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" Procédé de production de produits en fibro-ciment".
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La présente invention est relative à un procédé de production de produits à base de ciment contenant des fi- bres cellulosiques.
Dans la production de produits en fibro-ciment, on a déjà proposé de remplacer ou d'ajouter aux fibres d'aabes- te ordinairement incorporées à ces produits une matière de moindre coût. A cet effet, on a surtout fait usage jusqu'à présent de fibres cellulosiques.
Toutefois, l'emploi de fibres cellulosiques à l'état naturel pour la production de produits en fibro-cinent' présente un cestain nombre d'inconvénients. Ainsi, la capa- cité de la cellulose à supporter du ciment, bien que plus grande par unité de poids que celle d'autres-matières de coût modique (par exemple, la laine minérale) , est néanmoins appréciablement inférieure à celle de l'asbeste.
De plus, des réactions peuvent se produire entre le ciment et les fibres cellulosiques, ces réactions 'étant apparemment dues à la lignine et a l'hémi-cellulose contenues dans la cellulose Ces réactions provoquent une décomposition de la matière, qui donne graduellement lieu à une diminution de sa résistance mécanique. des
Un autre/avantage de l'emploi de fibres cellulosiques que réside dans le fait/les produits à base de ciment conte- nant des fibres cellulosiques sont sensibles à l'humidité et révèlent une tendance à se contracter ou à gonfler, suivant l'humidité ou teneur en eau de la matière environ- nante.
Le gonflement est dû à la capacité d'hydratation de la cellulose et de l'hémi-cellulose , cette capacité d'hydra- tation étant, à son tour, due à la présence de groupes hydre libres dans les substances mentionnées ci-avant. Il résulte de- ce gonflement que la résistance mécanique et la
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durabilité des produits a base de ciment contenant des fibres cellulosiques sont inférieures à celles des produits à base de ciment contenant de l'asbeste.
On a tente de remédier aux inconvénients mentionnes ci- dessus, par exemple, en munissant les fibres cellulosiques d'une couche d'argile ou de paraffine .En outre, on a propo- sé de "minéraliser" les fibres par un traitement préliminaire à l'aide de verre soluble ou de chlorure calcique, qui, mélangé au ciment, doit réagir, suivant le cas, avec le .calcium ou avec l'acide silicique contenu dans le ciment, de manière à former du silicate de calcium dans et autour des fibres.
Pour empêcher les réactions mentionnées ci-dessus, on a également tenté de faire usage de cellulose pure ou de remplacer les fibres cellulosiques soit par des fibres synthétiques consistant en chlorure polyvinylique, en esters polyvinyliques ou en un copolymérisat de ces produits, ou encore d'employer des fibres végétales ou animales revêtues ou imprégnées de ces substances synthétiques. Toutefois,les procédés proposés jusqu'à ce jour n'ont pas donné de résul- tats satisfaisants ou se sont avérés en pratique trop coû- teux.
La présente invention remédie aux inconvénients signalés ci-dessus et permet de préparer, par un procédé simple et peu coûteux, des fibres cellulosiques, convenant particulièrement bien pour l'élaboration de produits en fibro-ciment.
Suivant l'invention, on traite des fibres cellulosi- ques à l'aide d'une solution de résine synthétique, capable de réagir chimiquement avec la molécule de cellulose , de façon à bloquer les groupes hydroxyle de cette molécule, ladite solution étant appliquée aux fibres en quantité telle que les fibres cellulosiques soient sensiblement revêtues d'une couche de résine, Les fibres cellulosiques ainsi trai-
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tées sont alors mélangées à du ciment et le mélange est façonné jusqu'à présenter la forme voulue, en présence d'eau.
Comme exemples de résines synthétiques convenant pour être utilisées dans le procédé suivant l'invention, on peut mentionner les résines aminoplastes, telles que les résines à la mélamine et à la carbamide . Comme autre exemple, on peut aussi citer les résines polyéthylène-imine.
La résine est choisie en fonction du type et de la na- ture de là cellulose. Ainsi, dans le cas de cellulose sulfi- tée et de pâte mécanique, on préfère uti liser des résines à la mélamine, tandis que dans le cas de cellulose sulfa- tée, on obtient les meilleurs résultats en faisant usage de résines à la carbamide . La quantité de solution résineuse utilisée peut varier dans des limites relativement étendues, mais est, de préférence, telle que la solution contienne de 0,5 à 3 % de résine-sur la base du poids sec de la cellulose.
