Brevet FR3050457A1 — publié le 20171027

Système multicouche de peintures thermo-régulantes Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des peintures thermo-régulantes utilisables dans le bâtiment ou pour des applications industrielles. De telles peintures permettent de réguler la température, notamment celle régnant dans un local dont elles revêtent tout ou partie des parois. Plus précisément, l'invention concerne des systèmes multicouches de peintures thermo-régulantes d'épaisseur inférieure à 1 mm, pour sol, pour mur ou pour plafond. On entend dans la présente description par « système multicouche de peintures » une superposition d'au moins deux couches de peinture appliquées sur un support (mur, sol, plafond). Art antérieur La régulation de la température de l'air intérieur d'un local est souvent très complexe étant donné que les sources d'apport de chaleur et les sources de perte de chaleur au sein de ce local sont plus ou moins contrôlables, ont des puissances différentes et des inerties différentes. Il peut donc s'avérer difficile de maintenir une température confortable, généralement comprise entre 18 et 26°C, dans un local c'est-à-dire en pratique d'éviter des pics chauds de température et/ou des « pics » froids de température. Une situation habituelle à l'origine de pic chaud de températures est par exemple le rayonnement solaire sur une fenêtre. Une situation habituelle de pic froid de température est une diminution soudaine de la température extérieure à la tombée de la nuit. On connaît principalement trois technologies de peintures dans l'art antérieur pouvant être utilisées pour la régulation thermique de locaux. Une technologie consiste à ajouter des microparticules d'aluminium dans une composition de peinture afin que celle-ci puisse refléter les rayons infrarouges. Cette technologie ne fonctionne uniquement qu'avec une exposition solaire sur des façades 1 3050457 extérieures de bâtiments. Elle est donc utilisée uniquement afin de limiter les excès de chaleur dus au rayonnement solaire. Une autre technologie consiste à ajouter une charge isolante dans une composition de peinture afin de diminuer les flux de chaleur traversant un mur. La 5 charge isolante peut être de la céramique, du verre creux, du kaolin. La résistance thermique étant proportionnelle à l'épaisseur du matériau isolant, une épaisseur de peinture bien supérieure à 1 mm est nécessaire pour qu'un effet isolant soit effectivement ressenti. Cette technologie permet donc d'améliorer l'efficacité énergétique d'une habitation mais tend à accentuer certains phénomènes cités ci- 10 dessus : un pic de chaleur sera d'autant plus ressenti par exemple suite au rayonnement solaire sur une fenêtre que l'énergie en excès ne peut pas être évacuée vers le milieu extérieur. Encore une autre technologie consiste à intégrer des matériaux à changement de phase au sein de la composition de peinture. Au-delà de sa température de 15 changement de phase, un tel matériau se trouve sous forme liquide. La réaction de changement de phase du solide vers le liquide, ou fusion, étant une réaction endothermique, le matériau va capter l'énergie extérieure. Inversement, en dessous de sa température de changement de phase le matériau est solide. La réaction de changement de phase du liquide vers le solide, ou solidification, étant exothermique, 20 le matériau va libérer de l'énergie vers l'extérieur. Cette technologie permet donc d'écrêter les pics chauds en absorbant de l'énergie et d'écrêter les pics froids en libérant de l'énergie. C'est plus précisément à cette technologie que se rapporte la présente invention. Les peintures intégrant des matériaux à changement de phase existantes 25 aujourd'hui présentent plusieurs inconvénients. Certaines peintures peuvent stocker une grande quantité d'énergie par mètre carré de surface peinte mais doivent avoir une épaisseur de plusieurs millimètres. Ce premier type de peinture implique une surconsommation de peinture par rapport à l'utilisation de peintures conventionnelles et un procédé d'application long et fastidieux étant donné qu'une telle épaisseur ne 2 3050457 peut être obtenue que par la superposition d'un nombre important de couches, qu'il faut appliquer puis laisser sécher. D'autres peintures applicables en couche fine, d'épaisseur inférieure à 1 millimètre, sont capables d'absorber ou de libérer une faible quantité d'énergie par 5 mètre carré de surface peinte. Leur utilisation pour la régulation de la température d'une habitation reste donc limitée car peu efficace. