Brevet FR3003880A1 — publié le 20141003

PLAQUES DE PLATRE ABSORBANT LES POLLUANTS ORGANIQUES DOMAINE DE L'INVENTION 10 La présente invention concerne des plaques de plâtre présentant une capacité d'absorption de polluants organiques améliorée, ainsi qu'un procédé de fabrication de ces plaques de plâtre. L'invention repose sur l'utilisation d'un matériau microporeux spécifique. 15 ARRIERE-PLAN TECHNIQUE La présence dans l'air de polluants organiques, appelés composés organiques volatils (COV), pose un problème de santé publique. Ainsi, de nombreux matériaux de construction sont susceptibles d'émettre des COV, ce qui est particulièrement néfaste dans le cadre 20 d'espaces confinés tels que ceux de locaux à usage professionnel ou d'habitation. Des matériaux présentant des émissions réduites en COV ont été proposés, par exemple une composition de jointoiement dans le document WO 2010/042286. 25 Le document US 2008/0115438 décrit des plaques de construction, telles que des plaques de plâtre, comprenant de 1 à 25 % en masse de zéolites, permettant d'obtenir une réduction de la pollution aérienne dans des pièces fermées. Toutefois, et en dépit des affirmations figurant dans le document, il a été constaté que les composés polluants capturés par les 30 plaques contenant de la zéolite ont tendance à être à nouveau libérés progressivement avec le temps. Par ailleurs, des plaques de plâtre contenant des composés captant le formaldéhyde sont commercialisées par Lafarge Plâtres (plaque Prégyplac Air0) et par Placo Saint Gobain (technologie Activ Air0). Ces produits sont 35 toutefois uniquement axés sur la capture du formaldéhyde. Ainsi, il existe un besoin de mettre au point d'autres matériaux de construction présentant de meilleures qualités sanitaires et environnementales, et notamment susceptibles d'absorber les COV de l'atmosphère tels que ceux émis par d'autres matériaux de construction. RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne en premier lieu une plaque de plâtre comprenant une couche de plâtre et au moins un parement disposé sur celle-ci, la couche de plâtre comprenant un matériau microporeux, et ledit matériau microporeux comprenant des agglomérats de silice précipitée. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux est présent dans la couche de plâtre dans une quantité en matière sèche de 20 à 2000 g par mètre carré de plaque, de préférence de préférence de 100 à 1500 g par mètre carré, de manière plus particulièrement préférée de 200 à 1000 g par mètre carré, et idéalement de 300 à 750 g par mètre carré. Selon un mode de réalisation, les agglomérats de silice ont une taille Dv50 de 0,5 à 500 pm, de préférence de 5 à 200 pm, et de manière plus particulièrement préférée de 10 à 200 ilm. Selon un mode de réalisation, les agglomérats de silice précipitée sont selon la formule MeOx - mSi02, dans laquelle Me désigne au moins deux métaux choisis parmi Ca, Mg, Cu, Zn, Mn, Cd, Pb, Ni, Fe, Cr, Ag, Al, Ti, V, Co, Mo, Sn, Sb, Sr, Ba et W, x désigne le rapport molaire de l'oxygène aux constituants métalliques, et m désigne le rapport molaire de Si02 par rapport aux constituants métalliques, Me désignant de préférence Mg et Ca. Selon un mode de réalisation, le rapport molaire m est de 1 à 4, de préférence de 2 à 3,5, de manière plus particulièrement préférée de 2,5 à 3. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux est susceptible d'être obtenu par un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : - préparation d'une solution d'au moins deux sels métalliques, dans laquelle les ions métalliques sont divalents ou polyvalents ; - préparation d'une solution de silicate de métal alcalin ; - mélange de ces solutions pour former un coagulum ; - rinçage et récupération du coagulum ; - éventuellement, ajout d'agents d'imprégnation au coagulum. Selon un mode de réalisation, dans le procédé de fabrication : - la solution de silicate de métal alcalin présente un rapport molaire silicate / métal alcalin