Brevet FR2493827A1 — publié le 19820514

Procédé et compositions pour réduire la demande d'eau du plâtre La présente invention concerne un procédé et des compositions pour réduire la demande d'eau du plâtre. De façon générale, l'invention concerne la calcination du gypse et la production de panneaux de plâtre. Plus particulièrement, l'invention concerne un nouveau procédé et de nouvelles compositions pour réduire la demande d'eau du plâtre que l'on utilise pour produire des panneaux de plâtre et permettre ainsi de réduire le temps de séchage de ces panneaux, d'accroître le taux de production et de réduire le coût de l'énergie de séchage consommée par unité de surface de panneau. Le sulfate de calcium hémihydraté (plâtre) qui constitue le matériau de l'âme des panneaux de plâtre est obtenu par calcination de poudre de gypse (pierre à plâtre). On utilise couramment dans l'industrie de nombreux procédés et appareils pour la calcination continue de la poudre de gypse. Les brevets CA n0 779 217 et 779 218 décrivent un procédé et un appareil pour la calcination continue de poudre de gypse. Un autre appareil et un autre procédé pour la calcination continue sont décrits dans le brevet US n0 4 052 149. Le four de calcination continue comporte deux parois cylindriques coaxiales et est conçu pour chauffer l'air dans le cylindre intérieur puis diriger cet air, pour entraîner et chauffer les particules fines de gypse, selon un trajet en spirale entre les parois des deux cylindres coaxiaux. Les parois s'étendent d'une extrémité du four de calcination à une sortie située à l'autre extré- mité. Pour produire des panneaux en plâtre, on utilise couramment le plâtre ainsi obtenu par calcination continue, sous forme d'une suspension aqueuse. On étale en continu une quantité prédéterminée de la suspension aqueuse de plâtre entre deux feuilles de papier se déplaçant en continu selon des trajets parallèles et on laisse durcir. On découpe ensuite le panneau de plâtre humide durci pour -2- obtenir des éléments de longueur déterminée que l'on fait passer ensuite à travers une étuve ou un four pour les sécher jusqu'à ce que l'excès d'eau en soit évaporé. Généralement, on doit ajouter un grand excès d'eau au plâtre calciné pour assurer à la suspension une consis- tance ou une fluidité suffisantes pour que l'on puisse l'étaler rapidement et régulièrement sur la largeur des deux feuilles de papier en déplacement continu. La quanti- té d'eau que nécessite un plâtre donné pour que l'on obtienne une suspension de plâtre de consistance standard, est appelée la demande d'eau. Par suite de la croissance rapide du prix de l'énergie, le coût du séchage des panneaux de plâtre pour en éliminer l'excès d'eau est devenu un facteur indésirable primordial du coût global de la fabrication de ces panneaux Une demande d'eau du plâtre plus faible réduit l'excès d'eau utilisé pour la production des panneaux ainsi que l'énergie nécessaire pour éliminer cet excès d'eau. La diminution des besoins totaux en eau, pour une même vitesse de production des panneaux, permet un séchage à des tempé-- ratures plus basses ce qui, de façon souhaitable, réduit la consommation d'énergie et le coût du séchage des panneaux par unité de surface. L'abaissement des températures de séchage présente de plus l'avantage de réduire la fréquence de la "brûlure" des bords et des extrémités des panneaux, les produits ainsi brûlés étant jugés inférieurs aux standards lors du contrôle de la qualité. Ce problème du brûlage des bords est particulièrement important dans les installations modernes de fabrication à grande vitesse de panneaux ou il est normalement nécessaire que les températures du séchoir