MC1274A1

MC1274A1 - Compositions a base de lamelles de vermiculite et de matieres solides en particules,leur production et leurs applications

Info

Publication number: MC1274A1
Application number: MC791401A
Authority: MC
Inventors: W Mereotth; D Ballard; G Rideal
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1978-08-17
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1980-05-23
Also published as: EP0009310A1; NZ191293A; IE48622B1; ES483445A1; DK343979A; ZW15979A1; IE791563L; NO792644L; HU180798B; ATE3707T1; US4269628A; CA1125954A; FI792563A7; NO147874C; JPS5537492A; NO147874B; JPS6149266B2; BR7905326A; AU524535B2; PL217794A1

Description

1.

La présente invention concerne des compositions à base de vermiculite minérale sous la forme déstratifiée et de matières en particules solides.

Il est connu que des granules de vermiculite minérale 5 formée de couches de silicate peuvent être gonflés par l'action de sels aqueux et que la structure peut ensuite être déstratifiëe par un cisaillement mécanique des granules gonflés pour former de minces paillettes appelées "lamelles de vermiculite".

D'autres silicates minéraux en couches, par exemple les 10 hydrobiotites et les vermiculites du type chlorite, renferment également une proportion notable de couches de vermiculite et ces substances minérales peuvent aussi être gonflées et déstratifiées de la même manière ou d'une manière similaire. Des substances minérales qui renferment des couches de vermiculite peuvent donner naissance à de minces lamelles 15 lorsqu'elles sont gonflées et déstratifiées, et il y a lieu de remarquer que toutes ces substances minérales sont couvertes par le terme "vermiculite" utilisé dans le présent mémoire.

L'expression "lamelle de vermiculite" utilisée dans le présent mémoire désigne des particules de vermiculite déstratifiée qui

20 sont des paillettes d'épaisseur inférieure à un dixième de micromètre

"~7 _s

(10 m) et habituellement inférieure à un centième de micromètre (10 m).

Il est en outre connu (voir par exemple les brevets britanniques n° 1 016 385 et n° 1 119 305, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 4 130 687 et la demande de brevet de la République Fédérale 25 d'Allemagne DOS n° 2 74.1 857) que des dispersions de lamelles de vermiculite peuvent être préparées et utilisées pour former des articles massifs de forme composés de lamelles <îe vermiculite, par exemple des feuilles et mousses rigides résistant au feu. Les articles massifs sont en général réalisés par élimination d'eau de suspensions de vermiculite, 30 de manière que les lamelles de vermiculite adhèrent les unes aux autres par leurs propres forces d'attraction mutuelle. La suspension peut être coulée en vue de produire des articles de forme, par exemple des feuilles ou des mousses rigides, ces dernières par traitement de la suspension de lamelles de vermiculite à l'aide d'un gaz avant d'en éliminer l'eau. 35 Les articles composés entièrement de vermiculite ont un degré d'intégrité structurale qui peut les rendre utiles pour un certain nombre d'applications, mais pour la plupart des applications pratiques,

leur résistance à la compression et leur stabilité dans l'eau sont trop

2.

faibles. Il a été proposé, dans le brevet britannique n° 1 016 385, d'améliorer les propriétés de stabilité à l'eau de matières en feuilles réalisées à partir de suspensions de lamelles de vermiculite par traitement de la feuille après sa formation au moyen de solutions aqueuses d'ëlectrolytes, 5 par exemple de solutions aqueuses de chlorure de magnésium, puis élimination du milieu liquide de la feuille traitée. Dans le cas de feuilles ou de papiers, ce post-traitement n'entraîne pas d'amélioration de la stabilité à l'eau, bien qu'on ait observé, le cas échéant, une légère amélioration de la stabilité à l'eau de mousses rigides après le traitement. En 10 outre, même dans le cas de feuilles ou de papiers, il est très désirable d'éviter la nécessité d'un post-traitement et de former directement un produit dont la stabilité à l'eau et la résistance à la compression sont améliorées.