de 1 à 4, de préférence de 2 à 3,7, notamment de 3 à 3,7 et idéalement d'environ 3,35 ; - le métal alcalin est K, Na ou Li, de préférence Na ou K et de manière plus particulièrement préférée Na ; et / ou - les sels métalliques sont choisis parmi les sels de Ca, Mg, Cu, Zn, Mn, Cd, Pb, Ni, Fe, Cr, Ag, Al, Ti, V, Co, Mo, Sn, Sb, Sr, Ba et W, de préférence les sels de Ca et Mg ; et / ou - les sels métalliques sont des chlorures, acétates ou nitrates, de préférence le chlorure de magnésium et le chlorure de calcium ; et / ou - les solutions de sels métalliques ont une concentration supérieure ou égale à 0,5 M, de préférence supérieure ou égale à 1 M, de manière plus particulièrement supérieure ou égale à 1,5 M, et une concentration inférieure ou égale à la concentration de saturation ; et / ou - la solution de silicate de métal alcalin a une concentration en Si02 supérieure ou égale à 0,5 M, de préférence supérieure ou égale à 1 M, de manière plus particulièrement préférée supérieure ou égale à 1,4 M, idéalement supérieure ou égale à 1,5 M, et de préférence inférieure ou égale à 4 M ; et / ou - le coagulum à l'issue de l'étape de rinçage et de récupération est ajusté à une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 15 %, de préférence par filtration ; et / ou - le rinçage du coagulum comprend l'élimination d'anions libres présents dans le coagulum ; et / ou - les agents d'imprégnation sont choisis parmi KMn04, C2I-1204, C6H807, Na2S203, NaCIO, KOH, NaOH, KI, Nal, K2CO3, Na2CO3, NaHCO3, KHCO3, de préférence KOH et KMn04 ; et / ou - les agents d'imprégnation sont ajoutés au coagulum sous forme de poudre cristalline, qui est dissoute dans la phase aqueuse du coagulum sous agitation ; et / ou - les agents d'imprégnation sont présents en une teneur de 0 à 20 %, de préférence de 5 à 20 % et de manière plus particulièrement préférée de 10 à 20 %, dans le matériau microporeux. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux comprend en outre du charbon actif. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une plaque de plâtre telle que décrite ci-dessus, comprenant une étape de gâchage d'une 3003 880 4 pâte de plâtre pour fournir la couche de plâtre de la plaque de plâtre, et dans lequel le matériau microporeux est ajouté avant ou pendant le gâchage. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux est ajouté sous la forme d'une poudre, présentant de préférence une teneur en matière 5 sèche d'au moins 90 %, de préférence d'au moins 95 %, et de manière plus particulièrement préférée d'au moins 97 %. L'invention concerne aussi l'utilisation d'un matériau microporeux comprenant des agglomérats de silice précipitée, afin d'augmenter la capacité d'une plaque de plâtre à absorber des composés organiques 10 volatils. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux est tel que décrit ci-dessus. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux est incorporé sous la forme d'une poudre à une pâte de plâtre lors de la fabrication de la 15 plaque de plâtre, la poudre présentant de préférence une teneur en matière sèche d'au moins 90 %, de préférence d'au moins 95 %, et de manière plus particulièrement préférée d'au moins 97 %. Selon un mode de réalisation, le matériau microporeux est utilisé dans une quantité de 20 à 2000 g par mètre carré de plaque, de préférence de 20 préférence de 100 à 1500 g par mètre carré, de manière plus particulièrement préférée de 200 à 1000 g par mètre carré, et idéalement de 300 à 750 g par mètre carré. La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement des plaques de plâtre 25 susceptibles d'absorber les COV de l'atmosphère tels que ceux émis par d'autres matériaux de construction. Ceci est accompli grâce à l'utilisation d'un matériau microporeux comprenant des agglomérats de silice précipitée. Selon certains modes de réalisation, les plaques de plâtre selon 30 l'invention sont susceptibles d'éliminer certains COV de l'atmosphère plus efficacement que celles de l'état de la technique ; et / ou de manière plus durable (avec un moindre relargage des COV piégés) ; et / ou sont susceptibles d'éliminer une plus grande gamme de COV que les plaques de l'état de la technique. 