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art 10 antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer des systèmes multicouches de peintures thermo-régulantes d'épaisseurs totales inférieures à 1 mm. Un autre objectif de l'invention est de proposer de tels systèmes permettant de stocker une quantité de chaleur élevée pour une surface peinte donnée. 15 Un autre objectif de l'invention est de divulguer de tels systèmes ayant des propriétés mécaniques comparables à celles des peintures traditionnelles. Un autre objectif de l'invention est de décrire de tels systèmes ayant des propriétés rhéologiques comparables à celles des peintures traditionnelles. Un autre objectif de l'invention est de proposer des systèmes de peinture 20 pouvant être utilisés au sol, sur un mur ou au plafond afin de couvrir toutes les surfaces disponibles d'une pièce. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce 25 à l'invention qui concerne tout système multicouche de peintures thermo-régulantes caractérisé en ce qu'il comprend : au moins une couche d'un premier type obtenue par l'étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 25 % à 50 % de microcapsules de matériau à changement de phase, 30 20 % à 60 % de liant, 3 3050457 et, au moins une couche d'un second type réalisée par l'étalement d'une composition de peinture ; au moins une couche parmi ladite au moins une couche d'un premier type et 5 ladite au moins une couche d'un second type présentant de plus dans sa composition entre 5 % et 20 % en poids d'une charge de conductivité thermique inférieure à 1W.m1.1(1; ledit système présentant une épaisseur inférieure à 1mm. Selon l'invention, au moins l'une des couches composant un tel système 10 contient une concentration importante de microcapsules à changement de phase. Pour autant, le système multicouche selon l'invention présente une très faible épaisseur, en pratique comprise entre 500 iim et 1 mm. Les microcapsules de matériau à changement de phases sont des matériaux disponibles dans le commerce. Pour la réalisation de l'invention, elles seront choisies 15 en fonction de la destination du système selon celle-ci. En pratique, le matériau à changement de phase les composant présentera une température de changement de phase comprise entre -5°C et 80 °C. Pour les systèmes destinés aux locaux d'habitation, ce matériau pourra présenter avantageusement une température de changement de phase comprise entre 18 °C et 26 °C. 20 De façon préférentielle, le matériau à changement de phase de ces microcapsules sera une cire végétale. Les inventeurs ont en effet mis en évidence que l'utilisation d'une cire végétale était particulièrement avantageuse notamment en comparaison avec l'utilisation d'une paraffine pétrochimique. En effet, l'enthalpie de changement de phase d'une cire végétale ayant une température de changement de 25 phase donnée est généralement bien supérieure à l'enthalpie de changement de phase d'une paraffine pétrochimique ayant une température de changement de phase de même valeur ou de valeur proche à celle de la cire végétale. Ce matériau à changement de phase pourra ainsi avantageusement être constitué d'esters gras provenant d'huile de palme changeant de phase à 23 °C. 4 3050457 Préférentiellement, les microcapsules de matériau à changement de phase ont une capacité énergétique minimale de 160 J/g de microcapsule. Le système selon l'invention comprend par ailleurs au moins une charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m1.K-1. Cette charge permet de diminuer le 5 flux de chaleur entre l'air ambiant et les microcapsules de matériau à changement de phase de la composition de peinture. Ainsi, plus la proportion de la charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1 est importante, plus