On vient de découvrir que les propriétés physiques et en 15 particulier la résistance à la compression et la stabilité à l'eau d'articles solides formés de lamelles de vermiculite, notamment de mousses rigides, peuvent être améliorées par l'incorporation, au cours de la formation des articles, de particules solides donnant une réaction basique dans l'eau.

20 En conséquence, la présente invention propose une composi tion formée de lamelles de vermiculite et d'une matière en particules solides donnant une réaction basique dans l'eau.

Les compositions peuvent être humides ou sèches (des liquides aqueux étant présents dans les compositions humides) et elles peu-25 vent affecter différentes formes physiques, par exemple la forme d'une pâte, d'une boue, d'une suspension, d'une mousse humide, d'une poudre sèche et de pastilles, ou la forme sèche d'un article façonné, par exemple une mousse rigide.

Parmi les propriétés physiques d'un article de forme amé-30 lioré par le procédé de l'invention, comparativement à un article similaire entièrement formé de vermiculite, on doit mentionner la résistance mécanique, notamment la résistance à la compression (particulièrement importante pour l'utilisation de matières cellulaires) et la stabilité à l'eau. Comme indiqué dans ce qui précède, des articles, entièrement formés 35 de vermiculite ont une faible résistance à la compression et une mauvaise stabilité à l'eau. Ils tendent à absorber l'eau à l'état liquide et par conséquent à- se désintégrer. On peut prévenir cet effet dans les compositions conformes à l'invention, notamment dans le cas des articles de forme.

3.

La matière en particules solides que l'on ajoute pour améliorer la résistance à la compression et/ou la stabilité à l'eau est très avantageusement ajoutée aux lamelles de vermiculite lorsqu'elles sont sous la forme d'une suspension ou d'une boue aqueuse (pouvant déjà être 5 transformée en mousse le cas échéant), mais on peut l'ajouter de diverses autres façons, par exemple à une poudre séchée de lamelles de vermiculite et, en tous' cas, les particules doivent être mélangées intimement avec les lamelles. On a observé que lorsque de l'eau est présente dans les compositions conformes à l'invention, il peut y avoir une réaction lente entre 10 les lamelles de vermiculite et les particules ajoutées, vraisemblablement parce que ces dernières produisent des cations basiques dans l'eau. Bien que cette réaction soit considérée comme avantageuse pour améliorer les propriétés physiques des produits, à condition que le caractère des lamelles individuelles soit maintenu, elle peut être désavantageuse si elle 15 a la possibilité de progresser trop vite au cours du mélange des composants avec l'eau, parce qu'une floculation de la suspension de vermiculite peut se manifester en altérant certaines propriétés des produits,

par exemple le diamètre des bulles et la densité des mousses formées à partir de la suspension.

20 En conséquence, et à un certain degré en fonction de l'agent particulier que l'on utilise pour améliorer la résistance à la compression et/ou la stabilité â. l'eau, on peut se heurter â certains problèmes d'ordre pratique dans la manipulation des compositions aqueuses de l'invention, notamment si des. mousses rigides de faible densité apparente consti-25 tuent le produit final désiré. La nature de l'agent que l'on ajoute pour améliorer la résistance à la compression et/ou la stabilité à l'eau doit être choisie en tenant compte de l'article à former, pour minimiser tous problèmes, de manutention que l'on pourrait rencontrer.