35 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La Fig. 1 représente la teneur en formaldéhyde détectée (en ordonnées) exprimée en pourcentage de la teneur de référence, au cours du 3003 880 5 temps (en abscisse, en jours), lors d'un test des plaques selon l'invention et de plaques de référence (voir la section exemples). DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION 5 L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit. Sauf mention contraire, les pourcentages qui sont fournis sont des pourcentages massiques. Le matériau microporeux utilisé dans le cadre de l'invention est décrit 10 en détail dans le document WO 2006/071183, qui est incorporé ici par référence dans son intégralité. Il s'agit d'un matériau de type aérogel. Le matériau microporeux peut être fabriqué par une réaction de précipitation où une solution de silicate de métal alcalin est mise en contact avec une solution saline contenant des cations métalliques divalents ou 15 polyvalents. En mélangeant un silicate soluble avec des solutions salines contenant des métaux autres que ceux du groupe alcalin, des silicates métalliques amorphes insolubles sont obtenus par précipitation. Ce procédé est appelé procédé de coagulation, les particules formant des agrégats 20 relativement compacts, dans lesquels la silice est plus concentrée que dans la solution d'origine, de telle sorte que le coagulum sédimente sous la forme d'un précipité relativement dense. Le coagulum précipité obtenu ainsi est ensuite rincé à l'eau jusqu'à élimination des produits de réaction résiduels et des réactifs en excès. Une 25 partie de l'eau de la suspension est ensuite éliminée par exemple au moyen d'une filtration sous vide ou par centrifugation, jusqu'à obtention d'une pâte relativement visqueuse, par exemple d'environ 15 % de matière sèche. Le matériau peut être imprégné avec des agents d'imprégnation, par exemple en ajoutant ces agents à une concentration appropriée lors d'une 30 étape finale de rinçage du coagulum. Alternativement, ces agents peuvent être ajoutés à la pâte après le rinçage et l'élimination d'une partie de l'eau de la suspension. Le matériau est ensuite, selon un mode de réalisation, séché et préparé sous forme de poudre. A cet égard, on peut faire référence au 35 document WO 2006/071183, qui décrit le formage du matériau en granulés ou autres, et le séchage du matériau jusqu'à une teneur en matière sèche supérieure à 75 %, ou à 90 %, ou à 95 %, ou à 97 %. Le séchage est typiquement effectué à une température de 50 à 250°C, par exemple de 105°C. Les silicates de métal alcalin utilisables pour la fabrication du matériau peuvent être notamment à base de sodium ou de potassium, voire de lithium. On peut notamment utiliser un silicate composé de Si02 et Na20. Les silicates de métal alcalin disponibles dans le commerce présentent en général des rapports molaires entre la fraction silicate et la fraction alcaline de 1,6 à 3,9. Pour obtenir la réaction de coagulation, la solution de silicate de métal alcalin diluée, typiquement à une concentration de 1,5 M par rapport au Si02, est mélangée avec une solution concentrée voire saturée de sels contenant du magnésium et / ou du calcium, par exemple MgC12 et CaCl2. Toutefois, tout sel facilement soluble tel qu'un nitrate ou un acétate peut également être utilisé. En outre, d'autres cations divalents ou polyvalents peuvent être utilisés à la place de Mg et Ca, tels que Cu, Zn, Mn, Cd, Pb, Ni, Fe, Cr, Ag, Al, Ti, V, Co, Mo, Sn, Sb, Sr, Ba et W. Lorsque la solution diluée de silicate de sodium est mélangée avec le chlorure de magnésium et / ou de calcium avec une agitation vigoureuse, le mélange coagule immédiatement, selon la réaction suivante : Na2O - nSi02 (I) + 1/2 Mg2+ + 1/2 Ca2+ (Mg, Ca)0 - nSi02 (s) + 2 Na+ où n représente le rapport molaire de Si02 par rapport à Na20. La quantité de Mg et de Ca dans le produit final dépend du rapport molaire n. Plus ce rapport molaire est faible, plus il y a de Mg et Ca dans le coagulum par rapport au silicate. Ainsi, pour maximiser la teneur en Mg et Ca dans le produit, on doit utiliser un silicate de métal alcalin présentant un rapport molaire n aussi bas que possible. Les particules de silice enrichies de Mg et de Ca sont coagulées sous la forme d'agrégats dispersés dans le milieu aqueux, puis sont récupérées sur un filtre, rincées, et éventuellement formées et séchées. Ainsi, le matériau microporeux utilisé dans l'invention a pour formule formule MeOx - mSi02, dans laquelle Me désigne au moins deux métaux choisis parmi Ca, Mg, Cu, Zn, Mn, Cd, Pb, Ni, Fe, Cr, Ag, Al, Ti, V, Co, Mo, Sn, Sb, Sr, Ba et W, x désigne le rapport molaire de l'oxygène aux constituants métalliques, et m désigne le rapport molaire de Si02 par rapport aux constituants métalliques. De préférence les agglomérats de silice ont une taille Dv50 de 0,5 à 500 pm, de préférence de 5 à 200 pm, et de manière plus particulièrement préférée de 10 à 200 pm. De préférence, le rapport molaire m = Si/Me est de 1 à 4, de préférence de 2 à 3,5, de manière plus particulièrement préférée de 2,5 à 3. La silice précipitée, en tant que telle, est susceptible de capturer des contaminants, notamment du S02, du CO2, du H2S, et les COV dans une certaine mesure. Le terme de COV désigne ici les composés organiques (c'est-à-dire majoritairement composés de carbone et d'hydrogène) présentant une température d'ébullition de 50 à 260°C, à l'exclusion des pesticides (définition de l'Organisation Mondiale de la Santé). Les agents d'imprégnation mentionnés ci-dessus peuvent être ajoutés au coagulum pour augmenter encore la capacité du matériau à capturer certains contaminants. Ces agents d'imprégnation peuvent agir comme des catalyseurs, des agents tampons, ou des agents de piégeage. Par exemple, pour augmenter la capacité de capture des COV, l'hydroxyde de potassium et le permanganate de potassium sont particulièrement appropriés. Des COV plus particulièrement visés dans l'invention sont notamment le formaldéhyde et le toluène. Les agents d'imprégnation sont par exemple imprégnés en une quantité de 5 à 20 °/0, et notamment de 10 à 20 %. Le matériau selon l'invention présente de préférence une porosité de 0,5 à 1,2 cm3/g, et / ou une surface BET de 300 à 800 m2/g. Afin d'améliorer encore les capacités dépolluantes du matériau de l'invention, d'autres substances susceptibles de capturer, piéger, absorber, adsorber ou dégrader des polluants (et notamment des COV) peuvent être mélangés à celui-ci, et notamment peuvent être ajoutés aux agglomérats de silice au cours de la fabrication. C'est notamment le cas du charbon actif. Cela peut permettre d'élargir encore (par exemple au toluène) la gamme des polluants efficacement éliminés par les plaques selon l'invention. Le matériau selon l'invention est incorporé dans la couche de plâtre d'une plaque de plâtre. Par exemple, il est mélangé aux ingrédients secs avant ajout de l'eau de gâchage, ou il est mélangé à l'eau de gâchage, ou il est ajouté à la pâte en cours de gâchage. La quantité d'eau de gâchage est adaptée pour obtenir une bonne consistance de pâte. La quantité de matériau ajouté est par exemple de 20 à 2000 g par mètre carré de plaque, de préférence de préférence de 100 à 1500 g par mètre carré, de manière plus particulièrement préférée de 200 à 1000 g par mètre carré, et idéalement de 300 à 750 g par mètre carré de plaque, de bons résultats ayant été observés avec une teneur de 350 g par mètre carré. La plaque de plâtre ainsi fabriquée peut comporter un parement sur une face ou deux parements sur les deux faces opposées, de manière connue en soi. La fabrication des plaques peut notamment être réalisée par coulage du plâtre sur un papier de parement, puis pose