il faudra de temps à la peinture pour absorber l'énergie due à une variation de température donnée de l'air ambiant. La combinaison d'une telle charge de conductivité thermique inférieure à 10 1W.m1.K-1 avec les microcapsules de matériau à changement de phases permet de potentialiser l'efficacité de ces dernières. Tant la couche de premier type que la couche de deuxième type des systèmes selon l'invention comprennent par ailleurs d'autres ingrédients classiques des compositions de peinture, à savoir notamment : 15 des pigments tels que par exemple du dioxyde de titane (pigment opacifiant blanc) ; des dispersants pour maintenir en suspension les particules insolubles et notamment assurer une suspension homogène des microcapsules de matériau à changement de phase ; 20 le cas échéant des additifs thixotropiques facilitant leur étalement ; d'autres charges ou additifs connus de l'homme du métier, tels par exemple des plastifiants, des modificateurs de pH, des agents anti-mousse, des biocides, ... Selon une variante de l'invention, le système multicouche selon l'invention est destiné à être appliqué sur un mur ou un plafond et est caractérisé en ce que ladite 25 couche de premier type constitue une couche primaire d'accrochage est appliquée directement sur ledit mur ou ledit plafond et est obtenue par étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 25 % à 50 %, préférentiellement 30 % à 40 %, de microcapsules de matériau à changement de phase, 5 3050457 20 % à 60 %, préférentiellement entre 20 % et 30 %, de liant acrylique ou glycérophtalique, 5 % à 20 % d'une charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.rn-1.K-1; et en ce que ladite au moins une couche de deuxième type constitue une 5 couche de finition appliquée sur ladite couche de premier type et est obtenue par étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 40 % à 60 % de liant acrylique ou glycérophtalique, 25 % à 50 %, préférentiellement 30 % à 40 %, de microcapsules de matériau à changement de phases. 10 Dans un tel système pour mur ou plafond, la charge de conductivité thermique inférieure à 1W.rn-1.K-1 est préférentiellement choisie parmi les aérogels de silice, la vermiculite, le liège, la perlite. Il s'agit, selon une variante intéressante d'un aérogel de silice. Selon une autre variante de l'invention, le système multicouche selon celle-ci 15 est destiné à être appliqué sur un sol et est caractérisé en ce que ladite au moins une couche de deuxième type est appliquée directement sur ledit sol et est obtenue par étalement d'une composition comprenant en poids : 20 % à 80 % de liant époxydique, 5 % à 20 % en poids d'une première charge de conductivité thermique 20 inférieure à 1 W.rn-1.K-1; à laquelle un durcisseur à été ajouté juste avant étalement ; et en ce que ladite couche de premier type est appliquée sur ladite couche de second type et est obtenue par étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 25 25 % à 50 % de microcapsules de matériau à changement de phases, 20 % à 60 % de liant époxydique, 5 % à 20 % en poids d'une seconde charge de conductivité thermique inférieure à 1W.rn-1.K-1, à laquelle un durcisseur à été ajouté juste avant étalement. 6 3050457 Selon cette variante, ladite première charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.rn-1.K-1 est préférentiellement choisie dans le groupe constitué par le aérogels de silice, la vermiculite, le liège, la perlite. Il s'agit, selon une variante intéressante, d'un aérogel de silice. 5 Toujours selon cette variante, ladite seconde charge de conductivité thermique inférieure à 1W.rn-1.K-1 est préférentiellement choisie dans le groupe constitué par le kaolin, les céramiques, les microsphères de verre. Il s'agit, selon une variante intéressante, de microsphères de verre. 