Brevet FR2497788A1 — publié le 19820716

La présente invention concerne un procédé, une composition et un additif pour la production de mousses de silicates à partir de silicates de métaux alcalins, mousses qui sont destinées notamment au garnissage de cavités dans les mines. Diverses compositions ont été proposées jus qu'ici pour obtenir des mousses de silicates solides à base de silicates de métaux alcalins, compositions qui contiennent un durcisseur et facultativement un agent gélifiant et/ou une charge, en plus du silicate de métal alcalin aqueux. Des silicofluorures, tels que ceux de sodium, de potassium et de calcium, peuvent être utilisés comme dur cisseurs, et leur emploi à cette fin est décrit dans les brevets britanniques NOs 1 334 076, 1 334 681, 1 385 020, 1 404 321, 1 429 804, 1 439 036 et 1 447 709. Toutefois, les silicofluorures de sodium, de potassium et de calcium ont tous l'inconvénient d'être peu solubles dans l'eau, et lorsqu'ils sont employés dans la production de mousses de silicates, il faut les ajouter à l'état solide ou en dispersion dans l'eau, ce qui rend plus difficile qu'avec un produit entièrement liquide d'ajouter en quantités dosées, d'une manière précise et continue, la matière solide ou le liquide la contenant. De plus, la présence de matières solides peut soulever des difficultés au cours du moussage. Le brevet britannique N" 2 007 636A décrit une composition permettant de pallier ces difficultés, composition qui contient comme durcisseur un mélange de silicofluorure de zinc et de silicofluorure de magnésium, mais elle a aussi cer tains inconvénients provenant du fait qu'elle donne difficile ment une vitesse de prise suffisante sans que ses autres carac téristiques ou celles de la mousse formée s'en trouvent modifiées dans un sens défavorable, par exemple la densité de la mousse, l'apt tude à former un bon mélange des divers composants, et la résis tance mécanique de la mousse solide à l'état durci. I1 a également été proposé d'utiliser des durcisseurs organiques, seuls ou conjointement avec des silico fluoruresde métaux alcalins, mais nombre d'entre eux ont aussi des inconvénients tels qu'une trop faible solubilité dans l'eau, une vitesse de réaction avec le silicate de métal alcalin trop grande ou au contraire trop petite, Wonclrlisant soit à des mousses faibles peu denses, soit au contraire à des mousses trop denses, ils entralnent en outre une synérèse dans ia composition, qui cause l'affaissement et le retrait de la ousse, ou bien ils empêchent la formation de celle-ci par la tendance qu'ils ont à agir en agents de démoussage. Or la présente Demanderesse a trouvé qu'avec du carbonate d'éthylène comme durcisseur, on peut obtenir des mousses solides de silicates de me taux alcalins ayant une résistance mécanique satisfaisante, et sans inhibition de la structure de la mousse à l'état non durci. La présente invention apporte ainsi un procédé de production d'une mousse de silicate solide, selon lequel on mélange un silicate de métal alcalin avec un agent moussant, du carbonate d'éthylène et de l'eau, mélange qui est effectué de manière à produire une mousse, qu'on laisse durcir. Cette invention apporte aussi une composition pour la production de mousses de silicates solides, comprenant un silicate de métal alcalin, un agent moussant, du carbonate d'éthylène et de l'eau. L'invention comprend en outre un additif pour la production de mousses de silicates solides, comprenant une solution aqueuse d'un agent moussant etde carbonate d'éthylène. Le silicate de métal alcalin peut être du silicate de potassium ou de lithium, mais ce sera de préférence du silicate de sodium, dont le rapport pondéral SiO2:Na20 peut être compris entre 1,5 et 4,0 environ, de préférence entre 2,25 et 2,85. L'agent moussant peut être un agent anionique, cationique ou non-ionique, et l'on peut prendre aussi un mélange d'agents du même type, ou de types différents. L'agent moussant sera choisi de manière à être soluble dans le silicate de métal alcalin aqueux et dans une solution aqueuse de carbonate d'éthylène. Des exemples