Brevet FR2699925A1 — publié le 19940701

MOUSSES POLYURETHANES AYANT DES PROPRIETES ACOUSTIQUES ET LEUR UTILISATION EN TANT QU'ISOLANT La présente invention a pour objet des mousses polyuréthanes ayant des propriétés acoustiques, ainsi que leur utilisation en tant qu'isolant. Les mousses polyuréthanes sont des isolants thermiques couramment utilisés. Cependant, les propriétés d'isolation phonique ou sonique sont inexistants. Les matières fibrées présentent ces propriétés d'isolation phonique -c'est-à-dire des propriétés acoustiques- mais présentent les défauts inhérents aux matières fibrées. On connait des mousses auxquelles on fait subir une compression mécanique afin de leur conférer une certaine élasticité. Ces mousses montrent alors de faibles propriétés d'isolation et d'absorption acoustique. I1 existe donc un besoin d'une mousse alvéolaire présentant des propriétés acoustiques en plus des propriétés d'isolation thermique traditionnelle. La présente invention répond à ce besoin et fournit une mousse polyuréthane, à cellules ouvertes, obtenue à partir d'un diisocyanate, d'au moins 50% en masse d'un diol et dagent gonflant, caractérisée en ce que ladite mousse présente une absorption acoustique moyenne supérieure à 0,3 sur l'intervalle de fréquences allant de 400 à 6300 Hz. Le complément du diol est fourni par des diols ou polyols appropriés, tels que les polyols classiquement utili sés. Selon une variante, la mousse polyuréthane possède un réseau de cellules dont au moins une dimension de cellule est comprise entre 50 et 300 pm. Au moins une dimension étant comprise entre 50 et 300 pm, les cellules sont de dimension réduite. Le terme "au moins une dimension", tel qu'utilisé dans la présente description, signifie une des trois dimensions du parallélépipède dans lequel on peut inscrire la cellule. En fait, lorsqu'on effectue une coupe, cette dimension est la largeur ou longueur de la cellule. Le terme "cellules ouvertes" correspond au terme couramment utilisé par l'homme de l'art. Le diisocyanate et le diol, ainsi que la partie polyol éventuellement complémentaire au diol, sont utilisés selon des rapports molaires sensiblement stoechiométriques. Dans le calcul de ce rapport, on tiendra compte du fait qu'une partie du diisocyanate est susceptible de réagir avec d'autres réactifs pour la génération in situ de l'agent gonflant. C'est par exemple le cas avec l'eau; dans ce cas, le rapport stoechiométrique correspond au diisocyanate restant après réaction avec l'eau. Avantageusement, des canaux sont organisés entre les cellules, mettant en connexion un minimum de cellules. Selon un mode de réalisation, les cellules ont une forme ellipsoïde, la dimension des cellules selon le grand axe étant égaie à l,r5 à 5 fois ia dimension selon le petit axe. De préférence, la distribution des cellules présente un indice de polydispersité faible. Par "indice de polydispersite, on entend une largeur à mi-hauteur du pic de la courbe gaussienne qui est faible; la courbe est en fait "pointue". De façon avantageuse, le diol représente au moins 80% en masse. Selon une variante avantageuse, le diol est un diol halogéné. Selon cette variante, on peut obtenir une mousse résistant au feu. En partant de diol halogéné pur ou en quantité substantielle, il est possible d'obtenir une mousse présentant au test selon la norme française de réaction au feu le classement M1. Les propriétés ignifuges sont appréciés par ce classement, un indice faible signifiant une excellente tenue. Un diol bromé est disponible sur le marché sous le nom de IXOL B 251 (Solvay); un diol chloré est disponible sus le nom FYROL 6 (Akzo). Les diols polyesters ainsi que des diols oxypropylés ou oxyéthylés sont aussi appropriés. Selon une variante, on ajoute de l'eau afin que celleci réagisse avec le diisocyanate et conduise à la formation in situ de l'agent gonflant. Selon cette variante, l'eau ajoutée pour réagir avec le diisocyanate et former un gaz est présente en une quantité comprise entre 1 et 5% en poids, sur la base du poids total des réactifs (diol, isocyanate, eau). Selon une autre variante, le