10 Modes de réalisation de l'invention Deux modes non limitatifs de réalisation de l'invention sont décrits ci-après en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un système multicouche de peintures thermo-régulantes pour murs ou plafonds selon la présente invention ; 15 - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un système multicouche de peintures thermo-régulantes pour sols selon la présente invention ; - la figure 3 est un graphe indiquant l'évolution de la température dans le temps au cours d'un test en absorption d'un exemple de système de peinture pour sol selon la présente invention ; 20 - la figure 4 est un graphe indiquant l'évolution de la température dans le temps au cours d'un test en restitution du même exemple de système de peinture pour sol selon la présente invention. Exemple 1 25 Un premier exemple de système selon l'invention pour murs ou plafonds est constitué d'une couche d'un premier type constituant une couche primaire d'accrochage et de deux couches d'un second type constituant des couches de finition. La couche primaire d'accrochage présente la composition suivante en pourcentages massiques : 7 3050457 - 35 % de microcapsules INERTEK P23 commercialisées par la société MCI technologies et comprenant un matériau à changement de phase constitué par des esters gras dérivés d'huile de palme ; - 5 % d'aérogel de silice ENOVA IC3110 commercialisé par la société CABOT 5 présentant une conductivité thermique de 12 mW/m .1(1; - 30% de liant acrylique TEXICRYL 13-601 commercialisé par la société Scott Bader ; - 10% d'eau ; - 8% de dioxyde de titane ; 10 - 7,5 % de liant alkyde uréthane SYNTHALAT PWM 883 commercialisé par la société Synthopol ; - 2 % d'agent épaississant OPTIFLO H370 VF commercialisé par la société BYK ; - 1% d'agent dispersant BORCHI GEN 1253 commercialisé par la société BORCHERS ; 15 - 1,4 % de divers additifs. Pour la réalisation de cette composition, les composants sont mélangés ensemble à l'aide de mélangeurs usuels utilisés par l'homme du métier pour préparer une composition de peinture. Le procédé comprend trois étapes principales : - la dispersion du dioxyde de titane dans l'eau, de l'agent dispersant et de 20 l'agent épaississant ; - l'ajout des agents liants ; et, - l'ajout des microcapsules. Les différents additifs sont ajoutés au cours de ces trois étapes. Un ajustement de viscosité est de plus réalisé par ajout d'une faible quantité d'eau et/ou d'agent 25 épaississant en fin de procédé. La composition des couches de finition est quant à elle la suivante en pourcentages massiques : - 30 % de microcapsules INERTEK P23 ; - 48,5 % de liant acrylique TEXICRYL 13-601 ; 30 - 12 % de dioxyde de titane ; 8 3050457 - 1 % d'agent dispersant BORCHI GEN 1253 ; - 8,5 % divers additifs. Pour la réalisation de cette composition, les composants sont mélangés ensemble à l'aide de mélangeurs usuels utilisés par l'homme du métier pour préparer 5 une composition de peinture. Le procédé comprend trois étapes principales : - la dispersion du dioxyde de titane dans environ la moitié de l'agent liant ; - l'ajout de l'autre moitié de l'agent liant, et ; - l'ajout des microcapsules. Les différents additifs sont ajoutés au cours de ces trois étapes. Un ajustement 10 de viscosité est de plus réalisé par ajout d'une faible quantité d'eau en fin de procédé. En référence à la figure 1, une couche de primaire 1 est étalée sur un mur M selon toute technique connue de l'homme de l'art (pistolet « airless », brosse, rouleau...) à raison de 400 g/m2. Du fait de ses propriétés thixotropiques la composition peut être appliquée en un seul passage et sans trace de coulure en une 15 couche d'épaisseur de 200 um à 400 um. Après séchage de celle-ci, une première couche de finition 2 est appliquée. Après séchage de cette première couche de finition, une deuxième couche de finition 2a est appliquée à raison de 200 g/m2. Du fait de ses propriétés thixotropiques, la composition des couches de finition peut être appliquée en un seul passage et sans trace de coulure en une couche d'épaisseur de 150 um à 20 300 um. L'enthalpie des microcapsules utilisées étant comprise entre 160 J/g et 200 J/g, la quantité d'énergie théorique pouvant être stockée par la couche primaire est comprise entre 51 KJ/m2 et 64 KJ/m2 (à raison de 320 grammes de microcapsules par mètre carré de système). 