30 ration des propriétés d'articles en vermiculite comprennent des matières basiques et notamment des matières basiques dont la solubilité dans l'eau est limitée, par exemple dont la solubilité dans l'eau ne dépasse pas 10 g/1 et n'excède pas de préférence 3 g/1. Des matières de solubilité supérieure à 10 g/1 tendent à provoquer une floculation trop rapide de 35 suspensions aqueuses de vermiculite. Bien que des matières de solubilité inférieure à 3 g/1 aient peu tendance à produire des ions en solution, la vitesse de réaction avec les lamelles de vermiculite est satisfaisante, et c'est cette réaction que l'on considère comme désirable. Il y a lieu

Les: matières en particules solides qui assurent l'amélio-

4.

de remarquer que l'ordre de grandeur de moins de 3 g/1 n'est donné qu'à titre indicatif et que certaines matières dont la solubilité dans l'eau s'écarte de cette valeur peuvent néanmoins être utilisées dans la mise en oeuvre de l'invention. Des compositions qui floculent rapidement sont dif-5 ficiles à manipuler parce qu'elles ne peuvent pas être amenées au stade de l'article final avec une rapidité suffisante pour empêcher la floculation qui contrarie la formation d'articles de résistance mécanique acceptable (notamment des articles cellulaires de faible densité apparente,par exemple des plaques ou des carreaux cellulaires de vermiculite destinés à être 10 utilisés à des fins d'isolation thermique). On a découvert que des matières en particules solides qui sont des oxydes ou hydroxydes de métaux alcalino-terreux constituent des additifs intéressants à utiliser, en particulier les oxydes et hydroxydes de calcium et de magnésium. La matière en particules que l'on apprécie tout spécialement est l'oxyde de magnésium, 15 parce que cette matière possède un ensemble particulièrement apprécié de propriétés améliorant des articles produits à partir de compositions à base de vermiculite, notamment la résistance à la compression et la stabilité à. l'eau de ces articles.

L'oxyde de magnésium confère à la fois la stabilité à 20 l'eau et la résistance à la compression à des articles cellulaires rigides formés de lamelles de vermiculite et permet de produire des mousses rigides mécaniquement résistantes de plus faible densité apparente que ne le permettrait la vermiculite seule. L'oxyde de magnésium en particules est avantageusement ajouté à une boue ou suspension, transformée en mousse, de lamelles 25 de vermiculite et, selon l'activité de la qualité d'oxyde de magnésium que l'on utilise, une élévation de viscosité de la boue ou suspension moussante a lieu pendant l'agitation, par exemple pendant environ 10 minutes. L'élévation de viscosité est utile dans la production de mousses rigides de vermiculite parce qu'elle permet d'entraîner plus aisément les bulles 30. de gaz et parce qu'elle donne une mousse humide assez stable plus facile à. manipuler avant l'opération de séchage, lorsque la mousse est transférée par exemple d'un mélangeur à un moule, une courroie de transporteur ou un four.

Selon une forme de réalisation appréciée, l'invention pro-35 pose une composition rendue cellulaire, comprenant des lamelles de vermiculite et des particules d'oxyde de magnésium, notamment une mousse rigide à l'état sec.

5.

Selon une forme de réalisation particulièrement appréciée, l'invention propose une mousse rigide à structure cellulaire dont les parois de cellules sont composées de lamelles de vermiculite qui se recouvrent et qui adhèrent les unes aux autres par des forces d'attraction mu-5 tuelle, cette mousse renfermant des particules d'un agent améliorant la résistance à la compression et/ou d'un agent améliorant la stabilité à l'eau, de préférence des particules d'oxyde de magnésium. Les lamelles individuelles de vermiculite affectent la forme de paillettes ou de flocons dont la petite dimension (épaisseur de lamelle) est de préférence infé-10 rieure à Q,05et notamment inférieure à 0,005yw.m et dont la dimension de longueur et/ou de largeur est plus de cent fois et souvent au moins plus de mille fois plus grande que la petite dimension.

Des compositions selon l'invention, sous la forme de mousses rigides, ont habituellement une densité apparente inférieure à

3 • 3

15 500 kg/m et de préférence inférieur à 200 kg/m . La densité apparente de

3

mousses particulièrement légères peut s'abaisser à 60-100 kg/m . On peut faire varier la densité apparentede la mousse de diverses façons, par exemple par l'incorporation de différentes quantités de gaz à la suspension pendant son traitement avec un gaz ou en modifiant sa teneur en ma-20 tières solides. Pour obtenir des mousses de très faible densité apparente, on peut choisir une teneur en matières solides, par exemple de 5 à 10 % en poids, tandis que pour obtenir des mousses de densité apparente élevée, on peut utiliser de plus fortes teneurs en matières solides, par exemple 30 % en poids ou plus.