diisocyanate est du méthyldiisocyanate ou MDI. Ce MDI est le diisocyanate couramment utilisé; il correspond à un oligomère de: Selon un autre mode, on aéjoute de l'air lors de la formation du mélange des composants. Cet ajout d'air peut être effectué selon plusieurs façons. On peut injecter l'air sous pression, par exemple 5 bar, dans la tête de mélange des produits, ou dissoudre l'air dans un des réactifs, par exemple la base diol. L'air est présent en une quantité classique pour lthomme de l'art, comprise entre 0,05 et 1 % en volume, avantageusement environ 0,1 % en volume. Selon une variante, le diol a un poids moléculaire Mw supérieur à 2 000. Par le terme "diol" tel qu'utilisé selon cette variante, on entend le diol et le ou les polyols utilisés en complément. Le poids moléculaire Mw est le poids moléculaire moyen de tous les diols ou polyols utilisés. De préférence, la densité de la mousse est comprise entre 14 et 20 kg.m'3. En effet, les cellules ouvertes des mousses classiques sont de dimension relativement importante; de plus, elles ne présentent ni la forme, ni la distribution que présentent les mousses selon la présente invention. Les canaux particuliers mettent les cellules en connexion les unes avec les autres, mais selon un nombre minimum. Les présentes mousses possèdent de façon surprenante des propriétés acoustiques, en sus des propriétés thermiques classiques. Avantageusement, l'absorption acoustique minimale sur l'intervalle allant de 400 à 6 300 Hz est supérieure à 0,3. Ceci montre que la mousse selon la présente invention est efficace sur un large intervalle de fréquences, 400 à 6 300 Hz correspondant au domaine de l'audible. De préférence, l'absorption acoustique moyenne sur l'intervalle allant de 400 à 6 300 Hz est supérieure à 0,45. Les mousses possèdent aussi des propriétés mécaniques spécifiques. Ainsi, selon un mode de réalisation, la résistance à la compression est comprise entre 0,3 et 0,7 daN/cm2. De plus, les présentes mousses possèdent par ailleurs des propriétés ignifuges. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 représente les plans de coupe; - les figures 2a et 2b sont deux coupes d'une mousse selon 1' invention; - les figures 3a et 3b sont deux coupes d'une autre mous se selon l'invention; - les figures 4a et 4b sont deux coupes d'une mousse selon l'art antérieur; - les figures 5a et 5b sont deux coupes d'une autre mous se selon l'art antérieur; - la figure 6 est la courbe d'absorption acoustique pour une mousse selon l'invention; - la figure 7 est la courbe d'absorption acoustique pour une autre mousse selon l'invention; - la figure 8 est la courbe d'absorption acoustique pour une mousse selon l'art antérieur; ; - la figure 9 est la courbe d'absorption acoustique pour une autre mousse selon l'art antérieur. Les présentes mousses contiennent aussi les additifs et adjuvants classiques, tels que le nonylphénol éthoxylé. Ainsi, un catalyseur est classiquement ajouté. A titre d'exemple, on peut citer: diméthylcyclohexylamine (DMCHA), octoate de potassium. De plus, un tensio-actif est aussi classiquement ajouté. A titre d'exemple, on peut citer: silicone, tel que SR 242 (Union Carbide) ou B-1048 (Goldschmidt). Les mousses selon la présente invention sont préparées par un procédé classique dit "procédé à deux composants". Un premier composant consiste en un mélange: diol (éventuellement polyols), eau, catalyseur, tensio-actif, adjuvant et autre; un second composant est l'isocyanate. Le mélange est effectué à une température comprise entre 10 et 50"C, de préférence à température ambiante. Le mélange de ces deux composants est effectué dans une tête de coulée, juste avant le dépôt du mélange sur par exemple une feuille de parement. Celle-ci se déroule à une vitesse appropriée, comprise entre -l 2 et 30 m.mn 1, selon le type de fabrication recherchée (pla- ques ou blocs à refendre). Le mélange commence à réagir; le temps de démarrage de la réaction -aussi appelé temps de crème- est d'environ 15 secondes. La fin de la réaction se règle entre 1 et 3 minutes selon la machine utilisée. La mousse finale est ensuite