Brevet FR2933687A1 — publié le 20100115

UTILISATION DE TENSIOACTIFS CATIONIQUES POUR ALLEGER DES PLAQUES DE PLATRE La présente invention a pour objet l'allègement de tout type de plaques de plâtre. Il est important pour les industriels d'alléger les plaques de plâtre afin de réduire leur coûts en matière première. La réduction de la densité des plaques de plâtres est recherchée pour son double intérêt économique : d'une part, elle permet d'alléger le produit et ainsi de faciliter son transport, et d'autre part, elle permet de surmonter la limitation de la cadence de production. En effet, le séchage de la plaque de plâtre exige du temps et de l'énergie aussi il est possible que cette étape soit un élément limitant la vitesse de la ligne de production. De plus la réduction de la demande en plâtre en tant que matière première, permet en outre de réduire les coûts de production liés au coût de la matière première et lié au coût du séchage. Ainsi, la réduction de la densité des plaques de plâtre (l'allègement) permet de diminuer les coûts de transport, et en même temps de diminuer les coûts de production. Une méthode connue pour alléger la plaque de plâtre est d'introduire de l'air dans la pâte de plâtre afin de créer une mousse de plâtre. Pour cela différentes compositions de tensioactifs sont incorporées dans la pâte de plâtre afin de permettre l'introduction d'air et la stabilisation de l'air introduit. Souvent, ces compositions contiennent des tensioactifs anioniques tels que des alkyléthersulfates ou des alkylsulfates. Les tensioactifs anioniques sont généralement ajoutés dans la pâte de plâtre sous forme d'une mousse. Puis l'ensemble pâte de plâtre et mousse sont mélangés dans un mélangeur. Alors la pâte de plâtre moussée subit un fort cisaillement pendant un temps généralement très court. Ce cisaillement peut engendrer une déformation des bulles d'air présentes dans la mousse ainsi qu'une coalescence incontrollée des bulles d'air. Dans ces 2 cas, les bulles déformées et / ou coalescées génèrent des défauts dans la structure de la plaque de plâtre qui affaiblissent ou altèrent mécaniquement la plaque. De plus lorsque l'on utilise les tensioactifs anioniques, un retard dans l'acquisition des propriétés mécaniques peut se produire. En effet les tensioactifs anioniques étant des complexants des ions calcium présents dans la pâte de plâtre, il s'en suit un retard de prise et éventuellement une modification de la Balance Hydrophile-Lipophile (HLB) du tensioactif. Cette modification de la HLB peut engendrer des modifications de propriétés moussantes du tensiocatif. Afin de répondre aux exigences des industriels il est devenu nécessaire de trouver un autre moyen pour remédier aux inconvénients des tensioactifs anioniques. Aussi le problème que se propose de résoudre l'invention est de fournir un nouveau moyen adapté pour éviter la perte de résistance mécanique due au cisaillement lors de l'introduction de l'air dans la pâte de plâtre. De manière inattendue, les inventeurs ont mis en évidence qu'il est possible d'utiliser des tensioactifs cationiques pour alléger les plaques de plâtre. Dans ce but la présente invention propose une plaque de plâtre comprenant au moins un tensioactif cationique. L'invention propose également une pâte de plâtre comprenant au moins un tensioactif cationique, et ne comprenant pas de tensioactifs anioniques. De plus l'invention concerne une composition comprenant au moins du plâtre ; et un tensioactif cationique; et ne comprenant pas de tensioactifs anioniques. L'invention a aussi pour objet l'utilisation d'au moins un tensioactif cationique pour alléger les plaques de plâtre. Enfin l'invention a pour objet un procédé de fabrication de plaques de plâtre comprenant les étapes suivantes : (i) préparer une pâte de plâtre à partir d'eau et de gypse; (ii) incorporer au moins un tensioactif cationique dans la pâte de plâtre obtenue à l'étape (i) ; (iii) cisailler le mélange obtenu à l'étape (ii) ; (iv) couler la mousse obtenue à l'étape (iii) sous forme d'une plaque de plâtre; (v) sécher la plaque de plâtre. L'invention offre des avantages déterminants en particulier, la plaque de plâtre selon l'invention présente des résultats très satisfaisants sur tous les types de gypses. En effet, il est fréquent qu'un tensioactif donne des résultats convenables sur un type de gypse et pourtant se révèle décevant sur un autre site utilisant un type de gypse différent. Il est donc intéressant de disposer d'une solution de tensioactifs qui permet d'obtenir des résultats comparables pour différents types de gypse. L'invention offre comme autre avantage que les tensioactifs cationiques utilisés selon l'invention permettent d'obtenir une mousse ayant une stabilité améliorée et ainsi cela n'entraîne pas de surconsommation en tensioactif. De