d'agents moussants appropriés comprennent des sulfates d'alkyles et des sulfates d'éthers alkyliques, des alcane-sulfonates t des sels d'imidazoline, les sels sodiques de sulfates d'alkyles secondaires et les sulfates de sodium et d'éthers alkyliques donnant particulièrement satisfaction. Le carbonate d'éthylène est ùne matière solide à la température ambiante, qui se dissout dans l'eau en donnant une solution stable, et si on l'utilise comme durcisseur pour la production de mousses de silicates, on peut mélanger une solution de carbonate d'éthylène avec une solution aqueuse du silicate. On peut obtenir au-dessus de 20"C des mousses à prise rapide ayant une bonne solidité à l'état durci.Néanmoins, en pratique, la solution du durcisseur nécessitera d'être conservée et stockée à des températures pouvant descendre jusqu'au point de congélation, température à laquelle la solubilité du carbonate d'éthylène n'est plus que d'environ 11 % en poids, et il peut donc être souhaitable d'utiliser, conjointement avec le carbonate d'éthylène, un silicofluorure de métal hydrosoluble comme durcisseur auxiliaire, dont des exemples appropriés sont le silicofluorure de zinc hexahydraté, le silicofluorure de magnésium hexahydraté ou leurs mélanges, le silicofluorure de zinc hexahydraté étant préférable. Les silicofluorures de métaux alcalins ne conviennent pas, étant trop peu solubles dans l'eau. Des carbonates d'alkylènes autres que le carbonate d'éthylène, par exemple le carbonate de propylène, ne donnent pas satisfaction car ils réagissent trop lentement avec le silicate de métal alcalin, et également du fait que ce sont aussi des agents anti-mousses. Si l'on utilise seulement du carbonate d'éthylène comme durcisseur, la composition contiendra ordinairement 10 à 50 % en poids du silicate de métal alcalin, 0,05 à 5,0 % en poids de l'agent de moussage et 1,5 à 15 % en poids de carbonate d'éthylène, la partie restante étant constituée par l'eau. Si l'on choisit un additif contenant à la fois du carbonate d'éthylène et un silicofluorure de métal hydrosoluble hydraté, le rapport du carbonate d'éthylène au silicofluorure hydraté sera généralement compris entre 1:3 et 3:1, de préférence entre 1:2,33 et 2,33:1. I1 n'est pas nécessaire d'ajouter d'autres constituants solides à la composition, mais si on le souhaite on peut lui incorporer comme charge une certaine proportion d'une matière en particules ou d'ure matière fibreuse pour accroître la résistance mécanique de la mousse. Des exemples de matières en particules appropriées sont des silicates comme les argiles, la perlite et les cendres volantes, tandis que des exemples de matières fibreuses qui convennient sont les fibres de verre résistant aux alcalis, la wollastonite, des fibres de silicates de calcium synthétiques comme la laine de roche ou de quartz, ou de scories, ainsi que les fibres d'al:jIinosilicates. Les mousses qui sont fol-rees avec les présentes compositions ont une densité d'environ 0,05 à 0,5. Pour la production de nousses de silicates so lides par le présent procédé, on peut o employer un appareil du type servant à produire des mousses de résine urée-formaldéhyde pour l'isolement des parois de cavItés. De préférence, l'additif sera préalablement mousse, et on ajoutera dans cette mousse préalable la solution du silicate de métal alcalin. Les mousses solides que l'on obtient avec les compositions selon l'invention conviennent pour plusieurs applications telles que garnissage de cavités, isolement thermique et insonorisation, protection d'objets fragiles au cours des transports, absorption de la quantité de mouvement (par exemple dans des barrières de rupture), poutres en béton léger et obturation de puits et galeries de mines désaffectés, mais ces mousses conviennent particulièremen blen pour le remplissage de cavités dans les houillères en vue d'empêcher la formation et l'accumulation de poches de méthane pouvant entraîner des risques d'explosion, ainsi que pour empêcher la chute soudaine de toitures de matériaux qui ne sont pas solidement fixés. Les présentes mousses ne sont pas