Brevet FR3084080A1 — publié le 20200124

COMPOSITION DE LIANT POUR LAINE MINERALE La présente invention concerne une composition aqueuse de liant destinée à la fabrication de produits isolants à base de laine minérale, en particulier de laine de verre ou de roche, contenant des sucres hydrogénés, au moins un acide polycarboxylique, et l'association de polyéthylèneimine et d'une quantité assez importante d'un silane fonctionnel. La fabrication de produits d'isolation à base de laine minérale comprend généralement une étape de fabrication des fibres de verre ou de roche par un procédé de centrifugation. Sur leur trajet entre le dispositif de centrifugation et le tapis de collecte des fibres, on vaporise sur les fibres encore chaudes une composition aqueuse d'encollage, également appelée liant, qui subit ensuite une réaction de thermodurcissement à des températures d'environ 200 °C. 15 Les résines phénoliques utilisées pendant plusieurs dizaines d'années en tant que liants sont remplacées de plus en plus par des produits issus de sources renouvelables et n'émettant pas, ou très peu, de formaldéhyde, composé considéré comme pouvant nuire à la santé humaine. Il est ainsi connu, par exemple de US 2011/0223364, de lier des fibres 20 minérales avec des compositions aqueuses de liant exemptes de formaldéhyde contenant, en tant que réactifs thermoréticulables, des hydrates de carbone et des acides polycarboxyliques. Les compositions d'encollage à base de sucres réducteurs présentent toutefois l'inconvénient de donner lieu à des réactions de coloration 25 (caramélisation, réaction de Maillard) qui rendent difficile, voire impossible, l'obtention de produits de couleur claire. La Demanderesse a proposé dans ses demandes WO 2010/029266 et WO 2013/014399 des liants à base, non pas de sucres réducteurs, mais de sucres hydrogénés, également appelés alcools de sucres ou alditols. Ces 30 polyols ont une stabilité thermique considérablement plus élevée que les sucres réducteurs et ne donnent pas lieu aux réactions de Maillard et/ou de caramélisation. - 2 - Les produits d'isolation à base de laine minérale et de cette nouvelle génération de liants « verts », sont toutefois relativement hygroscopiques et conservent moins bien leurs propriétés mécaniques au cours du temps que les produits plus colorés fabriqués avec des sucres réducteurs. On constate s en particulier une perte indésirable de la rigidité des panneaux au cours du temps. Pour compenser la perte des propriétés mécaniques après une certaine période de vieillissement de ces produits d'isolation, il est généralement nécessaire d'augmenter la proportion de liant d'environ 10 à 20 %, ce qui augmente non seulement le coût du produit final mais altère également sa réaction au feu. Au cours de ses recherches visant à améliorer les propriétés mécaniques des produits d'isolation à base de laine minérale encollée avec des liants « incolores » ou peu colorés, c'est-à-dire fabriqués à partir de sucres hydrogénés, la Demanderesse avait constaté avec surprise que certains composés, connus en tant qu'agents de couplage, conduisaient à une amélioration significative des propriétés mécaniques des produits d'isolation obtenus, à condition d'être utilisés à des concentrations supérieures à celles nécessaires à leur fonctionnement en tant qu'agent de couplage. L'utilisation de concentrations importantes d'époxysilanes dans des compositions de liant pour laine minérale à base de sucres hydrogénés fait ainsi l'objet de la demande internationale W02015/132518 au nom de la Demanderesse. En poursuivant ses recherches dans ce domaine, la Demanderesse a fait une autre découverte surprenante qui a permis d'améliorer encore davantage les propriétés mécaniques des produits, en particulier la rigidité de panneaux de laine minérale, avant et après vieillissement naturel ou accéléré. La Demanderesse a ainsi constaté qu'en associant des quantités relativement faibles de polyéthylèneimine (PEI) à des concentrations importantes d'un silane fonctionnel, la rigidité des panneaux de laine -3 minérale liée par des liants à base de sucres hydrogénés était fortement augmentée non seulement en sortie de fabrication, mais également au bout de plusieurs mois de vieillissement dans les conditions normales d'utilisation ou encore après un test de vieillissement accéléré (test « Florida », décrit s plus en détail ci-après). La présente invention a par conséquent pour objet une composition aqueuse de liant pour la fabrication de produits isolants à base de laine minérale, comprenant (a) un glucide choisi parmi les sucres réducteurs, les sucres non- 10 réducteurs, les sucres hydrogénés et un mélange de ceux-ci, la proportion de sucres hydrogénés dans le glucide étant comprise entre 25 et 100 % en poids, (b) au moins un acide polycarboxylique monomère ou un sel ou anhydride d'un tel acide, 15 (c) de 0,05 % à 1,0 % en poids, de préférence de 0,10 % à 0,8 % en poids, rapporté à la somme des composants (a) et (b), de polyethylèneimine (PEI), et (d) plus de 2 % en poids, rapporté à la somme des composants (a) et (b), d'au moins un silane fonctionnel 20 Elle a également pour objet un procédé de fabrication d'un produit isolant à base de laine minérale comprenant l'application d'une telle composition aqueuse de liant sur des fibres minérales, 25 la formation d'un assemblage de fibres minérales encollées avec ladite composition de liant, et le chauffage de l'assemblage de fibres minérales encollées obtenu jusqu'à durcissement de la composition d'encollage, ainsi qu'un produit isolant à base de laine minérale obtenu par un tel 30 procédé. Dans la présente invention le terme « glucide » a un sens plus large qu'usuellement, car il englobe non seulement les glucides