Brevet FR2521129A1 — publié le 19830812

La présente invention concerne une matière isolante comprenant des perles de matière plastique expansée qui sont chacune complètement encapsulées dans du bitume ou un mélange bitumineux, de même qu'un procédé pour la produire. On connaît en principe des matières, par exem- ple d'après le brevet anglais N O 1 592 096, qui compren- nent des perles de polystyrène expansé recouvertes d'un bitume à bas point de ramollissement, avec un émul- sionnant On a déjà proposé aussi des matières conformes au brevet anglais n'1 344 235 dans lesquelles un bitume émulsionné est utilisé pour enrober des perles de poly- styrène expansé dans un rapport volumique d'environ 1 à 6. La présente invention a pour objet une matière isolante comprenant des perles de matière plastique ex- pansée qui sont chacune encapsulées dans du bitume ou un mélange bitumineux qui est exempt de solvants, d'huiles légères,d'émulsionnantsou -d'autres agents liquéfiants, l'encapsulement ayant été formé par le bitume ou mélange bitumineux sous forme liquide au cours d'une opération à chaud. L'invention a aussi pour objet une matière iso- lante sous la forme d'un corps comprenant des perles de matière plastique expansée qui sont chacune encapsu- lées dans du bitume ou un mélange bitumineux qui est exempt-de solvants, d'huileslégères,d'émulsionnants ou d'autres agents liquéfiants, l'encapsulement ayant été réalisé au moyen du bitume ou mélange bitumineux sous forme liquide au cours d'une opération à chaud, les per- les encapsulées ayant été ensuite pressées ensemble et déformées pour la constitution d'un corps dont les vi- des entre les perles sont sensiblement éliminés. De plus, l'invention a pour objet un procédé pour produire une matière isolante par chauffage de bi- tume ou d'un mélange bitumineux qui est exempt de sol- vants,d'huileslégères,d'émulsionnantsou d'autres agents liquéfiants jusqu'à une température appréciablement su- périeure à son point de ramollissement afin de le rendre liquide et fluide etpar traitement de perles en matière plastique expansée au moyen du bitume ou mélange bitumi- neux pour encapsuler complètement chacune des perles. En outre, l'invention a pour objet un procédé pour produire un corps en matière isolante par chauffage de'bitume ou d'un mélange bitumineux qui est exempt de solvants,d'huileslégères,d'émulsionnantsou d'autres agents liquéfiants jusqu'à une température appréciable- ment supérieure à son pointde ramollissementpour le rendre liquide et fluide et par traitement de perles de matière plastique, expansée au moyen du bitume ou mélange bitumi- neux de manière à encapsuler complètement chacune des per- les et,tandis que la matière bitumineuse encapsurante se trouve à l'état semi-liquide,par' pressage des perles ensemble et déformation de celles-ci de manière à suppri- mer sensiblement les vides entre les perles. Par état semi-liquide, on entend l'état du bitume ou mélange bitumineux qui est suffisamment chaud pour être poisseux, mais insuffisamment chaud pour être ruisselant. Une conséquence de la particularité de l'inven- tion consistant dans le fait que le bitume ou mélange bitumineux appliqué sur les perles est exempt de solvants, d'huileslégères,d'émulsionnantsetc est que l'enrobage peut être hydrofuge Par exemple, si un émulsionnant est utilisé, il existe un risque qu'en presence d'eau l'émulsion revienne à l'état de phase liquide et ne forme donc pas d'enrobage hydrofuge Un inconvénient de l'utilisation de solvants pour le bitume est évidem- ment qu'ils'tendent aussi à être des solvants pour les perles de matière plastique expansée et cet inconvénient est également évité conformément à l'invention du fait que l'encapsulement des différentes perles a une meil- leure continuité et une meilleure imperméabilité à l'eau de sorte que la matière, sous forme tant de perles que de corps, est utile dans des circonstances o de l'eau ou de la vapeur d'eau peuvent apparaître sans que les perles absorbent l'humidité. En outre, dans la mesure o on a