Brevet FR2537564A1 — publié le 19840615

COMPOSITIONS DE LIANTS INORGANIQUES DURCIES PAR DES ACIDES QUI SONT COMPATIBLES AVEC LA LAINE MINERALE, PROCEDE DE PRE- PARATION ET APPLICATION DANS LES SYSTEMES DE PLAFONNAGE. La présente invention concerne des compositions inorganiques durcies par des acides qui conviennent pour une utilisation comme substances liantes et qui sont compatibles avec la laine minérale. De telles compositions inorganiques durcies par des acides sont désirables pour une utilisation en associa- tion avec des panneaux de plafonnage contenant de la laine minérale, car les systèmes de plafonnage composites résult- tants possèdent des avantages qui comprennent des résistan- ces élevées à la compression et au cisaillement, une faible sensibilité à l'humidité, un faible retrait aux températures élevées ar exemple de l'ordre d'environ 10930 C ( 20000 F)) et d'excellentes propriétés d'absorption du son Les systè- mes de plafonnage composites sont particulièrement utiles en ce qu'ils présentent une tendance réduite au fléchisse- ment et au gauchissement ou gondolement, en particulier lorsqu'ils sont exposés à des conditions atmosphériques humides Plusieurs de ces avantages sont dus au moins en partie à l'inclusion de laine minérale dans les panneaux des systèmes de plafonnage composites. Les avantages précités sont entachés par une courte durée de vie et contrebalancés par la tendance de la laine minérale à être attaquée par l'acide inorganique du système de liant pendant le processus de durcissement avec, en conséquence, le dégagement de H 2 S gazeux nocif et la dégradation éventuelle du système à base de fibres de laine minérale. Par suite, il était souhaitable de mettre au point une composition inorganique durcie par des acides qui puisse être utilisée comme liant et qui ne dégrade pas, au durcis- sement, la laine minérale dans un panneau de plafonnage avec lequel elle est en association, de façon que le système de plafonnage com posite résultant puisse posséder, à long terme, les différents avantages exposés ci-dessus. Le but principal de l'invention est de permettre de disposer d'un système de liant inorganique durci par des acides qui soit en mesure de satisfaire les exigences préci- tées. L'objectif précité est atteint selon l'invention par le fait que la composition durcie par un acide inorga- nique et compatible avec la laine minérale, est préparée en incorporant à la composition un agent de contr 6 le de l'atta- que par les acides constitué par un amino-alcool qui tend à retarder les effets nuisibles de l'acide inorganique sur la laine minérale tout en permettant à la composition de durcir avec ses conditions normales de prise et durcissement. Dans son mode de mise en oeuvre préféré, une telle composition de l'invention présente une utilité particulière en tant que couche d'enduction en particulier comme sous- couche d'enduction, à titre de liant, dans-un système de plafonnage composite contenant de la laine minérale, résis- tant au fléchissement et au gauchissement. On prépare la composition de l'invention par une réaction entre M O et un sel acide tel qu'un phosphate, g sulfate ou chlorure en présence d'une charge inorganique, d'un agent de contrâle d'attaque par les acides constitué par un amino-alcool liquide, et d'eau pour former une sus- pension durcissable La chaleur exothermique engendrée par la réaction entra M O et le sel acide constitué par un phosphate, sulfate ou chlorure amène la suspension à durcir à la température ambiante Toutefois, pour des raisons de production, il peut être souhaitable de chauffer la suspen- sion pour accélérer l'évaporation de l'eau à partir de celle-ci et d'accélérer par suite le durcissement La tempé- rature à laquelle on chauffe le cas échéant la suspension, dépend des nécessités de production de l'usager individuel mettant en oeuvre l'invention. Des phosphates acides convenables qui peuvent être utilisés dans le procédé et la composition de l'inven- tion comprennent, par exemple, le phosphate mono-ammonique (NH 4 H 2 P 04), le phosphate monosodique (Na H 2 PO 4) et le phos- phate monopotassique (KH 2 P 04) Des sels acides convenables constitués par des sulfates qui peuvent être utilisés dans le procédé et la composition de l'invention comprennent le bisulfate d'ammonium (NH 4 H 504), le bisulfate de sodium (Na H 504) et le sulfate ferro-ammonique ((NH 4)2 Fe(SO 2) Des sels acides convenables constitués par des chlorures qui peuvent Etre utilisés dans le procédé et les compositions de