au sens stricte, c'est-à-dire des hydrates de carbone (oses et osides) de formule - 4 - C,-,(H20)p où p = n (oses) ou p = n-1 (osides), mais également les produits d'hydrogénation de ces hydrates de carbone où le groupe aldéhyde ou cétone a été réduit en alcool. s Ces produits d'hydrogénation sont également appelés alditols, alcools de sucres ou sucres hydrogénés. Le terme glucide englobe également les sucres non-réducteurs constitués de plusieurs motifs glucidiques dont les carbones porteurs de l'hydroxyle hémi-acétalique sont impliqués dans les liaisons osidiques reliant les motifs entre eux. 10 Le composant (a) de la composition aqueuse de liant selon l'invention peut être constitué uniquement de sucres hydrogénés et être exempt de sucres réducteurs ou et de sucres non-réducteurs. Ce mode de réalisation est intéressant car il conduit à des produits isolants particulièrement peu colorés. En effet, l'absence de sucres réducteurs et non-réducteurs 15 empêche des réactions de brunissement telles que la réaction de Maillard et la caramélisation. Par c REVENDICATIONS1. Composition aqueuse de liant pour la fabrication de produits isolants à base de laine minérale, comprenant (a) au moins glucide choisi parmi les sucres réducteurs, les sucres non-réducteurs, les sucres hydrogénés et un mélange de ceux-ci, la proportion de sucres hydrogénés dans le glucide étant comprise entre 25 et 100 % en poids, (b) au moins un acide polycarboxylique monomère ou un sel ou anhydride d'un tel acide, (c) de 0,05 % à 1,0 % en poids, de préférence de 0,10 % à 0,8 % en poids, rapporté à la somme des composants (a) et (b), de polyethylèneimine (PEI), (d) plus de 2 % en poids, rapporté à la somme des composants (a) et (b), d'au moins un silane fonctionnel. 2. Composition aqueuse de liant selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le rapport en poids silane fonctionnel / PEI est compris entre 3 et 60, de préférence entre 5 et 40, en particulier entre 10 et 20 30 3. Composition aqueuse de liant selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle contient de 2,1 à 7 % en poids, de préférence de 2,3 à 6 % en poids et en particulier de 2,5 à 5 % en poids et idéalement de 3 à 4,5 % en poids d'au moins un silane fonctionnel, ces pourcentages 25 étant exprimés par rapport à la somme des composants (a) et (b). 4. Composition aqueuse de liant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le silane fonctionnel est un époxysilane. 5. Composition aqueuse de liant selon la revendication 4, 30 caractérisée par le fait que l'époxysilane est choisi parmi les 3- glycidoxypropyl-trialcoxysilanes, 3-glycidoxypropyl-dialcoxy-alkylsilanes, époxycyclohexyl-éthyltrialcoxysilanes, époxycyclohexyléthyldialcoxyalkyl- silanes, de préférence les 3-glycidoxypropyl-trialcoxysilanes. 6. Composition aqueuse de liant selon l'une quelconque des -21 - revendications précédentes, caractérisée par le fait que le glucide contient au moins 50 % en poids, de préférence au moins 70 % en poids, et en particulier au moins 95 % en poids de sucres hydrogénés. 7. Composition aqueuse de liant selon l'une quelconque des s revendications précédentes, caractérisée par le fait que le glucide est exempt de sucres réducteurs et/ou de sucres non-réducteurs. 8. Composition aqueuse de liant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le sucre hydrogéné est choisi parmi les produits d'hydrogénation des monosaccharides, disaccharides, 10 oligosaccharides et leur mélanges. 9. Composition aqueuse de liant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le sucre hydrogéné est choisi dans le groupe formé de sorbitol, xylitol et maltitol. 10. Composition aqueuse d'encollage selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le sucre hydrogéné est un produit d'hydrogénation d'un hydrolysat d'amidon ou d'un hydrolysat de matières lignocellulosiques. 11. Composition aqueuse d'encollage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'acide polycarboxylique est l'acide citrique. 12. Composition aqueuse de liant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'elle contient en outre de 0,5 à 10 % en poids, de préférence de 1,0 à 5 % en poids, rapporté au poids sec des composants (a) et (b), d'un catalyseur d'estérification, de préférence un catalyseur choisi parmi l'hypophosphite de sodium et l'acide hypophosphoreux. 13. Procédé de fabrication d'un produit isolant à base de laine minérale, comprenant - l'application d'une composition aqueuse de liant selon l'une quelconque des revendications précédentes sur des fibres minérales, - la formation d'un assemblage de fibres minérales encollées avec ladite composition de liant, et - le chauffage de l'assemblage de fibres minérales encollées obtenu jusqu'à durcissement de la composition d'encollage. - 22 - 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape préalable de préparation de la composition aqueuse de liant, mise en oeuvre moins de 4 heures, en particulier moins de 1 heure avant l'étape d'application sur les fibres, ladite étape comprenant s l'ajout de plus de 2 % en poids, rapporté à la somme des composants (a) et (b), d'époxysilane, à une composition aqueuse de liant comprenant (a) un glucide choisi parmi les sucres réducteurs, les sucres non-réducteurs, les sucres hydrogénés et des mélanges de ceux-ci, la proportion de sucres hydrogénés dans le glucide étant comprise entre 25 et 100 % en poids, (b) au moins un acide polycarboxylique monomère ou un sel ou anhydride d'un-tel acide, (c) de 0,1 à 1,0 % en poids, de préférence de 0,15 à 0,7 % en poids, rapporté à la somme des composants (a) et (b), de polyéthylèneimine 15 (PEI). 15. Produit isolant à base de laine minérale obtenu par le procédé selon l'une des revendications 13 ou 14.