Brevet FR3041667A1 — publié le 20170331

Profilé alvéolaire à accumulation de chaleur et son procédé de préparation La présente invention concerne des profilés alvéolaires à accumulation de chaleur, leur procédé de préparation et leur utilisation, notamment dans la fabrication de fenêtres. De nombreux efforts sont concentrés sur l'amélioration de l'isolation de la fenêtre. Généralement, cette isolation est passive dans le sens où les matériaux utilisés possèdent une conductivité intrinsèque qui doit être la plus faible possible. Les profilés sont donc généralement creux, l'air étant un bon isolant, et possèdent plusieurs chambres permettant de limiter les phénomènes de convection. L'inconvénient de cette isolation passive est qu'elle ne permet pas d'accumuler la chaleur pour la restituer par la suite. Il est connu l'utilisation de matériau à changement de phase (MCP) pour stocker l'énergie, puis la céder sous forme de chaleur. Les MCP sont des matériaux capables de changer 15 d'état physique dans une plage de température fixée. Généralement, la transition de phase est le passage entre les phases solide et liquide. Les MCP permettent une isolation active étant donné qu'ils permettent de stocker l'énergie solaire et de la restituer lors de baisses de température. Il a notamment été décrit l'utilisation de MCP dans des murs, notamment en béton, ainsi qu'entre les deux vitres d'un double vitrage (Ismail et al., Applied Thermal 20 Engineering, 2001, 21, 1909-1923). Cependant, le changement de phase du MCP peut impliquer un changement du volume occupé par le MCP s'accompagnant d'un risque de casse du double vitrage. De plus, les MCP sous forme liquide sont généralement transparents mais deviennent blancs ou translucides lors de leur solidification modifiant ainsi l'aspect du double vitrage et sa transparence. 25 Il y a donc un intérêt particulier, notamment dans l'industrie du bâtiment, à fournir une technologie permettant une isolation du bâtiment, un stockage de l'énergie lors des périodes d'élévation de température et la restitution de cette énergie lors des périodes de baisse de température. Il y a également un intérêt à fournir une technologie permettant de limiter les 30 pertes hivernales et les surchauffes estivales. L'objectif de la présente demande est de fournir une technologie permettant de répondre aux inconvénients de l'art antérieur. Notamment un objectif de la présente demande est de 3041667 2 fournir un profilé qui permette une isolation thermique, un stockage de l'énergie thermique et sa restitution sous forme de chaleur. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un profilé permettant de limiter les pertes hivernales et/ou les surchauffes estivales. 5 Un autre objectif encore de l'invention est de fournir un profilé dont l'élévation de température à sa surface, due à une exposition solaire, est limitée. Un objectif de l'invention est également de fournir un procédé de préparation d'un tel profilé. D'autres objectifs et avantages encore apparaîtront à la lecture de la description de l'invention qui suit. Ces objectifs sont remplis par la présente invention qui concerne un profilé alvéolaire dont au moins une des chambres comprend au moins un matériau à changement de phase (MCP) éventuellement dispersé dans un liant. Dans le cadre de la présente invention, on entend par profilé alvéolaire, un matériau généralement en PVC, comprenant au moins une chambre. Dans le cadre de la présente invention, le profilé peut être un profilé de fenêtre, un profilé entrant dans la composition des coffres de volet roulant, des lames de volet roulant, des bardages, des clôtures, des portails, des portes (d'entrée, de fenêtre), des panneaux de remplissage. On entend par matériau à changement de phase (MCP) tout matériau capable de changer d'état physique dans une plage de température prédéterminée. Cette plage de température dépendant du matériau utilisé et étant connue de l'homme du métier. Ainsi, les MCP stockent l'énergie solaire et la restituent sous forme de chaleur. De préférence, dans le cadre de l'invention, les MCP présentent une plage de température de changement de phase comprise entre environ 5 et environ 40°C, notamment entre environ 10 et environ 30°C, de préférence entre environ 20 et environ 25°C et le changement de phase est le passage entre les phases solide et liquide. De préférence, les MCP sont choisis parmi les MCP organiques, notamment choisis parmi les paraffines en C13 à C24, par exemple l'octadécane C18 ou le nonadécane C19. 