Brevet FR3084679A1 — publié le 20200207

Procédé de fabrication d'un panneau ou d'un mat par voie humide, produits fabriqués par ce procédé, et utilisation des produits fabriqués par ce procédé L'invention concerne un procédé de fabrication d'un panneau ou d'un mat par voie humide, un produit fabriqué selon ce procédé, et une utilisation de ce produit. L'utilisation de fibres minérales artificielles pour l'isolation thermique de bâtiments et d'installations industrielles fait partie de l'état de la technique depuis de nombreuses décennies. La fabrication de panneaux de fibres minérales peut être réalisée par deux procédés bien connus des experts. Le procédé conventionnel, la « formation par voie aérodynamique », commence par le fibrage d'une masse vitreuse fondue par des procédés rotatifs, tels que la centrifugation interne ou externe, que l'on appelle aussi respectivement le procédé TEL et le procédé REX, ou par un procédé utilisant des buses de soufflage. Ces procédés sont décrits, par exemple, dans Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol, A19, Fibers, 5, Synthetic Inorganic. Ils sont définis par la formation primaire de fibres entraînées par un écoulement d'air conjointement avec d'autres composés qui peuvent éventuellement être ajoutés au flux de gaz contenant les fibres, tels que des liants, sur un élément foraminé en mouvement, pour former un feutre, qui fait normalement l'objet d'une transformation supplémentaire, comprenant une étape de séchage ou de durcissement ou cuisson pour former un mat ou un panneau. Ces procédés de formage ont pour caractéristique une orientation intrinsèquement laminaire du mat ou du panneau formé, les fibres étant orientées essentiellement dans une direction horizontale. Selon l'utilisation à laquelle le produit est destiné, cette orientation laminaire peut être bénéfique pour certaines propriétés, en particulier la résistance thermique, alors qu'elle est moins souhaitable lorsque les principales propriétés recherchées sont des performances mécaniques telles que la résistance à la compression ou la résistance à la déchirure. Afin de surmonter cet inconvénient du produit résultant d'un procédé par voie aérodynamique, diverses propositions ont été faites pour augmenter le niveau des propriétés mécaniques, par exemple en réorientant les fibres dans le feutre avant le séchage ou le durcissement. 1 Comme secteur d'application sensible aux propriétés mécaniques, on cite l'utilisation d'éléments, de panneaux ou de mats en fibres minérales comme matériau d'âme de panneaux d'isolation sous vide. Comme le matériau d'âme est enfermé dans un matériau sous forme de feuille étanche à l'air, qui est mis sous vide, le matériau d'âme doit résister à 5 la pression atmosphérique pendant toute la durée de vie du panneau d'isolation sous vide. Bien qu'il soit possible d'augmenter le niveau des propriétés mécaniques en augmentant la densité ou en augmentant la teneur en liant, la première option n'est guère prisée, en raison d'un poids élevé et des besoins en matériaux, tandis que la dernière option a pour inconvénient qu'un liant peut se décomposer en dégradant ainsi le vide, ce qui fait 10 augmenter la pression intérieure. En conséquence, la durée de vie du panneau d'isolation sous vide peut être significativement affectée. Alternativement, des produits dont on exige des propriétés mécaniques de haut niveau peuvent être fabriqués en utilisant un procédé par voie humide, qui diffère de la formation par voie aérodynamique en ce qu'au cours d'une formation par voie aérodynamique, les 15 fibres sont collectées et mises en suspension dans un liquide qui fait l'objet d'une transformation supplémentaire. Le document W000/70147 divulgue un procédé de fabrication d'un panneau ou d'un mat, qui comprend la formation d'une suspension avec des solides comprenant des fibres inorganiques et des fibres de cellulose, suivie par la formation d'une nappe à partir de la 20 suspension sur au moins un élément foraminé en mouvement. L'eau est extraite de la nappe et la nappe est séchée par passage d'air à une température élevée à travers la nappe. L'objectif du procédé est de fournir un procédé permettant de produire des panneaux de fibres minérales - particulièrement en utilisant comme fibres de départ des fibres de verre recyclé, des fibres minérales, de laine de roche, ou d'autres fibres inorganiques - qui 25 présentent une uniformité et une résistance à la compression améliorées par rapport aux panneaux produits en utilisant un procédé par voie aérodynamique. D'autres fibres telles que les fibres d'aramide, les fibres thermoplastiques et les fibres de cellulose, peuvent être ajoutées aux fibres minérales. Dans la plupart des cas, les produits fabriqués selon W000/70147 comprennent un liant, bien que le procédé permette de fabriquer des produits 30 sans liant. Cependant, on cherche toujours à fournir des produits à base de fibres minérales ayant des propriétés