Brevet FR3046214A1 — publié le 20170630

PRODUIT D'ISOLATION COMPRENANT DE LA LAINE MINERALE EN VRAC L'invention concerne un produit d'isolation comprenant de la laine minérale. La laine minérale est un très bon isolant thermique et acoustique car elle comprend des fibres minérales enchevêtrées qui lui confère une structure poreuse et élastique. Une telle structure permet d'emprisonner de l'air et d'absorber ou atténuer les bruits. En outre, la laine minérale est fabriquée essentiellement à partir de matières minérales, notamment naturelles ou de produits recyclés (verre recyclé), et présente ainsi un bilan environnemental intéressant. Enfin, la laine minérale étant à base de matériaux incombustibles par nature, elle n'alimente pas le feu et ne propage pas les flammes. De préférence, la laine minérale est choisie parmi la laine de verre ou la laine de roche. On distingue d'une part les produits d'isolation de type panneaux ou rouleaux qui se présentent sous forme de plaques ou de matelas de fibres dont la cohésion. est assurée par un liant (aussi dénommé encollage) qui lie les fibres entre elles par adhésion ponctuelle, d'autre part des produits de type vrac qui se présentent sous forme de petits paquets de fibres enchevêtrées formant des particules de taille centimétrique dans lesquels aucun agent collant n'assure la cohésion des fibres dans les paquets. La fabrication de la laine minérale dite en vrac (ou « loose-fill » en anglais) comporte au moins les étapes suivantes : - une étape de fusion des matières premières telles que du verre, dans un four de fusion, - une étape de fibrage, - une étape de formation d'un matelas de laine minérale, - une étape de nodulation par broyage. La fabrication de la laine minérale vrac peut comprendre en outre les étapes suivantes : une étape d'enduction par des agents tels que des agents anti-statiques et/ou un adjuvant de cohésion, préalablement, concomitamment ou suivant la nodulation, et/ou une étape d'ensachage. A la fin de l'étape de nodulation, la laine minérale sous forme de nodules ou de flocons peut être utilisée telle quelle comme produit d'isolation en vrac ou isolant en vrac (« loose fill insulation ») par épandage, soufflage ou remplissage de cavités, Un isolant en vrac correspond, dans le domaine du bâtiment, à une variété de matériaux 3046214 2 présentés sous forme de petites particules dont la texture varie de granuleuse à floconneuse. La laine minérale est avantageusement utilisée sous forme de nodules ou de flocons comme constituant principal dans les produits d'isolation en vrac pour espaces 5 difficiles d'accès tels que les planchers de combles perdus non aménagés ou difficilement accessibles. Ces produits d'isolation en vrac sont généralement appliqués par soufflage mécanique à l'aide d'une machine à souffler qui permet la projection sur une surface ou l'injection dans une cavité d'un produit d'isolation à partir d'un tuyau de sortie. Ces 10 produits d'isolation en vrac sont principalement installés par projection directement dans l'espace à isoler tel que des combles ou par injection dans une cavité murale. Ces produits d'isolation en vrac sont également appelés produits d'isolation à souffler. Le produit d'isolation une fois soufflé doit être le plus homogène possible pour éviter les ponts thermiques et améliorer ainsi les performances thermiques. 15 Cependant, lorsque le produit d'isolation est soufflé, peu importe le diamètre du tuyau de sortie, la laine minérale sous forme de nodules ou de flocons n'est pas totalement homogène. La conductivité thermique du produit d'isolation résultant n'est pas optimisée. Plusieurs solutions ont été envisagées pour améliorer l'homogénéité des produits 20 d'isolation en vrac lors du convoi pneumatique. Les demandes de brevet EP1165998 et US 2006/0266429 divulguent des tuyaux flexibles qui présentent des moyens mécaniques permettant de détendre l'isolant en vrac lors de son installation. Ces moyens mécaniques sont des saillies s'étendant sur la surface interne des tuyaux. 