Brevet FR3046789A1 — publié le 20170721

1VIATERIAU A BASE DE PLATRE L'invention se rapporte à un matériau à base de plâtre, en particulier une plaque de plâtre destinée à l'aménagement intérieur de bâtiments d'habitation, ainsi qu'à son utilisation pour réduire la teneur en composés organiques volatils dans les bâtiments. Les composés organiques volatils (COV) sont des substances chimiques à base de carbone et d'hydrogène présents dans l'air à l'état gazeux. La directive n°2010/75 de l'union européenne du 24 novembre 2010 les définit comme tout composé organique ayant une pression de vapeur de 0,01 kPa ou plus à une température de 293,15 K ou ayant une volatilité correspondante dans les conditions d'utilisation particulières. Ils comprennent des substances chimiques de diverses natures comme des alcanes, des alcènes tels que les terpènes, des alcynes, des alcools, des aldéhydes tels que le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, le propionaldéhyde, le cronotaldéhyde, le butyraldéhyde, le benzaldéhyde, le valéraldéhyde, l'héxaldéhyde ou l'heptanaldehyde, des cétones, des éthers tels que les éthers de glycols, des hydrocarbures aromatiques tels que le benzène et le toluène, ou des hydrocarbures halogénés tels que le tétrachloroéthylène et le dichlorobenzène. Des COV sont présents dans la plupart des peintures, matériaux de construction, dissolvants, détergents, combustibles, ainsi que dans les résines, vernis ou colles utilisés pour le mobilier ou les appareils électriques, ou encore dans les fumées de cigarettes. Ces COV se retrouvent dans l'air ambiant des bâtiments et, même si leur quantité paraît faible, ils peuvent à la longue incommoder les personnes qui y sont exposées voire affecter leur santé. En particulier, certains COV 3046789 2 peuvent provoquer des réactions allergiques, des problèmes respiratoires, des nausées ou des maux de tête. Ces dernières années, la proportion de COV émise par les matériaux précités a fortement diminué du fait d'une réglementation plus stricte. Pour autant, les 5 matériaux alternatifs à faible, ou sans, émission de COV présentent souvent un coût plus élevé et des niveaux de performance plus faible. Parallèlement aux efforts réalisés pour maîtriser l'émission de COV, différents moyens permettant de réduire la quantité de COV dans l'air ambiant ont été proposés. Ainsi, il a été proposé d'incorporer des agents fixateurs (scavenger) dans les 10 matériaux de construction pour réduire la quantité de COV, tel que le formaldéhyde, dans l'air ambiant à l'intérieur des bâtiments. Cependant, les agents fixateurs couramment utilisés dans les matériaux de construction peuvent présenter certains inconvénients. Par exemple, l'introduction d'agents fixateurs du type acétoacétamide ou hydrazides dans des matériaux de construction à base de plâtre provoque une 15 décoloration ou une coloration jaune-brune en surface de ces matériaux, ce qui peut s'avérer gênant, en particulier pour les applications où l'aspect esthétique du produit est important. Cette coloration est également susceptible d'affecter l'aspect d'un revêtement appliqué sur les matériaux en plâtre (peintures, papiers peints ou enduits). Par ailleurs, en fonction des applications, des contraintes réglementaires peuvent limiter 20 l'utilisation de certains agents fixateurs. Il persiste donc un besoin d'agents fixateurs alternatifs susceptibles de fixer les COV, notamment les aldéhydes, compatibles avec des matériaux à base de plâtre et qui ne présentent pas les inconvénients précités, permettant notamment d'éviter ou de réduire le phénomène de coloration observé. 