Brevet FR2963618A1 — publié le 20120210

Composition pulvérulente de mortier à adhérence améliorée 5 La présente invention a pour objet une composition pulvérulente de mortier, notamment en vue d'une utilisation comme colle pour carrelage, qui permet d'obtenir des caractéristiques d'adhérence améliorées pour les carreaux de céramique collés, notamment après contact avec l'eau, tout en présentant une quantité de poussières inhalables réduite. 10 Les mortiers destinés à une utilisation comme colle pour carrelage sont également appelés mortiers-colles. Ils sont bien connus et largement utilisés pour fixer les carrelages (désignés également par les termes de revêtements ou carreaux de céramique) sur des supports tant horizontaux (sols ou chapes) que verticaux (murs et cloisons), que ce soit à l'intérieur ou à l'extérieur des habitations. Ils se présentent sous la forme de poudre et comprennent 15 différents ingrédients, notamment : - des liants, et - des granulats de matériaux inertes, susceptibles d'être agglomérés en phase aqueuse au moyen desdits liants pour former un agrégat. Les liants mis en oeuvre peuvent être minéraux ou organiques. 20 Les liants minéraux comprennent des liants hydrauliques (c' est-à-dire des liants insolubles dans l'eau qui font prise et durcissent par réaction chimique avec l'eau) et également des liants non hydrauliques (autrement dit des liants qui sont solubles dans l'eau et durcissent par séchage). Parmi les liants minéraux hydrauliques, on peut citer : 25 - les ciments, comme le ciment Portland, les ciments composés (mélange de ciment Portland et d'un autre produit tel que laitier de haut fourneau, cendres volantes, schistes calcinés, calcaire, métakaolin), les ciments alumineux, les ciments sulfo-alumineux ; - la chaux hydraulique. Parmi les liants minéraux non hydrauliques, on peut citer la chaux aérienne, les 30 sulfates comme le gypse, le plâtre, l'anhydrite. Quant aux liants organiques, ils sont généralement à base de résines d'origine animale ou végétale ou plus souvent de résines de synthèse. On peut donner comme exemples de granulats de matériaux inertes : le sable (notamment siliceux ou calcaire), les gravillons, l'argile expansée, la pouzzolane, les billes de verres, les barytes, hématites, laitiers, ou encore la brique ou le béton broyés. La poudre sous la forme de laquelle se présente un mortier, notamment un mortier-colle, est obtenue industriellement par simple mélange de ses divers ingrédients qui se présentent eux-mêmes généralement sous la forme de solides à l'état pulvérulent. Cette poudre est mise en oeuvre, lors de l'utilisation, par mélange avec de l'eau (également désignée par le terme de gâchage). Le produit ainsi obtenu a un aspect homogène et plastique, et une consistance qui lui permet, dans le cas d'un mortier-colle, d'être étalé sur le support à carreler et/ou sur l'envers des carreaux (à la truelle et/ou à la spatule dentée), de manière à constituer une couche régulière de quelques millimètres d'épaisseur qui unit les carreaux de céramique au support, résultant en un assemblage cohésif stable dans le temps. Les particules solides constitutives des mortiers ont une taille qui peut aller d'une dizaine à quelques centaines de micromètres et être, pour certaines, susceptibles de produire une émission de poussières en suspension dans l'air et potentiellement inhalables. Cette émission de poussières inhalables, qui est susceptible de se produire soit au stade de la fabrication industrielle soit au moment de la manipulation du produit par l'utilisateur, avant et pendant le gâchage à l'eau, est un inconvénient des mortiers, notamment des mortiers-colles, qui pose des problèmes d'hygiène industrielle et fait l'objet d'une réglementation sur la protection des travailleurs. La demande de brevet WO 2006/084588 concerne le problème de la réduction des émissions de poussière durant la manipulation de matériaux pulvérulents à prise hydraulique ou à base