soient élevées pour que les panneaux soient séchés à une vitesse correspondant à celle de la chaine de produc- tion. On obtient un autre avantage lorsque le séchoir des panneaux fonctionne à la capacité maximale de séchage dans un procédé utilisant une suspension de plâtre ayant une demande d'eau normale. Dans ce cas, le stade de séchage est le facteur limitatif qui fixe la vitesse glo- -3- bale du procédé de fabrication des panneaux. Il est évident que l'emploi d'un plâtre ayant une demande d'eau plus faible permet d'accroître la capacité potentielle du séchoir et d'accroître la vitesse de la chaîne de fabrication et, par conséquent, le taux de production des panneaux. On connaît dans l'industrie du gypse diverses façons de réduire la demande d'eau du plâtre. On connaît en particulier le procédé d'aridisation selon lequel, pour obtenir un plâtre ayant une demande d'eau réduite, on cal- cine le gypse en présence d'un sel ou d'un autre composé ayant une forte affinité pour l'eau (agent d'aridisation). Ce procédé est décrit dans le brevet CA no 999 118. Les agents d'aridisation préférés que revendique ce brevet sont des chlorures minéraux solubles dans l'eau tels que le chlo- rure de calcium. Malheureusement, les plâtres aridisés ont des effets secondaires indésirables sur la fabrication des panneaux et sur les panneaux finis. Pour ces raisons, on n'utilise généralement pas l'aridisation du plâtre dans l'industrie de la fabrication des panneaux. Un autre procédé pour réduire la demande d'eau et accroître la fluidité des suspensions de plâtre consiste à ajouter des agents réducteurs d'eau. Depuis plusieurs années, il est habituel en pratique industrielle d'utiliser des sous-produits naturels de type lignine de l'industrie de la pâte à papier et du papier comme agents réducteurs d' eau des sus- pensions de plâtre. Les lignosulfonates connus sous les noms commerciaux de LIGNOSOL SF et d'ORZAN G constituent des matières typiques de ce type. L'inconvénient principal de ces produits est que généralement ils ralentissent la prise du plâtre et tendent à réduire la résistance mécanique de l'âme en plâtre des panneaux ce qui nuit à la fabrication de panneaux de plâtre de bonne qualité. Le brevet US no 4 184 887 décrit une autre famille d'agents réducteurs d'eau. Ce brevet décrit l'emploi d'un sel de potassium d'un produit de condensation du naphtalène et d'un acide sulfonique comme agent réducteur d'eau pour une composition de plâtre utilisée pour la fabrication de produits coulés ou moulés. -4- Dans l'industrie-des panneaux de plâtre, on sait que l'on peut réduire la demande d'eau d'une suspension de plâtre tout en conservant sa fluidité, par addition à la suspension, après la calcination, d'un agent chimique dis- persant synthétique (superplastifiant). Les superplastifiants sont des agents dispersants polymères naturels ou synthétiques que l'on utilise dans l'industrie du béton pour améliorer l'aptitude à la mise en oeuvre ou la fluidité des mélanges à base de ciment. Les superplastifiants semblent exercer leur effet par diminution de la tension superficielle de l'eau, accroissement de la charge superficielle des particules - solides ou formation d'une pellicule lubrifiante à la surface des particules. On peut classer les superplastifiants synthétiques en deux types principaux: - Type 1 - Condensats de naphtalène sulfoné-formaldéhyde Type 2 - Condensats de mélanine sulfonée-formaldéhyde On ajoute généralement les superplastifiants de type 1 vendus sous les noms commerciaux de LOMAR D (fourni par DIAMOND SHAMROCK CORPORATION) ou de DARVAN N06 (fourni par R.T. VANDERBILT COMPANY) au plâtre après la calcination, à une concentration d'environ 