3046789 3 Ainsi, un aspect de la présente invention concerne un matériau à base de plâtre comprenant un agent fixateur choisi parmi les aminoalcools. L'utilisation d'aminoalcool comme agent fixateur dans les matériaux à base de plâtre permet de capter efficacement les COV présents dans l'air intérieur, notamment les aldéhydes, tout 5 en évitant une coloration du matériau lors de son vieillissement. Le terme « plâtre » au sens de la présente invention désigne aussi bien le plâtre pris, c'est-à-dire le dihydrate de sulfate de calcium (CaSO4, 2 H20) que le plâtre non pris ou gypse calciné, c'est-à-dire l'hémihydrate de sulfate de calcium (CaSO4, 1/2 H20). L'expression « matériau à base de plâtre » désigne un matériau 10 essentiellement constitué de plâtre, c'est-à-dire comprenant notamment au moins 50%, de préférence au moins 70%, plus préférentiellement au moins 80%, en poids sec de plâtre, ledit matériau pouvant comprendre jusqu'à 90%, jusqu'à 94%, voire jusqu'à 97%, ou même jusqu'à 99% en poids sec de plâtre, et ne comprenant pas d'autres liants hydrauliques inorganiques que le plâtre. Cette expression exclut notamment les mortiers 15 et les matériaux cimentaires. De préférence, le matériau à base de plâtre selon la présente invention ne comprend pas de granulats, d'agrégats, de sable et/ou de fillers. Des exemples de matériaux à base de plâtre comprennent notamment les plaques de plâtre, les carreaux de plâtre et les mélanges secs (en poudre) ou humides (en pâte), tels que les enduits sous forme de pré-mélange en poudre ou sous forme de pâte prête à 20 1 ' emploi. L'agent fixateur selon l'invention est de préférence choisi parmi les aminoalcools primaires de formule R1R2R3-C-NH2, dans laquelle Ri, R2 et R3 sont indépendamment choisis parmi H, hydroxyle, alkyle et hydroxyalkyle, au moins un des Ri, R2 et R3 comprenant un groupement hydroxyle. 3046789 4 Par le terme « alkyle » au sens de la présente invention, on entend tout groupement alkyle linéaire ou branché, en particulier les groupements alkyle contenant 1 à 6 atomes de carbone, notamment les groupements méthyle, éthyle, n-propyle, isopropyle ou isobutyle. 5 Le terme « hydroxyalkyle », au sens de la présente invention, désigne tout groupement alkyle, contenant en particulier 1 à 6 atomes de carbone, substitué par au moins un groupement hydroxyle, de préférence par un groupement hydroxyle. Des exemples de groupements hydroxyalkyle incluent les groupements hydroxyméthyle et hydroxhyéthyle. 10 Les aminoalcools selon l'invention comprennent de préférence au moins deux groupements hydroxyles, plus préférentiellement trois groupements hydroxyles. L'agent fixateur peut être par exemple choisi parmi le 2-amino-2-méthy1-1,3-prop an ediol, le 2-amino-2(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol (encore appelé tris(hydroxyméthyl)-aminométhane), le 2-amino-2-méthy1-1,3-propanol 15 et le 2-amino-2-éthyl-1,3-propanediol. De façon préférée, l'agent fixateur est le 2-amino-2(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol qui comprend trois groupements hydroxyles. La quantité d'aminoalcool dans le matériau à base de plâtre est généralement de 0,01 à 2%, de préférence de 0,05 à 1% en poids sec par rapport au 20 poids sec de plâtre. Le matériau à base de plâtre selon l'invention peut comprendre des additifs de processabilité permettant d'adapter les propriétés des gâchées en fonction des conditions de fabrication ainsi que d'autres agents fonctionnels permettant de modifier 3046789 5 les propriétés finale du matériau. Les additifs de processabilité bien connus de l'homme du métier peuvent être notamment des agents d'adhésion, des accélérateurs de prise, des retardateurs de prise, des agents fluidifiants, des agents épaississant ou des agents antimoussants. Les agents fonctionnels également bien connus de l'homme du métier 5 peuvent être des agents moussants, des agents biocides, des agents hydrofugeants, des agents anti-feu ou des agents de renforcement. Le matériau à base de plâtre comprend notamment jusqu'à 50%, de préférence jusqu'à 30%, plus préférentiellement jusqu'à 20%, en poids sec d'additifs. A titre d'exemple, le matériau à base de plâtre peut comprendre typiquement, pour 100 parts en poids de plâtre : 10 - 0 à 15 parts d'un agent d'adhésion, par exemple un poly(acétate de vinyl), un poly(alcool vinylique), un amidon, notamment préalablement traité avec un acide ou pré-gélatinisé, une dextrine ou une farine végétale, notamment de blé ou de maïs ; - 0 à 10 parts d'un biocide, par exemple les carbamates, tel que le 3-iodoprop-2- yn-1-y1 butylcarbamate, ou les complexes de pyrothione ; 15 - 0 à 10 