25 Les particules de l'additif, par exemple l'oxyde de magné

sium, ont de préférence des diamètres qui se situent dans la plage de 1 à 20^*m et on a constaté que des échantillons d'oxyde de magnésium se situant dans la moitié inférieure de cette plage donnent des mousses mécaniquement plus résistantes, de densité apparente plus faible, compara-30 tivement à des mousses produites avec de plus grandes particules d'oxyde de magnésium.

Le comportement de la matière en particules que l'on ajoute à la vermiculite, par exemple la vitesse de dissolution dans l'eau , et par conséquent la vitesse à laquelle des ions basiques sont produits, 35 peut être influencé par un traitement de surface des particules, par exemple par revêtement des particules avec des pellicules hydrosolubles ou par traitement thermique des particules de manière à fondre partiellement la couche superficielle de chaque particule.

6.

L'additif en particules solides, par exemple l'oxyde ou l'hydroxyde d'un métal alcalino-terreux, est de préférence présent dans la composition à une concentration de 1 à 40 % et, notamment,de 3 à 15 % en poids de vermiculite. L'oxyde de magnésium est présent de la façon la 5 plus utile en proportion, en poids, allant de plus de 3 % à moins de

15 % ; des concentrations supérieures à 15 % en poids/poids peuvent être utilisées, mais elles n'offrent aucun avantage important.

Il est désirable de mouler ou de traiter avec un gaz et de couler une composition aqueuse d'oxyde de magnésium et de vermiculite 10 en une période raisonnable après l'incorporation de l'oxyde de magnésium, sinon une floculation du mélange peut avoir lieu et les propriétés finales de l'article ne sont pas maximisées. Toutefois, une composition sèche d'oxyde de magnésium et de lamelles de vermiculite, comme décrit dans la demande de brevet britannique n° 33 722/78, peut être conservée pendant 15 plusieurs mois et utilisée au moment désiré par addition d'eau pour former une suspension ou pâte que l'on coule, avec ou sans traitement par un gaz, en articles de forme.

Une composition aqueuse à base d'oxyde de magnésium et de vermiculite peut être séchée sous forme de poudre ; par exemple, on peut 20. la sécher par pulvérisation en vue de former une composition sèche pouvant être conservée, éventuellement sous la forme de pastilles, pour en réduire 1'encombrement.

On préfère que les lamelles, de vermiculite ou les suspensions de ces lamelles aient été classées avant la formation de l'une quel-25 conque des compositions décrites dans le présent mémoire, et on préfère en particulier que toutes particules de vermiculite supérieures à 50 et de préférence supérieures â 1 yum, en ce qui concerne leur dimension maximale, aient été éliminées.

Les compositions décrites dans le présent mémoire peuvent, 30 le cas échéant, renfermer des mélanges d'agents améliorant la résistance à la compression et/ou d'agents améliorant la stabilité à l'eau. Elles peuvent en outre contenir d'autres composants qui peuvent améliorer davantage les propriétés physiques d'articles formés à partir de ces compositions. Des charges, notamment des charges légères ou des charges de ren-35 forcement, peuvent avantageusement être incorporées en particulier à des mousses, par exemple la silice, des fibres de verre, des sphères creuses microscopiques en verre (par exemple "Cenosphères" ou "Eccosphères") , du kaolin, des cendres volantes, du ciment Portland et des carbonates de métaux alcalino-terreux.

7.