mécaniques de haut niveau, en particulier la résistance à la compression, pour des applications exigeant de telles propriétés, en particulier un matériau d'âme pour un panneau d'isolation sous vide. Cet objectif est réalisé par un procédé de fabrication d'un panneau ou d'un mat, comprenant : 2 - la formation d'un mélange avec des solides comprenant des fibres inorganiques et des fibres de cellulose, - la formation d'une nappe à partir du mélange sur au moins un élément foraminé, préférentiellement un élément foraminé en mouvement, 5 - l'extraction d'eau de la nappe ; et - le séchage de la nappe pour produire un produit, caractérisé en ce que le pH du mélange comprenant les fibres inorganiques et les fibres de cellulose est dans la plage de pH de 2 à 6, et 10 en ce que les fibres de cellulose ont un indice de Schopper-Riegler 50 selon la norme ISO 5267. Un produit fabriqué selon ce procédé réalise également cet objectif. En termes d'utilisation, l'objectif est réalisé par l'utilisation dudit produit comme matériau d'âme d'un panneau d'isolation sous vide. 15 La présente invention concerne en particulier un procédé de fabrication d'un panneau ou d'un mat, qui comprend les étapes suivantes - former un mélange avec des solides (ou suspension) comprenant des fibres inorganiques et des fibres de cellulose, - former une nappe à partir du mélange sur au moins un élément foraminé (muni de 20 trous), préférentiellement un élément foraminé en mouvement, - extraire l'eau de la nappe, et - sécher la nappe pour produire un produit, le pH du mélange comprenant les fibres inorganiques et les fibres de cellulose étant dans la plage de pH de 2 à 6, et 25 les fibres de cellulose ayant un indice de Schopper-Riegler 50 selon la norme ISO 5267. L'indice de Schopper-Riegler, qui est déterminé selon la norme ISO 5267, est une mesure permettant de déterminer l'indice de raffinage. Le raffinage permet, entre autres, une défibrillation de la paroi des fibres par libération de macrofibrilles, ce qui produit un plus grand nombre de liaisons interfibres dans le produit final. Cette élévation du nombre de 30 liaisons interfibres produit des propriétés mécaniques de plus haut niveau dans le produit fini. 3 Les inventeurs ont trouvé que la résistance à la compression est sensiblement augmentée, lorsque le procédé est mis en oeuvre avec des fibres de cellulose dans la plage spécifiée. Cette augmentation est due à la formation de liaisons hydrogène entre les fibres de cellulose. 5 On préfère que les fibres de cellulose raffinée(s) aient un indice de Schopper-Riegler 60 selon la norme ISO 5267 et/ou un indice de Schopper-Riegler 100 selon la norme ISO 5267. On préfère que la valeur de pH soit de 3 à 5, en particulier de 3 à 4. Des conditions trop acides ont montré une détérioration de la résistance à la compression, tandis que l'effet 10 positif diminue au fur et à mesure que la valeur de pH se rapproche du neutre. De préférence, la valeur de pH est ajustée par un acide fort ayant une constante de dissociation acide pKa égale ou inférieure à 3, tel que l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique. Dans une réalisation préférée de l'invention, les fibres inorganiques sont choisies parmi 15 des fibres de laine minérale, à savoir des fibres de laine de verre, de laine de roche ou de laitier ou de scories, fabriquées préférentiellement par un procédé rotatif ou un procédé utilisant des buses de soufflage. Ces fibres sont disponibles en grandes quantités et à faible coût. On préfère que le micronaire des fibres inorganiques soit is 20 1/min, préférablement 20 12 l/min, en particulier 81/min. Le micronaire est ainsi mesuré selon une technique connue qui est décrite dans la demande de brevet W02003/098209. Cette demande de brevet se rapporte en effet à un dispositif permettant de déterminer l'indice de finesse de fibres comprenant un dispositif de mesure de l'indice de finesse, ledit dispositif de mesure de l'indice de finesse comportant, 25 d'une part, au moins un premier orifice raccordé à une cellule de mesure conçue pour recevoir un échantillon qui se compose d'une pluralité de fibres et, d'autre part, un deuxième orifice connecté à un dispositif de mesure d'une pression différentielle situé de chaque côté dudit échantillon, ledit dispositif de mesure de la pression différentielle étant conçu pour être connecté à un dispositif de production d'un flux fluide, caractérisé en ce que le dispositif de 30 mesure de l'indice de finesse comprend au moins un débitmètre volumétrique pour le fluide passant par ladite cellule. Ce dispositif fournit des correspondances entre les valeurs de « micronaire » et les litres par minute (1/min). Un faible indice de fibres, c'est-à-dire une faible valeur de micronaire, implique une multitude de fibres fines et relativement minces. L'utilisation de fibres fines est utile pour 4 apporter au produit une résistance élevée à la compression mécanique et des performances de lambda