l'invention comprennent le chlorure d'ammonium (NH 4 C 1), le chlorure de zinc (Zn C 12) et le chlorure de magnésium (Mg C 12) Les phosphates acides sont les sels de choix lors- que la composition de l'invention est destinée à &tre utili- sée comme liant en sous-couche d'enduction dans des systèmes de plafonnage résistant au fléchissement Pour ces applica- tions, le phosphate davantage préféré est le phosphate mono- ammonique. On prépare la composition inorganique durcie par un acide préféré, qui présente une utilité en tant que couche d'enduction dans un système de plafonnage résistant au fléchissement et au gauchissement, conformément à l'in- vention, par une réaction entre un phosphate acide et de l'oxyde de magnésium en présence d'eau, d'au moins une charge inorganique et d'un agent de contrôle d'attaque par les acides constitue par un amino-alcool de façon à former une suspension durcissable Si on le désire, la composition peut également renfermer des accélérateurs (ou retardateurs) de durcissement constitués par des acides minéraux, des épaississants inorganiques et organiques, des pigments inor- ganiques et organiques et des agents moussants inorganiques et organiques. Dans le mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, on ajoute le phosphate acide à de l'eau qui est de préférence maintenue à une température d'environ 210 C ( 70 'F) à environ 540 C ( 130 F), et de façon davantage préférable à environ 46 C ( 115 'F) On ajoute ensuite lamino- alcool liquide à la solution, que l'on mélange jusqu'à limpi- dité On ajoute ensuite à la solution la (ou les) charge(s) inerte(s); On ajoute enfin le M O à la solution que l'on mélange ensuite de façon à former une suspension de traite- ment homogène. En ce qui concerne les autres ingrédients que l'on peut utiliser dans la composition, un accélérateur de durcissement constitué par un acide minéral, tel que, par exemple de l'acide phosphorique, sulfurique, chlorhydrique, nitrique ou acétique, peut Etre ajouté à la suspension à tout moment avant l'addition de la charge ou des charges et de M O L'accélérateur a pour effet de hàter le temps de durcissement de la composition Par l'utilisation de tels accélérateurs, on peut régler le temps de durcissement de la composition de l'invention de façon à s'adapter aux exigen- ces de-production de l'usager individuel mettant en oeuvre l'invention Si l'on utilise un accélérateur, on l'ajoute de préférence après l'addition de l'amino-alcool liquide. Si on le désire, on peut d'une manière différente augmenter le temps de traitement ou temps d'écoulement de la suspens:on par l'addition d'une faible quantité de retardateurs de dur- cissement classiques, tels que l'hydroxyde de sodium, à la solution, ou par modification de température et/ou dilution avec de l'eau Dans tous les cas et indépendamment des ingrédients qui sont utilisés dans la composition, le M O doit toujours Etre ajouté en dernier à la solution afin d'éviter une hydroxylation. L'expression amino-alcool utilisée conformément à l'invention est utilisée pour indiquer des alcools substi- tués par un groupe amine et/ou des amines substituées par un groupe alcool On a découvert conformément à l'invention que les amino-alcools liquides qui ont un p H dans l'intervalle d'environ 10,5 à environ 13,5 sont utiles comme agents de contr 6 le d'acides dans la compositionde l'invention. Des exemples d'amino-alcools liquides convenables qui peuvent être utilisés conformément à l'invention comprennent les suivants: 2-diméthylaminoéthanol; 2-ami- no-2-méthyl-1-propanol; 2,2-aminodiéthanol; éthanolamine, 2-aminoéthanol; aminoéthyléthanolamine; 1-amino-2 =propanol; l-diméthylamine-2-propanol; diméthyl isopropanol amine; 2-amino-2-éthyl-, 13-propanediol; diéthylamino éthanol; diéthyl éthanol amine; Nméthyldiéthanolamine; dimêthyl amino-2-méthyl-l-propanol et 2-diméthyl-1 propanol. Le Ma O utilisé selon l'invention est une forme calcinée broyée qui peut 8 tre préparée à partir de dolomite (Ca Mg(C 03)2), magnsite (Mg C 03) ou à partir d'un hydroxyde de magnésium précipité chimiquement quis pour la plupart des applications de la composition de l'invention, est uti- lisé conformément à des techniques qui sont exposées d'une manière générale dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 821 006 Toutefois, lorsqu'on l'utilise comme liant dans un système de plafonnage résistant au fléchissement et au gauchissement, le degré de calcination de M O doit Stre propre à produire un poids spécifique de 3,60 0,05 g/cm 3 