25 La demande JP 2006/328609 divulgue un procédé complexe pour détendre de la laine de roche avant son stockage en silo, comprenant une étape selon laquelle on transporte des agglomérats de fibres par un flux d'air turbulent qualifié par un nombre de Reynolds supérieur à 200 000, à l'intérieur d'une conduite pourvue de plusieurs séries d'aiguilles et de zones en relief pour que les agglomérats entrant en collision sur 30 ces dernières subissent une ouverture mécanique. Ces solutions souvent trop complexes ne donnent pas entière satisfaction. Le demandeur a mis au point un nouveau procédé de préparation permettant d'obtenir un produit d'isolation comprenant de la laine minérale présentant des performances thermiques améliorées. 35 Le procédé de l'invention comprend une étape d'aération dans un dispositif comprenant une enceinte et au moins un moyen susceptible de générer un écoulement gazeux turbulent. Lors de cette étape d'aération, un flux de gaz porteur est introduit dans l'enceinte et une laine minérale sous forme de nodules ou de flocons est soumise 3046214 3 à l'écoulement turbulent de ce gaz porteur avec entrainement dans un sens selon une direction A, et en sens inverse selon une direction B opposée à la direction A de sorte qu'il existe dans l'enceinte au moins un plan perpendiculaire à la direction A où se croisent de la laine minérale entrainée dans la direction A et de la laine minérale 5 entrainée dans la direction B. Le profil des vitesses moyennes de la laine minérale dans l'écoulement selon la direction A comprend au moins un point de recirculation où la composante de la vitesse parallèle à la direction A est négative ce qui permet de générer l'écoulement selon la direction B. De préférence il existe plusieurs points de recirculation, pour 10 former dans l'écoulement une ou des boucles ou bulles de recirculation. On note que le procédé de l'invention utilisant un écoulement turbulent en régime instationnaire, les explications fournies dans la présente demande au sujet des profils de vitesse des écoulements concernent des vitesses moyennes dans le temps pendant une durée suffisante à caractériser le phénomène observé. 15 Cette étape d'aération diminue significativement la densité de la laine minérale sous forme de nodules ou de flocons mais surtout homogénéise sa structure. De manière surprenante, l'expansion et/ou l'homogénéisation de la laine minérale soumise à l'étape d'aération de l'invention est bien meilleure que celle pouvant être obtenue par les procédés connus d'homogénéisation. Le produit d'isolation résultant peut être 20 compacté suite à l'étape d'aération tout en conservant une structure plus homogène. L'amélioration des performances thermiques se traduit notamment, par rapport aux laines minérales non aérées selon le procédé de l'invention, par une diminution de la conductivité thermique à densité égale ou par une diminution de la densité à conductivité thermique égale. Les produits d'isolation résultant possèdent également à 25 densité égale une résistance à l'air beaucoup plus élevée. Quand on applique le procédé sur des nodules de laine minérale existants l'invention permet de détendre les nodules ou les flocons de sorte qu'il devient pratiquement impossible de déterminer leur dimension individuelle. Cela peut être démontré par un simple examen visuel des produits d'isolation. 30 C'est ainsi que la laine minérale en vrac selon l'invention prend une forme nouvelle, que l'on peut qualifier de duvet, car elle est très similaire aux matériaux de garnissage en duvet animal. On entend donc par « duvet » dans la présente demande un produit de laine minérale vrac où les fibres constituant la laine minérale sont quasiment individualisées, et la structure en paquets des flocons a été quasiment 35 détruite. La laine minérale est choisie parmi la laine de verre ou la laine de roche. La laine de verre est généralement définie comme un produit obtenu à partir d'une matière minérale en fusion issu d'un mélange de matières premières vitrifiables 3046214 4 et transformée en fibre par un procédé le plus souvent centrifuge. La fusion de verre sous forme d'un liquide relativement visqueux produit des fibres relativement longues et fines. La laine de roche est généralement définie comme un produit obtenu à partir 5 d'une matière minérale en fusion issu de roches naturelles et transformée en fibre par un procédé le plus dit à cascade de rotors. La fusion de roches naturelles sous forme d'un liquide très fluide produit des fibres relativement courtes et épaisses. Avec la laine de roche, la forme en duvet peut être difficile à atteindre, et l'invention couvre aussi des flocons de laine de roche d'une structure nouvelle. 