plus, l'invention offre comme autre avantage de pouvoir préserver la résistance mécanique de la plaque de plâtre en controlant l'homogénéité de la distribution des bulles dans un réseau. Il est à noter que les plaques de plâtre selon l'invention permettent de diminuer avantageusement les quantités de matière première utilisées, et donc de diminuer les coûts de production, de transport et d'énergie utilisée pour le séchage de la plaque. Enfin l'invention a pour avantage de pouvoir être mise en oeuvre dans toutes industries, notamment l'industrie du bâtiment, l'industrie chimique (adjuvantiers) et à l'ensemble des marchés de la construction (bâtiment, génie civil ou usine de préfabrication), à l'industrie de la construction d'éléments en plâtre ou l'industrie cimentière. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description et des exemples donnés à titre purement illustratifs et non limitatifs qui vont suivre. Par l'expression � propriétés mécaniques �, on entend selon la présente invention la résistance mécanique en compression, par exemple telle que mesurée selon la norme C-472. Par l'expression � cisaillement �, on entend selon la présente invention la différence entre les vitesses le long des plans parallèles d'un élément fluide séparé par la distance entre les plans. La vitesse de mouvement d'un fluide dans un endroit confiné par rapport à la distance entre les parois du confinement. Par l'expression � plâtre �, on entend selon la présente invention un liants à base de sulfate de calcium, les plâtres à base de sulfate de calcium semihydraté ou hemihydraté (a ou (3) conviennent tout particulièrement selon l'invention. Par l'expression � éléments pour le domaine de la construction �, on entend selon la présente invention tout élément constitutif d'une construction comme par exemple un sol, un mur, une cloison, un plafond, une poutre, un plan de travail, une corniche. L'invention concerne une plaque de plâtre comprenant au moins un tensioactif cationique. La plaque de plâtre selon l'invention comprend de préférence au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine. La plaque de plâtre selon l'invention comprend de préférence au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine de formule (I) O ~N R \R2 (I) dans laquelle R représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone, ou un radical alkoxy linéaire ou ramifié, saturé ou 30 insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone ; R2 et R3 représentent indépendamment un radical alkyle ou hydroxyalkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone. La plaque de plâtre selon l'invention comprend de préférence au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes de laurylamine, les oxydes de 35 cocoamidopropylamine, les oxydes d'oleyldiméthylamine, les oxydes dodecyldiméthylamine ou les oxydes tetradecyldiméthylamine ou leurs mélanges. Les R3 molécules vendues par Cognis dans la catégorie STANDAMOX� conviennent tout particulièrement, en particulier le STANDAMOX� PCAW. La quantité de tensioactif cationique utilisée dans la plaque de plâtre selon l'invention est comprise entre 0,1 et 100 g/m2 de plaque, de préférence entre 1 et 50 g/m2, encore plus préférentiellement entre 10 et 40 g/m2. . De préférence, la plaque de plâtre selon l'invention ne comprend pas de tensioactifs anioniques. Selon une variante, la plaque de plâtre selon l'invention peut comprendre en outre un tensioactif non-ionique. De préférence le tensioactif non-ionique est un alkylpolyglucoside. De préférence, la plaque de plâtre selon l'invention comprend un alkylpolyglucoside en tant que tensioactif non-ionique. Plus préférentiellement, la plaque de plâtre selon l'invention peut comprendre un alkylpolyglucoside en C4-C16 en tant que tensioactif non-ionique. Encore plus préférentiellement, la plaque de plâtre selon l'invention peut comprendre un alkylpolyglucoside en C8-C12 en tant que tensioactif non-ionique. Les molécules vendues pas Cognis dans la catégorie GLUCOPON conviennent tout particulièrement, en particulier le GLUCOPON 600 CSUP et le GLUCOPON 215 CSUP. La quantité de tensioactif non-ionique utilisé dans la plaque de plâtre selon l'invention peut être comprise entre 0,1 et 100 g/m2 de plaque, de préférence entre 1 et 50 g/m2, encore plus préférentiellement entre 10 et 40 g/m2. . La plaque de plâtre selon l'invention peut présenter avantageusement une densité comprise entre 0,3 et 0,9. Encore plus avantageusement la plaque de plâtre selon l'invention peut présenter une densité comprise entre 0,5 et 0,9. L'utilisation d'au moins un tensioactif cationique pour alléger les plaques de plâtre présente de nombreux avantages. La robustesse du tensioactif cationique utilisée selon l'invention par rapport aux différents procédés de génération de mousses utilisés constitue