inflammables, elles ne dégagent aucun qaz dans leur mise en place et ne forment pas de produits de décomposition toxiques par combustion. L'exemple qui suit illustre la présente invention On prépare deux solutions aqueuses ayant les compositions pondérales suivantes Silicate : Bau 63,83 % Silicate de sodium 36,17 (SiO2:3a20 2,65:1 en poids) Addititf : Eau 75,35 % Carbonate d'éthylène 10,00 % Silicofluorure de zinc 14,00 % hexahydraté Sulfate de sodium et 0,65 t. d'éther alkylique On forme des mousses à différents rapports de la solution du durcisseur à la solution du silicate au moyen d'un pistolet modifié servant normalement à la production de mousses de résine urée-formaldéhyde, avec mélangeur statique aussitôt apures le pistolet. Le mélangeur consiste en une série d'éléments métalliques qui mélangent les solutions à mesure qu'elles passent à travers eux, chaque élément ayant une longueur d'environ 2,5 cm et étant muni d'un tuyau souple de 2,5 cm de diamètre, la longueur totale du tuyau étant d'à peu près 4,5 mètres. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau ci-après 1 2 3 4 Silicate, débit (l.min. 1) 9,00 9,00 9,00 9,00 Additif, débit (l.min. 1) 3,60 4,09 4,09 4,09 Rapport volumique silicate/additif 2,5:1 2,2:1 2,2:1 2,2:1 Nombre d'éléments mélangeurs 11 11 6 6 Rendement en mousse (l.min. 1) 94 113 108 90 -3 Masse volumique de la mousse (g.cm. ) 0,169 0,150 0,157 0,188 Pression d'air requise au pistolet (kPa) 550 550 480 410 Résistance (kPa) 49 27 38 45 Temps du début de gélification à 1,5 inférieur à 1 180C (min.) Prise finale à 180C (min.) 5 3 3 3,5 PEVENDICATIONS 1.- Procédé de production d'une mousse de silicate solide dans lequel on mélange des ingrédients comprenant un silicate de métal alcalin, un agent moussant et de l'eau pour en former une mousse, procédé caractérisé en ce que les ingrédients comprennent en outre du carbonate d'éthylène, et on laisse durcir la mousse formée. 2.- Composition pour la production d'une mousse de silicate solide, comprenant un silicate de métal alcalin, un agents moussant et de l'eau, caractérisée en ce qu'elle contient aussi du carbonate d'éthylène. 3.- Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle contient aussi un silicofluorure de métal hydrosoluble. 4.- Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que le silicofluorure de métal hydrosoluble est du silicofluorure de zinc hexahydraté ou du silicofluorure de magnésium hexahydraté ou un mélange des deux. 5.- Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend 10 à 50 % en poids du silicate de métal alcalin, O,C5 à 5,0 % en poids de l'agent moussant, 1,5 à 15 t en poids de carbonate d'éthylène, avec de l'eau comme partie restante. 6.- Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport pondéral du carbonate d'éthylène au silicofluorure de zinc ou de magnésium hexahydraté ou au mélange des deux est compris entre 1:3 et 3:1. 7.- Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle contient aussi une matière de charge en particules. 8.- Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce qu'elle contient aussi une matière fibreuse. 9.- Additif pour la production d'une mousse de silicate solide, caractérisé en ce qu'il comprend une solution aqueuse d'un agent moussant et de carbonate d'éthylène. 10.- Additif selon la revendication 9, carac térisé en ce qu'il contient aussi un silicofluorure de métal hydrosoluble. 11.- Additif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le silicofluorure de métal hydrosoluble est du silicofluorure de zinc hexahydraté ou du silicofluorure de magnésium hexahydraté ou un mélange des deux. 12.- Additif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le rapport pondéral du carbonate d'éthylène au silicofluorure de zinc ou de magnésium hexahydraté ou au mélange des deux est compris entre 1:3 et 3:1. 13.- Additif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'agent moussant est un sulfate d'alkyle, un sulfate d'éther alkylique, un alcane sulfonàteou un sel d'imîdazoline. 14.- Les mousses de silicates qui ont été obtenues par le procédé selon la revendication 1.