découpée en panneaux de dimensions appropriées. Les propriétés d'isolation thermique sont déterminées par la mesure du coefficient X d'isolation thermique par la méthode du fluxmètre entre 0,035 et 0,042 W/m.C, ladite mesure étant effectuée à 20"C. Les propriétés d'isolation acoustique sont déterminées par la mesure de l'absorption pour des fréquences comprises entre 400 et 6 200 Hz. L'absorption est comprise entre 0 et 1. Les propriétés mécaniques sont déterminées par la mesure de la résistance à la compression à 10%, mesurée selon la norme NFT 56-101, comprise dans les trois sens entre 0,3 et 0,7 daN/cm2. Les exemples suivantes servent à illustrer l'invention. EXEMPLE 1 (selon l'invention) On injecte deux prémélanges A et B, selon des débits respectifs de 10,5 et 11,4 kg/min, dans une tête de coulée, à une température de 25"C. La vitesse de défilement de la machine est de 18 m/min. Le prémélange A est constitué, en poids, de: 100 parts de diol bromé B 251 (Solvay) 1 part de silicone SR 242 (Union Carbide) 1,5 parts de diméthylcyclohexylamine (DMCHA) 0,2 part d'octoate de potassium 8 parts d'eau Le prémélange B est constitué, en poids, de: 120 parts de VM 85 (isocyanate) (ICI). On obtient une mousse, désignée Al. Elle présente les propriétés rassemblées dans le tableau I ci-après. On effectue deux coupes dans cette mousse selon deux plans perpendiculaires entre eux, (Ox) et (Oy). Ces coupes sont données dans les figures 2a et 2b respectivement, qui sont des photographies, sur lesquelles est reportée l'échelle. La figure 6 est la courbe donnant l'absorption acoustique en fonction de la fréquence. On remarque que l'absorption moyenne est supérieure à 0,5. EXEMPLE 2 (selon l'invention) On opère dans le même appareil et dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 1. Les deux pré mélanges A et B sont respectivement prémélange A 50 parts d'Ixol B-251 (Solvay) 50 parts de APP 315 (Union Carbide) 1 part de SR 242 1,5 parts de DMCHA 0,5 part d'octoate de potassium 1 part de nonylphénol éthoxylé 8 parts d'eau prémélange B 110 parts de VM 85 On obtient une mousse, désignée A'1. Elle présente les propriétés rassemblées dans le tableau I ci-après, sensiblement équivalentes à celles de Al. EXEMPLE 3 (selon l'invention) On opère dans le même appareil et dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 1, à l'exception du fait que cette fois-ci on injecte 0,1 Z en volume d'air, sous une pression de 5 bar au niveau de la tête de coulée. Les deux prémélanges A et B sont respectivement prémélange A 40 parts d'Ixol B-251 (Solvay) 5 parts de 36-3 (Shell) 55 parts de Vonacor (RA 500 de Dow) 1,5 parts de B 1048 (silicone) 1,8 parts de DMCHA 0,5 part d'octoate de potassium 8 parts d'eau prémélange B 125 parts de MDI On obtient une mousse, désignée A2. Elle présente les propriétés rassemblées dans le tableau I ci-après. On effectue deux coupes dans cette mousse selon deux plans perpendiculaires entre eux, (Ox) et (Oy). Ces coupes sont données dans les figures 3a et 3b respectivement, qui sont des photographies, sur lesquelles est reportée ltéchel- le. La figure 7 est la courbe donnant l'absorption acoustique en fonction de la fréquence. On remarque que l'absorption moyenne est supérieure à 0,7. EXEMPLE 4 (comparatif) On opère dans le même appareil et dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 1. Les deux prémélanges A et B sont respectivement prémélange A 45 parts d'Ixol B-251 (Solvay) 40 parts de APP 240 (Union Carbide) 8 parts de glycérine 2 parts de NP 9 2 parts de B 1048 2 parts de nonylphénol éthoxylé 9 parts d'eau prémélange B 120 parts de VM 85 On obtient une mousse, désignée B1. Elle présente les propriétés rassemblées dans le tableau I ci-après. On effectue deux coupes dans cette mousse selon deux plans perpendiculaires entre eux, (Ox) et (Oy). Ces coupes sont données dans les figures 4a et 4b respectivement, qui sont des photographies, sur lesquelles est reportée l'échel- le. La figure 8 est la courbe donnant l'absorption acoustique en fonction de la fréquence. On remarque immédiatement que cette mousse ne présente qu'une absorption