25 Exemple 2 Un deuxième exemple de système selon l'invention pour sols est constitué d'une couche d'un deuxième type constituant une couche de base et d'une couche d'un premier type. La couche de base présente la composition suivante en pourcentages 30 massiques : 9 3050457 - 80 % de liant époxyde EPOTEC YDFM 253 commercialisé par la société Aditya Birla Chemical ; - 10 % d'aérogel de silice ENOVA IC3110 commercialisé par la société CABOT présente une conductivité thermique de 12 mW/m .1(1; 5 - 2 % d'agent dispersant BORCHIGEN 1253 ; - 4 % de diluant réactif ; - 4 % divers additifs. Ces différents composés sont mélangés ensemble à l'aide de mélangeurs usuels. Juste avant étalement de la composition, un durcisseur polyamine est ajouté à 10 raison d'un ratio massique de 42 %. La couche de premier type présente quant à elle la composition suivante en pourcentages massiques : - 40 % de liant EPOTEC YDFM 25 ; - 25 % de microcapsules INERTEK P23 ; 15 - 15 % de dioxyde de titane ; - 8 % de microsphères de verre SPHERIGLASS 2000 commercialisées par la société Potters Industries LLC ; - 5 % Kaolin METASIAL V800 ; - 2 % de BORCHIGEN 1253 ; 20 - 5 % de divers additifs. Ces différents composés sont mélangés ensemble à l'aide de mélangeurs usuels en trois étapes : - dispersion du dioxyde de titane dans 80% à 90% de la quantité totale de résine époxydique et ajout des différents additifs, 25 - ajout du reste de la résine époxydique et du plastifiant, - ajout des microcapsules. Les différents additifs sont ajoutés au cours de ces trois étapes. Juste avant étalement de la composition un durcisseur polyamine est ajouté à raison d'un ratio massique de 21 %. 30 En référence à la figure 2, une couche de deuxième type 3 est étalée sur un sol 10 3050457 S selon toute technique connue de l'homme de l'art à raison de 130 g/m2. Après séchage de cette couche, une couche de premier type 4 est étalée à raison de 1210 g/m2. Du fait de ses propriétés thixotropiques la composition peut être appliquée en 5 un seul passage et sans trace de coulure en une couche d'épaisseur inférieur à 1 mm. L'enthalpie des microcapsules utilisées étant comprise entre 160 J/g et 200 J/g, la quantité d'énergie théorique pouvant être stockée par la couche primaire est comprise entre 40 à KJ/m 2 et 50 KJ/m2 (à raison de 250 grammes de microcapsules par mètre carré de système). 10 Tests de mesure de températures Des tests de mesure de températures ont été réalisés dans des caissons cubiques de 1 m3 pour démontrer l'efficacité du système de peinture pour sol selon l'invention par rapport à une peinture pour sol standard. Chaque paroi vierge des caissons est constituée d'un ensemble formé d'une 15 plaque de plâtre, d'un panneau de bois et d'un isolant. Chaque caisson est muni d'une lampe de 1000 W. Les parois du premier caisson sont recouvertes d'une couche d'épaisseur 1mm du système de peinture pour sol selon l'exemple 2. Les parois du deuxième caisson (caisson témoins) sont recouvertes d'une couche d'épaisseur 1 mm d'un revêtement pour sol témoin. La peinture utilisée pour le revêtement témoin est 20 une peinture standard sans matériau à changement de phase ni charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1. Le premier test, dit « test en absorption », vise à simuler un apport important de chaleur dans une habitation. La température d'équilibre initiale à l'intérieur des caissons est de 18°C. La température à l'extérieur des caissons est maintenue à 5°C 25 tout au long du test. La lampe de 1000 W est allumée pendant 25 min dans chaque caisson puis éteinte. La figure 3 représente la mesure des températures au cours du temps dans le premier caisson (courbe en ligne pointillée) et dans le deuxième caisson (courbe noire). Une différence de 3.5 °C est observée entre les deux caissons au bout de 25 30 minutes d'exposition. La température dans le premier caisson atteint un maximum de 11 3050457 26°C tandis que la température dans le deuxième caisson (témoin) atteint un maximum de 29.5 °C. Le deuxième test, dit « test en restitution », vise à simuler une perte de chaleur importante dans une habitation. La température d'équilibre initiale à l'intérieur des 5 caissons est de 30 °C. La température à l'extérieur des caissons est maintenue à 5°C tout au long du test. La figure 4 représente la mesure des températures au cours du temps dans le premier caisson (courbe en ligne pointillée) et dans le deuxième caisson (courbe noire). 