Brevet FR3023283A1 — publié le 20160108

MAT DE FIBRES MINERALES ET PRODUITS BITUMES INCORPORANT LEDIT MAT La présente invention se rapporte au domaine des mats à base de fibres minérales liées par un liant organique en particulier destinés à la réalisation de produits bitumés pour toiture. L'invention concerne plus particulièrement des membranes bitumées composées dudit mat de fibres minérales pourvu d'un revêtement à base de bitume. De telles membranes bitumées sont destinées notamment à la fabrication de bardeaux (« shingles » en anglais) par l'application d'une couche de surface supplémentaire constituée de granules minéraux. Les mats de fibres minérales (aussi appelés « intissés » ou « voiles ») peuvent être fabriqués selon les procédés connus opérant par voie sèche ou par voie humide. Dans le procédé par voie sèche, de la matière minérale fondue contenue dans un four est acheminée vers un ensemble de filières à partir desquelles des filaments s'écoulent par gravité et sont étirés par un fluide gazeux. Les filaments minéraux sont récoltés sur un convoyeur où ils s'entremêlent en formant un mat. Sur la face supérieure du mat ainsi formé, on applique un liant organique à l'aide d'un dispositif adapté, le plus souvent opérant par dépôt par rideau, et on élimine l'excès de liant organique par aspiration au niveau de la face opposée. Le mat entre ensuite dans un dispositif contenant de l'air chaud dont la température, de l'ordre de 200 à 250°C, est adaptée pour éliminer l'eau et réticuler le liant organique en un temps très court, de l'ordre d'une dizaine de secondes à 1 minute, puis le mat de fibres minérales est collecté sous la forme d'un enroulement. Dans le procédé par voie humide, le mat est obtenu à partir d'une dispersion aqueuse de fibres minérales coupées qui est déposée au moyen d'une tête de formage sur un convoyeur muni de perforations et l'eau est extraite à travers le convoyeur grâce à un caisson d'aspiration. Les fibres minérales coupées restant sur le convoyeur forment un mat qui est traité dans les mêmes conditions que celles décrites pour le procédé par voie sèche. Dans les procédés précités, le liant organique a pour fonction de lier les fibres minérales entre-elles et de conférer au mat qui les contient des propriétés mécaniques adaptées à l'usage désiré, notamment une rigidité suffisante pour pouvoir être manipulé facilement sans risque notamment qu'il puisse être déchiré. Le liant organique à appliquer sur les fibres minérales se présente généralement sous la forme d'une solution aqueuse renfermant au moins une résine thermodurcissable et des additifs tels qu'un catalyseur de réticulation de la résine, un silane (agent de couplage), un hydrofugeant, ... Les résines thermodurcissables les plus couramment utilisées sont des résines uréeformaldéhyde et mélamine-formaldéhyde qui présentent l'avantage d'être compatibles avec le bitume permettant ainsi de conférer de bonnes propriétés mécaniques au produit bitumé final, et de surcroit sont peu coûteuses. Sur le mat de fibres de verre ainsi obtenu, on dépose ensuite une couche de bitume comprenant des stabilisants minéraux et éventuellement des additifs sous forme de polymères. Le dépôt du bitume peut se faire par pulvérisation sur une seule face ou sur les deux faces, ou par immersion dans un bain de bitume fondu. Des granules minéraux sont ensuite appliqués sur le bitume ramolli et incrustés dans ce dernier afin d'obtenir un bardeau. Il est important que le mat à base de fibres minérales ait une bonne résistance à la traction à l'état sec, mais aussi en présence de bitume chaud. Le mat présente avantageusement une résistance à la traction dans des conditions de vieillissement en milieu humide, ainsi qu'une bonne résistance à la déchirure. La présente invention a pour but d'améliorer l'adhésion du bitume chaud au mat de fibres minérales, permettant ainsi d'améliorer les propriétés mécaniques du produit bitumé, notamment sa résistance à la rupture