0,01 à environ 1% du poids du plâtre pour réduire la demande d'eau. De façon semblable, on peut ajouter au plâtre un superplas- tifiant de type 2 vendu sous le nom commercial de MELMET L10, après la calcination continue pour réduire la demande d'eau. La demanderesse a découvert que, de façon inat- tendue, on peut améliorer de façon importante la diminution de la demande d'eau du plâtre par addition du superplas- tifiant au gypse avant ou pendant la calcination au lieu de l'ajouter après la calcination. De plus, de façon inattendue, la faible demande d'eau du plâtre obtenue par calcination in situ avec un superplastifiant n'a pratique- ment pas d'effet sur les caractéristiques de prise de la suspension aqueuse de plâtre et n'altère pas les propriétés de l'âme des panneaux de plâtre obtenus. L'invention concerne un procédé pour réduire la -5- demande d'eau d'un plâtre produit à partir de poudre de gypse qui comprend l'addition d'un agent réduisant la demande d'eau, tel qu'un superplastifiant, à la poudre de gypse avant ou pendant la calcination pour produire du plâtre. L'invention s'applique aux opérations discontinues ou continues de préparation du plâtre. On peut utiliser le plâtre de l'invention pour produire des panneaux de plâtre. L'agent réduisant la demande d'eau utilisé dans l'invention peut être un agent dispersant polymère synthé- tique. Dans l'invention, on peut choisir le superplas- tifiant parmi le groupe constitué par les condensats de naphtalène sulfoné et de formaldéhyde et les condensats de mélamine sulfonée et de formaldéhyde. Dans l'invention, on peut choisir le superplas- tifiant parmi les substances connues sous les noms commer- ciaux de LOMAR D et DARVAN N06. En variante, on peut utiliser des ligno-sulfonates comme agents réduisant la demande d'eau. Dans l'invention, on peut ajouter le superplasti- fiant à la poudre de gypse à une concentration d'environ 0,01 à environ 1,0 % du poids de la poudre de gypse. Dans l'invention, on peut ajouter le superplasti- fiant à la poudre de gypse à une concentration d'environ 0,05 à environ 0,5 % du poids de la poudre de gypse. L'invention concerne également une composition de superplastifiant, destinée à être ajoutée à la poudre de gypse avant ou pendant qu'on la calcine en plâtre convenant à la préparation de panneaux, cette composition étant choi- sie dans le groupe constitué par des condensats de naphta- lène sulfoné et de-formaldéhyde et des condensats de méla- mine sulfonée et de formaldéhyde. En particulier, la composition peut comprendre les substances identifiées par les noms commerciaux LOMAR D et DARVAN N06. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en regard des dessins -6- annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre sous une forme graphique l'effet du superplastifiant LOMAR D sous forme d'une poudre (84 % de polymère de naphtalènesulfonate) ajoutée à du plâtre de Paris avant calcination (courbe A) ou après calcination (courbe B), le pourcentage de diminution de l'eau dans la suspension de plâtre étant représenté en ordonnées et le pourcentage de superplastifiant étant représenté en abscisses; - la figure 2 est un graphique semblable à celui de la figure 1, mais illustrant l'effet du superplastifiant LOMAR D sous forme d'une solution aqueuse (33 % de polymère de naphtalènesulfonate); et - la figure 3 est un graphique semblable à celui de la figure 1, mais illustrant l'effet du superplastifiant DARVAN NO 6 en poudre. On a effectué des expériences de calcination continue dans un réacteur de laboratoire qui est essen- tiellement un modèle réduit du réacteur décrit en détail dans les brevets CA n0.779 217 et 779 218 précités. Le procédé