de ciment. Elle enseigne dans ce but l'utilisation d' hydrocarbures ou mélanges d'hydrocarbures, notamment liquides, et de préférence d'hydrocarbures aliphatiques saturés comme les huiles minérales. La demande internationale WO 2007/051817 préconise l'incorporation, dans la composition de mortier, d'un additif fluide constitué d'au moins une substance organique hydrocarbonée apolaire choisie parmi les huiles minérales, les huiles paraffiniques, les paraffines ou les polyoléfines. Selon cette demande, l'incorporation dudit additif fluide à la composition de mortier n'entraîne aucune dégradation de ses caractéristiques physico-chimiques, incluant les caractéristiques d'adhérence. Les caractéristiques d'adhérence figurent au premier rang des performances finales attendues des mortier-colles pour carrelages (ou revêtements de céramique). Ces caractéristiques sont généralement quantifiées par la détermination des contraintes maximales de rupture qui sont mesurées par des essais de résistance à l'arrachement effectués sur des carreaux collés sur une dalle de béton dans des conditions standards, conformément à la norme européenne EN 1348. Ces essais peuvent être effectués sur un assemblage qui, après sa réalisation, a été au préalable : - soit simplement stocké durant environ 1 mois à température ambiante (pour la mesure de l'adhérence à sec), - soit soumis à une immersion de 3 semaines dans l'eau (pour la mesure de 1"adhérence après contact avec l'eau). La détermination de l'adhérence après contact avec l'eau est particulièrement importante pour l'évaluation de la stabilité de l'assemblage qui résulte du collage d'un revêtement céramique sur un support extérieur à une habitation, et qui est donc exposé aux intempéries : il peut s'agir par exemple d'une façade ou d'une terrasse carrelées, ou encore d'un carrelage destiné au revêtement du bassin d'une piscine. Contrairement à l'enseignement du document WO 2007/051817, la demanderesse a à présent trouvé, sur la base de nombreux essais, que l'introduction dans un mortier-colle d'une substance organique hydrocarbonée apolaire, telle qu'une huile d'hydrocarbures, a pour effet une diminution de l'adhérence, et tout particulièrement de l'adhérence après contact avec l'eau. La présente invention a pour but de proposer une composition pulvérulente de mortier, utilisable notamment comme mortier-colle, qui comprend un additif fluide assurant à la composition une émission de poussières inhalables plus faible, et qui offre de plus d'excellentes performances d'adhérence à sec et, plus particulièrement, d'adhérence après contact avec l'eau. L'invention a donc pour objet une composition pulvérulente de mortier, qui comprend : - de 10 à 60 % d'un liant minéral, - de 40 à 90 % d'un matériau inerte sous forme de granulat susceptible d'être aggloméré en phase aqueuse au moyen dudit liant, - de 0,2 à 1 % d'un additif fluide comprenant de 25 à 100 % d'un composé organique polaire (i) qui est liquide à température ambiante et qui inclut un ou plusieurs groupe ester -COO- dont le poids total relatif à la masse molaire dudit composé est compris entre 20 et 50%. Il a été trouvé que le choix de ce composé organique polaire spécifique conduit à un mortier-colle possédant, outre une émission réduite en poussières inhalables, de hautes performances en matière d' adhérence, et notamment d'adhérence après contact avec l'eau. Avantageusement l'adhérence après contact avec l'eau est maintenue à un niveau très élevé, supérieur ou égal à 0,95 MPa. En l'absence d'indications contraires, il est précisé que les pourcentages utilisés dans le présent texte pour quantifier la teneur en composants de la composition selon l'invention ou de l'additif fluide sont des pourcentages poids/poids. De même, l'article indéfini « un » ou « une » utilisé pour désigner les composants desdits composition ou additif doit s'entendre de «un ou plusieurs » composants. Le liant minéral, hydraulique ou non