pour former du M O g O pratiquement entièrement cristallin En outre, lorsqu'on l'utilise pour ces applications, la distribt- tion granulométrique du M O doit se situer dans l'intervalle suivant: Dimensions Pourcentage supérieures à 15 microns O à environ 30 à 15 microns environ 50 à environ 100 inférieures à 5 microns O à environ 30 Il est préférable d'utiliser d'environ 5 parties en poids à environ 25 parties en poids d'agent de contrôle formé par l'amino-alcool, par rapport aux parties en poids totales d'eau, dans la composition de l'inventiono Le rapport préféré entre le sel acide constitué par un phosphate et le M O est, en parties en poids, d'en- viron 1 à environ 2,25 parties en poids de phosphate acide pour chaque partie en poids de M Oo Moins de une partie en poids de phosphate acide fournit une composition qui présen- te un durcissement très faible Lorsqu'on utilise une quanti- té de phosphate acide supérieure à environ 2,25 parties en poids, la réaction entre le phosphate acide et le M O se déroule trop rapidement et il se produit un effritement pulvérulent dans la composition résultante. Lorsqu'on l'utilise comme liant pour un système de plafonnage résistant au fléchissement, on préfère que la composition de l'invention contienne d'environ 40 % en poids à environ 70 % en poids de charges, par rapport au poids total de la composition. Des charges inorganiques qui sont utilisées dans la composition comprennent, par exemple, les suivantes: sable, silice, argile de kaolinite, mica, wollastonite, dolomite, calcaire, quartz népheline, syénite, talc, alumine, aluminium trihydraté, taluma sil" et/ou kaolinite. L'utilité d'ensemble de la charge dépend de ses effets sur les propriétés chimiques et rhérologiques de la suspension Si la charge tend à gonfler ou à absorber de l'eau, la viscosité de la suspension augmente alors jusqu'à un état (qui est supérieur à environ 1500 centipoises) dans lequel la réaction effective entre le phosphate -d'ammonium et l'oxyde de magnésium ne se produit pas, si bien qu'aucun durcissement de la suspension n'a lieu (Dans le cadre de l'invention, le durcissement est défini comme un état de dureté qui peut supporter un choc d'environl,05 kg/cm ( 15 li- vres par pouce carré) sans 9 tre fracturé). Les charges particulières utilisées dans la compo- sition de l'invention dépendent dans une grande mesure de l'application finale de la composition Par exemple, si la composition est destinée à Etre employée comme couche d'enduction résistante au fléchissement devant être incor- porée à un système de plafonnage, on préfère qu'au moins l'une des charges utilisées soit de la dolomite et/ou de la silice. Les épaississants organiques et inorganiques classiques que l'on peut utiliser selon l'invention compren- nent, par exemple des carboxy celluloses, des poly-acrylates de sodium, des alginates de sodium, de la silice amorphe et du mica. En plus de son utilité comme liant inorganique pour un système de plafonnage, la composition de l'invention peut également être utilisée dans des applications telles que, par exemple, des revêtements de surface protecteurs pour produits de plafonnage, des couches ou Mes pour des nou- veaux types de produits de plafonnage, des panneaux en car- ton épais ou en bois pour plafonnages (lorsqu'ils sont mélangés avec de la laine de verre), des produits pour planchers et/ou murs du type rev 8 tus de carreaux de pavages des matériaux de fartage exposés à la chaleur, et des maté- riaux d'isolation pour températures élevées L'invention sera maintenant illustrée dans ce qui suit par des exemples de mise en oeuvre qui ne sont nullement destinés à limiter son cadre-et son esprit Il est entendu que les proportions des ingrédients de constitution fondamentaux et que la nature des ingrédients éventuels présents le cas échéant, dans la compositionde l'invention, peuvent varier en fonction de l'application dési Iée de la composition. EXEMPLE 1 Cet exemple illustre la préparation de la composi- tion de l'invention et son utilisation comme sous-couche d'enduction pour réduire le degré de fléchissement d'un système de plafonnage. Dans cet exemple, on ajoute, sous agitation, 30,7 g de phosphate monoammonique (NH 4 H 2 PO 4) à 131 g d'eau à environ 460 C ( 115 'F). On ajoute ensuite à la solution acide, 4,5 g de 2-amino-2-méthyl-lpropanol On mélange la solution jusqu'à ce qu'elle soit limpide, après quoi on y ajoute 6,3 g d'aci- de phosphorique On mélange la solution pendant 15 minutes supplémentaires. On ajoute ensuite