de laboratoire consiste à mélanger à sec divers poids de superplastifiant avec du gypse broyé au moyen d'un appareil de mélange à sec à tonneaux jumelés Patterson-Kelly. On calcine ensuite chaque mélange en continu dans le réacteur de laboratoire avec un débit cons- tant de gaz de chauffage et une température de calcination de 147 - 1C. On analyse le plâtre produit par la calcination in situ avec un superplastifiant pour déterminer la suspension aqueuse de plâtre pour une consistance stan- dard. On utilise comme témoins un plâtre calciné produit sans addition de superplastifiant et un plâtre contenant des superplastifiants ajoutés après la calcination. TABLEAU I ADDITION - 7 - DE SUPERPLASTIFIANT (LOMAR D en poudre) A DU PLATRE TypodAle d lse chimin- (%) Demande Fluidité % de Type dHemi- Anhydrite Gypse d'eau de la réduc- p a re hydrate soluble,. (ml/100g) suspen- tion de resil-sion l'eau duel (étale- pour la ment en consis- mM) tance standard Plâtre normal sans addi- tion de superplasti- fiant 64,6 7,1 2,5 70 68 -- Plâtre normal additionné de superplasti- fiant LMAR D apres calci- nation 0,05'- de LOMAR D* 64,6 7,1 2,5 67 79 6,8 0,1% de LOMAR D 64,6 7,1 2,5 66 88 11,1 0,15% de LOMAR Dg 64,6 7,1 2,5 64 93 12,6 Plâtre addi- tionné de superplas- tifiant LOMAR D avant calci- nation 0,05% de LOMAR Dé 64,3 7,9 2,3 66 84 8,9 0,1% de LOMAR D 62,6 9,5 1,0 64 ' 94 16,3 0,15% de LOMAR D 64,6 7,5 2,5 62 107 21,6 Analyse de la poudre de LOMAR D: 84% de polymère de naphtalènesulfonate 11% de sulfate de sodium % d'humidité libre. TABLEAU 2 - 8 _ ADDITION DE SUPERPLkSTIFIANT (LOMAR D en solution) A DU PLATRE ype de Analyse chimique() Demande Fluidité % de Tplâe Hemi- Anhydrite Gypse d'eau de la. réduc- Pltre hydrate soluble,. (ml/10Og) suspen- tion de sion l'eau duel (étalepour la ment en consis- mim) tance standard Plâtre normal sans addi- tion de superplasti- fiant 68,0 5,9 2,8 71 62 Plâtre normal additionné de superplastifiant LFYAVR D aDrè$ calcination 0,05 % de LC'IR DE 68,0 5,9 2,8 70 66 4,6 0,17' de O L1MR D* 68,0 5,9 2,8 69 72 7,2 0, 2% de LOMAR D' t68,0 5,9 2,8 67 80 11,8 Plâtre addi- tionné de superplas- tifiant LOMAR D avant calci- nation 0,05% de LOMAR D* 67,3 6,6 2,9 70 72 6,7 0,1%- de LOMAR D 65,8 7,0 3,3 68 89 12,8 0, % de LOMAR D 59,5 7,8 3l 65 100 16,4 3 i 6_ 1 _, *Analyse de- la solution aqueuse de LOMAR D: 33% de polymère de naphtalènesulfonate (1% de sulfate de sodium TABLEAU 3 - 9 - ADDITION DE SUPERPLASTIFIANT DARVAN N06 A DU PLATRE Type de Analyse chimique (%)Demande Fluidité % de PlâreHemi- Anhydrite Gypse d'eau de la réduc- parhydratesoluble, (ml/100g)suspen- tion de p ere uresi- sion l'eau duel (étale- pour la ment en consis- mm) tance standard i.. _ iiiiii. Plâtre normal sans addi- tion de superplasti- fiant 64,5 7,7 2,1 68 74 _- _ iii Platre normal additionné de superDlastifiant DARVAN N 6 aprè calcination 0,05% de DARVAN NO6 64,5 7,7 2,1 66 82 4,9 0,1% de DARVAN NO6 64,5 7,7 2,1 65 87 8,1 0,15% de DARVAN NO6 64,5 7,7 2,1 64 90 9,7 Plâtre addi- tionné de superplas- tifiant DARVAN N 6 avant calci- nation 0,05% de 59,2 11,7 1,1 64 94 11,9 DARVAN N 6 0, 1% de DARVAN No6 X 64,4 6,6 2,4 63 96 13,0 0,15% de DARVAN N 6A 64,1 6,8 1,4 62 97 13,5 -iII,, * DARVAN N06 - Polymère sodium d'alkylnaphtalènesulfonate de - 10 - Les résultats typiques obtenus avec le superplas- tifiant de type 1 LOMAR D qui figurent dans les Tableaux 1 et 2 montrent nettement l'efficacité particulière de l'addition des superplastifiants avant ou pendant la calcination par rapport à l'addition après la calcination. De façon inattendue, l'addition d'un superplastifiant avant ou pendant la calcination produit des plâtres ayant une demande d'eau