hydraulique, mis en oeuvre dans la composition de mortier selon l'invention peut être choisi parmi ceux cités précédemment, pris isolément 15 ou en mélange. Le granulat de matériau inerte peut également être sélectionné parmi les matériaux cités précédemment, pris isolément ou en mélange. On utilise de préférence comme liant minéral du ciment, et encore plus préférentiellement du ciment Portland et/ou du ciment alumineux et comme granulat de 20 matériau inerte du sable, notamment siliceux ou calcaire. Le composé organique polaire (i) compris dans l'additif fluide incorporé dans la composition pulvérulente selon l'invention est de préférence un mono, di, tri ou tétra ester d'un composé hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé (ou un mélange de tels composés), que l'on désigne dans la suite du présent texte par la dénomination de « huile 25 ester ». On peut en donner comme exemple les composés suivants, largement disponibles au plan commercial : - en tant que mono-ester : le lactate de 2-éthylhexyle (également dénommé le 2-ethylhexyl 2-hydroxypropanoate) (poids molaire du groupe -COO- égal à 22%) 30 - en tant que di-ester : - l'ester de diéthyle de l'acide adipique (ou adipate de diéthyle), de formule : EtOCO-(CH2)4-COOEt (poids molaire du groupe -COO- égal à 43 %) - l'ester de diisobutyle de l'acide adipique (ou adipate de diisobutyle) de formule : iBuOCO-(CH2)4-COOiBu (poids molaire du groupe -COO- égal à 34 %) - en tant que tri ester le triester de glycérol et de l'acide caprique (ou tricaprylate de glycérol), de formule : (C9H19)COO-COO(C9H19)-COO(C9H19) (poids molaire du groupe -COO- égal à 24 %) - en tant que tétra ester, le tétraester de pentaerythritol et de l'acide caprique (ou tétracaprylate de pentaérythritol), de formule : C(CH2-OCO-C9H19)4 (poids molaire du groupe -COO- égal à 23 %) Un composé organique polaire (i) incluant un ou plusieurs groupe ester pour un 10 poids total compris entre 30 et 50 % est plus particulièrement préféré, tel que l'adipate de diéthyle et/ou de diisobutyle. Selon une variante de la composition selon l'invention, l'additif fluide peut comprendre outre les 25 à 100 % du composé organique polaire (i) susdit, de 0 à 75 % d'un composé organique apolaire (ii) liquide à température ambiante. Ledit composé (ii) est 15 généralement choisi parmi les huiles d'origine minérale, les huiles paraffiniques, les polyoléfines ou les mélanges de ces substances. On le désigne ci-après également par l'appellation d« Selon une variante préférée de l'invention, la composition comprend de 20 à 40 % du liant minéral et de 60 à 70 % du matériau inerte sous forme de granulat. Selon encore une variante préférée de l'invention, l'additif fluide est compris dans la composition de mortier à raison de 0,3 à 0,6 %. On préfère une composition selon l'invention qui comprend en outre, comme liant organique, de 1 à 10 %, de préférence 2 à 7 %, d'un copolymère comprenant un (ou plusieurs) ester vinylique et, éventuellement, un ester maléïque. De tels produits sont couramment disponibles dans le commerce souvent en mélange avec des charges inertes, comme par exemple l'AxilatTM UP 620E (environ 90 % en poids de copolymère d'acétate de vinyle, de versatate de vinyle et d'ester maléïque) et l'AxilatTM PAV 51 (environ 90 % en poids de copolymère d'acétate de vinyle et de versatate de vinyle) de la société Hexion. Selon une variante de la composition selon l'invention, particulièrement préférée pour ses hautes performances d'adhérence, la composition comprend de 5 à 6 % de copolymère d'acétate de vinyle, de versatate de vinyle et d'ester maléïque. La composition de mortier selon l'invention peut également comprendre des ingrédients connus de l'art, tels que : - des charges de calcaire, dolomie et/ou silice sous forme de particules de taille inférieure à 50 µm, à raison d'une quantité allant de 0 à 25 %, de préférence de 2 à 15 % ; - un agent rhéologique et/ou rétenteur d'eau, tel qu'un