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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION "Masses isolantes poreuses à base de résines artificielles" la Société dite: CIBA Société Anonyme, à Bâle (Suisse). Faisant l'objet de deux premières demandes de brevet déposées en SUISSE, les 28 juillet 1944 et 29 mars 1945.
On a déjà proposé d'employer des masses poreuses à base de résines artificielles, pour différents emplois. On emploie par exemple des produits poreux dont la densité est très faible (environ 0,01-0,1) à base de résines phénoliques et notamment de résines d'urée, pour isoler contre le froid, le chaud ou le bruit. Ces masses ont l'inconvénient que leur résistance mécanique n'est pas assez élevée, qu'elles ne gardent pas leurs dimensions initiales et que leur stabilité à l'eau est encore trop faible.
Pour les isolements thermiques, par exemple pour isoler les conduites de vapeur, leur manque de stabilité à la chaleur est très défavorable.
La demanderesse a trouvé qu'on peut remédier à ces inconvénients lorsqu'on emploie des résines de mélamine en elles-mêmes connues, à la place des résines du phénol ou de l'urée. Etant donné les propriétés des résines de mélamine, les nouvelles mousses solides de la présente invention possèdent une stabilité meilleure à l'eau chaude et une stabilité plus élevée à la chaleur.
En compàraison avec les produits poreux connus jusqu'à présent, les mousses solides à bases de résines de mélamine possèdent encore d'autres;avantages qui sont d'une gEande importance pour leur emploi dans l'industrie de l'isolement et qu'on ne pouvait pas prévoir sans autre :
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1.) La stabilité de leurs dimensions initiales est notable- ment meilleure; l'expansion et la contraction de ces mousses solides lorsque l'humidité de l'air varie diminue à environ la moi- tié de la valeur trouvée pour les mousses solides à base de résine d'urée.
2. ) L'absorption de vapeur d'eau lorsque l'humidité de l'air varie est à peu près moitié moins forte que pour les mousses solides à base de résine d'urée.
3. ) La résistance mécanique de ces mousses soldes de résines de mélamine est deux fois ou même plusieurs fois plus élevée que celle des mousses solides à base de résine d'urée.
4. ) La stabilité à l'eau de ces mousses solides est aussi notablement meilleure ; l'eau bouillante on n'observe pas de ramollissement de ces mousses solides et en séchant il ne se produit pas de déformation.
Les propriétés meilleures surprenante's de ces mous- ses solides permettent donc de les employer plus avantageuse- ment dans tous lesdomaines d'application des produits poreux connus à base de résine d'urée.
La préparation des mousses solides à base de résine de mélarnine peut avoir lieu par les méthodes en elles-mêmes connues les plus diverses, parmi lesquelles la mise en mousse de solutions aqueuses ou aqueuses-alcooliques de résines de mélamine, qui peuvent contenir avantageusement des agents dur- cissants et moussants, est la plus appropriée. On obtient ainsi aisément des mousses solides de très faibles densités, par exemple de densités de 0,03 -0,015.
Parmi les résines de mélamine, on emploiera avant tout les résines décrites au brevet français ? 811.804 du 23 sep- tembre 1936 de la demanderesse; parmi les agents durcissants, on emploiera des substances acides et comme agents moussants des substances naturelles ou synthétiques tensio-actives qui, comme la saponine, donnent avec de l'eau des mousses stables.
La préparation des mousses a lieu le plus simplement en faisant mousser une solution aqueuse ou aqueuse-alcoolique de . résine de mélanine en présence d'agents de durcissement et d'agents moussants, par exemple au moyen d'un agitateur à grande vitesse.
En introduisant de l'air ou un gaz, le volume de la solution augmente de plusieurs fois son volume, par exemple de 40 fois le volume initial de la solution aqueuse. La mise en mousse peut cependant avoir lieu par d'autres méthodes. La mousse formée est introduite dans des moules, abandonnée à elle-même, séchée et le
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cas échéant durcie après coup. Pour éviter la formation de fissures, le séchage doit avoir lieu de manière appropriée. On sèche par exemple lentement ou dans une atmosphère humide, de façon que l'eau des parties intérieures puisse s'échapper avant que les parties extérieures ne se contractent, ce qui donnerait des fissures. On obtient des mousses solides blanches, très légères, et d'une solidité mécanique surprenante par rapport à leur densité.
Si on le désire, ces mousses solides peuvent être teintes au cours de leur préparation ou après coup. De même, on peut leur incorporer les charges les plus diverses, par exemple de la farine ou de la poudre de liège, des fibres de verres, de la pulpe de papier, des fibres d'amiante, de la terre d'infusoires.
Les mousses solides obtenues suivant le procédé de la présente invention peuvent être employées comme matières isolantes dans l'industrie du bâtiment, comme isolant thermique, comme isolant pour appareils frigorifiques, entrepôts frigorifiques, etc.., comme isolant acoustique, pour le revêtement des plafonds, etc..
Les indications suivantes illustrent les propriétés les plus importantes des nouvelles mousses solides comparées aux propriétés des mousses connues à base de résine d'urée.