également une propriété recherchée. Par robuste, on entend au sens de la présente invention le fait pour une composition de tensioactifs cationiques d'être susceptible de former une quantité de mousse donnée au moyen de méthodes de génération de mousse différentes. De telles méthodes de génération de mousse sont par exemple le Waring Blender, par lequel on forme une mousse par agitation à grande vitesse de pales croisées et aiguisées, le Hamilton Beach, dans lequel l'agitation est effectuée à l'aide d'une turbine faiblement crantée ou encore l'Ultraturrax avec une turbine équipée de couteaux tournants à grande vitesse (rotor) et de fentes latérales (stator). Cette robustesse se retrouve au niveau des procédés industriels de génération de mousse (pompes centrifuges en série, générateurs statiques BABCOOK-BSH etc.). De plus, la mousse formée par l'utilisation de tensioactifs cationiques permet d'obtenir des allégements comparables pour des plaques de plâtre réalisées avec différents types de gypse. Ainsi, la composition de tensioactifs cationiques est avantageuse en ce qu'elle est peu sensible à la qualité de gypse mis en oeuvre. Une autre caractéristique avantageuse de la plaque de plâtre selon l'invention est la constance de sa densité quelle que soit la méthode de cisaillement utilisée et quelle que soit la vitesse de cisaillement utilisée. La plaque de plâtre selon l'invention contenant des tensioactifs cationiques conduit à des plaques de plâtre d'une densité constante. Par densité constante, on entend une densité dont la variation dans la plaque et entre plaques du même lot n'excède pas 5%, de préférence 3%. La plaque de plâtre selon l'invention possède des qualités mécaniques excellentes. La résistance mécanique de la composition selon l'invention est habituellement évaluée par la résistance en flexion du coeur, la dureté du coeur, la dureté superficielle et la résistance finale de la composition selon l'invention. D'une grande importance pratique est également la résistance qu'oppose la composition selon l'invention à l'enfoncement d'une tête de clou de de pouce, ce qu'il est convenu d'appeler le � nail pull resistance �, tel que décrit dans la norme ASTM C473 méthodeB. Avantageusement, la plaque de plâtre selon l'invention peut cornprendre en outre un agent séquestrant ou complexant, qui permet de maintenir en solution les ions de magnésium ou de calcium en particulier dans l'eau dure. De tels agents séquestrants ou complexants sont par exemple les acides carboxyliques, les acides alkyle et aryle sulfuriques, les acides alkyle et aryle sulphoniques, les acides alkyle et aryle phosphoriques, les acides alkyle et aryle phosphoniques et leurs sels, les complexants minéraux, plus particulièrement les phosphates, les borates et les polyphosphates. La plaque de plâtre selon l'invention peut avantageusement contenir par ailleurs des adjuvants utilisés habituellement tels que des fluidifiants, accélérateurs, amidon etc. L'invention propose également une pâte de plâtre comprenant au moins un tensioactif cationique, et ne comprenant pas de tensioactifs anioniques. Enfin l'invention a pour objet un procédé de fabrication de plaques de plâtre. Généralement, une plaque de plâtre est un élément parallélépipédique préfabriqué en plâtre (par exemple du sulfate de calcium dihydraté) recouvert par un carton ou un papier ou encore des fibres minérales sur chacune de ses faces. Le composite ainsi formé présente de bonnes propriétés mécaniques, les feuilles sur les faces servant à la fois d'armature et de parement. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de plaques de plâtre comprenant les étapes suivantes : (i) préparer une pâte de plâtre à partir d'eau et de gypse; (ii) incorporer au moins un tensioactif cationique dans la pâte de plâtre obtenue à l'étape (i) ; (iii) cisailler le mélange obtenu à l'étape (ii) ; (iv) couler la mousse obtenue à l'étape (iii) sous forme d'une plaque de plâtre; (v) sécher la plaque de plâtre. L'invention concerne aussi la plaque de plâtre sucesptible d'être obtenue par le procédé selon l'invention. La pâte de plâtre est obtenue principalement par mélange de sulfate de calcium hydratable et d'eau, additionnée le cas échéant d'adjuvants habituels (étape (i)). Par sulfate de calcium hydratable , il faut entendre, dans le présent exposé, un sulfate de calcium anhydre (anhydrite Il ou III) ou un sulfate de calcium semi-hydrate (CaSO4 SH2O) sous sa forme cristalline a ou R. De tels composés sont bien connus de l'homme du métier et sont généralement obtenus par cuisson d'un gypse. Le tensioactif cationique peut être incorporé dans la pâte de plâtre (étape (ii)) selon différentes variantes. Selon le procédé de fabrication de plaques de plâtre de l'invention, l'incorporation dudit tensioactif à l'étape (ii) peut être