Comme décrit dans ce qui précède, les compositions de l'invention peuvent affecter diverses formes physiques, par exemple la forme de suspensions, notamment de suspensions aqueuses, de poudres et d'articles façonnés, par exemple des feuilles ou des papiers et des mousses 5 rigides sèches. Des compositions sous la forme d'articles façonnés à sec sont réalisées par mise en forme puis élimination de l'eau de compositions sous forme de suspensions, habituellement de suspensions aqueuses.

tion propose un procédé de préparation d'un article façonné de forme JO pleine, procédé qui consiste à mettre en forme une suspension de lamelles de vermiculite et d'un agent améliorant la résistance à la compression et/ou d'un agent améliorant la stabilité à l'eau et à éliminer l'eau de la composition mise en forme. Une variante particulière de ce procédé consiste à traiter la suspension par un gaz pour former une mousse, l'opé-15 ration étant suivie de l'élimination du milieu liquide de la mousse par égouttage et/ou évaporation. Un procédé de ce genre pour la production d'une mousse rigide à partir d'une suspension de lamelles de vermiculite dans un milieu liquide a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 4 130 687. Le procédé décrit dans ce brevet peut être appliqué à 20. la formation de mousses rigides de la présente invention, ce procédé étant modifié par l'incorporation d'un agent améliorant la résistance à la compression et/ou d'un agent améliorant la stabilité à l'eau, à la suspension avant, pendant ou après le traitement par un gaz de cette dernière.

25 laires que l'on peut utiliser avec une modification similaire pour former des articles façonnés conformes à la présente invention est décrit dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DOS n° 2 741 857. Le procédé décrit dans cette demande est modifié par l'incorporation d'un agent améliorant la résistance à la compression et/ou d'un agent amélio-30 rant la stabilité à l'eau à la suspension aqueuse dans la version décrite de ce procédé, qui consiste à faire gonfler de la vermiculite au contact d'une solution aqueuse d'au moins un sel de sodium, de lithium ou d'un cation ammonium à substituants organiques, l'opération étant suivie d'un lavage aqueux, d'une déstratification de la vermiculite gonflée par ci-35 saillement des. particules gonflées de vermiculite pour former une suspension de lamelles ayant des. dimensions inférieures à 50Jy.m et de viscosité à l'état floculé d'au moins 100 centipoises, de l'élimination de la suspension de toutes les particules dont le diamètre est supérieur à 5C

En conséquence, selon un autre de ses aspects, l'inven-

Un procédé de production d'articles façonnés non cellu-

8.

et de l'élimination de l'eau de la suspension cependant que l'article est mis en forme contre une surface rigide, par dépôt de particules de vermiculite de la suspension.

5 sion de lamelles de vermiculite et d'un additif en particules implique le traitement par un gaz de la suspension et l'élimination du milieu liquide de la mousse résultante. Le traitement par un gaz peut être effectué par incorporation d'air ou d'un autre milieu gazeux par battage dans la suspension de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 10 n° 4 130 687 précité. A titre de variante, le traitement par un gaz et la formation d'une mousse rigide peuvent être effectués par la technique décrite dans- la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DOS

n° 2 740 839, c'est-à-dire par un procédé dans lequel une énergie électro-

4 10

magnétique de fréquence comprise dans la plage de 10 à 10 Hz passe 15 dans la suspension aqueuse de lamelles de vermiculite pendant une partie au moins du procédé. Le cas échéant, on peut procéder au traitement de la suspension par un gaz par incorporation de l'air par battage, puis à l'élimination du milieu liquide de la suspension renfermant le gaz, en soumettant cette dernière à des radiations électromagnétiques. 20 Les articles façonnés, conformes à la présente invention et obtenus par les diverses variantes de son procédé présentent une amélioration de la résistance à la compression et/ou de la stabilité à l'eau, selon l'agent particulier que l'on utilise pour améliorer ces propriétés, comparativement à des articles qui ne renferment pas ledit agent. Cette 24 amélioration est particulièrement accentuée dans le cas d'articles formés de mousses rigides. Au cas où l'article façonné ne présente pas une nette amélioration de la stabilité à l'eau, ou même lorsque cette stabilité est améliorée mais se montre encore capable d'une amélioration, l'article peut être traité en vue d'améliorer sa stabilité à l'eau par le procédé décrit 30 dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DOS n°

2 813 941. Cette demande décrit un procédé de stabilisation à l'eau d'un article en vermiculite, procédé qui consiste à faire entrer l'article en contact avec la vapeur d'un composé azoté de formule N(Rj)(R2)(R^) dont les groupes R peuvent être identiques ou différents et représentent cha-35 cun un atome d'hydrogène ou un groupe organique (par exemple un groupe alkyle). La vapeur que l'on préfère est l'ammoniac gazeux.