éther cellulosique, un dérivé d'amidon ou de gomme de guar, ou encore des fibres de cellulose, à raison d'une quantité allant de 0,3 à 1 %, de préférence de 0,3 à 0,7 % ; - un agent accélérateur (de prise ou de durcissement) par exemple à base de sels de formiate ou de chlorure, à raison d'une quantité allant de 0,2 à 4 %, de préférence de 0,3 à 2 %. La composition de mortier selon l'invention est préparée par simple mélange des ingrédients solides pulvérulents, et ajout de l'additif fluide par pulvérisation. La présente invention concerne encore l'utilisation de la composition de mortier telle que définie précédemment pour son gâchage avec de l'eau en vue de la préparation d'un mortier, d'un enduit mural ou de rebouchage, d'un joint de carrelage ou de produits à base de ciments utilisés dans la construction. L'utilisation en vue de la préparation d'un mortier-colle pour fixer des carreaux de céramique est tout particulièrement préférée. Les exemples suivants sont donnés à titre purement illustratif de l'invention et ne sauraient être interprétés pour en limiter la portée. Exemple A (référence) : Composition de mortier-colle sans additif fluide 5 On prépare une composition pulvérulente de mortier-colle A par simple mélange à sec des ingrédients suivants : - 30 % de ciment portland normalisé PC CEM I 52,5 N - 63,6 % de sable siliceux de taille de grain inférieure à 500 µm 10 - 3 % d'une charge calcaire de taille inférieur à 50 µm - 2,4 % d'AxilatTM UP 620E - 0,6 % d'un agent accélérateur - 0,4 % d'un agent rhéologique et/ou rétenteur d'eau. Les caractéristiques d'adhérence du mortier-colle A sont déterminées par le test 15 d'adhérence décrit ci-après. Test d'adhérence : La composition de mortier-colle est mélangée à l'eau à raison d'environ 25 g d'eau pour 100 g de poudre, durant 90 secondes. 20 Puis, après un temps de repos de 5 minutes et homogénéisation à la spatule, le mélange est appliqué sur 2 supports identiques consistant chacun en une dalle de béton carrée de 40 cm de côté et 4 cm d'épaisseur, de manière à former une couche mince convenablement striée au moyen d'une spatule crantée, dont l'épaisseur est comprise entre 2 et 6 mm. 10 carreaux de grès pressés à sec de 5 cm de côté et 5 mm d'épaisseur sont ensuite 25 placés sur chaque dalle ainsi encollée, maintenue en position horizontale, et espacés de 5 cm. Chaque carreau est alors appliqué sur la dalle au moyen d'une pression résultant de la pose d'un poids de 2 kg durant 30 s. Les 2 assemblages obtenus sont soumis aux conditions de stockages suivantes : - l'un est laissé durant 28 jours à 23°C et 50 % d'humidité relative, en vue de la 30 détermination de l'adhérence à sec, - l'autre est laissé durant 7 jours à 23°C et 50 % d'humidité relative, puis immergé durant 21 jours dans de l'eau à 23°C, en vue de la détermination de l'adhérence après contact avec l'eau. A la fin de ce stockage, on procède pour chaque carreau des 2 assemblages précédents à une mesure de la force nécessaire pour arracher ledit carreau de la dalle en béton. Pour cela, des pièces métalliques de traction à face carrée de côté 5 cm sont fixées sur chaque carreau au moyen d'une colle structurale à haute résistance de type époxyde. Chaque pièce est alors reliée à un appareil de traction capable d'exercer sur ladite pièce une force de traction qui croit (jusqu'à l'arrachement du carreau) à raison d'une vitesse constante d'environ 250 N/s. L'adhérence à sec et l'adhérence après contact avec l'eau sont obtenues en ramenant à la surface d'un carreau la force d'arrachement mesurée pour chacun des 10 carreaux, puis en calculant la moyenne pour chacun des 2 assemblages correspondants. Les 2 résultats sont exprimés en MPa et indiqués dans le Tableau 1. Il est fait référence pour plus de détails à la norme européenne EN 1348. Exemples Al-A4 (référence) : Effet de l'ajout de 0,3 % d'une huile d'hydrocarbures sur l'adhérence du mortier-colle A : On répète l'exemple A en ajoutant