10 La température descend à 20 °C en seulement 65 minutes pour le deuxième caisson (témoin) et en 105 minutes pour le premier caisson. 12 REVENDICATIONS1. Système multicouche de peintures thermo-régulantes caractérisé en ce qu'il comprend : au moins une couche d'un premier type obtenue par l'étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 25 % à 50 % de microcapsules de matériau à changement de phase, 20 % à 60 % de liant, et au moins une couche d'un second type réalisée par l'étalement d'une composition de peinture ; au moins une couche parmi ladite au moins une couche d'un premier type et ladite au moins une couche d'un second type présentant de plus dans sa composition entre 5 % et 20 % en poids d'une charge de conductivité thermique inférieure à 1W.m1.1(1; ledit système présentant une épaisseur inférieure à 1mm. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit matériau à changement de phase présente une température de changement de phase comprise entre -5°C et 80 °C. 3. Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit matériau à changement de phase est une cire végétale. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3 destiné à être appliqué sur un mur ou un plafond caractérisé en ce que ladite couche de premier type constitue une couche primaire d'accrochage et est appliquée directement sur ledit mur ou ledit plafond et est obtenue par étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 25 % à 50 %, préférentiellement 30 % à 40 %, de microcapsules de matériau à changement de phase, 13 3050457 20 % à 60 %, préférentiellement entre 20 % et 30 %, de liant acrylique ou glycérophtalique, 5 % à 20 % d'une charge de conductivité thermique inférieure à 1W.m-1.K-1; et en ce que ladite au moins une couche de deuxième type constitue une 5 couche de finition appliquée sur ladite couche de premier type et est obtenue par étalement d'une composition de peinture comprenant en poids : 40 % à 60 % de liant acrylique ou glycérophtalique, 25 % à 50 %, préférentiellement 30 % à 40 %, de microcapsules de matériau à changement de phases. 10 5. Système selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1 est choisie dans le groupe constitué par les aérogels de silice, la vermiculite, le liège, la perlite. 15 6. Système selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1est un aérogel de silice. 7. Système selon la revendication 1 à 3 destiné à être appliqué sur un sol caractérisé en ce que ladite au moins une couche de deuxième type est appliquée 20 directement sur ledit sol et est obtenue par étalement d'une composition comprenant en poids : 20 % à 80 % de liant époxydique, 5 % à 20 % en poids d'une première charge de conductivité thermique inférieure à 1W.m-1.K-1; 25 à laquelle un durcisseur à été ajouté juste avant étalement ; et en ce que ladite couche de premier type est appliquée sur ladite couche de second type et est obtenue par étalement d'une composition de peinture comprenant : 25 % à 50 % de microcapsules de matériau à changement de phases, 20 % à 60 % de liant époxydique, 14 3050457 5 % à 20 % en poids d'une seconde charge de conductivité thermique inférieure à 1W.m-1.K-1, à laquelle un durcisseur à été ajouté juste avant étalement. 5 8. Système selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite première charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1est choisie dans le groupe constitué par le aérogels de silice, la vermiculite, le liège, la perlite. 10 9. Système selon la revendication 8 caractérisé en ce que ladite première charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1 est un aérogel de silice. 10. Système selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que ladite seconde charge de conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1 est choisie dans le 15 groupe constitué par le kaolin, les céramiques, les microsphères de verre. 11. Système selon la revendication 10 caractérisé en ce que ladite seconde charge de conductivité thermique inférieure à 1W.m-1.K-1 est constituée par des microsphères de verre. 20 15