Le traitement des fibres au moyen de résine synthétique suivant l'invention peut également être combiné à un traite- ment de ces fibres, au moyen de substances hydrofuges, ce dernier traitement étant exécuté après le traitement mention- né en premier lieu . Comme exemple de substances hydrofuges, on peut mentionner 'la colophane , qui peut être utilisée à raison de 1 %, sur la base du poids sec de la cellulose.
Les fibres.cellulosiques traitées de la manière spéci- fiée ci-dessus, peuvent, si on le désire, avant d'être mélan- gées au ciment, être soumises à un traitement ayant pour effet de durcir la résine, un teltraitement .impliquant,par exemple, le séchage à température élevée, notamment à 70-80 C, de ces fibres. Ce séchage peut, par- exemple, être exécuté en agitant les fibres dans une atmosphère d'air. Si un tel durcissement n'est pas exécuté d'avance, c'est-à-dire avant le mélange des fibres au ciment, il se produit automatique- ment un durcissement de la résine, lors de la prise du ciment, ce ciment développant pendant son durcissement de la chaleur,
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qui est utilisée pour le durcissement de la résine .
Si on le désire, on peut également appliquer de la chaleur supplémen- taire pour accélérer le durcissement de la résine.
Le procédé suivant l'invention peut avantageusement être exécuté de façon que la cellulose soit défibrée dans un bat- toir, à l'aide d'une quantité aussi faible que possible d'eau acidifiée jusqu'à un pH de 4,5-5,5 . Un faible pH favorise notamment la rétention de la résine . Après le défibrage, une solution d'une résine, convenant au genre de cellulose en présence, est ajoutée -Ainsi, dans le cas de pâte sulfitée ou de pâte mécanique, on ajoute une solution chlor- hydrique de résine à la mélamine, tandis que dans le cas de cellulose sulfatée, on ajoute une solution aqueuse de résine carbamidique . La résine, qui forme une solution colloïdale, est instantanément précipitée sur les fibres cellulosiques.
Quant aux produits en fibro-ciment, ils peu- vent être obtenus par un quelconque des procédés humides connus et notamment par le procédé Hatschek. Dans ces procé- dés, le mélange des fibres au ciment et le moulage du mélange obtenu peuvent être exécutés dans les appareils et machines du type employé pour la fabrication de papier et de carton.
Le produit formé peut, dans certains cas, être soumis à une pression élevée, afin de lui conférer l'apparence, la forme extérieure et/ou la densité voulues.
Suivant les propriétés que l'on désire voir conférées au produit en fibro-ciment à obtenir, il peut, dans cer- tains cas, être avantageux d'utiliser des mélanges de divers types de fibres cellulosiques, traitées par le genre de résine, qui s'est avéré appropriée pour le type de cellulose en question. Ainsi, il peut être souhaitable d'employer des mélanges de pâte sulfitée et de pâte mécani- que , cette dernière en quantités pouvant atteindre 25 % du mélange, et de traiter ces mélanges à l'aide d'une résine
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à la mélamine . Si on le désire, on peut également ajouter de petites quantités d'asbeste et d'autres fibres à bonne car, cité d'absorption ou de support du ciment. Ainsi, on peut ajouter jusqu'à 20 %, par exemple, de bas-cotons.
Les proportions des quantités- de fibre et de ciment utilisées dans le produit peuvent varier dans certaines li- mites. Ainsi, on peut avantageusement ajouter de 8 à 20 kgs. de fibres et mène davantage à 100 kgs de ciment.
Toutefois, on préfère employer 10, 12 ou 15 kgs de fibres par 100 kgs. de ciment.
Pour obtenir une prise plus rapide du ciment, des substances connues en soi pour ce but et notamment du chlo- rure calcique ou des fluorosilicates peuvent être ajoutés au mélange de fibres et de ciment ou pulvérisées sur les pla- ques ou autres articles, pendant leur fabrication.
Lorsqu'on utilise des fibres cellulosiQues traitées par le procédé suivant l'invention, la tendance des produits en fibre-ciment obtenus à l'aide desdites fibres cellulosiques à gonfler ou à se contracter est réduite jusqu'à 50 %, en comparaison de la tendance à gonfler ou à se' contracter que présentent les fibres cellulosiques traitées par les procédés connus précédemment, en vue de l'obtention de produits à base de ciment contenant des fibres cellulosi- ques . La résistance à l'état humide du lien fibreux est améliorée jusqu'à 20 fois, tandis que sa résistance à l'état sec est également considérablement améliorée et peut, dans certains cas , être de 50% plus élevée .
En consé- quence, la résistance mécanique des plaques et articles en ciment produits est augmentée de manière correspondante.
