dont le pre- mier comprend ledit silicate alcalin en solution aqueuse et ledit adjuvant et le second, à l'état sec en poudre, comprend au moins un réactif de prise permettant la formation d'un gel de silice et une charge plastifiante, le premier composant constituant environ entre 30 et 85% du poids total du liant. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit adjuvant comprend de la glycérine et/ou de 1'- éthylèneglycol et constitue de 2 à 15% du poids de silicate alcalin. 3. Composition selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit adjuvant est de l'éthylèneglycol avec addition d'am- moniaque dans une proportion comprise entre 1 et 2% du poids d'- éthylèneglycol. 4. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit adjuvant comprend une émulsion anionique de bitume en proportion comprise entre 10 et 50% (de préférence 25 à 35%) du poids de silicate, avec addition d'un solvant aromatique cons- tituant de 3 à 5% du poids de l'émulsion. 5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit adjuvant comprend,en outre, au moins une résine acrylique en dispersion, avec addition d'un solvant aromatique constituant de 3 à 5% du poids de résine acrylique et d'ammoniaque constituant de 1 à 2% du poids de la résine acrylique. 6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit adjuvant comprend en outre une huile végétale, mélangée à 3 à 5% de son poids d'essence thérébentine. 7. Composition selon l'une des revendications i à 6, caractérisée en ce que ledit adjuvant comprend en outre des siliconates. 8. Composition selon la revendication 1, dans laquelle les silicates alcalins sont choisis dans le groupe silicate de sodium, silicate de potassium et silicate de lithium, caractérisée en ce que le rapport pondéral silice/sodium ou potassium ou li- thium est supérieur à 3. - 12 _ 2461686 9. Composition selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la charge plastifiante comprend un ou plusieurs des produits suivants: caséine,-amidon,-carboxym6thyl- cellulose, en proportion comprise entre 5 à 15 % du poids de silicate. Composition selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le réactif de prise comprend un ou plusieurs des produits suivants: fluosilicate de zinc, de sodium, de calcium, de magnésium ou de baryum; chlorure de calcium, de sodium, de potassium, de magnésium ou d'ammonium; acide borique en poudre; sulfate de zinc, de cuivre, d'ammonium ou de baryum; phosphate de calcium, d'ammonium, de sodium ou de potassium. l.s Procédé de fabrication d'un liant de composition conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les deux composants sont mélangés avant l'utilisation, la pro- portion de réactif de prise ne dépassant pas 10% du poids de silicate. Procédé de fabrication d'un liant de composition con- forme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les deux composants sont projetés séparément et simultanément, la proportion de réactif de prise étant comprise entre 5 et 25% du poids de silicate. 13. Procédé de fabrication d'un liant de composition con- forme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les deux composants sont projetés séparément l'un après l'autre, la proportion de réactif de prise étant comprise entre 5 et 25% du poids de silicate. 14. Application du liant de composition conforme à l'une des revendications 1 à 10 à la fixation des sols, sables, flocages d'amiante ou fibres de roche, o à l'imprégnation de matières po- reuses ou pulvérulentes, le liant étant fabriqué selon le procédé de la revendication 13. 15. Application du liant de composition conforme à l'une des revendications 1 à 10, à la fabrication de plaques armées, carac- térisée par l'adjonction, au second composant, de charges de fibres de verre, de roche ou autre matière de renforcement0