parts d'au moins un agent hydrofugeant, par exemple un siloxane, un polysiloxane ou une cire ; - 0 à 20 parts d'au moins un agent anti-feu, par exemple la vermiculite, la silice, notamment de dimension micrométrique ou une argile ; et/ou - 0 à 20 parts d'au moins un agent de renforcement, par exemple des fibres de 20 polymère, des fibres minérales, notamment en verre, ou végétales. Le matériau à base de plâtre peut également comprendre des agents adsorbants. Les agents adsorbants sont typiquement des matériaux poreux tels que le charbon actif ou les zéolithes. Les agents adsorbants sont généralement capables de capter un large spectre de COV mais leur capacité d'adsorption n'est pas identique pour tous les COV. Au contraire, bien que les agents fixateurs comme les aminoalcools selon 3046789 6 l'invention soient généralement plus spécifiques à un type de COV particulier, ils présentent l'avantage de les fixer durablement. Le matériau à base de plâtre selon l'invention comprend typiquement de 0,01 à 2 %, de préférence de 0,05 à 1 % en poids d'agent adsorbant par rapport au poids sec de plâtre. 5 Dans un mode de réalisation particulier, le matériau à base de plâtre selon l'invention est une plaque de plâtre. Les plaques de plâtre sont des panneaux comprenant une couche de plâtre entre deux feuilles de parement généralement en carton ou à base de fibres de verre. Industriellement, la plaque de plâtre est formée selon un procédé en continu comprenant trois étapes principales : la mise en forme, la prise et 10 le séchage. Lors de l'étape de mise en forme de la plaque de plâtre, une gâchée est réalisée en continu dans un mélangeur à partir de gypse calciné en poudre, d'eau et d'additifs spécifiques pour adapter les propriétés de la gâchée et/ou du produit final tels que mentionnés ci-dessus. Il est notamment connu d'ajouter des agents moussants ou de la mousse directement afin de réduire la densité des plaques de plâtre. La gâchée est 15 ensuite déversée en continu sur une première feuille de parement entraînée par une courroie de transport vers une extrudeuse pour former la plaque. Après le repliement des bords de la première feuille de parement, une seconde feuille de parement est amenée au niveau de l'extrudeuse. L'extrudeuse plaque la seconde feuille de parement sur la gâchée, lisse les surfaces et réduit l'épaisseur de la plaque de plâtre à la valeur 20 souhaitée. Pour améliorer les propriétés mécaniques des plaques de plâtre, il est également connu de former une couche de plâtre plus dense sur une face et éventuellement sur les bords de la plaque de plâtre. Pour cela, une première couche de gâchée plus dense, appelée couche de roller coating, est déversée et formée sur la première feuille de parement, en amont du déversement de la gâchée principale qui 25 forme alors une deuxième couche appelée corps de la plaque de plâtre. La couche de 3046789 7 roller coating a généralement une faible épaisseur, typiquement inférieure à 2 mm, par exemple environ 1 mm. La bande de plâtre obtenue à la sortie de l'extrudeuse est transportée en continu par un convoyeur sur une distance suffisante pour permettre la prise de celle-ci et atteindre un niveau de durcissement suffisant pour pouvoir être 5 découpée en plaques à la dimension souhaitée. Les plaques sont ensuite séchées dans un four afin d'éliminer l'excès d'eau. Classiquement, la gâchée comprend de l'hémihydrate de sulfate de calcium (gypse calciné) et d'éventuels additifs décrits plus haut. Le gypse calciné subit une réaction d'hydratation en présence d'eau et se transforme en dihydrate de sulfate de 10 calcium (gypse) provocant la prise, ou durcissement, de la plaque de plâtre. La composition de la gâchée peut varier selon la nature de la plaque de plâtre à fabriquer. La gâchée comprend typiquement, pour 100 parts en poids de plâtre, 40 à 200, de préférence 50 à 150 parts d'eau, 2 à 10 parts de mousse obtenue à partir d'un mélange d'eau et d'un agent moussant, par exemple un alkylsulfate éventuellement en mélange 15 avec un alkyléthersulfate, et 0,1 à 1 part d'accélérateur de prise, par exemple le sulfate de calcium