améliorées. De préférence, les fibres de cellulose sont des fibres de pulpe (ou de pâte à papier), en particulier de pâte de bois provenant d'essences à bois tendre telles que l'épicéa, le pin, le 5 sapin, le mélèze et la pruche, et d'essences de bois dur telles que l'eucalyptus, le tremble et le bouleau. Le procédé de réduction en pulpe/pâte mis en oeuvre pour produire la pulpe/pâte peut consister en des procédés standard de réduction en pulpe/pâte tels que la pulpe mécanique, la pulpe thermomécanique (TMP), la pulpe chimicothermomécanique (CTMP), la pulpe chimique (Kraft, sulfite, et Organosolv), et la pulpe recyclée. On préfère en particulier 10 utiliser des pâtes kraft. Les différentes pulpes/pâtes peuvent être utilisées indépendamment ou dans divers mélanges. On préfère en particulier utiliser une pâte kraft blanchie de fibres d'eucalyptus. Ce matériau est disponible sur le marché international en grandes quantités et à faible coût. On préfère que les fibres de cellulose aient une longueur moyenne arithmétique entre 15 0,2 mm et 5 mm et un diamètre moyen arithmétique entre 10 pm et 70 pm. Les paramètres morphologiques longueur et diamètre sont mesurés en utilisant comme dispositif de mesure un appareil MorFi (Techpap, Grenoble, France), avec un procédé de mesure définissant comme fibres les éléments ayant une longueur dans la gamme de 200 pm à 10 mm et un diamètre entre 5 pm et 75 pm. La fraction fine se 20 compose d'éléments ayant une longueur REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un panneau ou d'un mat, comprenant : - la formation d'un mélange avec des solides comprenant des fibres inorganiques et des fibres de cellulose, - la formation d'une nappe à partir du mélange sur au moins un élément foraminé, préférentiellement un élément foraminé en mouvement, - l'extraction d'eau de la nappe ; et - le séchage de la nappe pour produire un produit, caractérisé en ce que 10 le pH du mélange comprenant les fibres inorganiques et les fibres de cellulose est dans la plage de pH de 2 à 6, et en ce que les fibres de cellulose ont un indice de Schopper-Riegler a 50 selon la norme ISO 5267. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres de cellulose ont un 15 indice de Schopper-Riegler a 60 selon la norme ISO 5267 et/ou un indice de Schopper- Riegler 5 100 selon la norme ISO 5267. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur du pH est dans la plage de 3 à 5, en particulier de 3 à 4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la 20 valeur du pH est ajustée par un acide fort ayant une constante de dissociation acide pKa égale ou inférieure à 3. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fibres inorganiques sont des fibres de laine minérale, par exemple des fibres de laine de verre, de laine de roche ou de laitier ou de scorie, fabriquées préférentiellement par un 25 procédé rotatif ou un procédé utilisant des buses de soufflage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres de cellulose sont des fibres de pulpe, en particulier de pâte de bois provenant d'essences de bois tendre telles que l'épicéa, le pin, le sapin, le mélèze et la pruche, et d'essences de bois dur telles que l'eucalyptus, le tremble et le bouleau, en particulier de la 30 pâte de bois kraft blanchie chimiquement provenant d'essences de bois tendre telles que l'épicéa, le pin, le sapin, le mélèze et la pruche, et d'essences de bois dur telles que l'eucalyptus, le tremble et le bouleau. 12 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le micronaire des fibres inorganiques est s 20 1/min, préférentiellement 5 12 I/min, en particulier 5 81/min 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une teneur en solides de [')/0 en poids de Préféré [% en poids particulièrement solides] de solides] préféré [% en poids de solides] fibres inorganiques 90 92-98 94-98 fibres de cellulose > 0-10 2-8 2-6 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mélange ne comprend pas de liant additionnel. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mélange comprend un liant, préférentiellement selon un rapport massique de 5 4 parties en poids de matières solides du liant pour 100 parties en poids de solides dans le mélange sans les matières solides du liant. 11. Produit fabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Produit selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'augmentation de la densité brute du produit soumis à une compression de 1 bar est inférieure à 150 %, préférentiellement inférieure à 100 % de la densité brute du produit soumis à une compression de 250 Pa. 13. Produit selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la densité brute du produit soumis à une compression de 1 bar est s 250 kg/m3, préférentiellement 5 200 kg/m3, et de façon particulièrement préférée s 180 kg/m'. 14. Utilisation d'un produit selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 comme matériau d'âme d'un panneau d'isolation sous vide. 13