envisagé antérieurement des perles de polystyrène expansé recouvertes d'un bitume à bas point de ramollissement, l'inconvénient majeur de ces perles est que l'exposi- tion à la chaleur solaire ou à une température élevée fait ramollir le bitume et que tout assemblage de ces perles enrobées perd sa résistance cohésive. Des résultats particulièrement utiles peuvent être obtenus lorsque le bitume ou mélange bitumineux a un point de ramollissement appréciablement supérieur au point de fusion des perles,par exemple de 10 à 20 'C sinon davantage,et s'il est solide à la température am- biante, de sorte qu'après l'encapsulement, les perles refroidies peuvent être séparées aisément et restent séparées sans adhérer les unes aux autres. De préférence, les perles de matière plastique sont faites de polystyrène, avantageusement sous forme de sphères de polystyrène expansé, auquel cas elles ont un point de fusion d'environ 95 à 100 *C Le mélange bitumineux est de préférence un asphalte et a de préfé- rence un point de ramollissement d'au moins 115 C (procédé à l'aiguille de l'Institute of Petroleum). Dans une forme de réalisation préférée, l'asphalte est chauffé jusqu'à 185 WC pendant l'encapsulement De préférence, le bitume ou mélange bitumineux a un indice de pénétration de 1 à 6 et de préférence de 1 à 4, à une température conditionnée de 25 WC. Lorsque la matière isolante est constituée sous la forme d'un corps, elle peut présenter une sur- face continue, dure et lisse Ce résultat peut être obtenu par application d'une surface chauffée sur toutes les faces du corps qui se présente normalement sous la forme d'unpanneau. Le stade au cours duquel les perles encapsu- lées sont pressées ensemble pour la formation d'un corps peut être exécuté entre des courroies sans fin qui dé- filent, sur une table avec un rouleau à va-et-vient, par passage de la matière sur une courroie mobile sous un rouleau ou par simple compression De préférence toute- fois, les perles sont refroidies après l'encapsulement, séparées les unes des autres et réchauffées lorsqu'elles sont pressées ensemblede manière que la matière d'en- çapsulement devienne collante ou poisseuse, mais non ruisselante Pour obtenir des résultats satisfaisants, il est possible également que les perles subissent une nouvelle expansion ou une ré-expansion lorsqu'elles sont pressées ensemble de manière à se trouver serrées les unes sur les autres et enchevêtrées et à présenter des arêtes sensiblement droites les unes entre les autres. De préférence, cette nouvelle expansion ou ré-expansion est provoquée par injection de vapeur d'eau surchauffée d'une température de 150 e à 180 WC dans la masse de perles. Comme indication d'une nouvelle expansion appropriée, qui peut être due à du pentane ou à un autre gaz contenu dans les perles, il convient de mentionner que dans un cas préféré, le rapport volumique initial des perles au bitume est compris entre 25 et 30 à 1 et le rapport vo- lumique final est d'environ 40 à 1 De préférence, les perles passent dans un couloir convergent entre des courroies sans fin tandis qu'elles s'expansent vers l'extérieur en direction des courroies Cet agencement offre l'avantage d'améliorer l'uniformité de la dimen- sion des perles dans le produit fini et d'exclure les vides, ce qui rend le corps plus résistant en flexion et en compression Dans le cas o seule une compres- sion de l'extérieur est exploitée, les perles proches de la surface tendent à être écrasées tandis que celles proches du milieu ne le sont pas autant, de sorte qu'il se constitue un produit moins résistant L'utili- sation de la vapeur d'eau surchauffée et le fait que la ma- tière bitumineuse devient poisseuse dans le procédé de l'invention aide à l'adhérence par refroidissement du bitume. Il est possible et préféré d'obtenir des corps conformes à l'invention qui ont une résistance à la flexion de 2,07 à 3,10 Pa, à mesurer suivant la norme B S 4370,et une résistance à la compression de 1-,03 à 1,72 Pa à 25 C et 20 % de compression. Une particularité préférée