réalisée soit par adjonction d'une mousse dudit tensioactif soit par adjonction d'une solution non-moussée dudit tensioactif. Selon une variante de l'invention, il est possible d'introduire de l'air dans la pâte de plâtre en ajoutant une mousse à la pâte de plâtre. En général, la mousse est formée par introduction d'air dans une solution aqueuse de tensioactif au moyen d'un dispositif adapté. Selon une autre variante de l'invention, le procédé selon l'invention a pour objet un 25 procédé de fabrication de plaques de plâtre comprenant les étapes suivantes : (i) préparer une pâte de plâtre à partir d'eau et de gypse; (ii) incorporer au moins un tensioactif cationique dans la pâte de plâtre obtenue à l'étape (i) et injecter de l'air dans ce mélange; (iii) cisailler le mélange obtenu à l'étape (ii) ; 30 (iv) couler la mousse obtenue à l'étape (iii) sous forme d'une plaque de plâtre; (v) sécher la plaque de plâtre. Quelque soit les variantes du procédé, l'étape (iii) du procédé de fabrication de plaques de plâtre selon l'invention peut être réalisée à une vitesse de rotation comprise entre 300 et 1400 rotations par minute. 35 La pâte durcit rapidement par hydratation du plâtre. Ensuite, les plaques sont séchées, de préférence par chauffage dans des séchoirs afin d'éliminer l'excès d'eau (étape (v)). Les plaques de plâtre obtenues selon l'invention possèdent des qualités mécaniques excellentes. La résistance mécanique de plaques de plâtre est habituellement évaluée par leur résistance en compression du coeur, la dureté du coeur, la dureté superficielle et la résistance en flexion de la plaque de plâtre. D'une grande importance pratique est également la résistance qu'oppose la plaque de plâtre à l'enfoncement d'une tête de clou de 1/4 de pouce, ce qu'il est convenu d'appeler le � nail pull resistance �, tel que décrit dans la norme ASTM C473 méthode B. Avantageusement les plaques de plâtre obtenues avec la composition selon l'invention présentent une résistance en compression comprise entre 2,5 MPa et 4,5 MPa, pour une densité comprise entre 0.6 et 0.9. Avantageusement les plaques de plâtre obtenues avec la composition selon l'invention présentent une résistance en compression comprise entre 0.4 MPa et 1.2 MPa, pour une densité comprise entre 0.3 et 0.4. La présente invention a également pour objet l'utilisation d'au moins un tensioactif cationique pour alléger les plaques de plâtre. La présente invention a aussi pour objet l'utilisation d'au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine pour alléger les plaques de plâtre. Enfin l'invention a également pour objet l'utilisation pour alléger les plaques de plâtre d'au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine de formule (I) R3\ ,N R \R2 (I) dans laquelle R représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone, ou un radical alkoxy linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone ; R2 et R3 représentent indépendamment un radical alkyle ou hyciroxyalkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone. La présente invention a également pour objet l'utilisation d'au moins un tensioactif cationique pour améliorer ou augmenter les propriétés mécaniques des plaques de plâtre. La présente invention a aussi pour objet l'utilisation d'au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine pour améliorer ou augmenter les propriétés mécaniques des plaques de plâtre. Enfin l'invention a également pour objet l'utilisation pour améliorer ou augmenter les propriétés mécaniques des plaques de plâtre, d'au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine de formule (I) \ O N\ R R2 (I) dans laquelle R représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone, ou un radical alkoxy linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone ; R2 et R3 représentent indépendamment un radical alkyle ou hyclroxyalkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone. L'invention concerne également une composition comprenant au moins du plâtre ; et un tensioactif cationique; et ne comprenant pas de tensioactifs anioniques. La composition selon l'invention peut être utilisée pour réaliser des plaques de plâtre ou encore pour réaliser des plaques de plâtre selon l'invention. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLES Préparation de la pâte de plâtre 1 kg de gypse et 4.7g. d'amidon et 0.1 g de PlastRetard retardant ont été versés dans 670g d'eau du robinet à environ 20°C sous agitation à 1200 tours / minute pendant 20 secondes. Une pâte de plâtre est ainsi obtenue. 