inférieure à celle des plâtres auxquels on a ajouté le superplastifiant après la calcination. Les résul- tats indiquent que la solution aqueuse de LOMAR D ne conte- nant que 33 % de superplastifiant réduit la demande d'eau de façon plus efficace qu'une quantité équivalente de LOMAR D en poudre. Les Figures 1 et 2 illustrent également la diffé- rence d'effet surprenante que l'on constate entre l'addition aux plâtres des superplastifiants avant ou après la calci- nation. Un autre exemple des avantages inattendus de l'addition d'un superplastifiant avant ou pendant la calcination est illustré par le Tableau 3 et la Figure 3. Le superplastifiant utilisé dans ce cas est la poudre vendue sous le nom commercial de DARVAN NO 6. De façon surprenante, le superplastifiant ne perd pas son activité lorsqu'il est soumis aux conditions de calcination. De plus, le fait que les performances du superplastifiant-sont supérieures lorsqu'on l'ajoute avant ou pendant la calcination que lorsqu'on l'ajoute après la calcination est encore plus surprenant. Sans se lier pour cela à une quelconque théorie, il semble à la demanderesse, à partir des résultats des essais pré- liminaires, que le superplastifiant soit modifié de façon avantageuse par les conditions de calcination, ce qui est totalement inattendu. Que le superplastifiant soit modifié ou non, il ressort des résultats précédents que les per- formances du superplastifiant sont nettement améliorées lorsqu'on l'ajoute avant ou pendant la calcination. Bien entendu, l'invention est susceptible de di- verses variantes accessibles à l'homme de l'art sans sortir - il - pour cela de son cadre. - 12 - Revendications 1. Procédé pour réduire la demande d'eau du plâtre produit à partir de poudre de gypse, caractérisé en ce qu'il comprend l'addition d'un agent réduisant la demande d'eau à la poudre de gypse avant ou pendant la calcination de la poudre de gypse pour produire le plâtre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que-l'agent réduisant la demande d'eau est un super- plastifiant. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que l'on utilise le plâtre pour produire des panneaux de plâtre. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le superplastifiant est un agent dispersant polymère synthétique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit l'agent réduisant la demande d'eau parmi les condensats de naphtalène sulfoné et de formaldéhyde, les condensais de mélamine sulfonée et de formaldéhyde et les lignosulfonates. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on choisit le superplastifiant parmi les substances identifiées par les dénominations commerciales LOMAR D et DARVAN N06. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 6, caractérisé en ce que l'on ajoute le superplasti- fiant à la poudre de gypse à une concentration d'environ 0,01 à environ 1,0 % du poids de la poudre de gypse. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 6, caractérisé en ce que l'on ajoute le superplasti- fiant à la poudre de gypse à une concentration d'environ 0,05 à environ 0,5% du poids de la poudre de gypse. 9. Composition de superplastifiant destinée à être ajoutée à de la poudre de gypse avant ou pendant sa calcina- tion pour produire du plâtre utile à la fabrication de panneaux, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une substance choisie parmi les condensats de naphtalène sulfoné et de formaldéhyde et les condensats de mélamine sulfonée et de formaldéhyde. - 13 - 10. Composition selon la revendication 9, caracté- risée en ce que l'on choisit la substance qui la constitue parmi celles identifiées par les dénominations commerciales LOMAR D et DARVAN NO 6.