de l'invention concerne les proportions entre le bitume ou le mélange bitumineux et les perles De préférence, au stade de mélange, le volume des perles vaut au moins 20 fois le volume du bitume ou mélange bitumineux, et bien que ce rapport puisse s'étendre de 20 à 1 jusqu'à au moins 50 à 1, un rapport préféré s'échelonne de 25 à 40 à 1. Par conséquent, le rapport du volume au poids du pro- duit, sous forme de corps ou sous forme de perles dis- tinctes encapsulées, est élevé,ce qui est de manière évidente fort intéressant pour une matière isolante a l'effet isolant augmente avec le volume Le rapport pondéral est de préférence d'environ 1 partie en poids de perles pour 1,5 partie en poids de bitume ou de mélange bitumineux. Pour assurer que toutes les perles, dans toute la mesure du possible, soient encapsulées de bitume ou de mélange bitumineux, il est préférable aussi de maintenir la surface spécifique collective des perles à une valeur relativement basse Ce résultat peut être obtenu en utilisant des perles ne tombant pas au-dessous d'un certain calibre, de préférence 2 mmet en assurant que les perles ne contiennent pas de "fines", dont la présence augmenterait beaucoup la surface spéci- fique pour une augmentation négligeable du volume. Il est donc préférable que le diamètre des plus petites perles ne soit pas inférieur au cinquième et généralement pas inférieur à la moitié du diamètre des plus grosses perles, les perles ayant une dimen- l O sion sensiblement uniforme dans le cas le plus avan- tageux Par conséquent, des perles d'un diamètre de 2 à 10 mm et de préférence de 3 à 6 mm reçoivent la préférence L'uniformité et la résistance du produit fini deviennent particulièrement avantageuses lorsque is le spectre granulométrique des perles est maintenu étroit. Dans le cas des corps conformes à l'invention qui sont des panneaux, les épaisseurs intéressantes s'échelonnent ce 3 à 10 cm et sont typiquement de 5 cm, tandis que les autres dimensions du panneau peuvent être choisies à volonté, mais il est envisagé que des panneaux,par exemple de 60 cm x 120 cm,soient particu- lièrement utiles au point de vue de la fabrication, du stockage, de la manipulation et de la mise en place. Il est évidemment hautement surprenant que dans le procédé de l'invention des perles puissent être encapsulées avec succès par le mélange bitumineux dont la température est supérieure au point de fusion des perles Toutefois, il en est bien ainsi Initia- lement, avant l'encapsulement, les perles tendent à être cohérentes en raison des charges statiques accu- mulées à leur surface, mais il est apparu que lors- qu'elles sont ajoutées au bitume chaud, celui-ci con- stitue immédiatement un mince enrobage sur le contour de chacune des perles Les perles ne prennent indi- viduellement pas plus que cet enrobage minimum qui assure un encapsulement complet et l'excès de bitume se transfère d'une perle à l'autre de façon remarqua- ble Par conséquent, lorsque les perles sont intro- duites dans le mélangeur contenant le bitume chaud, celui-ci s'étale de lui-même de façon tout à fait inat- tendue au point d'encapsuler complètement chaque perle. En peu de temps, toutes les perles se retrouvent en- capsulées,c'est-à-dire entièrement couvertes de bitume. Le résultat de l'opération est que les forces statiques qui immobilisent initialement les perles ensemble sont détruites,bien que par après le bitume tende à aggluti- ner les perles après refroidissement ou au moins un début de refroidissement dans le mélangeur. L'invention concerne les perles encapsulées du bitume ou mélange bitumineux à l'état meublé Au sortir du mélangeur, toute adhérence due au bitume ou mélange bitumineux peut être supprimée par un secouage modéré Le résultat est une masse de perles isolantes, hydrofuges,très légèreset plus légèresque l'eau qui sont intéressantes dans des circonstances o l'aptitude à flotter est recherchée parce que les perles ne peuvent absorber l'eau même après une longue immersion Pour certaines applications comme matières isolantes, par