Ainsi, en comparaison des plaques en ciment contenant des fibres cellulosiques, produites à l'aide de fibres cellu- losiques naturelles et non traitées, les plaques en ciment contenant des fibres cellulosiques traitées par le procédé
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suivant l'invention, révèlent une réduction de la .tendance à gonfler ou à se contracter s'élevant à 35-50%, et une augmentation de la résistance à la flexion de plus de 50 %.
Ainsi, dans le cas de plaques fabriquées a petite échelle et présentant un quotient d'humidité (pourcentage d'H2O, calculé sur la base du poids sec de la matière ) de
10%, on a constaté qu'une plaque à base de ciment conte- nant des fibres cellulosiques sulfitées non traitées révèle une contraction de 14,2 %, tandis qu'une plaque similaire contenant des fibres cellulosiques sul fitées traitées à l'aide d'une solution chlorhydrique à 3% de résine àla mélanine révèle une contraction de 7,2 %. Les valeurs cor- respondantes pour un quotient d'humidité de 5 5; sont de
11,2 %. et 5,0 %. respectivement.
Lors de la fabrication industrielle, à grande échelle, de plaques obtenues en utilisant 90 kgs de fibres par 600 kgs. de ciment et soumises, lors d'un pressage, à une @ pression de 100 kg/cm2, on a constaté que la capacité d'ab- sorption d'eau, calculée comme quotient d'humidité s'élève
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L'invention n'est évidemment pas limitée aux particu- larités décrites ci-dessus. C'est ainsi que, pour le mélange de fibres et de citent et pour le façonnage des articles, on peut également se servir d'autres procédés et appareils connus en soi.
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"Process for the production of fiber cement products".
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The present invention relates to a process for the production of cementitious products containing cellulosic fibers.
In the production of fiber cement products, it has already been proposed to replace or add to the abest fibers ordinarily incorporated in such products with a lower cost material. For this purpose, use has hitherto been mainly made of cellulosic fibers.
However, the use of cellulosic fibers in their natural state for the production of fibro-cinent products has a number of disadvantages. Thus, the capacity of cellulose to support cement, although greater per unit weight than that of other low-cost materials (eg, mineral wool), is nevertheless appreciably inferior to that of asbestos.
In addition, reactions can occur between the cement and the cellulosic fibers, these reactions apparently being due to the lignin and hemi-cellulose contained in the cellulose. These reactions cause a decomposition of the material, which gradually gives rise to a decrease in its mechanical strength. of
Another advantage of using cellulosic fibers is that cement products containing cellulosic fibers are sensitive to humidity and show a tendency to contract or swell, depending on the humidity. or water content of the surrounding material.
The swelling is due to the hydration capacity of cellulose and hemi-cellulose, this hydration capacity being, in turn, due to the presence of free hydra groups in the substances mentioned above. It results from this swelling that the mechanical resistance and
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durability of cement-based products containing cellulosic fibers are inferior to those of cement-based products containing asbestos.
Attempts have been made to overcome the above-mentioned drawbacks, for example, by providing the cellulosic fibers with a layer of clay or paraffin. In addition, it has been proposed to "mineralize" the fibers by a preliminary treatment to using soluble glass or calcium chloride, which, mixed with the cement, must react, as the case may be, with the calcium or with the silicic acid contained in the cement, so as to form calcium silicate in and around fibers.
To prevent the reactions mentioned above, attempts have also been made to use pure cellulose or to replace cellulosic fibers either with synthetic fibers consisting of polyvinyl chloride, polyvinyl esters or a copolymerizate of these products, or else of use vegetable or animal fibers coated or impregnated with these synthetic substances. However, the methods proposed to date have not given satisfactory results or have proved to be too expensive in practice.
The present invention overcomes the drawbacks mentioned above and makes it possible to prepare, by a simple and inexpensive process, cellulosic fibers, which are particularly suitable for the production of fiber cement products.
According to the invention, cellulose fibers are treated with the aid of a solution of synthetic resin, capable of reacting chemically with the cellulose molecule, so as to block the hydroxyl groups of this molecule, said solution being applied to the cells. fibers in an amount such that the cellulosic fibers are substantially coated with a layer of resin, The cellulosic fibers thus treated
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The teas are then mixed with cement and the mixture is shaped to the desired shape in the presence of water.
As examples of synthetic resins suitable for use in the process according to the invention, there may be mentioned aminoplast resins, such as melamine and carbamide resins. As another example, mention may also be made of polyethyleneimine resins.
The resin is selected depending on the type and nature of the cellulose. Thus, in the case of sulfated cellulose and mechanical pulp, it is preferred to use melamine resins, while in the case of sulfated cellulose, the best results are obtained by making use of carbamide resins. The amount of resinous solution used can vary within relatively wide limits, but is preferably such that the solution contains 0.5 to 3% resin based on the dry weight of the cellulose.