La mousse de vermiculite est une matière thermo-résistante et thermo-isolante utile qui peut être coulée sous la forme d'une

La production de mousses rigides à partir d'une suspen-

9.

garniture de mousse dans des cavités ou des vides ou sous la forme d'un revêtement pour l'extérieur de matériaux tels que le bois ou un ouvrage en acier ; dans les deux cas, la mousse de vermiculite exerce, entre autres effets, celui d'une couche de protection contre le feu. La mousse 5 de vermiculite peut être produite sous forme de matière en plaque en vue d'une transformation subséquente ou d'une autre stratification. Des plaques de mousse rigide de vermiculite sont utiles comme matériaux de couverture pour panneaux extérieurs et intérieurs d'isolation thermique à l'épreuve du feu, pour le revêtement d'éléments de construction, notam-10. ment pour des: ouvrages en acier et en bois et pour des canalisations, pour des plafonds suspendus, pour l'isolation de fours et d'étuves et pour une isolation incombustible dans des véhicules automobiles. Une couche interne de mousse de vermiculite selon l'invention, intercalée le cas échéant, par exemple entre des feuilles de contreplaqué, de papier, d'amiante, de mica 15 ou de matière plastique, ou de la feuille de vermiculite, forme des panneaux décoratifs utiles pour le bâtiment : la mousse de vermiculite peut être intercalée entre des carreaux de plâtre ou des feuilles de résine thermodurcissable, par exemple de résine mélamine. Les structures ci-dessus forment des panneaux utiles résistant au feu et/ou d'isolation 20 phonique pour l'industrie du bâtiment, ces panneaux pouvant être maintenus à des températures d'environ 1000°C sans désintégration. Des suspensions aqueuses ou les suspensions traitées avec un gaz peuvent avantageusement être utilisées pour lier ensemble des structures préformées de vermiculite, par exemple des feuilles ou des plaques de mousse se trouvant déjà sous 25 la forme séchée, et pour faire adhérer ainsi plusieurs plaques ensemble et réaliser des structures plus grandes. D'une façon similaire, les granules de vermiculite exfoliés par la chaleur peuvent être soudés ensemble par des suspensions aqueuses de lamelles et d'additifs et on peut ainsi réaliser une structure composite dans laquelle les compositions de la présente 30 invention constituent un ciment continu entre des granules de vermiculite exfoliés à la chaleur.

La surface de la mousse rigide peut être ornée d'un motif ou profilée par la pression exercée par un dispositif à estamper, les plateaux d'une presse ou le passage entre des cylindres gravés. Ces pro-35 fils ou motifs peuvent être décoratifs ou fonctionnels.

Des articles qui peuvent être produits à partir des suspensions de lamelles de vermiculite et d'autres additifs décrites dans le présent mémoire comprennent des articles tels que feuilles, pellicules,

10.

papiers, revêtements, crêpe, capsules, sachets, pièces coulées et moulées, et ces articles sont formés de lamelles de vermiculite qui adhèrent les unes aux autres par des forces d'attraction mutuelle mais dont la résistance mécanique ou la résistance à l'eau sont améliorées par les autres 5 substances. On peut réaliser des structures stratifiées ou à couches intercalées de mousse de vermiculite avec d'autres matières, par exemple des papiers ou des matières plastiques, et une feuille gaufrée peut être produite par dépôt de la suspension de vermiculite contre un substrat convenablement profilé ou par impression de la feuille à l'état sec entre 10 des organes profilés tels que des plateaux de presse ou des cylindres.