3041667 3 Dans le cadre de la présente invention, le MCP peut être associé à une structure ou modifié chimiquement, afin, entre autres, de rendre sa manipulation et sa mise en oeuvre plus aisée et limiter les risques de fuites. Il peut s'agir par exemple de l'une des solutions suivantes : - les MCP encapsulés dans des coques polymères, notamment des microcapsules ou 5 des macrocapsules ; - les MCP adsorbés sur un support inerte; - les MCP modifiés chimiquement par greffage de monomères ou par copolymérisation ; - ou leurs mélanges. 10 Dans le cadre de la présente invention, on entend par support inerte un support inerte vis-à-vis du stockage de l'énergie (donc un support qui ne soit pas un matériau à changement de phase) et un support inerte chimiquement par rapport au MCP. Le support inerte est notamment un support inorganique, de préférence choisi parmi halloysite, silice, charbon 15 activé, nanotube de carbone, graphite expansé, diatomite, etc. L'adsorption des MCP sur le support inerte peut se faire par toute méthode connue de l'homme du métier et notamment par simple mélange du MCP avec ledit support, par exemple silice. Lorsque les MCP sont modifiés chimiquement par greffage de monomères ou 20 copolymérisation, les MCP sont mis à réagir, dans des conditions connues de l'homme du métier (réaction chimique de base de polymérisation), avec des monomères ou polymères notamment choisis parmi les alcools polyvinyliques (PVA), les polyéthyène glycol (PEG), les diisocyanates, le diacétate de cellulose, les polyuréthanes (PU), ou leurs mélanges, de préférence une association PVA+PEG+diisocyanate ou une association diacétate de 25 cellulose + PEG ou encore une association PU + PEG. Les MCP sont piégés dans le polymère lors de la polymérisation, avec ou sans interaction chimique entre le MCP et le monomère ou polymère. Dans sa forme préférée pour l'invention, le MCP est encapsulé dans une coque polymère. 30 De préférence, ledit polymère constitutif de la coque est choisi parmi les polysaccharides, notamment cellulose ou agarose ; les polyacrylamides (PAM) ; les polyméthacrylates de méthyle (PMMA) et le PVC. Les MCP encapsulés peuvent être des MCP micro-encapsulés ou des MCP macroencapsu lés. 3041667 4 Les MCP micro-encapsulés sont généralement sous forme sphérique et présentent un diamètre moyen compris entre environ 2 lm et environ 900 i..tm, de préférence entre environ 10 pm et environ 400 i..tm. 5 Les MCP micro-encapsulés dans une coque polymère sont par exemple disponibles dans le commerce notamment sous la marque Micronal® de la société BASF ou encore Energain® de la société Dupont de Nemours. 10 Par exemple les MCP micro-encapsulés sont notamment produits par émulsion, en présence du MCP, du ou des polymères formant la coque polymère. Les MCP macro-encapsulés présentent de préférence un volume compris entre environ 0,04 et environ 800 cm2, de préférence entre environ 40 et environ 480 cm2. 15 De préférence, les MCP macro-encapsulés sont des MCP encapsulés dans des capsules polymériques ayant de préférence une forme parallélépipédique. Cette forme permet avantageusement de s'adapter aux chambres de profilés, généralement parallélépipédique. 20 De préférence, les macrocapsules présentent de préférence une forme parallélépipédique présentant une section carrée ou rectangulaire d'environ 2 à 4 cm et une longueur d'environ 1 mm à environ 50 cm, de préférence d'environ 10 cm à environ 30 cm. Ces macrocapsules peuvent être cloisonnées, c'est-à-dire présenter différentes sections séparées les unes des autres par des « cloisons » polymériques, notamment du même matériau que le matériau 25 constitutif de la macrocapsule. La macro-capsule des MCP macro-encapsulés est généralement en PVC. Les MCP macro-encapsulés peuvent être préparés notamment par coulage du MCP dans la 30 macro-capsule préalablement préparée. Le liant peut être tout matériau dans lequel les MCP peuvent être dispersés et qui permettent de maintenir les MCP en place notamment dans le profilé. Le liant est donc un matériau 3041667 5 solide dans le profilé. L'ensemble comprenant le liant et le MCP sous quelque forme que ce soit est appelé matériau de remplissage. De façon avantageuse, le liant peut être un matériau isolant contribuant ainsi à l'effet 5 d'isolation thermique en association avec le MCP. Le liant isolant peut notamment être choisi parmi les mousses, notamment les mousses thermiquement isolantes. Les mousses sont de préférence choisies parmi les mousses polyuréthane ; les mousses PVC ; les mousses de polyoléfines, par exemple poly(éthylène) (PE) ou poly(propylène) (PP) ; les polystyrènes expansés, ou mélange. De préférence, la mousse est une mousse polyuréthane. Dans un 10 autre mode de réalisation, le matériau de remplissage peut être une résine, par exemple résine Epoxy, polyester, polyurethane, bicomposante Epoxy/polyuréthane, acrylique, phenoplastes ... Les mousses présentent de préférence une densité comprise entre environ 20 et environ 15 100 kg/m3, de préférence entre environ 20 et environ 50 kg/m3. Les résines présentent de préférence une densité comprise entre environ 500 et environ 1700 kg/m3, de préférence entre environ 500 et environ 1300 kg/m3. 