10 La figure 1 comprend des photographies représentant respectivement : - Figure 1.A : une laine de verre sous forme de nodules ou de flocons n'ayant pas subi l'étape d'aération selon l'invention et - Figure 1.B : une laine de verre sous forme de mat ayant subi l'étape d'aération selon l'invention. 15 La figure 2 comprend des photographies représentant respectivement : - Figure 2.A : une laine de roche sous forme de nodules ou de flocons n'ayant pas subi l'étape d'aération selon l'invention et - Figure 2.B : une laine de roche sous forme de nodules ou de flocons « détendue » ayant subi l'étape d'aération selon l'invention. 20 La meilleure homogénéité obtenue par le procédé de l'invention ressort clairement du simple examen visuel des produits d'isolation. En revanche, la caractérisation de ces produits nouveaux par leur structure macroscopique et microscopique est difficile à établir. A cette fin, le demandeur a mis au point une méthode de mesure de distribution de taille d'agglomérats utilisant des tamis vibrants 25 exposée ci-après. Le procédé de l'invention permet de détendre la laine de verre et la laine de roche. L'invention concerne un produit d'isolation en vrac sous forme de duvet de laine de verre caractérisé en ce que la répartition massique des agglomérats obtenue par 30 tamisage de 2 à 5 g de produit d'isolation à l'aide d'une tamiseuse à vibrations comprenant un empilement de tamis et une amplitude d'oscillation maximale de 3 mm réglée entre 1,5 et 2,5 mm, de préférence entre 1,8 et 2,2 mm et mieux à 2 mm, pendant 5 minutes, présente : un pourcentage massique d'agglomérats passant au tamis de 6 mm inférieur à 5 % 35 en masse, de préférence inférieur à 3 % en masse et/ou un pourcentage massique d'agglomérats passant au tamis de 13 mm inférieur à 50 % en masse, de préférence inférieur à 40 % en masse, voire inférieur à 35 % masse. 3046214 L'invention concerne un produit d'isolation en vrac comprenant de la laine roche sous forme de duvet, de nodules ou de flocons, caractérisé en ce que la répartition massique des agglomérats obtenue par tamisage de 2 à 5 g de produit d'isolation à l'aide d'une tamiseuse à vibrations comprenant un empilement de tamis et une 5 amplitude d'oscillation maximale de 3 mm réglée entre 1,5 et 2,5 mm, de préférence entre 1,8 et 2,2 mm et mieux à 2 mm, pendant 5 minutes, satisfait la relation suivante, (% Agglomérats 6-13) - (% Agglomérats 44 E 25 mm ». Il est dans ce cas possible qu'une faible quantité-d'agglomérat présente un passant supérieur à 32 mm. Tableau 2 % Cumulé de 0 à plus de 44 mm % Cumulé inversé de plus de 44 à 0 Produit Tamis E 44 44 PI 7 3,42 1% 18% 33% 55% 55% 55% 100% - 100% 99% 82% 67% 45% 45% 45% 0% LV A 8 8 3,31 2% 24% 67% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 98% 76% 33% 0% 0% 0% 0% 8 3,33 1% 24% 47% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 99% 76% 53% 0% 0% 0% 0% 8 3,44 1% 17% 74% 88% 100% 100% 100% 100% 100% 99% 83% 26% 12% 0% 0% 0% 8 3,16 2% 16% 36% 48% 59% 68% 68% 100% 100% 98% 84% 64% 52% 41% 32% 32% 8 3,55 2% 19% 65% 67% 69% 76% 100% 100% 100% 98% 81% 35% 33% 31% 24% 0% 8 ' 3,68 2% 24% 53% 66% 66% 66% 66% 100% 100% 98% 76% 47% 34% 34% 34% 34% 8 3,64 1% 17% 34% 39% 39% -39% 39% 100% 100% 99% 83% 66% 61% 61% 61% 61% 8 3,02 2% 26% 65% 86% 87% 100% 100% 100% 100% 98% 74% 35% 14% 13% 0% 0% 8 3,65 1% 26% 57% 79% 79% 79% 79% 100% 100% 99% 74% 43% 21% 21% 21% 21% 3,40 1% 15% 52% 61% 61% 68% 68% 100% 100% 99% 85% 48% 39% 39% 32% 32% PI 5 3-3,5 4% 62% 75% 75% 100% - - - 100% 96% 38% 25% 25% 0% 0% 0% LV NA 5 3-3,5 3% 56% 83% 90% . 