Brevet FR3086284A1 — publié le 20200327

/13 Description LAINE MINERALE Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des laines minérales artificielles. Elle vise plus particulièrement les laines minérales destinées à fabriquer des matériaux d'isolation thermique. Elle s'intéresse notamment aux laines minérales pour des applications de protection contre le feu. [0002] Elle s'intéresse plus particulièrement aux laines minérales dont les compositions chimiques entraînent une température de liquidus élevée et une grande fluidité à leur température de fibrage, associées à une température de transition vitreuse élevée. Etat de l'art [0003] Conventionnellement, ce type de laine minérale est fibré par des procédés de centrifugation dits « externes », par exemple du type de ceux utilisant une cascade de roues de centrifugation alimentées en matière fondue par un dispositif de distribution statique, comme décrit notamment dans les brevets EP 0465310 ou EP 0439385. [0004] Le procédé de fibrage par centrifugation dit « interne », c'est-à-dire ayant recours à des centrifugeurs tournant à grande vitesse et percés d'orifices, est par contre conventionnellement réservé au fibrage de laine minérale de type laine de verre, schématiquement de composition relativement riche en oxydes alcalins et à faible taux d'alumine, de température de liquidus moins élevée et dont la viscosité à la température de liquidus est plus grande que celle de la laine de roche ou de basalte. Ce procédé est notamment décrit dans les brevets EP 0189354 ou EP 0519797. [0005] Des solutions techniques permettant d'adapter le procédé de centrifugation interne au fibrage de la laine de roche sont connues notamment de WO 93/02977, par la modification de la composition du matériau constitutif des centrifugeurs et de leurs paramètres de fonctionnement. Cette adaptation permet dès lors de combiner des 2/14 propriétés qui n'étaient jusque-là inhérentes qu'à l'un ou l'autre des deux types de laine, roche ou verre. Ainsi, la laine de roche obtenue par centrifugation interne est d'une qualité comparable à de la laine de verre, avec un taux d'infibrés moindre que de la laine de roche obtenue conventionnellement. Elle conserve cependant les deux atouts liés à sa nature chimique, à savoir un faible coût de matières premières et une tenue en température élevée. [0006] Aux critères de qualité et de faisabilité industrielle et économique, vient s'ajouter un critère sanitaire. Les laines minérales mises sur le marché doivent être biosolubles, à savoir avoir la capacité de se dissoudre rapidement en milieu physiologique, en vue de prévenir tout risque pathogène potentiel lié à l'accumulation éventuelle des fibres les plus fines dans l'organisme par inhalation. [0007] Enfin, pour certaines applications, il est souhaitable de disposer de laines minérales présentant une bonne résistance à très haute température. La résistance au feu d'un élément de construction correspond à la durée pendant laquelle l'élément conserve sa fonction portante, garantit l'étanchéité aux flammes et conserve son rôle d'isolant thermique. Le test incendie standard consiste généralement en une montée en température suivant la norme ISO 834, basée sur la courbe des températures d'un feu cellulosique. [0008] Des compositions de laine minérale satisfaisant à la fois les critères de fibrabilité par les procédés de centrifugation interne, de biosolubilité et une bonne résistance aux hautes températures ont été développées. De telles compositions sont par exemple décrites dans WO 2005/033032. Cependant, pour satisfaire aux exigences de résistance à très haute température, ces fibres minérales doivent être revêtues d'un additif organique phosphaté tel que décrit dans WO 2006/103375. Résumé de l'invention [0009] L'objectif de la présente invention est de proposer des compositions de laine minérale qui soient à la fois fibrables par les procédés de 3/14 centrifugation interne, biosolubles et résistantes à très haute températures sans avoir recours à des additifs organiques phosphatés. [0010] Le déroulement du fibrage par ces procédés est optimal lorsque la matière fondue a une viscosité de 3 poises. La température de fibrage à laquelle cette viscosité doit être atteinte (Tfibrzt0g3) doit être inférieure à 1220°C. D'autre part, la température n'étant pas parfaitement