20 De préférence, dans le profilé, le MCP est introduit dans une proportion d'environ 5 à environ 100%, notamment d'environ 30 à environ 60% en volume par rapport au volume du matériau de remplissage. De manière préférée, la chambre principale du profilé comprend les MCP et le cas échéant 25 le liant. De façon avantageuse, le profilé de l'invention peut comprendre plusieurs chambres et avoir les configurations suivantes : Toutes les chambres comprennent des MCP, identiques ou différents selon les chambres, éventuellement dispersés dans un liant identique ou différent selon les 30 chambres ; Uniquement une ou quelques-unes des chambres comprennent des MCP, identiques ou différents selon les chambres, éventuellement dispersés dans un liant identique ou différent selon les chambres. 3041667 6 La présente invention concerne également une composition (C) comprenant une matière réactive ou plusieurs matières réactives, dans laquelle (lesquelles) est dispersé au moins un MCP tel que décrit ci-dessus, ladite matière réactive, ou le mélange de matières réactives, étant susceptible(s) de former le liant après transformation physique et chimique dans le 5 profilé. Par transformation physique on entend, dans le cadre de l'invention, notamment la transformation de la matière réactive en mousse par injection ou par extrusion. 10 Par transformation chimique on entend, dans le cadre de l'invention, notamment la réaction entre au moins deux matières réactives afin de former une mousse ou une résine telle que décrite ci-dessus. De préférence, lorsque le liant est une mousse, la matière réactive est choisie parmi les 15 polymères ou monomères permettant d'obtenir des polymères choisis parmi les polyuréthanes, les PVC, les polyoléfines, polystyrène, sous forme de mousse par extrusion ou injection. De préférence, la matière réactive est un mélange d'isocyanate et de polyol permettant d'obtenir par injection une mousse polyuréthane ou est un PVC permettant d'obtenir une mousse PVC par injection ou extrusion. 20 De préférence, lorsque le liant est une résine, la composition comprend : au moins un MCP et un mélange homogène de deux matières réactives, par exemple un polyol et un isocyanate qui après coulage dans la chambre du profilé va réagir pour former la résine ; ou 25 une matière réactive, par exemple une résine époxyde ..., et au moins un MCP. La composition est alors coulée dans le profilé et une seconde matière active (durcisseur) est ajoutée, par exemple un polyamide pour former la résine par réaction chimique avec la première matière active. 30 Cette composition a notamment une durée de vie limitée à sa mise en oeuvre, pour pouvoir être coulée dans la chambre du profilé et de ne réagir pour donner le matériau de remplissage final qu'après la fin de la coulée. 3041667 7 La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un profilé de fenêtre comprenant les étapes de : 1) fournir une composition (C) telle que décrite ci-dessus ; 2) injecter, couler ou extruder dans au moins une chambre d'un profilé alvéolaire la 5 composition 1). De façon particulière, lorsque la composition (C) ne comprend qu'une matière active et au moins un MCP et que le liant est une résine, la composition est coulée dans au moins une des chambres du profilé et une autre matière réactive est ajoutée en fin de coulée et par réaction avec la première matière active forme le matériau de remplissage final. De préférence, le MCP mis en oeuvre est un MCP macro-encapsulé et aucun liant n'est utilisé. Le MCP macro-encapsulé présente l'avantage de pouvoir être inséré et maintenu en place dans au moins une chambre du profilé du fait de sa forme sans nécessité l'utilisation 15 d'un liant. La présente invention concerne également des objets comprenant au moins un profilé selon l'invention. Les objets sont notamment choisis parmi les fenêtres, les coffres de