par pulvérisation à la composition pulvérulente 0,3 % en poids de l'huile d'hydrocarbures indiquée dans le Tableau 1. On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 1. Exemple B (référence) : Composition de mortier-colle sans additif fluide On répète l'exemple A en remplaçant la composition A par la composition B suivante : - 30 % de ciment portland normalisé PC CEM I 52,5 N - 62,6 % de sable siliceux de taille de grain inférieure à 500 µm - 3 % d'une charge calcaire de taille inférieur à 50 µm - 3 % d'AxilatTM UP 620E. - 0,7 % d'un agent rhéologique et/ou rétenteur d'eau - 0,7 % d'un agent accélérateur On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 1. 30 Exemples Bl-B3 (référence) : Effet de l'ajout de 0,6 % d'une huile d'hydrocarbures sur l'adhérence du mortier-colle B : On répète l'exemple B en ajoutant à la composition pulvérulente 0,6 % en poids de l'huile d'hydrocarbures indiquée dans le Tableau 1. On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 1. Exemple C (référence) : Composition de mortier-colle sans additif fluide On répète l'exemple A en remplaçant la composition A par la composition C suivante : - 30 % de ciment portland normalisé PC CEM 152,5 N - 59,9 % de sable siliceux de taille de grain inférieure à 500 µm - 3 % d'une charge calcaire de taille inférieur à 50 µm - 6 % d'AxilatTM UP 620E. - 0,7 % d'un agent rhéologique et/ou rétenteur d'eau - 0,4 % d'un agent accélérateur On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 1. Exemples Cl-C3 (référence) : Effet de l'ajout de 0,6 % d'une huile d'hydrocarbures sur l'adhérence du mortier-colle C : On répète l'exemple C en ajoutant à la composition pulvérulente 0,6 % en poids de l'huile d'hydrocarbures indiquée dans le Tableau 1. On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 1. Le Tableau 1 fait apparaître pour les 3 mortiers colles A, B et C une diminution de l'adhérence après contact avec l'eau résultant de l'ajout de 0,3 ou 0,6 % de l'huile d'hydrocarbures indiquée. Exemples 1 et 2 : Effet de l'ajout de 0,3 ou 0,6 % d'une huile ester (i) sur l'adhérence du mortier-colle B : On répète l'exemple B en ajoutant par pulvérisation à la composition 0,3 ou 0,6 % en poids d'adipate de diéthyle comme indiqué dans le Tableau 2. On obtient les résultats d'adhérence indiqués dans le Tableau 2. Exemples 3 à 8 : Effet de l'ajout de 0,3 ou 0,6 % d'une huile ester (i) sur l'adhérence du mortier-colle C : On répète l'exemple C en ajoutant à la composition pulvérulente 0,3 ou 0,6 %, en tant qu'additif fluide, de l'huile ester (i) indiquée dans le Tableau 2. On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 2. Exemples 9 à 17 : Effet de l'ajout de 0,6 % d'un additif fluide consistant d'un mélange d'huile ester et d'huile d'hydrocarbures sur l'adhérence du mortier-colle C : On répète l'exemple C en ajoutant à la composition pulvérulente 0,6 % d'un additif fluide consistant d'un mélange de (i) et (ii) dans les pourcentages indiqués dans le Tableau 3. On obtient les résultats d'adhérence également indiqués dans le Tableau 3. Les compositions selon l'invention 1 à 17 présentent d'excellentes performances d'adhérence à sec, supérieures à celles des compositions correspondantes sans additif fluide (compositions de référence B et C). Elles permettent également l'obtention d'une adhérence après contact avec l'eau qui est maintenue sensiblement au niveau de celle procurée par les compositions de référence B et C, et notamment supérieure ou égale à 0,95 MPa. L'émission de poussières inhalables de ces mêmes compositions 1 à 17 a été évaluée visuellement par rapport aux compositions de référence sans additif fluide B et C : elle a été trouvée significativement réduite. n Tableau 1 Exemple A Al A2 A3 A4 B B1 B2 B3 C Cl C2 Mortier-colle A A A A A B B B B C C C Hydroseal - 0,3 - - - - 0,6 - - - 0,6 - G3H Semtol 70/28 - - 0,3 - - - - 0,6 - - - 0,6 'a,' Nexbase 2002 - - - 0,3 - - - - - - - - Lytol - - - - 0,3 - - - 0,6 - - - Adhérence à 1,00 0,96 1,00 0,89 1,04 1,00 0,84 0,85 0,73 1,00 0,99 1,02 sec Adhérence 1,00 0,81 0,90 0,76 0,81 1,00 0,60 0,66 0,60 1,00 0,84 0,76 après contact avec l'eau Tableau 2 Exemple B 1 2 C 3 4 5 6 7 8 Mortier-colle B B B C C C C C C C eur en additif fluide (en 0 0,3 0,6 0 0,6 0,3 0,6 0,6 0,6 0,6 Lactate de 2- _ - - - 100 - - - - - éthyl-hexyle Adipate de - 100 100 - - 100 100 - - - diéthyle Adipate de _ - - - - - - 100 diisobutyle Tricaprylate de _ - - - - - - - 100 - glycérol Tétracaprylate de - - - - - - - - - 100 pentaérythritol Adhérence à 1,00 1,01 1,42 1,00 1,35 1,43 1,65 1,44 1,50 1,26 sec Adhérence ----- après contact 1,00 0,96 1,01 1,00 1,14 1,02 1,09 1,03 1,02 1,00 avec l'eau Tableau 3 Exemple C 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Mortier-colle C C C C C C C C C C neur en additif fluide 0 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 i%) H -~ Adipate de _ 70 70 70 50 50 50 30 30 30 diéthyle (i) Hydroseal _ 30 - - 50 - - 70 - - G3H Semto170/28 30 - - 50 - - 70 - Lytol - 30 - - 50 - - 70 Adhérence à 1,00 1,48 1,34 1,39 1,35 1,34 1,33 1,15 1,41 1,31 sec Adhérence -d c) après contact 1,00 1,07 1,08 1,00 1,03 0,95 0,97 1,03 0,99 1,0E avec l'eau REVENDICATIONS5 1. Composition pulvérulente de mortier, qui comprend : - de 10 à 60 % d'un liant minéral, - de 40 à 90 % d'un matériau inerte sous forme de granulat susceptible d'être 10 aggloméré en phase aqueuse au moyen dudit liant, - de 0,2 à 1 % d'un additif fluide comprenant de 25 à 100 % d'un composé organique polaire (i) qui est liquide à température ambiante et qui inclut un ou plusieurs groupe ester -COO- dont le poids total, relatif à la masse molaire dudit composé, est compris entre 20 et 50%. 15 2. Composition pulvérulente de mortier selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on utilise du ciment comme liant minéral et du sable comme granulat de matériau inerte. 3. Composition pulvérulente de mortier selon l'une des revendications 1 ou 2, 20 caractérisée en ce que le composé organique polaire (i) est un mono, di, tri ou tétra ester d'un composé hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé. 4. Composition pulvérulente de mortier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le composé organique polaire (i) inclut un ou plusieurs groupe ester 25 pour un poids total compris entre 30 et 50 %. 5. Composition pulvérulente de mortier selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'additif fluide comprend en outre de 0 à 75 % d'un composé organique apolaire (ii) liquide à température ambiante. 6. Composition pulvérulente de mortier selon la revendication 5, caractérisée en ce que le composé (ii) est choisi parmi les huiles d'origine minérale, les huiles paraffiniques, les polyoléfines ou les mélanges de ces substances. 30 15 20 7. Composition pulvérulente de mortier selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend de 20 à 40 % du liant minéral et de 60 à 70 % du matériau inerte sous forme de granulat. 8. Composition pulvérulente de mortier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend l'additif fluide à raison de 0,3 à 0,6 %. 9. Composition pulvérulente de mortier selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, comme liant organique, de 1 à 10 % d'un 10 copolymère comprenant un (ou plusieurs) ester vinylique. 10. Composition pulvérulente de mortier selon la revendication 9, caractérisée en ce que le liant organique est un copolymère d'acétate de vinyle, de versatate de vinyle et d'ester maléïque, présent à raison de 5 à 6 %. 11. Utilisation de la composition de mortier telle que définie dans l'une des revendications 1 à 10 pour son gâchage avec de l'eau, en vue de la préparation d'un mortier, d'un enduit mural ou de rebouchage, d'un joint de carrelage ou de produits à base de ciments utilisés dans la construction. 12. Utilisation selon la revendication 11 en vue de la préparation d'un mortier-colle pour fixer des carreaux de céramique.