hydraté ou le sulfate de potassium. La plaque de plâtre a généralement une épaisseur de 6 à 25 mm, de préférence 10 à 15 mm. L'agent fixateur peut être introduit dans la plaque de plâtre de différentes 20 manières. Selon un premier mode de réalisation, on ajoute l'agent fixateur dans la gâchée avant que celle-ci soit déposée sur la première feuille de parement. L'ajout de l'agent fixateur peut se faire pendant la fabrication de la gâchée, par exemple en 3046789 8 introduisant simultanément ou successivement le gypse calciné et les composés précités dans le malaxeur, ou après que la gâchée ait été obtenue, par exemple en sortie du malaxeur ou dans un malaxeur secondaire. L'ajout simultané des constituants est avantageux car plus facile à mettre en oeuvre. Ce mode de réalisation permet d'avoir une 5 répartition homogène de l'agent fixateur dans la plaque de plâtre. Selon un deuxième mode de réalisation, l'agent fixateur est introduit dans la une couche de roller coating. Pour cela, on introduit l'agent fixateur dans une gâchée utilisée pour la formation de la couche de roller coating, la gâchée principale destinée à la formation du corps de la plaque étant généralement dépourvue de l'agent fixateur. Ce 10 mode de réalisation permet de concentrer l'agent fixateur uniquement sur une face de la plaque de plâtre et sur une partie seulement de son épaisseur. Dans un autre mode de réalisation particulier, le matériau à base de plâtre selon l'invention est un carreau de plâtre. Les carreaux de plâtre sont généralement obtenus par moulage. Pour cela, une gâchée est préparée dans un malaxeur. Après 15 obtention d'une gâchée homogène, celle-ci est versée dans des moules et arasée à hauteur des moules pour éliminer le surplus de gâchée. Après une prise suffisante des carreaux de plâtre permettant leur manutention, ceux-ci sont démoulés par extrusion puis séchés dans un four pour éliminer l'éxcès d'eau. Classiquement, la gâchée comprend de l'hémihydrate de sulfate de calcium 20 (gypse calciné) et d'éventuels additifs décrits plus haut. La composition de la gâchée peut varier selon la nature des carreaux de plâtre à fabriquer. La gâchée comprend typiquement, pour 100 parts en poids de plâtre, 40 à 200, de préférence 50 à 150 parts d'eau, 0,1 à 1 part d'accélérateur de prise, par exemple le sulfate de calcium hydraté ou 3046789 9 le sulfate de potassium, 0,1 à 2 parts de fluidifiant, 0 à 1 part de retardant, et 0 à 10 part d'agent hydrofugeant. Les carreaux de plâtre ont généralement une épaisseur de 30 à 200 mm, de préférence 50 à 150 mm. 5 L'agent fixateur peut être introduit dans les carreaux de plâtre lors de la préparation de la gâchée. Dans un autre mode de réalisation particulier, le matériau à base de plâtre selon l'invention est un mélange sec ou humide (prêt à l'emploi). Les mélanges secs sont obtenus par ajout, séquencé ou simultané, de chacun des constituants dans un 10 mélangeur à sec. L'agent fixateur étant sous forme de poudre il peut être ajouté au mélange de la même façon que les autres constituants. Les mélanges humides peuvent être obtenus par ajout, séquencé ou simultané, de chacun des constituants dans un mélangeur en présence d'eau, ou par gâchage d'un pré-mélange sec, l'agent fixateur pouvant être introduit lors de la préparation du pré-mélange sec ou au moment du 15 gâchage. La présente invention concerne également l'utilisation d'un matériau à base de plâtre tel que décrit ci-dessus, notamment une plaque de plâtre, un carreau de plâtre ou un mélange sec ou humide, pour réduire la quantité de COV, en particulier des aldéhydes, dans l'air à l'intérieur des bâtiments. 