Brevet FR2545088A1 — publié le 19841102

COMPOSITION POUR LA FABRICATION DE MOUSSES D'ISOLATION La présente invention a pour objet la fabrication de mousses d'isolation à partir de matieres premières renouvelables. En matiere d'isolation, on est amené actuellement à s'inté- resser à l'élaboration de produits de faibles courts, à partir de matières premières non energétiques, en particulier ne dérivant pas de produits pétroliers, et renouvelables. Les matieres animales telles des colles d'os ou de peau, com- prenant essentiellement du collagène, ont déjà été proposes comme constituants de base pour des panneaux d'isolation. Les mousses utilisées dans cette application doivent présenter des propriétés détermi- nées et notamment, une bonne stabilité à température ambiante, une absence de friabilité, une faible densité, et surtout une insolubilité dans l'eau pour éviter des détériorations irréversibles du matériau isolant au contact de l'humidité. On connait, par le brevet americaln 4 331 547, une mousse d'isolation thermique à base de colle animale qui possede en partie ces propriétés. Mais cette mousse est soluble dans l'eau, ce qu5 réduit considérablement ses possibilités d'utilisation comme matériau isolant. Il est également connu, par le brevet américain 2 584 082, de fabriquer un panneau extremement rigide d'isolation à partir de colle animale. Ce durcissement est obtenu par l'introduction de sels métalli- ques dans la solution de colle. La structure obtenue est partiellement insoluble dans 1Peau. Les résultats ne sont toutefois pas tres satisfaisants puisque il est également nécessaire lorsque la structure est soumise à atmosphère humide, d'ajouter des éléments supplémentaires renforçant la résistance à l'eau. Ces sels métalliques durcissent la structure essentiellement afin de la rendre résistante à des températu- res assez élevées de l'ordre de iOO"C ou plus.En outre il s'ensuit une friabilité accrue des panneaux ainsi fabriqués ce qui engendre des difficultés d'installation. L'invention propose de fabriquer une mousse d'isolation à partir d'un composé a base de collagène qui possède des propriétés la rendant particulièrement adaptée à une utilisation comme isolant thermique : la mousse selon l'invention peut présenter une tres faible densité, jusqu'à des valeurs inférieures à 5 kg par m3 tout en possedant une faible conductivité thermique, elle est non friable et insoluble dans l'eau. L'invention concerne en particulier une composition adaptée pour la fabrication d'une mousse d'isolation thermique qui présente les propriétés indiquées. La composition selon l'invention est une composition aqueuse qui comprend au moins un composé à base de collagène, un agent moussant, et du formaldéhyde. Selon une forme préférée de l'invention, la composition comprend de 7 à 22 % en poids d'au moins un composé à base de collagène et rapporté au poids total de composé à base de collagène, de 0,3 à 6 % d'agent moussant, et de 0,5 à 5 % de formaldéhyde. Les composés à base de collagene convenant pour l'invention sont choisis notamment parmi les colles d'os ou de peau, y compris la gélatine, le caractère plus ou moins filmogène des colles déterminant la régularité de la mousse obtenue. Différents types de colles d'os ou de peau ont été étudiés pour la fabrication des mousses selon l'invention, le critère déterminant pour obtenir des mousses homogènes étant la viscosité de la colle, qui accroit son caractère filmogène, ce critère devant être tempéré par un deuxieme critère de rentabilité économique. Dans un souci de compatibilité entre ces deux critères, on choisira de préférence des colles de peau dont la viscosité est comprise entre 80 et 130 millipoises, mais on peut également obtenir des mousses à partir de colles d'os de viscosité de l'ordre de 50 millipoises. D'autre part, on souhaite obtenir une solution suffisamment fluide pour pouvoir être pompée et introduite dans un dispositif de moussage. A cet effet, la concentration en colle ne doit pas être trop importante. En revanche, si la solution est trop fluide, on assiste à un effondrement de la mousse au