moyenne faible de l'ordre de 0,1 et qu'elle n'est efficace que pour un intervalle de fréquences très étroit. EXEMPLE 5 (comparatif) On opère dans le même appareil et dans les mêmes conditions opératoires que dans l'exemple 1. Les deux prémélanges A et B sont respectivement prémélange A 5 parts de 36-3 (Shell) 70 parts de Voracor (RA 500 de Dow) 25 parts d'APP 315 (Union Carbide) 2 parts de SR 242 1,8 parts de DMCHA 0,8 part d'octoate de potassium 9 parts d'eau prémélange B 140 parts de VM 85 On obtient une mousse, désignée B2. Elle présente les propriétés rassemblées dans le tableau I ci-après. On effectue deux coupes dans cette mousse selon deux plans perpendiculaires entre eux, (Ox) et (Oy). Ces coupes sont données dans les figures 5a et 5b respectivement, qui sont des photographies, sur lesquelles est reportée l'échelle. La figure 9 est la courbe donnant l'absorption acoustique en fonction de la fréquence. On remarque immédiatement que cette mousse ne présente qu'une absorption moyenne faible de l'ordre de 0,1 et qu'elle n'est efficace que pour un intervalle de fréquences très étroit. TABLEAU I Propriétés résistance à ta Classement Absorption Mousse Densité à 20"C compression en daN/cm2 au feu acoustique Al 20,0 35,0 0,3 - 0,7 M1 0,6 - 0,7 A'1 M3 A2 18,7 35,0 0,3 - 0,7 M3 0,65 - 0,80 B1 18.0 35,0 0,3 - 0,7 M3 0,30 - 0,35 82 19,2 35,5 0,3 - 0,7 M4 0,25 - 0.40 REVENDICATIONS 1.- Mousse polyuréthane, à cellules ouvertes, obtenue à partir d'un diisocyanate, d'au moins 50% en masse d'un diol et d'un agent gonflant, caractérisée en ce que ladite mousse présente une absorption acoustique moyenne supérieure à 0,3 sur l'intervalle de fréquences allant de 400 à 6 300 Hz. 2.- Mousse polyuréthane selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle possède un réseau de cellules dont au moins une dimension de cellule est comprise entre 50 et 300 pm. 3.- Mousse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que des canaux sont organisés entre les cellules, mettant en connexion un minimum de cellules. 4.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les cellules ont une forme ellipsoïde, la dimension des cellules selon le grand axe étant égale à 1,5 à 5 fois la dimension selon le petit axe. 5.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la distribution des cellules présente un indice de polydispersité faible. 6.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit diol représente au moins 80% en masse. 7.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit diol est un diol halogéné. 8.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'agent gonflant est de l'eau. 9.- Mousse selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'eau est présente à raison de 1 à 5% en poids. 10.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le diisocyanate est du MDI. 11.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'on injecte de l'air lors de la formation de la mousse. 12.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le diol a un poids moléculaire Mw supérieur à 2 000. 13.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la densité est comprise entre 14 et 20 kg.m'3, 14.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que l'absorption acoustique minimale sur l'intervalle allant de 400 à 6 300 Hz est supérieure à 0,3. 15.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que l'absorption acoustique moyenne sur l'intervalle allant de 400 à 6 300 Hz est supérieure à 0,45. 16.- Mousse selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la résistance à la compression est comprise entre 0,3 et 0,7 daN/cm2. 17.- Mousse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une coupe selon l'axe (Ox) telle que représentée à la figure 2a. 18.- Mousse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une coupe selon l'axe (Oy) telle que représentée à la figure 2b. 19.- Mousse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une coupe selon l'axe (Ox) telle que représentée à la figure 3a. 20.- Mousse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une coupe selon l'axe (Oy) telle que représentée à la figure 3b.