constante dans le temps ni parfaitement homogène lors du fibrage, un écart suffisant est nécessaire entre la température de fibrage (Tf,b) et la température du liquidus (Thq). Cet écart, appelé plage de fibrage, doit être d'au moins 40°C pour éviter tout problème de dévitrification et d'obstruction des assiettes lors du fibrage. C'est pourquoi la température de liquidus (Thq) doit être inférieure à 1180°C. [0011] L'invention a pour objet une laine minérale présentant une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentages pondéraux : SiO2 39-50%, de préférence 39-49% A1203 19,5-27%, de préférence 20-26% CaO 5-12%, de préférence 6-11% MgO 1-5%, de préférence 2-5% Na2O 5-20%, de préférence 6-18% K2O 0-15%, de préférence 1-12% Fe2O3 2-15%, de préférence 3-12% B2O3 0-2%, de préférence 0-1,5% un rapport massique MgO/RO supérieur à 0,10 et inférieur à 0,50, de préférence inférieur à 0,40, voire inférieur à 0,30, et un rapport massique R0/(RO+R20) inférieur à 0,55, dans lesquels RO représente les oxydes alcalino-terreux CaO, MgO, BaO et SrO, et R20 représente les oxydes alcalins Na2O et K2O. [0012] De telles compostions présentent des propriétés de résistance à très haute température significativement améliorée tout en conservant leurs propriétés de biosolubilité et de processabilité (Tfayr-Tiqq3 inférieure à 1220° C, -nig inférieure à 1180°C et Trib-Thq supérieure à 40°C) recherchées. Ces propriétés combinées ont notamment pu être obtenues grâce au choix à la 4/14 fois d'une teneur en chaux relativement faible (inférieure à 12%), de la présence de magnésie et d'un équilibre bien déterminé entre les oxydes alcalino-terreux et les oxydes alcalins (0,10 1220 Plage de fibrage (°C) >40 34 >40 Affaissement (%) 5,5 >10 >10 >10 6,9 [0051] On peut voir sur la Fig. 1 que la composition de l'exemple 1 selon l'invention présente affaissement faible qui se maintient jusqu'à 1000°C, indiquant une bonne résistance à très haute température. Cette composition présente également qu'une température Tiog3 inférieure à 1220°C, une température Thq inférieure à 1180°C et une plage de fibrage supérieure à 40°C, ce qui permet un fibrage par centrifugation interne sans risque de dévitrification. Au contraire, les compositions des exemples comparatifs Cl à C4 ne permettent pas de satisfaire à l'ensemble de ces critères. Les compositions C1, C2 et C3 ne présentent pas une résistance suffisante à très haute température alors que la composition C4 présente une Thq trop élevée pour pouvoir être fibrée par centrifugation interne. 12/14 REVENDICATIONSRevendication 1. Laine minérale présentant une composition chimique comprenant les constituants SiO2 39-50% A1203 19,5-27% CaO 5-12% MgO 1-5% Na2O 5-20% K2O 0-15% Fe2O3 2-15% B203 0-2%% un rapport massique MgO/RO suivants, en pourcentages pondéraux : supérieur à 0,10 et inférieure à 0,50 et un rapport massique R0/(RO+R20) inférieur à 0,55, dans lesquels RO représente les oxydes alcalino-terreux CaO, MgO, BaO et SrO, et R20 représente les oxydes alcalins Na2O et K2O. Revendication 2. Laine minérale selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en R20 est supérieure à 12%. Revendication 3. Laine minérale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la composition comprend 0 à 0,20% de BaO. Revendication 4. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la teneur en SiO2 est de 39 à 48%. Revendication 5. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la teneur en A1203 est de 21 à 26%. Revendication 6. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la teneur en CaO est de 8 à 10%. Revendication 7. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la teneur en MgO est de 3 à 4%. Revendication 8. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la teneur en Na2O est de 8 à 10%. Revendication 9. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la teneur en K2O est de 3 à 5%. 13/14 Revendication 10. Laine minérale selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la teneur en Fe2O3 est de 6 à 8%. Revendication 11. Produit d'isolation thermique et/ou acoustique comprenant une laine minérale selon l'une des revendications 1 à 10. Revendication 12. Utilisation d'une laine minérale selon l'une des revendications 1 à 10 dans des systèmes constructifs résistant au feu ou des isolants employés à haute température.