Pour une matière isolante, sa manière de se comporter vis-à-vis des variations de l'humidité de l'air est d'une grande importance, puisque, de cette manière de se comporter dépend la formation de fentes et de déchirures par suite d'expansions ou de contractions trop grandes,, ainsi que la perte éventuelle de l'effet isolant due à une absorption trop forte de l'humidité de l'air. Pour comparer ces produits, on exposa les matières à examiner, des mousses. solides à base de résine d'urée et des mousses solides à base de résine de mélamine, sous forme de plaques d'une épaisseur d'environ 1 - 2 cm, pendant 24 heures, à température ordinaire,'alternativement dans de l'air contenant 100% d'humidité, puis dans de l'air contenant 10% d'humidité.
Les tableaux suivants A et B donnent les résultats obtenus avec des mousses solides de résine d'urée (densité = 0,015) et avec des mousses solides de résine de mélamine (densité = 0,016 et 0,023) :
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A. Stabilité de dimension. (Expansion et contraction en pour-cent de la longueur originale).
EMI4.1
<tb>
<tb>
Teneur <SEP> en <SEP> humidité <SEP> de <SEP> Mousse <SEP> solide <SEP> de <SEP> Mousse <SEP> solide <SEP> de
<tb> l'air <SEP> dans <SEP> lequel <SEP> les <SEP> : <SEP> résine <SEP> d'urée. <SEP> résine <SEP> de <SEP> mélamine.
<tb> mousses <SEP> sont <SEP> maintenues
<tb> chaque <SEP> fois <SEP> pendant <SEP> ler <SEP> 2e <SEP> ler <SEP> 2e
<tb> 24 <SEP> heures, <SEP> essai <SEP> essai <SEP> essai <SEP> essai
<tb>
EMI4.2
..............
EMI4.3
<tb>
<tb> 100% <SEP> +0,285 <SEP> +0,42 <SEP> +0,55
<tb> 10% <SEP> -1,23 <SEP> -0,76 <SEP> -0,83 <SEP> -0,83
<tb> 100% <SEP> +1,73 <SEP> +1,725 <SEP> +0,84 <SEP> +0,78
<tb> 10% <SEP> -1,70 <SEP> -1,41 <SEP> -0,83-0,66
<tb> 100% <SEP> +1,73 <SEP> +1,44 <SEP> +0,84 <SEP> +0,67
<tb>
EMI4.4
10i ' - -2,07 - III -0,77 : 1;ociification moyenne
EMI4.5
<tb>
<tb> : <SEP> de <SEP> la <SEP> longueur
<tb> :
<SEP> (sans <SEP> tenir <SEP> compte <SEP> de
<tb> la <SEP> lère <SEP> valeur). <SEP> 1,6 <SEP> 1,66 <SEP> 0,83 <SEP> 0,74
<tb>
EMI4.6
=== ==== ; ==== ==== .. " ------------L--.-- B. Absorption de vapeur d'eau.
(Modifications en poids par absorption et élimination d'eau en pour-cent du poids initial).
EMI4.7
<tb>
<tb>
Teneur <SEP> en <SEP> humidité <SEP> de <SEP> Mousse <SEP> solide <SEP> de <SEP> Mousse <SEP> solide <SEP> de
<tb> l'air <SEP> dans <SEP> lequel <SEP> les <SEP> résine <SEP> d'urée. <SEP> : <SEP> résine <SEP> de <SEP> mélamine.
<tb> mousses <SEP> sont <SEP> maintenues <SEP> s: <SEP> ler <SEP> : <SEP> 2e <SEP> : <SEP> ler <SEP> : <SEP> 2e
<tb>
EMI4.8
chaque fois pendant leur 2e. 1 2e
EMI4.9
<tb>
<tb> : <SEP> 24 <SEP> heures, <SEP> ;essai <SEP> essai <SEP> essai <SEP> essai
<tb> 100% <SEP> +2,35 <SEP> - <SEP> : <SEP> +3,5 <SEP> +3,0
<tb> 10% <SEP> -4,90 <SEP> -2,15 <SEP> :
<SEP> -3,8 <SEP> -3,9
<tb> 100% <SEP> +7,35 <SEP> +5,45 <SEP> +3,5 <SEP> +3,85
<tb>
EMI4.10
10% -7,45 -5,20 -3,83 -3,5
EMI4.11
<tb>
<tb> 100% <SEP> +6,80 <SEP> +6,80 <SEP> - <SEP> +3,4
<tb> 10% <SEP> - <SEP> -7,35 <SEP> -3,6
<tb> 100% <SEP> - <SEP> +3,2
<tb> Modification <SEP> moyenne
<tb> des <SEP> poids
<tb> ; <SEP> (sans <SEP> tenir <SEP> compte <SEP> de
<tb> la <SEP> lère <SEP> valeur) <SEP> . <SEP> 6,62 <SEP> 6,21 <SEP> 3,71 <SEP> 3,57
<tb>
La résistance mécanique d'une matière isolante est en outre d'une importance capitale pour son emploi. Les résultats des essais comparatifs effectués avec une mousse solide de résine d'urée et une mousse solide de résine de mélarnine sont illustrés au tableau C suivant :
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C. Résistance mécanique.