cours de l'opération de séchage. Mais il est cependant nécessaire, pour abaisser la densité de la mousse > d'abaisser parallèlement la concentration en colle. On a donc établi un compromis en partant d'une proportion de 7 à 22 % en poids d'au moins un composé à base de collagène. Pour éviter en outre un effondrement de la mousse au moment du séchage, on incorpore avantageusement à la colle d'os ou de peau utilisée une certaine quantité de gélatine. On augmente ainsi la ter pérature de gélification de la colle en l'amenant légèrement au-dessus de la température à laquelle est soumise la mousse après sa formation En effet, une des propriétés des colles animales est leur gélification réversible par simple refroidissement, et les mousses obtenues deviez draient inutilisables si ce phénomène se produisait à la température à laquelle elles sont soumises juste après leur formation. I1 suffit, pour qu'il n'y ait pas d'effondrement de la mousse, que cette température soit au moins de 4 C au-dessus de la température à laquelle on expose la mousse à la sortie du dispositif de moussage. On atteint ce résultat en ajoutant de la gélatine dans une proportion de 9 à 45 % du poids total des composés à base de collagène. La composition selon l'invention contient également un agent moussant qui en outre améliore la répartition du gaz dans la composition lors du procédé ultérieur de moussage. On utilise de préférence des tensio-actifs anioniques comme le lauryl-sulfate de sodium ou 7e dodécylbenzène sulfonate de sodium. La quantité et le type d'agent moussant introduit sont déterminés selon la régularité souhaitée de la structure de la mousse. D'une manière générale, on connait pour chaque tensio-actif > les quantités nécessaires pour abaisser la tension de surface de sa so- lution aqueuse. A titre indicatif, on peut admettre de 0,3 à 6 ' > de tensio-actif en poids total de composé à base de collagêne, avec une légère préférence pour le dodécylbenzène sulfonate de sodium. On introduit également dans la composition du formaldehyde, qui permet la réticulation du collagène et donc, par le durcissement de la structure, une insolubilisation dans l'eau de la mousse obtenue après passage dans un dispositif de moussage. Pour différentes raisons, notamment de nuisance, il est préférable de limiter les proportions de formaldéhyde aux quantités strictement nécessaires pour insolubiliser la mousse. On introduit le formaldéhyde sous forme d'une solution aqueuse d'environ 37 %, de préférence à raison de 0,5 à 5 % en poids total de composé à base de collagène. Toutefois, lorsqu'on introduit le formaldéhyde dans la solu- tion aqueuse de collagène, il a tendance à réagir rapidement, provoquant la réticulation du collagène, diou une prise en masse de la solution et l'impossibilité de procéder ultérieurement au moussage. Pour pallier cet inconvénient, on peut réduire la quantité de formaldéhyde, mais alors on obtient une rêticulation moins poussée, ce qui conduit ê une moindre Insolubilisation de la mousse dans l'eau. Or, il s'est avéré, de façon surprenante, que l'addition d'une faible proportion d'acide pouvait retarder considérablement la réticulation du collagène ; en outre, en dosant ces proportions de façon précise, on contrôle parfaitement la réticulation, que l'on peut alors déclencher au moment souhaité, de préférence apres le passage de la solution dans le dispositif de moussage.L'instant le plus favorable pour déclencher la réticulation est tout de suite après la coulée de la mousse hors du dispositif de moussage ; en effet, si on attend trop longtemps, on risque une désagrégation de la mousse non réticulée. Suivant une caracteristique de l'invention, on- ajoute alors un acide de façon à fixer le pH de la solution à une valeur comprise entre 1 et 4,5. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une mousse d'isolation à partir de la composition selon l'invention telle qu'elle vient d'être décrite. Selon ce procédé, on prépare une solution colloldale fluide et homogène à partir de ladite composition, on fait mousser la solution par injection d'un gaz, on coule la mousse dans un moule ou avantageusement directement dans le volume à isoler et on la sèche. Selon une forme préferée de réalisation de l'invention, on laisse la mousse sécher à température ambiante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description suivante, en relation avec la figure 1, d'exemples de réalisation. La figure 1 représente un dispositif de moussage utilisé dans le cadre de l'invention. La solution colloldale 1 est préparée dans un réacteur non représenté puis envoyée au moyen d'une pompe à engrenage symbolisée en 2 dans la section de moussage 3, par l'intermédiaire d'un tube d'alimentation 4. La section de moussage est un tube de LUCOFLEX (marque déposée) qui comprend dans sa partie inférieure un fritté à gaz 5 supporté par un porte fritté 6 et relié de façon étanche à la section 3 par des joints toriques 7. Elle est régulée en température grace à des rubans chauffants 8 disposés sur sa périphérie. Dans sa partie haute, elle est équipée d'une grille 9 percée de trous permettant de s'opposer à une éventuelle coalescence de la mousse en crevant les trop grosses bulles. On peut envisager également de disposer plusieurs grilles à différents niveaux de la section. La solution colloldale 1 est envoyée en bas de la section afin d'assurer un contact rapide avec le gaz de moussage. Ce gaz symbo lise en 10 peut etre de l'azote ou de l'air sous une faible pression, de l'ordre de 0,05 à 2 bars. I1 est injecté par l'intermédiaire du fritté 5. Il se forme des bulles 11, les plus grosses 12 étant détruites au niveau de la grille 9. La mousse est récupérée en tête de la section par l'intermédiaire d'un tube flexible 13. EXEMPLE 1 Dans un réacteur de 3 litres, on fait gonfler à température ambiante 375 g de colle d'os de viscosité 50 millipoises dans 1 litre d'eau en agitant pendant environ 2 heures. On porte alors le mélange à 500C et on régule à cette température. On ajoute ensuite successivement, en homogéneisant environ 10 min. le mélange après chaque addition - 3,75 g de lauryl sulfate de sodium mis en solution dans 0,25 litre peau, (soit 1 % en poids total de composés à base de collagène) - 10,15 g de formol â 37 % (soit 1 % en poids total de composé à base de collagène) diluée dans 0,25 litre d'eau On obtient alors une solution colloïdale fluide et homogène dont la colle représente 20 % en poids. On l'introduit dans le dispositif tel qu'il a éte décrit en relation avec la figure 1. La section de moussage est maintenue à 35 C. Le gaz de moussage est de l'azote, et les débits des différents fluides sont les suivants - solution colloldale : 2,5 litres par heure - azote sous pression 0,2 bars : 150 Normo litres par heure - mousse : 25 litres par heure. La mousse alimente un bac de dimension 40 x 30 x 8 cm. On la laisse sécher 14 jours à température ambiante. Le panneau en mousse obtenu présente des caractéristiques le rendant apte à une utilisation comme panneau d'isolation, et notamment une densité de 26,5 kg/m3 > un coefficient de conductivite thermique de 51 me/m C, ainsi qu'une bonne insolubilité dans l'eau. EXEMPLE 2 Dans cet exemple, on introduit de l'acide permettant d'agir sur la réaction de reticulation. On peut donc introduire comparativement plus de formol par rapport a la quantité de colle employez, ce qui permet d'obtenir une meilleure lasolubilisation de la moussa. Dans un réacteur de 6 litres, on fait gonfler pendant deux heures 409 g de colle de peaux de viscosité 125 millipoises > dans 2,5 litres d'eau. La colle représente 12 % en poids de la solution. Puis on porte le réacteur à 40 C on le régule et on ajoute successivement - 8,2 g de lauryl sulfate de sodium dissous dans 0,2 l d'eau (soit 2 % rapporté au poids total de composé à base de collagene) - 6,15 g d'acide sulfurique purs dilué dans 0,2 1 d'eau (soit 1,5 % rapporté au poids total de composé à base de collagène) - 16,6 g de formol à 37 %, dilué dans 0,1 1 d'eau (soit 1,5 % rapporté au poids total de composé à base de collagène) Les différents paramètres de fonctionnement du procédé sont les suivants - débit de solution colloïdale : 2 litres par heure - température de la section de moussage : 45 C - débit d'azote : 150 Normo litres par heure - pression d'azote : 0,3 bar - débit de mousse : 41 litres par heure. On récupère la mousse de façon analogue à celle indiquée dans l'exemple précédent. On obtient une mousse beaucoup moins dense que précédemment, et qui présente en outre toujours une bonne insolubilité dans l'eau. Elle seche à température ambiante en 8 jours et présente alors une conductivité thermique de 66 mw/m C et une densité de 9,8 kglm3 EXEMPLE 3 La préparation inclut dans sa composition un élément complémentaire : de la gélatine, qui garantit une bonne stabilité de la mousse tout de suite après sa formation. Dans un réacteur de 6 litres, on fait gonfler 287,7 g de colle de peaux de 125 millipoises de viscosité et 76,9 g de gélatine de 300 millipoises de viscosités dans 2,5 litres d'eau. On porte le réacteur à 45 C et on introduit successivement : - 14,6 g de dodécylbenzène sulfonate de sodium, dissous dans 0,2 litre d'eau (soit 4 % rapporté au poids total de composé à base de collagène) - 1,80 g d'acide sulfurique pur, dilué dans 0,1 litre d'eau (soit 0,5 % rapporté au poids total de composé à base de collagene) - 9,85 g de formol à 37 %, dilué dans 0,2 litre d'eau (soit 1 % rap porté au poids total de composé à base de collagène). Dans la solution initiale obtenue après gonflement à l'eau froide, la colle de peau représente 8,55 % en poids de solution et la gélatine 2,30 %. La temperature de gélficaton de la solution colloïdale est de 26,1 C. Les différents paramètres de fonctionnement sont les suivants - débit de la solution colloïdale : 2,6 litres par heure - température de la section de moussage : 45 C - débit d-'azote-: 150 Normo litres par heure - pression d'azote : 0,1 bar - débit de mousse : 42 litres par heure. La mousse obtenue sèche en 3 jours à température ambiante. Elle présente alors les caractéristiques suivantes : - densité : 2,5 kg/m3 - conductivité thermique : 80 m#/m C. PEVENDICATIONS 1. Composition aqueuse pour la fabrication d'une mousse d'isolation thermique à partir de matières premières renouvelables, Ca- racterisée en ce qu'elle comprend au moins un composé à base de collagène, un agent moussant, et du formaldéhyde. 2. Composition selon la revendication 1, caracterisée en ce que les proportions massiques des composants sont les suivantes : de 7 à 22 % d'au moins un composé à base de collagène, et, rapporté au poids total de composé à base de collagène, de 0,3 à 6 % d'agent moussant et de 0,5 à 5 % de formaldéhyde. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les composés à base de collagène sont choisis parmi les colles d'os, les colles de peau et, la gélatine. 4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux composés à base de collagène, dont un est de la gélatine, à raison de 9 à 45 % du poids total de composé à base de collagène. 5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend deux composes à base de collagène, dont l'un est de la gélatine, à raison d'environ 25 % en poids massique de la totalité de composé à base de collagène, et l'autre de la colle de peau de visco sité 125 mP. 6. Composition selon les revendications 1 à 5 > caractérisée en ce que on ajoute à ladite composition un acide dans des proportions qui fixent le pH à une valeur comprise entre 1 et 4,5. 7. Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids, 8,6 % de colle de peau de viscosité 125 T(oe > mu, 2,3 % de gélatine, et, rapporté au poids total de composé a base de collagène 4 % de dodécylbenzène sulfonate de sodium, 1 % de formaldéhyde et 0,5 % d'acide sulfurique. 8. Procédé de fabrication d'une mousse d'isolation thermique caractérisé en ce que on prépare une composition aqueuse selon l'une des revendications 1 à 7, on fait mousser ladite composition par injection d'un gaz dans un dispositif de moussage, on récupère la mousse formée et on la sèche. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on coule la mousse formée directement dans le volume à isoler. 10. Mousse d'isolation thermique obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 8 à 9.