20 L'invention est illustrée à l'aide d'exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 3046789 10 Des plaques de référence R1 et selon l'invention H à 13 ont été fabriquées à partir d'une gâchée de base comprenant 100 parts en poids de plâtre (CaSO4, 1/2 H20), 75 parts d'eau, 3 parts de mousse (obtenue à partir d'eau contenant 1% en poids de laurylsulfate de sodium), 5 parts d'amidon, 3 parts de fluidifiant et 0,5 parts 5 d'accélérateur de prise. Pour la plaque de référence R1, aucun agent fixateur n'a été ajouté à la gâchée de base. Pour les plaques H à 13 0,12% en poids d'agent fixateur selon l'invention, respectivement 2-amino-2(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol (TRIS) 2-amino-2-méthy1-1,3-propanol (AMP) et 2-amino-2-méthy1-1,3-propandiol (AMPD), ont été ajoutés à la gâchée de base. 10 Les plaques ont été préparées comme suit. Les différents ingrédients sont pesés et mélangés à l'aide d'un malaxeur et d'une pale de type dé-floculeuse à 1600 TR/mn pendant une minute pour obtenir une pâte homogène. La mousse est préparée à la densité souhaitée et mélangée à la pâte obtenue dans un malaxeur avec une pale à 250 tr/mn pour obtenir une gâchée principale. Dans un moule de dimension 20 x 25 cm et 15 d'épaisseur 12,5 mm, on dispose une première feuille de carton. La gâchée principale est versée sur le premier carton et arasée à l'épaisseur du moule. Une deuxième feuille de carton est disposée sur la gâchée principale et le moule est refermé pour maintenir une pression sur la plaque. Après durcissement de la plaque, celle-ci est démoulée et séchée en étuve pendant 24 heures à 40°C. 20 La capacité de chacune des plaques à piéger le formaldéhyde a été évaluée selon la norme 1501600-23:2009 à une température de 23°C ± 2°C et une humidité relative de 50 %± 5% pendant l'essai. Le facteur de charge de la plaque est fixé à 0,4, le taux de renouvellement de l'air à 0,5 vol.11-1 et la concentration en formaldéhyde à 3046789 11 100 ug.m-3. Le tableau 1 indique le pourcentage de réduction de la teneur en formaldéhyde (abattement) pour chacune des plaques. Tableau 1 R1 Il 12 13 Agent fixateur - TRIS AMP AMPD Abattement 5% 68% 59% 57% formaldéhyde Les plaques Il à 13 selon l'invention présente un abattement en 5 formaldéhyde supérieur à 55%. La plaque Il contenant le TRIS présente le taux d'abattement le plus élevé. Après vieillissement, les plaques Il à 13 ne présentent pas de coloration significative. L'utilisation d'agents fixateurs choisis parmi les aminoalcools permet donc de réduire le phénomène de coloration observé pour d'autres agents fixateurs, 10 notamment du type acétoacétamide ou hydrazides. REVENDICATIONS1. Matériau à base de plâtre, caractérisé en ce qu'il comprend un agent fixateur choisi parmi les aminoalcools. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent fixateur est de préférence choisi parmi les aminoalcools primaires de formule R1R2R3-C-NH2, dans laquelle R', R2 et R3 sont indépendamment choisis parmi H, hydroxyle, alkyle et hydroxyalkyle, au moins un des Ri, R2 et R3 comprenant un groupement hydroxyle. 3. Matériau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agent fixateur est choisi parmi le 2-amino-2-méthyl- 1,3 -propanediol, le 2-amino-2(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol, le 2-amino-2-méthy1-1,3-propanol et le 2-amino-2-éthyl-1,3-propanediol. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit matériau comprend de 0,01 à 2% en poids d'agent fixateur par rapport au poids sec de plâtre. 5. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau comprend un agent adsorbant. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit matériau comprend au moins un additif choisi parmi les agents d'adhésion, les accélérateurs de prise, les agents fluidifiants, les agents épaississant, les agents antimoussants, les agents moussants, les agents biocides, les agents hydrofugeant, les agents anti-feu et les agents de renforcement. 3046789 13 7. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau comprend au moins 50%, de préférence au moins 70%, plus préférentiellement au moins 80%, en poids sec de plâtre. 8. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit matériau est choisi parmi les plaques de plâtre, les carreaux de plâtre et les mélanges secs ou humides, de préférence, ledit matériau est une plaque de plâtre. 9. Utilisation d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour réduire la quantité de composés organiques volatils dans l'air intérieur des bâtiments. 10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les composés organiques volatils sont des aldéhydes.