volet roulant, les lames de volet roulant, les bardages, les clôtures, les portails, les portes (d'entrée, de 20 fenêtre), les panneaux de remplissage. De préférence, l'invention concerne des fenêtres ou porte fenêtres comprenant au moins un profilé selon l'invention. De préférence, le profilé correspond alors à l'ouvrant et/ou au dormant. De façon avantageuse, la fenêtre ou la porte fenêtre peut comprendre différents 25 profilés selon la présente invention, par exemple au centre le profilé peut être un profilé selon l'invention avec un liant dense, par exemple résine, permettant d'introduire une grande quantité de MCP et donc de stocker une grande quantité d'énergie alors qu'aux extrémités, moins exposées au soleil, le profilé sera avec un liant moins dense, par exemple mousse, comprenant une quantité plus réduite de MCP mais permettant une bonne isolation grâce à 30 l'air compris dans la mousse. La présente invention concerne également l'utilisation d'un MCP, éventuellement dispersé dans un liant, ou d'une composition (C) selon l'invention pour la régulation thermique d'un profilé alvéolaire. Par régulation thermique, on entend le stockage de l'énergie lors des 3041667 8 périodes d'élévation de température et la restitution de cette énergie lors des périodes de baisse de température pour ainsi éviter des températures hivernales et les surchauffes estivales. 5 L'invention va maintenant être décrite à l'aide d'exemples illustratifs ne limitant pas la portée de l'invention. La figure 1 représente un profilé alvéolaire comprenant une chambre principale (1). La figure 2 représente un MCP macro-encapsulé constitué d'une macro-capsule (3) 10 comprenant le MCP (2). Exemple 1. Fabrication d'un profilé comprenant des dérivés de MCP dispersé dans une mousse polyuréthane On prépare une composition comprenant 500 g d'un polyol (Kleiberit VP 9752/28 de la 15 société Kleiberit) et 500 g d'un isocyanate (Kleiberit 578.0). 1 kg de MCP (l'octadécane C18 de la société Sasol) présentant une température de transition vitreuse de 28°C, microencapsulés dans une coque de PMMA présentant un diamètre d'environ 50pm. La composition obtenue est mélangée et mise à 20°C. La composition est introduite dans 20 une canule préalablement mise à la température de 20°C. La composition est introduite via la canule dans la chambre principale du profilé tel que dans la figure 1 maintenu à 20°C pour former une mousse PU de densité 30 kg/m3. Exemple 2. Evaluation de l'incidence sur la surchauffe à la surface du profilé 25 Deux profilés de 100 mm de section carrée sur 1 m de longueur (un blanc et un gris) ont été produits selon le protocole de l'exemple 1. Ces deux profilés ainsi que deux profilés (un blanc et un gris) témoins de mêmes dimensions, dont les chambres sont vides, ont été placés dans une exposition sud-est à un angle de 45°. La température à la surface du profilé a été mesurée en continu. Le tableau ci-dessous donne la température maximale relevée à 30 la surface des différents profilés à deux instants différents: 3041667 9 Irradiation solaire (Wh/m2) Profilé gris Profilé gris Profilé blanc Profilé blanc témoin (Tmax) selon l'invention témoin (Tmax) selon l'invention (Tmax) (Tmax) 5038 38°C 32°C 26°C 23°C 4594 46°C 37°C 37°C 32°C Les résultats montrent de façon avantageuse que les profilés selon l'invention présentent une surchauffe limitée. 5 Exemple 3 : Evaluation de l'incidence sur le stockage de chaleur Deux fenêtres de couleur blanche avec vitrage standard (l'une comprenant des profilés de 100 mm de section carrée sur 1 m de longueur selon l'exemple 1 et la seconde comprenant des profilés de mêmes dimensions dont les chambres sont vides) sont placées dans une exposition sud-est à un angle de 45°. Lors d'une journée d'hiver à irradiation globale de 20 kW/m2 la chambre de la fenêtre témoin passe en dessous de 19°C à 17h30 alors que la chambre de la fenêtre comprenant des profilés selon l'invention passe en dessous de 19°C à 19h15. Pendant ce laps de temps 15 supplémentaire, la température de la fenêtre selon l'invention étant plus élevée que celle du logement les pertes thermiques par la fenêtre sont nulles. Exemple 4 : Fabrication d'un profilé comprenant un MCP pur macro-encapsulé Dans cet exemple, un MCP (hexadécane C16) est inseré dans une macro-capsule PVC 20 (Figure 2). Cette macro-capsule est ensuite incorporée dans la chambre principale de deux profilés (dimensions 100mm x 1m soit 0.1m2). Ces profilés sont l'un de couleur blanche, l'autre de couleur noire. Deux autres profilés, l'un de couleur blanche, l'autre de couleur noire sans MCP sont également exposés en tant que témoins. L'ensemble des ces profilés sont orientés sud-est et inclinés à 90°. 