100% - - - 100% 97% 44% 17% 10% 0% 0% 0% 5 3-3,5 6% 72% 93% 98% 100% - - - 100% 94% 28% 7% 2% 0% 0% 0% 5 3-3,5 7% 40% 97% 100% 100% - - - 100% 93% 60% 3% 0% 0% 0% 0% 5 3-3,5 6% 44% 94% 100% 100% - - - 100% 94% 56% 6% 0% 0% 0% 0% 5 3-3,5 5% 35% 75% 76% 100% - - - 100% 95% 65% 25% 24%. 0% 0% 0% 5 3-3,5 6% 60% 71% 74% 100% - - - 100% 94% 40% 29% 26% 0% 0% 0% 5 3-3,5 5% 64% 92% 93% 100% - - - 100% 95% 36% 8% 7% 0% 0% 0% 5 3-3,5 5% 63% 92% 92% 100% - - - 100% 95% 37% 8% 8% 0% 0% 0% Tableau 3 % Cumulé de 0 à 32 mm % Cumulé inversé de plus de 32 à 0 Produit Tamis E 25 25[ PI 7 1,89 1% 32% 59% 99% 4 99% 99% 98% 67% 40% - 0% LV A 8 3,31 2% 24% 67% 100% 100% 100% 98% 76% 33% 0% 8 3,33 1% 24% 47% 100% 100% 100% 99% 76% 53% 0% 8 3,44 1% 17% 74% 88% 100% 100% 99% 83% 26% 12% 8 1,86 2% 26% 60% 81% 99% 99% 97% 73% 39% 18% 8 2,46 2% 26% 93% 96% 99% 99% 98% 73% 7% 3% 8 2,44 2% 36% 79% 99% 99% 99% 98% 64% 20% 0% 8 1,42 1% 43% 86% 99% 99% 99% 99% 56% 13% 0% 8 2,63 2% 30% 75% 99% 100% 100% 98% 70% 25% 1% 8 2,90 1% 33% 72% 100% 100% 100% 99% 67% 28% 0% 8 2,09 1% 24% 83% 98% 99% 99% 98% 75% 16% 1% PI 5 3-3,5 4% 62% 75% 75% 100% 100% 96% 38% 25% 25% LV NA 5 3-3,5 3% 56% 83% 90% 100% 100% 97% 44% 17% 10% 5 3-3,5 6% 72% 93% 98% 100% 100% 94% 28% 7% 2% 5 3-3,5 7% 40% 97% 100% 100% 100% 93% 60% 3% 0% 5 3-3,5 6% 44% 94% 100% 100% 100% 94% 56% 6% 0% 5 3-3,5 5% 35% 75% 76% 100% 100% 95% 65% 25% 24% 5 3-3,5 6% 60% 71% 74% 100% 100% 94% 40% 29% 26% 5 3-3,5 5% 64% 92% 93% 100% 100% 95% 36% 8% 7% 5 3-3,5 5% 63% 92% 92% 100% 100% 95% 37% 8% 8% Tableau 4 Distribution en % de 0 à plus de 44 mm % Cumulé de 0 à 32 mm Produit Tamis E 44 REVENDICATIONS1. Produit d'isolation sous forme de duvet comprenant de la laine de verre en vrac caractérisé en ce que la répartition massique des agglomérats obtenue par tamisage de 2 à 5 g de produit d'isolation à l'aide d'une tamiseuse à vibrations comprenant un empilement de tamis et une amplitude d'oscillation maximale de 3 mm réglée entre 1,5 et 2,5 mm, de préférence entre 1,8 et 2,2 mm et mieux à 2 mm, pendant 5 minutes, présente : - un pourcentage massique d'agglomérats passant au tamis de 6 mm inférieur à 5 % en masse, de préférence inférieur à 3 % en masse et/ou - un pourcentage massique d'agglomérats passant au tamis de 13 mm inférieur à 50 % en masse, de préférence inférieur à 40 % en masse, voire inférieur à 35 % masse. 2. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant compris entre les tamis de 25 mm et de 32 mm par rapport aux agglomérats présentant un passant au tamis de 32 mm est inférieur à 10 % en masse, de préférence inférieur à 5 % en masse, voire inférieur à 3 % en masse. 3. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet selon l'une quelconque de revendications précédentes caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant compris entre les tamis de 19 mm et de 25 mm par rapport à la masse des agglomérats présentant un passant au tamis de 32 mm est supérieur à 10 % en masse, de préférence supérieur à 20 % en masse, supérieur à 30 % en masse, voire supérieur à 40 % en masse. 4. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet selon l'une quelconque de revendications précédentes caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant compris entre les tamis de 13 mm et de 25 mm par rapport à la masse des agglomérats présentant un passant au tamis de 32 mm est supérieur à 50 %, de préférence supérieur à 55 %, supérieur à 60 %, supérieur à 70 %. 5. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet selon l'une quelconque de revendications précédentes caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant compris entre les tamis de 13 mm et de 32 mm par rapport à la masse des agglomérats présentant un passant au tamis de 32 mm est supérieur à 60 %, de préférence supérieur à 65 %, supérieur à 70 %, supérieur à 80 %. 6. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet caractérisé en ce qu'il présente une densité « d » en kg/m3 et une conductivité thermique « À » en mVV.rrl .K1 satisfaisant la relation suivante pour des densités d comprise entre 7 et 14 kg/m3; À 7. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet 3046214 25 caractérisé en ce qu'il présente pour une densité « d » comprise entre 9,5 et 10,5 kg/m3, une conductivité thermique « À » inférieure à 42 mVV.m-1.K-1, de préférence inférieure à 41 mVV.rrl.K-1. 8. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet 5 caractérisé en ce qu'il présente une résistance au passage de l'air supérieure ou égale à 1 kPa.s/m2, de préférence supérieure ou égale à 2 kPa.s/m2, de préférence supérieure ou égale à 5 kPa.s/m2, pour une densité comprise entre 10 et 20 kg/m3, de préférence entre 10 et 15 kg/m3. 9. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet 10 selon l'une quelconque de revendications précédentes caractérisé en ce que la laine de verre présente un micronaire : - inférieur à 20 L/min, de préférence inférieur à 10 L/min, - supérieur à 2 L/min, de préférence à 4 L/min, supérieur à 5 L/min. 10. Produit d'isolation comprenant de la laine de verre en vrac sous forme de duvet 15 selon l'une quelconque de revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins 75 %, de préférence au moins 95 % de laine de verre par rapport à la masse totale du produit d'isolation. 11. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche sous forme de duvet, de nodules ou de flocons, caractérisé en ce que la répartition massique des agglomérats 20 obtenue par tamisage de 2 à 5 g de produit d'isolation à l'aide d'une tamiseuse à vibrations comprenant un empilement de tamis et une amplitude d'oscillation maximale de 3 mm réglée entre 1,5 et 2,5 mm, de préférence entre 1,8 et 2,2 mm et mieux à 2 mm, pendant 5 minutes, satisfait la relation suivante, (% Agglomérats 6-13) - (% Agglomérats 12. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il satisfait la relation suivante, 30 (% Agglomérats 6-13) - (% Agglomérats 13. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon l'une quelconque de revendications 11 à 12 caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant au tamis de 6 mm est : - inférieur à 40 (:)/0, inférieur à 45 (:)/0, inférieur à 30 (:)/0, et/ou 35 - supérieur à 10 (:)/0, supérieur à 20 %. 14. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon l'une quelconque de revendications 11 à 13 caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant au tamis de 13 mm est : 3046214 26 - inférieur à 95 (:)/0, inférieur à 90 (:)/0, inférieur à 80 (:)/0, et/ou - supérieur à 50 (:)/0, supérieur à 60 (:)/0, supérieur à 70 %. 15. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon l'une quelconque de revendications 11 à 14 caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats 5 présentant un passant compris entre les tamis de 6 mm et de 13 mm est supérieur à 40 %, de préférence supérieur à 45 (:)/0, supérieur à 50 (:)/0, supérieur à 60 %. 16. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon l'une quelconque de revendications 11 à 15 caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant compris entre les tamis de 6 mm et de 19 mm est supérieur à 50 %, 10 de préférence supérieur à 55 (:)/0, supérieur à 60 (:)/0, supérieur à 70 %. 17. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon l'une quelconque de revendications 11 à 16 caractérisé en ce que le pourcentage massique d'agglomérats présentant un passant au tamis de 25 mm ou au tamis de 34 mm est de 100 %. 18. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche selon l'une quelconque de 15 revendications 11 à 17 caractérisé en ce que la laine de roche comprend des fibres de minérales enchevêtrées présentant un fasonaire d'au moins 250. 19. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche sous forme de mat, de nodules ou de flocons, caractérisé en ce qu'il présente une densité « d » en kg/m3 et une conductivité thermique « À » en mVV.rrl.K-1 satisfaisant la relation suivante pour des densités d comprise 20 entre 50 et 80 kg/m3: À 20. Produit d'isolation comprenant de la laine de roche caractérisé en ce qu'il présente une résistance au passage de l'air : - supérieure ou égale à 3 kPa.s/m2 pour une densité comprise entre 40 et 50 kg/m3, et/ou 25 - supérieure ou égale à 10 kPa.s/m2 pour une densité comprise entre 60 et 80 kg/m3.