exemple pour remplir des cavités au moyen q'une matière isolante, de telles perles peuvent être de la plus haute utilité. Dans les formes de réalisation comprenant des corps tels qẻ des panneaux, le mélange refroidi ou le mélange en cours de refroidissement est retiré du mélan- geur et ensuite pressé, comme déjà indiqué, au point que les vides entre les perles soient sensiblement sup- primés,c'est-à-dire que les perles se déforment sans que leur volume soit notablement modifié,et en fait il est préférable qu'il soit augmenté par une poursuite du chauffage et de l'expansion La compression d'un tas de perles meubles jusqu'à une épaisseur d'environ les 2/3 est normalement suffisante, bien qu'une com- pression plus importante augmente la possibilité de supprimer absolument tous les vides L'un des buts du pressage est qu'il n'existe pas de trajet formé dans le panneau par des vides communiquant les uns avec les autres Ceci permet de former des panneaux d'épais- seur maximale et donc d'effet isolant maximal pour un poids donné de matière Un autre but est que les perles soient pressées sur les perles voisines au point qu'elles soient déformées et enchevêtrées et viennent en contact les unes avec les autres suivant des lignes droites, lorsque la matière est observée en coupe Ceci confère beaucoup de résistance à la flexion et à la compression au panneau résultant Par conséquent, lorsque les opérations sont menées de la sorte, le panneau résul- tant est hydrofuge, sensiblement exempt de vides et constitue en fait un produit à résistance considérable et d'un poids très faible Les panneaux et les corps peuvent, si la chose est désirée,être améliorés davan- tage par le traitement superficiel déjà décrit,qui est en fait un traitement de "repassage" au cours duquel une surface chauffée est passée sur chaque face du pan- neau Cette opération ramollit le bitume et dans une certaine mesure fait fondre les perles occupant la surface, les résultats étant la formation d'une surface dure, durable, lisse, manipulable et résistante àl'abra- sion qui augmente l'imperméabilité à l'eau et la dure- té superficielle des panneaux et assure qu'ils restent tous individuellement étanches. Les corps conformes à l'invention, en raison des très petites quantités de bitume ou de mélange bitumineux utilisées,restent extrêmement légers, mais sont néanmoins robustes et offrent d'excellentes possi- bilités comme isolants Au moins certaines des appli- cations possibles pour ces corps et panneaux sont évi- dentes,par exemple dans l'industrie du bâtiment, pour les toitures ou parois o une isolation thermique est obtenue de manière fort commode et reproductible Du fait qu'ils sont faciles à produire à l'usine et com- modes à stocker et manipuler, ils peuvent être trans- portés de manière très simple et peu onéreuse et mis en place avec précision. L'invention est davantage illustrée par la description qui en est donnée ci-après àtitre d'exem- ple uniquement,avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure Lest 4 une vue en coupe d'un échantillon d'une matière solide conforme à l'invention; et La figure 2 est une vue schématique d'un appareil utilisé pour appliquer le procédé de l'invention à la fabrication d'une matière isolante solide conforme à l'invention. La Fig 1 est une vue en coupe à l'échelle 1/1 dans un échantillon d'une matière 10 conforme à l'invention Les régions blanches,par exemple ll,re- présentent des perles et les lignes noires qui les dé- limitent sont l'enrobage asphaltique encapsulant 12. Il convient de noter en particulier que la dimension des perles présente une uniformité notable dans toute la coupe,c'est-à-dire que les perles ne sont pas sen- siblement plus petites près des bords que vers le mi- lieu Ceci est provoqué par le chauffage et la pour- suite de l'expansion ou ré-expansion des perles encap- sulées au stade o le corps est formé Une autre par- ticularité qu'il-convient de noter est l'absence de vides entre les perles Cette uniformité conduit à une surface spécifique