en 30 traction. Ce but est atteint grâce à l'utilisation d'un liant organique qui comprend au moins une résine mélamine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde ou phénolformaldéhyde et au moins un promoteur d'adhésion choisi dans le groupe constitué par les homopolymères d'acide (méth)acrylique, les copolymères d'acide (méth)acrylique et d'au moins un monomère éthyléniquement insaturé en C2-C8, les copolymères de styrène et de butadiène, les résines alkydes et les colophanes, à l'exception des liants qui contiennent au moins une résine urée-formaldéhyde et un copolymère d'acide acrylique et d'éthylène ou de styrène. Les résines mélamine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde et phénolformaldéhyde sont choisies parmi les résines connues présentant les propriétés qui conviennent pour l'application sur le mat à base de fibres minérales. Les résines conformes à l'invention peuvent être obtenues de manière classique par condensation de mélamine, d'urée ou de phénol et de formaldéhyde en présence d'une base, par exemple l'hydroxyde de sodium, dans un rapport molaire formaldéhyde/mélamine ou formaldéhyde/phénol supérieur à 1, de préférence inférieur à 3,0. Les homopolymères conformes à l'invention sont de préférence des homopolymères d'acide acrylique. Les copolymères conformes à l'invention sont de préférence des copolymères d'acide (méth)acrylique et d'éthylène, de propène, de butène et/ou de styrène, avantageusement des copolymères d'acide acrylique et d'éthylène. Les résines alkydes conformes à l'invention sont choisies parmi les résines polyester saturées conventionnelles obtenues à partir d'un alcool polyfonctionnel et d'un acide difonctionnel, et modifiées par l'ajout d'une huile contenant des acides gras à sous forme de triglycérides, généralement une huile naturelle. A titre d'exemples d'alcool polyfonctionnel, on peut citer le glycérol, le pentaérythritol, le sorbitol, les polyéthylène glycols et les polypropylène glycol. Le glycérol est préféré. A titre d'exemples d'acide difonctionnel, on peut citer l'acide phtalique, l'acide isophtalique, l'acide maléique, l'acide adipique et l'acide sébacique, ainsi que les anhydrides correspondants lorsqu'ils existent. L'acide phtalique et l'anhydride phtalique sont préférés. A titre d'exemples d'huiles, on peut citer les huiles de lin, de bois de Chine (tung), de cartame, de soja, de ricin, de pin, de coton et de noix de coco. Ces huiles dites « siccatives » contiennent une proportion élevée d'acides gras insaturés qui favorisent la réticulation de la résine alkyde par séchage à l'air. Les colophanes sont obtenues par distillation d'huiles de pin ou par traitement des résidus de fabrication de la pâte à papier selon le procédé Kraft (« tall oil » en anglais). Les colophanes contiennent majoritairement de l'acide abiétique et des isomères de ce dernier. La colophane issue d'huile de pin est préférée. Le promoteur d'adhésion est mis en oeuvre en une quantité variant de 0,5 à 30 parts en masse pour 100 parts en masse de résine mélamineformaldéhyde, urée-formaldéhyde ou phénol-formaldéhyde et d'éventuels additifs, de préférence 5 à 15 parts. Comme indiqué ci-dessus, le liant organique peut comprendre en outre des additifs conventionnels, par exemple un extendeur tel que l'amidon, un agent plastifiant tel que le poly(alcool vinylique) et le poly(acétate de vinyle), un agent anti-feu tel que de la silice colloïdale, un agent anti-mousse, un biocide et des pigments. Le liant organique de base (hors promoteur d'adhésion) comprend préférentiellement les constituants ci-après dans les proportions suivantes (en % massique) : - 5 à 100 % de résine mélamine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde ou phénol-formaldéhyde, - 0 à 95 % d'amidon, et - 0 à 30 % d'agents plastifiants. Le liant organique se présente sous la forme d'une solution, d'une émulsion ou d'une dispersion aqueuse. Le liant organique est appliqué sur des mats de fibres