25 La température à l'intérieur de la chambre des profilés est mesurée en continu. Dans le cas d'une journée ensoleillée (irradiation solaire supérieure à 1000 Wh/m2) une partie de l'irradiation solaire est stockée sous forme de chaleur dans le MCP. Cette quantité de 3041667 10 chaleur emmagasinée permet de maintenir une température dans la chambre à 17°C pendant 12 heures après la diminution des apports solaires pour le profilé noir avec MCP macro-encapsulé, et pendant 8h pour le profilé blanc, en comparaison avec les fenêtres à profilés vides (sans MCP) (noir et blanc) qui voient leurs températures de chambre diminuer 5 quasi instantanément. REVENDICATIONS1.- Profilé alvéolaire dont au moins une des chambres comprend au moins un matériau à changement de phase (MCP) éventuellement dispersé dans un liant. 2.- Profilé selon la revendication 1, dans lequel le MCP est choisi parmi : - des MCP micro ou macro-encapsulés dans des coques polymères ; - des MCP adsorbés sur un support inerte, de préférence silice ; - des MCP modifiés chimiquement par greffage de monomères ou par 10 copolymérisation. 3.- Profilé selon la revendication 1, dans lequel le MCP est micro ou macro-encapsulé dans une coque polymère. 15 4.- Profilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le MCP est choisi parmi les MCP organiques, notamment choisi parmi les paraffines en C13 à C24, par exemple l'octadécane C18 ou le nonadécane C19. 5.- Profilé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le polymère des coques polymères est 20 choisi parmi les polysaccharides, notamment cellulose ou agarose ; les polyacrylamides (PAM) ; les polyméthacrylates de méthyle (PMMA) et le PVC. 6.- Profilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le liant est une mousse ou une résine. 25 7.- Profilé selon la revendication 6, dans lequel la mousse est choisie parmi les mousses polyuréthane, les mousses PVC, les mousses de polyoléfines, par exemple poly(éthylène) (PE) ou poly(propylène) (PP), de préférence la mousse est une mousse polyuréthane. 30 8.- Profilé selon la revendication 6, dans lequel la résine est choisie parmi les résines époxy, polyester, polyuréthane, bicomposante époxy/polyuréthane, acrylique, phénoplaste. 3041667 12 9.- Profilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le MCP est introduit dans une proportion d'environ 5 à environ 100%, notamment d'environ 30 à environ 60% en volume par rapport au volume du matériau de remplissage ledit matériau de remplissage étant constitué du MCP et du liant le cas échéant. 5 10.- Profilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le MCP est macroencapsulé dans une coque polymère PVC. 11.- Composition comprenant une matière réactive ou plusieurs matières réactives, dans laquelle (lesquelles) est dispersé au moins un MCP, ladite matière réactive, ou le mélange de matières réactives, étant susceptible(s) de former le liant après injection et transformation physique et chimique dans le profilé défini selon la revendication 1. 12.- Composition selon la revendication 11, dans laquelle la matière réactive est choisie 15 parmi les polymères ou monomères permettant d'obtenir des polymères choisis parmi les polyuréthanes, les PVC, les polyoléfines sous forme de mousse par extrusion ou injection. 13.- Composition selon la revendication 12, qui, lorsque le liant est une résine, comprend : - au moins un MCP et un mélange homogène de deux matières réactives, qui 20 après coulage dans la chambre du profilé vont réagir pour former la résine ; ou une matière réactive et au moins un MCP. 14.- Procédé de fabrication d'un profilé de fenêtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes de : 25 1) fournir une composition selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 ; 2) injecter, couler ou extruder dans au moins une chambre d'un profilé alvéolaire la composition 1). 15.- Objet comprenant au moins un profilé selon l'une des revendications 1 à 10, de 30 préférence les fenêtres, les coffres de volet roulant, les lames de volet roulant, les bardages, les clôtures, les portails, les portes (d'entrée, de fenêtre), les panneaux de remplissage. 3041667 13 16.- Utilisation d'un MCP, de préférence macro-encapsulé, éventuellement dispersé dans un liant, ou d'une composition selon l'une des revendications 11 à 13, pour la régulation thermique d'un profilé alvéolaire.