relativement faible des perles, ce qui signifie qu'une quantité minimale de matière bitumineuse est nécessaire pour un encapsulement hydro- fuge satisfaisant de chaque perle et pour la bonne adhérence des perles les unes aux autres. Comme le montre la Fig 2, les perles de ma- tière plastique sont initialement introduites dans un mélangeur 15 qui contient déjà du bitume ou du mélange bitumineux à l'état ramolli, de préférence de l'asphalte à 1850 C, de manière que ce mélange encapsule complète- ment toutes les perles Les perles sont partiellement refroidies, déversées sur un transporteur 16 pour un refroidissement plus poussé,puis amenées sous un rou- leau 17 qui les sépare les unes des autres et les rend ainsi distinctes, après quoi elles sont déversées dans une trémie 20 A ce moment, les perles encapguées constituent une matière conforme à l'invention Au sortir de la trémie, les perles sont déversées à un débit mesuré sur la courroie inférieure 21 de deux courroies sans fin Une courroie supérieure est représentée en 22. Les courroies 21 et 22 convergent dans une première partie de leur trajet, puis circulent parallèlement l'une à l'autre Des tubes 24 qui débitent de la va- peur d'eau surchauffée dans la région des perles dé- bouchent dans l'espace ménagé entre les courroies. Du fait que du pentane ou un autre gaz subsiste dans les perles, cellesci s'expansent davantage sous l'effet du chauffage,ce qui assure qu'une pression est exercée dans toute l'épaisseur de la matière à mesure du façon- nage et non simplement près des bords par la convergen- ce des courroies Des rouleaux d'alimentation 25 et 26 débitent de la feuille de matière plastique pour re- couvrir les courroies sans fin 21 et 22 et des rouleaux ren- videurs correspondants reprennent la feuille de matière plastique à l'autre extrémité pour empêcher que le pro- duit adhère aux courroies sans fin Le corps est fa- çonné dans la partie convergente du parcours entre les courroies et les parties parallèles plus à l'aval du parcours sont refroidies afin que le corps ainsi façonné soit refroidi à son tour. Les matières solides conformes à l'invention qui comprennent donc des perles de polystyrène encapsu- lées comprimées ensemble constituent un panneau isolant résistant aux intempéries qui est propre à résister à une pluie ininterrompue sans absorber d'humidité et qui conservedonc son efficacité comme isolant thermi- que De plus, l'utilisation préférée d'un bitume à haut point de ramollissement qui est solide à la tempé- rature ambiante signifie qu'il n'y a aucun risque de perte de cohésion de la matière en climat chaud ou par temps chaud Par conséquent, la matière peut être in- stallée comme isolant thermique,par exemple sur des toits plats,et peut être disposée par-dessus la couche d'imperméabilisation ordinaire du toit Cette particularité permet d'installer la couche d'imperméabilisation à son endroit le plus efficace,qui est directement sur la toiture, et de protéger en outre la couche d'imperméabilisation contre les températures-extrêmes et la lumière ultra- violette, de sorte que la durée de service de cette couche est considérablement augmentée Il est en outre évident que le produit conforme à l'invention a des propriétés d'isolation fort intéressantes sous une forme résistante et facile à manipuler. R E V E N D I C A T I O N S 1 Matière isolante comprenant des perles de matière plastique expansée et du bitume ou un mélan- ge bitumineux, caractérisée en ce que les perles de matière plastique expansée ( 11) sont chacune encapsu- lées dans le bitume ou mélange bitumineux ( 12), en ce que l'encapsulement a été formé au moyen du bitume ou mélange bitumineux sous forme liquide au cours d'une opération à chaud et en ce que le bitume ou mélange bi- tumineux est exempt de solvants, d'huiles légères, d'émulsionnants ou d'autres agents liquéfiants. 2 Matière suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que les perles sont meubles et en ce que le bitume ou mélange bitumineux est solide à la température ambiante. 