constituées de verre ou d'une roche, en particulier le basalte, et de préférence de verre. De manière classique, on dépose le liant organique sur le mat de fibres minérales (formé par la voie sèche ou la voie humide), puis le mat est traité à une température permettant la réticulation du liant organique qui devient alors infusible. La réticulation du liant organique selon l'invention se fait à une température qui varie généralement de 180 à 250°C, de préférence de 200 à 220°C, et pendant une durée très courte, de l'ordre de quelques secondes à 1 minute. Le promoteur d'adhésion est préférentiellement incorporé dans le liant organique appliqué sur le mat de fibres minérales. Cependant, on ne saurait exclure l'application du promoteur d'adhésion séparément de celle du liant organique de base sur le mat de fibres minérales. Les fibres minérales sont aussi bien des filaments que des fils composés d'une multitude de filaments liés ensemble, notamment par un ensimage, et des assemblages de tels fils. Ainsi, selon un premier mode de réalisation, le mat de fibres minérales est composé de filaments minéraux discontinus de longueur pouvant atteindre 150 mm, de préférence variant de 20 et 100 mm et avantageusement de 50 à 70 mm, et ayant un diamètre qui peut varier dans une large mesure, par exemple de 5 à 30 pm. Selon un deuxième mode de réalisation, le mat de fibres minérales est composé de fils minéraux. Les fils minéraux peuvent être des fils composés d'une multitude de filaments minéraux (ou fils de base) ou des assemblages de ces fils de base en stratifils (« rovings » en anglais). Les fils précités peuvent être des fils sans torsion ou des fils retordus (ou fils textiles), de préférence sans torsion. Les fils minéraux, notamment de verre, sont généralement coupés à une longueur pouvant aller jusqu'à 100 mm, de préférence variant de 6 à 30 20 mm, avantageusement de 8 à 20 mm et mieux encore de 10 à 18 mm. Le diamètre des filaments de verre constituant les fils peut varier dans une large mesure, par exemple 5 à 30 pm. De la même manière, de larges variations peuvent survenir dans la masse linéique du fil qui peut aller de 34 à 1500 tex. 25 Le verre entrant dans la constitution des filaments peut être de tout type, par exemple C, E, R, AR (alcali-résistant). On préfère le verre C et le verre E. Le mat peut, le cas échéant, être renforcé par des fibres continues qui sont généralement déposées sur le dispositif de convoyage du mat dans le 30 sens d'avancement du mat et réparties sur tout ou partie de la largeur du mat. Ces fibres sont généralement déposées dans l'épaisseur du mat de fibres, notamment minérales, avant l'application du liant organique. Les fibres de renforcement sont généralement en verre. Le mat de fibres minérales présente généralement une masse surfacique qui varie de 10 à 1100 g/m2, de préférence de 30 à 350 g/m2, avantageusement de 35 à 80 g/m2. Le liant organique représente généralement 5 à 40 % en masse du mat de fibres, notamment minérales, de préférence 10 à 30 %. Le mat de fibres minérales précité est ensuite traité avec une composition de bitume qui peut contenir des additifs tels que des huiles et résidus de pétrole, des polymères, notamment styrène-butadiène-styrène, des agents de stabilisation minéraux, des agents antistatiques et des agents anti- UV, notamment un polypropylène atactique. Ces additifs peuvent représenter jusqu'à 15 % de la masse du bitume. Le bitume a pour fonction de rendre le mat de fibres minérales étanche à l'eau tout en conférant une grande flexibilité au matériau final. Il joue également le rôle de support pour les granules minéraux dans un bardeau. Le bitume peut être oxydé. La quantité de bitume appliquée sur le mat de fibres minérales peut varier dans une large mesure, jusqu'à obtenir un produit bitumé présentant une masse surfacique qui varie de 1000 à 10 000 g/m, et de préférence de 1500 à 7500 g/m2. L'application de la composition de bitume peut être effectuée par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple par enduction à l'état ramolli, par pulvérisation ou au trempé, en une ou plusieurs passes. Le mat à base de fibres minérales revêtu de bitume constitue un autre objet de l'invention. Il peut être utilisé notamment en tant que membrane d'étanchéité pour toiture, notamment de toit-terrasse, et pour la fabrication de bardeau par application d'une couche supplémentaire de granules minéraux sur au moins une de ses faces. Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention sans toutefois la limiter. Dans ces exemples, on mesure la résistance à la rupture en traction sur le mat de fibres de verre et sur le mat bitumé dans les conditions de la norme NF EN ISO 13934-1. La mesure est effectuée sur 10 échantillons de 25 cm de long et 5 cm de large. Pour l'exemple 3, la mesure est effectuée dans le sens transverse, les fils de renforcement étant situés dans la longueur de l'échantillon. EXEMPLE 1 a) fabrication du mat de fibres minérales On fabrique un mat de fibres de verre par la voie humide. 5,08 g de fils de verre coupés (diamètre des filaments : 13 pm ; longueur : 18 mm) sont dispersés dans 25 litres d'eau contenant 3,75 g d'un tensioactif(1), 62,5 g d'un épaississant(2) et 0,87 g d'un agent antimousse(3). La dispersion est versée dans un récipient dont le fond est pourvu d'un tamis et l'eau est éliminée par gravité à travers le tamis. Les filaments de verre uniformément répartis sur le tamis sont récupérés sous la forme d'un mat. Le mat est immergé dans un bain de liant organique aqueux de composition suivante (en % de matières solides) : - Résine mélamine-formaldéhyde(4) 24,5 - Homopolymère d'acide acrylique(5) 10,0 - Amidon(6) 68,6 - Poly(alcool polyvinylique)(') 2,0 - Poly(acétate de vinyle)(8) 4,9 Le liant organique contient 7,5 % de matières solides. Après immersion, le mat est séché dans une étuve à 210°C pendant 1 minute. b) fabrication du mat bitumé Le mat obtenu à l'étape a) est immergé dans un bain de bitume fondu (180°C), puis refroidi à la température ambiante. A titre de comparaison (exemple comparatif 1), un mat bitumé est préparé dans les mêmes conditions à partir d'un mat de fibres de verre et d'un liant organique ne contenant pas de promoteur d'adhésion. Les propriétés des mats obtenus sont données dans le tableau 1. EXEMPLE 2 On procède dans les conditions de l'exemple 1 modifiées en ce que le promoteur d'adhésion est une résine alkyde(9) et qu'on utilise un bitume oxydé( °) A titre de comparaison (exemple comparatif 2), on prépare un mat bitumé dans les mêmes conditions à partir d'un mat de fibres de verre et d'un liant organique ne contenant pas de promoteur d'adhésion. Les propriétés des mats obtenus sont données dans le tableau 1. EXEMPLE 3 a) fabrication du mat de fibres minérales Dans une installation industrielle, on forme par la voie sèche un mat constitué de filaments de verre C renforcé par des fils de verre (68 Tex). Les fils de renforcement sont déposés sur un convoyeur dans le sens machine (chaîne) avec un espacement de 16 mm, après le dépôt d'une partie des filaments sur le convoyeur, de manière à ce que les fils de renforcement se trouvent noyés dans l'épaisseur du mat, puis un liant est appliqué par rideau sur le mat. Le convoyeur entre ensuite dans une étuve de 50 m de long chauffée à une température qui varie de 240°C (entrée) à 200°C (sortie) à la vitesse de 125 m/min. Le mat est bobiné sous la forme d'un enroulement. Le liant organique a la composition de l'exemple 1 modifiée en ce que le promoteur d'adhésion est un copolymère éthylène-acide acrylique(11). b) Fabrication du mat bitumé Le mat de fibre de verre obtenu dans l'étape a) est immergé dans un 20 bain de bitume en fusion (200°C) par la méthode au trempé (« dip coating » en anglais). Le mat est ensuite refroidi à la température ambiante et bobiné sous la fome d'un enroulement. A titre de comparaison, on utilise un liant organique ne contenant pas de