à la solution 7,8 g d'argile de kaolinite, 8,8 g de mica et 38,8 g de dolomite, en faisant suivre par 37,0 g de Mg O pour former une suspension réactive. Sur deux échantillons d'environ 0,6 m x 1,2 m ( 2 pieds x 4 pieds) d'un panneau de plafonnage à base de fibres minérales ayant l'un (Panneau A) une densité d'envi- ron 11,9 g/cm de panneau ( 0,8 livre par pied de panneau) et l'autre (Panneau B) une densité d'environ 22,3 g/cm de panneau ( 1,5 livre par pied de panneau), on applique respec- tivement sur chacun une sous-couche d'enduction avec environ 6 g/d 2 ( 56 g/pied carré) de la suspension réactive précitée. On sèche ensuite les panneaux à environ 288 C ( 550 "F) pen- dant 3 minutes Puis on applique des revêtements de surface organiques classiques sur chaque panneau pour former les unités de plafonnage composites finales que l'on enduit ensuite avec des peintures de finition classiques Les panneaux A et B présentent, respectivement, par comparaison avec des panneaux similaires qui ont été revêtus de sous- couches d'enduction avec des enduits polymères classiques (mélamine formaldeéhyde), respectivement une ameélioration de 46 % et de 40 % du degré de fléchissement. EXEMPLE 2 Dans cet exemple, on suit essentiellement les modes opératoires de l'exemple 1, excepté que l'on change les quantités des ingrédients et que l'on emploie une charge différente, comme indiqué ci-après: 25375 ( 4 Ingredient Quantité NH 4 H 2 PO 4 16,5 g Eau (environ 46 C ( 115 F)) 42, 1 g 2-amino-2-méthyl-1-propanol 2,2 g Acide phosphorique 3,9 g Charge à base de silice 26,4 g Mg O Mg O 8,8 g Sur deux panneaux, à savoir le Panneau C (densité d'environ 11,9 g/cm de panneau ( 0,8 livre par pied de pan- neau)) et Panneau D (densité d'environ 22,3 g/cm de panneau ( 1,5 livre par pied de panneau)) on applique respectivement une souse-couche d'enduction avec environ 4,1 g/dm 2 ( 38 g/pied carré) de la suspension réactive préparée à partir de la formulation précitée On sèche les panneaux et on leur appli- que des revêtements de surface organiques classiques comme dans l'exemple 1 Les Panneaux C et D présentent, respecti- vement, par comparaison avec des panneaux similaires qui ont été munis d'une sous-couche d'enduction avec des enduits à base de mélamine formaldéhyde, une amélioration de 92 % et de 93 % du degré de fléchissement. REVENDICATIONS 1 Composition de liant inorganique durcie par un acide qui est compatible, dans son état de durcissement, avec la laine minérale, caractérisée par le fait que ladite composition contient un agent de contrdle pour contrer l'attaque de l'acide, ledit agent étant constitué par un amino-alcool. 2 Procédé pour préparer une composition de liant inorganique durcie par un acide qui est compatible, dans son état de durcissement, avec la laine minérale, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste à faire réagir un sel acide constitué par un phosphate, sulfate ou chlorure et de l'oxyde de magnésium en présence d'eau, d'au moins une charge organique et d'un amino-alcool liquide, ledit amino-alcool liquide ayant un p H compris dans l'inter- valle d'environ 10,5 à environ 13,5 de façon à former une suspension qui, par durcissement, forme ladite composition de liant inorganique. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le sel acide est un phosphate acide. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le phosphate acide est le phosphate mono- ammonique. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'oxyde de magnésium a un poids spécifique d'environ 3,55 à environ 3,65 g/cm 3 et qu'entre environ O et environ 30 % des particules d'oxyde de magnésium ont un diamètre supérieur à environ 15 microns, qu'entre environ et environ 100 % des particules d'oxyde de magnésium ont un diamètre d'environ 5 microns à environ 15 microns et qu'entre environ O à environ 30 % des particules d'oxyde de magnésium ont un diamètre inférieur à environ 5 microns. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la charge organique inerte comprend au moins l'une des charges choisies parmi la dolomite ou la silice O 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'amino-alcool liquide est le 2-amino-2- méthyl-l-propanol. 8 Système de plafonnage résistant au fléchisse- $ ment et au gauchissement, caractérisé par le fait qu'il comprend un panneau de plafonnage contenant de la laine minérale qui est revêtu d'une sous-couche d'enduction avec une composition de liant inorganique durcie par un acide préparé par le procédé selon la revendication 7.