2/ Préparation de l'agent moussant Divers agents moussants ont ensuite été dilués avec 200m1 d'eau pour obtenir une solution ayant une concentration d'environ 0.30 % en poids. Cette solution a été moussée à l'aide d'un mixeur du type Hamilton Beach à 3000 tours / minute jusqu'à obtenir une solution moussée. La solution moussée ainsi obtenue a été introduite immédiatement dans la pâte de plâtre et mélangée à l'aide d'un mélangeur Hobart à vitesse rapide pendant 15 R3 secondes. Le poids de la mousse introduite a été contrôlé pour ainsi contrôler la quantité d'agent moussant introduit. Une pâte de plâtre moussée est ainsi obtenue. Des échantillons de pâte moussée sont versés dans un moule de dimension 4cm x 4 cm x 16 cm. La pâte est séchée après prise pendant 48h à 45°C. Les blocs formés sont démoulés pour permettre des mesures de résistance en compression. 3/ Mesure de la densité et de la résistance mécanique en compression La densité et les forces compressives des blocs obtenu au point 2i ont été mesurés. Différents échantillons ont été préparés avec différents types d'agent moussant : Millifoam C : il s'agit d'un agent moussant du type anionique (alkyle ether sulfate de sodium) fourni par Hunstman. Texapon NSO : il s'agit d'un agent moussant du type anionique (lauryle ether sulfate de sodium) fourni par Cognis Standamox PCAW : il s'agit d'un agent moussant du type cationique (oxyde de 15 cocoamidopropylamine) fourni par Cognis Densité Résistance mécanique MPa Standamox PCAW 0.74 3.2 MPa Texapon 0.76 3.0 MPa Millifoam C 0.71 2.3 MPa Standamox PCAW 0.35 0.6 MPa Une grande gamme de densité type a été couverte. Le tableau précédent récapitule les valeurs obtenues avec trois tensioactifs. Les résultats indiquent qu'une résistance en compression étonnamment plus grande est obtenue en utilisant l'agent moussant 20 cationique selon l'invention comparé des agents moussants conventionnels pour une densité comparable. Par exemple, utilisant Millifoam C, la résistance en compression est 2.3 MPa avec une densité de 0.71 g/cm3 et 3.2 MPa avec le Standamox pour une densité de 0.74 g/cm3. REVENDICATIONS1. Plaque de plâtre comprenant au moins un tensioactif cationique. 2. Plaque de plâtre selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine. 3. Plaque de plâtre selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine de formule (I) \ ~O ,N R \R2 (1) dans laquelle R représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone, ou un radical alkoxy linéaire ou ramifié, saturé 15 ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone ; R2 et R3 représentent indépendamment un radical alkyle ou hydroxyalkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone. 4. Plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle 20 comprend au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes de laurylamine, les oxydes de cocoamidopropylamine, les oxydes d'oleyldiméthylamine, les oxydes dodecyldiméthylamine ou les oxydes tetradecyldiméthylamine ou leurs mélanges. 5. Plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle 25 comprend en outre un tensioactif non-ionique. 6. Plaque de plâtre selon la revendication 5 caractérisée en ce que le tensioactif non-ionique est un alkylpolyglucoside. 30 7. Plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle présente une densité comprise entre 0.3 et 0.9. 8. Procédé de fabrication de plaques de plâtre comprenant les étapes suivantes : (i) préparer une pâte de plâtre à partir d'eau et de gypse; 35 (ii) incorporer au moins un tensioactif cationique dans la pâte de plâtre obtenue à l'étape (i) ; R3(iii) cisailler le mélange obtenu à l'étape (ii) ; (iv) couler la mousse obtenue à l'étape (iii) sous forme d'une plaque de plâtre; (v) sécher la plaque de plâtre. 9. Procédé de fabrication de plaques de plâtre selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'incorporation dudit tensioactif à l'étape (ii) est réalisée soit par adjonction d'une mousse dudit tensioactif soit par adjonction d'une solution non-moussée dudit tensioactif. 10. Procédé de fabrication de plaques de plâtre selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'étape (iii) est réalisée à une vitesse de rotation comprise entre 300 et 1400 rotations par minute. 11. Utilisation d'au moins un tensioactif cationique pour alléger les plaques de plâtre. 12. Utilisation d'au moins un tensioactif cationique choisi parmi les oxydes d'amine pour alléger les plaques de plâtre. 13. Utilisation pour alléger les plaques de plâtre d'au moins un tensioactif cationique 20 choisi parmi les oxydes d'amine de formule (I) R3\ r.O N R~ 'R2 (I) dans laquelle R représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, 25 ayant de 7 à 18 atomes de carbone, ou un radical alkoxy linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, ayant de 7 à 18 atomes de carbone ; R2 et R3 représentent indépendamment un radical alkyle ou hydroxyalkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 4 atomes de carbone. 30 14. Composition comprenant au moins du plâtre ; et - un tensioactif cationique; et ne comprenant pas de tensioactifs anioniques.15