copolymère éthylène-acide acrylique pour fabriquer un mat de fibres de 25 verre et un mat bitumé dans les conditions décrites précédemment. Les propriétés des mats figurent dans le tableau 1. Référence Aerosol® G61 commercialisé par la société Cytec Référence Agitan® commercialisé par la société Munzing 30 Référence Tylose® commercialisé par la société ShinEtsu Référence Prefere® 71 0463J commercialisé par la société Prefere Resins Référence Plextol® BV595 commercialisé par la société Synthomer Référence Tackidex® G076 commercialisé par la société Roquette Référence Mowiol® 40-88 commercialisé par la société Clariant Référence Winacet® DP commercialisé par la société Synthos Référence Radia® 6083 commercialisé par la société Oleon Commercialisé par la société Total Bitumen Deutschland GmbH Référence Michem® Prime 4983R commercialisé par la société Synthomer 10 Tableau 1 Mat de fibres de verre Mat bitumé Masse surfacique Taux de liant Résistance à la Masse Résistance à la (g/m2) (%) rupture en traction surfacique rupture en traction (N/5 cm) (g/m2) (N/5 cm) Ex. 1 60,5 21,5 175,9 2625 346 Ex. comp. 1 64,2 23,2 174,5 2649 307 Ex. 2 61,8 21,3 139,0 1981 349 Ex. comp. 2 60,5 21,8 137,0 2024 284 Ex. 3 54,6 28,7 167,9 2082 253 Ex. comp. 3 56,1 27,8 164,5 2102 200 w 0 Ni w Ni 00 w REVENDICATIONS1. Mat de fibres minérales comprenant un liant organique, caractérisé en ce que le liant organique comprend au moins une résine mélamineformaldéhyde, urée-formaldéhyde ou phénol-formaldéhyde et au moins un promoteur d'adhésion choisi dans le groupe constitué par les homopolymères d'acide (méth)acrylique, les copolymères d'acide (méth)acrylique et d'au moins un monomère éthyléniquement insaturé en C2-C8, les copolymères de styrène et de butadiène, les résines alkydes et les colophanes, à l'exception des liants qui contiennent au moins une résine urée-formaldéhyde et un copolymère d'acide acrylique et d'éthylène ou de styrène. 2. Mat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'homopolymère est un homopolymère d'acide acrylique. 3. Mat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le copolymère est un copolymère d'acide (méth)acrylique et d'éthylène, de propène, de butène et/ou de styrène, de préférence un copolymère d'acide acrylique et d'éthylène. 4. Mat selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine alkyde est une résine polyester obtenue à partir de glycérol et d'acide phtalique ou d'anhydride phtalique, modifiée par une huile contenant des acides gras sous forme de triglycérides. 5. Mat selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la quantité de promoteur d'adhésion varie de 0,5 à 30 parts en masse pour 100 parts en masse de résine mélamine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde ou phénol-formaldéhyde et d'éventuels additifs, de préférence 5 à 15 parts. 6. Mat selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liant organique de base (hors promoteur d'adhésion) comprend les constituants ci-après dans les proportions suivantes (en % massique) : - 5 à 100 % de résine mélamine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde ou phénol-formaldéhyde, - 0 à 95 % d'amidon, et - 0 à 30 % d'agents plastifiants. 7. Mat selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il présente une masse surfacique qui varie de 10 à 1100 g/m2, de préférence de 30 à 350 g/m2 et avantageusement de 35 à 80 g/m2. 8. Mat selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la quantité de liant organique représente 5 à 40 % en masse du mat de fibres, et de préférence 10 à 30 %. 9. Mat bitumé, caractérisé en ce qu'il comprend un mat de verre selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Mat selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il présente une masse surfacique qui varie de 1000 à 10 000 g/m, et de préférence de 1500 à 7500 g/m2. 11. Bardeau comprenant un mat bitumé selon la revendication 9 ou 10 et une couche des granules minéraux sur au moins une de ses faces.