(Résistance à la pression en kg/cm2
EMI5.1
<tb>
<tb> Densité: <SEP> Mousse <SEP> séchée <SEP> à <SEP> :: <SEP> Mousse <SEP> solide <SEP> de <SEP> : <SEP> Mousse <SEP> solide <SEP> de
<tb> résine <SEP> d'urée. <SEP> :résine <SEP> de <SEP> mélamine.
<tb>
0,012 <SEP> 60 C <SEP> 0,514
<tb> 0,015 <SEP> 20 C <SEP> 0,404
<tb> 0,016 <SEP> 100 C <SEP> 0,484
<tb> 0,016 <SEP> 2000 <SEP> 0,970
<tb> 0,019 <SEP> . <SEP> 20 C <SEP> 0,900
<tb> 0,020 <SEP> 1000C <SEP> - <SEP> 1,200
<tb> 0,032 <SEP> 20 C <SEP> 1,450
<tb> 0,032 <SEP> 50 C <SEP> 1,740
<tb> 0,038 <SEP> 20 C <SEP> 0,810
<tb> 0,041 <SEP> 150 C <SEP> 1,320
<tb> 0,042 <SEP> 100 C <SEP> 4,920
<tb> 0,,044 <SEP> 20 C <SEP> : <SEP> 3,090
<tb> 0,055 <SEP> 20 C <SEP> 1,110
<tb> 0055 <SEP> 1500C <SEP> 2,200
<tb> 0,057 <SEP> 20 C <SEP> 3,730
<tb> 0,077 <SEP> 20 C <SEP> 8,230
<tb>
Les mousses de résines de mélamina dont les densités sont analogues à celles des mousses de résines d'urée possèdent donc des résistances à la pression environ doubles de celles. des mousses solides, de résine d'urée.
D. Résistance à l'action de l'eau bouillante.
Lorsqu'on traite pendant 10 minutes une mousse solide de résine d'urée dans de l'eau bouillante, elle absorbe une très forte quantité d'eau. L'augmentation de poids est d'environ 4500%.
Lorsqu'on sèche ces mousses, il se produit une déformation notable.
Par un traitement analogue avec de l'eau bouillante, une mousse solide de résine de mélamine n'accuse une augmentation en poids que d'environ 1000 - 1600%. Après séchage elle reste pratiquement inchangée ; chose surprenante, il ne se produit pas de déformation.
On connaît déjà des gels poreux de résines de mélamine, mais ces gels possèdent des densités de 0,300 - 0,500; ils ne peuvent donc pas être utilisés comme matières isolantes pour les emplois mentionnés ci-dessus. @
L'exemple suivant illustre la présente invention sans toutefois la limiter.Sauf mention spéciale, les quantités indiquées
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s'entendent en poids.
Exemple.
On dissout 110 parties de résine de mélamine dans 220 parties en volume d'eau tiède et refroidit la solution à 25 .
Le cas échéant, on rend neutre au tournesol avec de l'acide formique.
On prépare une seconde solution en introduisant 1,1 partie du disulfonate de sodium du N-benzyl- -heptadécylbenzimidazol dans 88 parties d'eau. On peut aussi employer un autre agent moussant, par exemple 2 parties d'un acide naphtalènesulfonique butylé ou de son sel de sodium. Immédiatement avant son emploi, on ajoute à cette solution 2,2 parties en volume d'acide formique à 855. A la place de l'acide formique, on peut aussi employer d'autres acides.
On introduit la deuxième solution, en agitant énergiquement, dans la solution de résine, et bat le mélange pendant 2 à 5 minutes avec un agitateur à grande vitesse muni d'un batteur pour mousse à fil métallique, de façon à obtenir une mousse volumineuse.
A ce moment la mousse est horuogène et assez résistante; on peut l'introouire dans des moules. On abandonne la masse pendant quelques heures ou pendant la nuit, à elle-même; elle se solidifie.
On la sort des moules et la sèche lentement à l'air, à température ordinaire.
On obtient des mousses solides possédant les propriétés décrites à l'introduction et dont les densités peuvent être facilement réglées en modifiant la concentration, la température de la solution et éventuellement en ajoutant des produits additionnels à la solution primitive, ainsi qu'en modifiant la durée de la mise en mousse et le genre de l'appareil produisant la mousse.
Un traitement subséquent de ces mousses sèches à températures élevées, par exemple à 40 -150 ou même plus, améliore encore notablement leur résistance mécanique.
La résine de mélamine employée dans cet exemple est préparée en faisant réagor 3 molécules de formaldéhyde avec 1 molécule de mélamine, à un PH de 8,5 - 9, et à la température de l'ébullition, jusqu'à ceu'une prise d'essai refroidie, diluée avec 2 à 5 fois son volume d'eau, donna un précipité ; lasolution formée est ensuite séchée, le cas échéant dans le viae. On peut naturellement aussi employer directement la solution de condensa- tion fraîchement préparée ou après l'avoir amenée à la concentration voulue.