The treatment of the fibers by means of synthetic resin according to the invention can also be combined with a treatment of these fibers by means of water-repellent substances, the latter treatment being carried out after the treatment mentioned in the first place. As an example of water-repellent substances, there may be mentioned rosin, which can be used in an amount of 1%, based on the dry weight of the cellulose.
Cellulosic fibers treated in the manner specified above may, if desired, before being mixed with the cement, be subjected to a treatment which has the effect of hardening the resin, such treatment involving. for example, drying at high temperature, in particular at 70-80 C, of these fibers. This drying can, for example, be carried out by stirring the fibers in an air atmosphere. If such hardening is not carried out in advance, that is to say before mixing the fibers with the cement, hardening of the resin automatically occurs when the cement sets, this cement developing. during its heat hardening,
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which is used for the hardening of the resin.
If desired, additional heat can also be applied to speed cure of the resin.
The process according to the invention can advantageously be carried out so that the cellulose is defibrated in a drum, with the aid of as small a quantity as possible of acidified water to a pH of 4.5-5. , 5. A low pH promotes in particular the retention of the resin. After defibration, a solution of a resin, suitable for the type of cellulose present, is added - Thus, in the case of sulphite paste or mechanical paste, a hydrochloric solution of resin is added to the melamine, while in the case of sulfated cellulose, an aqueous solution of carbamide resin is added. The resin, which forms a colloidal solution, is instantly precipitated on the cellulosic fibers.
As for the fibro-cement products, they can be obtained by any of the known wet processes and in particular by the Hatschek process. In these processes, the mixing of the fibers with the cement and the molding of the resulting mixture can be carried out in apparatus and machines of the type used for the manufacture of paper and paperboard.
The product formed can, in certain cases, be subjected to high pressure, in order to give it the desired appearance, external shape and / or density.
Depending on the properties desired to be imparted to the fiber cement product to be obtained, it may in some cases be advantageous to use mixtures of various types of cellulosic fibers, treated with the kind of resin, which has been found to be suitable for the type of cellulose in question. Thus, it may be desirable to employ mixtures of sulphite pulp and mechanical pulp, the latter in amounts up to 25% of the mixture, and to treat these mixtures with a resin.
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with melamine. If desired, small amounts of asbestos and other fibers can also be added to provide good absorption or support for the cement. Thus, up to 20% can be added, for example, of cotton stockings.
The proportions of the amounts of fiber and cement used in the product can vary within certain limits. Thus, one can advantageously add 8 to 20 kgs. of fibers and leads further to 100 kgs of cement.
However, it is preferred to use 10, 12 or 15 kgs of fiber per 100 kgs. of cement.
In order to obtain a faster setting of the cement, substances known per se for this purpose and in particular calcium chloride or fluorosilicates can be added to the mixture of fibers and cement or sprayed on the plates or other articles, during their manufacturing.
When using cellulosic fibers treated by the process according to the invention, the tendency of the fiber-cement products obtained using said cellulosic fibers to swell or contract is reduced by up to 50%, compared to the tendency to swell or to contract exhibited by cellulosic fibers treated by the previously known methods, with a view to obtaining cement products containing cellulosic fibers. The wet strength of the fibrous bond is improved up to 20 times, while its dry strength is also significantly improved and in some cases can be up to 50% higher.
As a result, the mechanical strength of the produced cement plates and articles is correspondingly increased.
Thus, in comparison with the cement plates containing cellulosic fibers, produced using natural and untreated cellulosic fibers, the cement plates containing cellulosic fibers treated by the process.
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According to the invention, disclose a reduction in the tendency to swell or contract amounting to 35-50%, and an increase in flexural strength of more than 50%.
Thus, in the case of plates manufactured on a small scale and having a moisture quotient (percentage of H2O, calculated on the basis of the dry weight of the material) of
10%, it was found that a cement-based slab containing untreated sulphited cellulosic fibers showed a contraction of 14.2%, while a similar slab containing sulphited cellulosic fibers treated with A 3% hydrochloric solution of melanin resin shows a contraction of 7.2%. The corresponding values for a moisture quotient of 5 5; are from
11.2%. and 5.0%. respectively.
During the industrial manufacture, on a large scale, of plates obtained by using 90 kgs of fibers per 600 kgs. of cement and subjected, during pressing, to a pressure of 100 kg / cm2, it was found that the water absorption capacity, calculated as the moisture quotient, rises
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The invention is obviously not limited to the particularities described above. Thus, for the mixture of fibers and citites and for the shaping of the articles, it is also possible to use other methods and apparatus known per se.