3 Matière isolante sous la forme d'un corps -comprenant des perles de matière plastique expansée et du bitume ou un mélange bitumineux, caractérisée en ce que les perles de matière plastique expansée ( 11) sont chacune encapsulées dans le bitume ou mélange bitu- mineux ( 12), en ce que l'encapsulement a été formé au moyen du bitume ou du mélange bitumineux à l'état liquide au cours d'une opération à chaud, en ce que les perles encapsulées ont ensuite été pressées ensemble et défor- mées en uncorps ( 10) dont les vides entre les perles sont sensiblement éliminés et en ce que le bitume ou mélange bitumineux est exempt de solvants, d'huiles légères, d'émulsionnants ou d'autres agents liqué- fiants. 4 Matière suivant la revendication 3, ca- ractérisée en ce que le bitume ou mélange bitumineux est solide à la température ambiante. Matière suivant la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les perles sont déformées à partir de la forme sphérique au point de s'enchevê- trer et de présenter entre elles des arêtes sensible- ment droites. 6 Matière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre des plus petites perles n'est pas infé- rieur au cinquième et de préférence pas inférieur à la moitié du diamètre des plus grosses perles. 7 Matière suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les perles sont de calibre généralement uniforme. 8 Matière suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que le bitume ou mélange bitumineux est un asphalte ayant un point de ramollissement de 1150 C ou davantage (procédé à l'aiguille de l'Institute of Petroleum) et a un indice de pénétration de 1 à 6, de préfé- rence de 1 à 4,à une température conditionnée de 25 WC. 9 Matière suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les perles sont en polystyrène. Matière suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport pondéral est d'environ 1 partie en poids de perles pour 1,5 partie en poids de bitume ou mélange bitumineux et le rapport volumique des perles au bi- tume ou mélange bitumineux est de 25 à 1 à 40 à 1. 11 Matière suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les perles ont une dimension de 2 à 10 mm et de préférence de 3 à 6 mm. 12 Procédé pour produire une matière iso- lante, caractérisé en ce qu'on chauffe du bitume ou un mélange bitumineux qui est exempt de solvants, d'huiles légères, d'émulsionnants ou d'autres agents liquéfiants jusqu'à une température appréciablement supérieure à son point de ramollissement pour le rendre liquide et fluide et on traite des perles de matière plastique expansée au moyen du bitume ou mélange bitumineux de manière à encapsuler complètement chacune des perles. 13 Procédé pour produire un corps en matiè- re isolante, caractérisé en ce qu'on chauffe du bitume ou un mélange bitumineux qui est exempt de solvants, d'huiles légères, d'émulsionnants ou d'autres agents liquéfiants jusqu'à une température appréciablement supérieure à son point de ramollissement pour le rendre liquide et fluide, on traite des perles -de matière plas- tique expansée au moyen de bitume ou mélange bitumineux de manière à encapsuler complètement chacune des perles et tandis que la matière bitumineuse d'encapsulement se trouve à l'état semi-liquide, on presse les perles ensemble et on les déforme de manière à supprimer sen- siblement les vides entre les perles. 14 Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les perles sont refroidies après enrobage, sont séparées les unes des autres et sont réchauffées lorsqu'elles sont pressées ensemble. Procédé suivant la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les perles sont expansées à nouveau ou ré-expansées tandis qu'elles sont pressées ensemble de manière à être pressées les unes sur les autres et enchevêtrées les unes aux autres-et à présen- ter des arêtes sensiblement droites entre elles. 16 Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la nouvelle expansion est provo- quée par une injection de vapeur d'eau surchauffée d'une température de 150 à 1800 C parmi les perles.