du second papier de parement, puis séchage de la plaque conduisant à une forte évaporation d'eau et à l'obtention de la plaque définitive de construction après durcissement. Référence est faite au document EP 0521804 pour plus de détails. Les plaques de plâtre selon l'invention sont utilisées de manière classique en tant que matériaux de construction et servent à former des cloisons ou des plafonds, ou encore à former des doublages en particulier isolants. EXEMPLES Le matériau microporeux décrit ci-dessus, sous forme de poudre (fournie par la société Svenska Aerogel AB), est incorporé à des teneurs massiques de 5 % et 10 % (°/0 matière sèche / ingrédients secs) à une pâte de plâtre, qui est utilisée pour fabriquer des plaques de plâtre. Une plaque de référence est fabriquée selon le même principe sans matériau microporeux. Du formaldéhyde est injecté pendant environ 5 jours dans des compartiments de test en inox de 119 L, avec une concentration moyenne de formaldéhyde dans l'air introduit de 110 pg/m3. L'air est renouvelé à un taux de 1/2 par heure. Au bout du 3ème jour, les plaques de plâtre sont placées dans les compartiments, avec 0,4 m2 de plaque par m3 d'air et y sont laissées pendant 5 jours supplémentaires, l'alimentation en formaldéhyde étant stoppée le 3è" jour supplémentaire. La concentration de formaldéhyde est testée en prélevant des échantillons d'air dans les compartiments à travers des tubes de gel de silice revêtus de DNPH. L'analyse est effectuée par désorption de solvant, par HPLC et par détection à barrettes de diodes UV. Les résultats sont illustrés sur la Fig. 1. La plaque de référence sans matériau microporeux correspond à la courbe pleine avec les symboles o ; la plaque fabriquée avec 5 % de matériau microporeux correspond à la courbe en pointillés avec les symboles x ; et la plaque fabriquée avec 10 % de matériau microporeux correspond à la courbe pleine avec les symboles O. Les périodes A, B, et C correspondent respectivement : à l'injection de formaldéhyde en l'absence de plaques ; à l'injection de formaldéhyde en présence des plaques ; et à l'absence d'injection de formaldéhyde, en présence des plaques. Il est constaté que les plaques selon l'invention absorbent davantage les COV que les plaques de référence. REVENDICATIONS1. Plaque de plâtre comprenant une couche de plâtre et au moins un parement disposé sur celle-ci, la couche de plâtre comprenant un matériau microporeux, et ledit matériau microporeux comprenant des agglomérats de silice précipitée. 2. Plaque de plâtre selon la revendication 1, dans laquelle le matériau microporeux est présent dans la couche de plâtre dans une quantité en matière sèche de 20 à 2000 g par mètre carré de plaque, de préférence de préférence de 100 à 1500 g par mètre carré, de manière plus particulièrement préférée de 200 à 1000 g par mètre carré, et idéalement de 300 à 750 g par mètre carré. 3. Plaque de plâtre selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les agglomérats de silice ont une taille Dv50 de 0,5 à 500 pm, de préférence de 5 à 200 pm, et de manière plus particulièrement préférée de 10 à 200 pm. 4. Plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les agglomérats de silice précipitée sont selon la formule MeOx - mSi02, dans laquelle Me désigne au moins deux métaux choisis parmi Ca, Mg, Cu, Zn, Mn, Cd, Pb, Ni, Fe, Cr, Ag, Al, Ti, V, Co, Mo, Sn, Sb, Sr, Ba et W, x désigne le rapport molaire de l'oxygène aux constituants métalliques, et m désigne le rapport molaire de Si02 par rapport aux constituants métalliques, Me désignant de préférence Mg et Ca. 5. Plaque de plâtre selon la revendication 4, dans laquelle le rapport molaire m est de 1 à 4, de préférence de 2 à 3,5, de manière plus particulièrement préférée de 2,5 à 3. 6. Plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le matériau microporeux est susceptible d'être obtenu par un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : - préparation d'une solution d'au moins deux sels métalliques, dans laquelle les ions métalliques sont divalents ou polyvalents ; - préparation d'une solution de silicate de métal alcalin ; 7. Plaque de plâtre selon la revendication 6, dans laquelle, dans le procédé de fabrication : - la solution de silicate de métal alcalin présente un rapport molaire silicate! métal alcalin de 1 à 4, de préférence de 2 à 3,7, notamment de 3 à 3,7 et idéalement d'environ 3,35; - le métal alcalin est K, Na ou Li, de préférence Na ou K et de 15 manière plus particulièrement préférée Na ; et / ou - les sels métalliques sont choisis parmi les sels de Ca, Mg, Cu, Zn, Mn, Cd, Pb, Ni, Fe, Cr, Ag, Al, Ti, V, Co, Mo, Sn, Sb, Sr, Ba et W, de préférence les sels de Ca et Mg ; et / ou - les sels métalliques sont des chlorures, acétates ou nitrates, 20 de préférence le chlorure de magnésium et le chlorure de calcium ; et / ou - les solutions de sels métalliques ont une concentration supérieure ou égale à 0,5 M, de préférence supérieure ou égale à 1 M, de manière plus particulièrement supérieure ou 25 égale à 1,5 M, et une concentration inférieure ou égale à la concentration de saturation ; et / ou - la solution de silicate de métal alcalin a une concentration en Si02 supérieure ou égale à 0,5 M, de préférence supérieure ou égale à 1 M, de manière plus particulièrement préférée 30 supérieure ou égale à 1,4 M, idéalement supérieure ou égale à 1,5 M, et de préférence inférieure ou égale à 4 M ; et / ou - le coagulum à l'issue de l'étape de rinçage et de récupération est ajusté à une teneur en matière sèche supérieure ou égale à 15 %, de préférence par filtration ; et / 35 OU - le rinçage du coagulum comprend l'élimination d'anions libres présents dans le coagulum ; et / ou- les agents d'imprégnation sont choisis parmi KMn04, C2H204, C6H807, Na2S203, NaCIO, KOH, NaOH, KI, Nal, K2CO3, Na2CO3, NaHCO3, KHCO3, de préférence KOH et KMn04 ; et / ou - les agents d'imprégnation sont ajoutés au coagulum sous forme de poudre cristalline, qui est dissoute dans la phase aqueuse du coagulum sous agitation ; et / ou - les agents d'imprégnation sont présents en une teneur de 0 à 20 %, de préférence de 5 à 20 % et de manière plus particulièrement préférée de 10 à 20 %, dans le matériau microporeux. 8. Plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le matériau microporeux comprend en outre du charbon actif. 9. Procédé de fabrication d'une plaque de plâtre selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une étape de gâchage d'une pâte de plâtre pour fournir la couche de plâtre de la plaque de plâtre, et dans lequel le matériau microporeux est ajouté avant ou pendant le gâchage. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le matériau microporeux est ajouté sous la forme d'une poudre, présentant de préférence une teneur en matière sèche d'au moins 90 %, de préférence d'au moins 95 %, et de manière plus particulièrement préférée d'au moins 97 %. 11. Utilisation d'un matériau microporeux comprenant des agglomérats de silice précipitée, afin d'augmenter la capacité d'une plaque de plâtre à absorber des composés organiques volatils. 12. Utilisation selon la revendication 11, dans laquelle le matériau microporeux est tel que décrit dans l'une des revendications 3 à 8. 13. Utilisation selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle le matériau microporeux est incorporé sous la forme d'une poudre à une pâte de plâtre lors de la fabrication de la plaque de plâtre, la poudre présentant de préférence une teneur en matière sèche d'au moins 90 %, de préférence d'au moins 95 %, et de manière plus particulièrement préférée d'au moins 97 %. 14. Utilisation selon l'une des revendications 11 à 13, dans laquelle le matériau microporeux est utilisé dans une quantité de 20 à 2000 g par mètre carré de plaque, de préférence de préférence de 100 à 1500 g par mètre carré, de manière plus particulièrement préférée de 200 à 1000 g par mètre carré, et idéalement de 300 à 750 g par mètre carré.