Des articles en vermiculite réalisés à partir des compositions décrites dans le présent mémoire peuvent être utilisés par exemple dans les applications suivantes :

A. Production d'une barrière à l'épreuve du feu pour inhi-15 ber la combustion de mousses organiques ou de bois et d'autres produits inflammables

B.. Production d'une matière flexible d'emballage à l'épreuve du feu, capable de s'opposer à la propagation du feu soit d'elle-même, soit après stratification à d'autres matiè-

20 res telles que des pellicules de polymères ou du papier

C. Production d'une barrière résistant à la fois au feu et à l'humidité, par exemple un revêtement externe pour matériaux de construction

D. Application comme enveloppe pour matériau d'isolation

25 thermique de nature pulvérulente ou fibreuse pour empêcher la dispersion de l'isolation à des températures élevées ou après un usage prolongé E-. Production d'une couche d'isolation électrique (par exem ple un gainage pour câbles) qui ne se désintègre pas par 30. exposition au feu ou à d'autres conditions impliquant des températures élevées

F. Application comme membrane à l'épreuve du feu, qui constitue une enceinte protégée au cours d'un incendie, afin de limiter la propagation de la fumée ou de gaz ou toute

35 autre contamination

G. Application comme écran, couverture ou bouclier de protection contre les étincelles ou les flammes provenant, par exemple,d'un chalumeau de soudage a

H. Application à la séparation d'articles traités dans des fours ordinaires ou dans des fours tournants ou comme éléments d'espacement pour des documents de valeur, par exemple pour réduire le risque d'une destruction totale 5 par le feu.

Des feuilles de vermiculite produites par coulée ou moulage d'une pâte ou suspension aqueuse des compositions de vermiculite décrites dans le présent mémoire, avec ou sans traitement par un gaz, peuvent être utilisées comme revêtements ou couches résistant au feu, par 10 exemple dans la production de stratifiés de mousse plastique et notamment dans la production de stratifiés de mousse à base d'isocyanate tels que des stratifiés de mousse de polyuréthanne et de polyisocyanurate.

Ainsi, par exemple, la feuille de vermiculite peut être produite en continu par extrusion d'une pâte ou suspension aqueuse de la 15 composition de vermiculite sur une courroie de transport qui peut être poreuse, séchage de la feuille à l'air chaud, puis dépôt d'un mélange de mousses à base d'isocyanate sur la feuille et traitement de ce mélange dans une machine de stratification du commerce du type de celle qui est décrite dans un article intitulé "A New Development Machine for the Conti-20. nuous: Lamination of Rigid Urethane Foam" , publié dans "Rubber and Plastics Age", 196.6, volume 47, n° 1, page 57, ou en faisant intervenir la feuille comme revêtement de base dans un procédé de stratification du type décrit dans le brevet britannique n° 1 053 192, ou comme âme centrale dans un procédé de stratification du type décrit dans le brevet britannique nc 25 1 136 046. Dans tous les cas, la mousse à base d'isocyanate peut renfermer de la fibre de verre ou un autre matériau de renforcement pour améliorer la rigidité et la performance au feu du stratifié.

L'invention est illustrée par les exemples suivants :

Exemple 1

30 On fait refluer un lot de 20 kg de vermiculite d'Afrique du Sud (qualité microscopique "Mandoval") pendant 30 minutes dans 25 litres d'une solution saturée de sel et^ après lavage convenable à l'eau dés-ionisée, on filtre la suspension et on la ré-introduit dans le récipient de reflux de 50 litres de capacité où on la fait refluer pendant encore 35 30 minutes dans 25 litres de solution de chlorure de n-butylammonium IN. Après lavage convenable à l'eau désionisée et repos pendant environ 18 heures, le volume apparent du minéral a subi une expansion à 70 litres. La concentration de la suspension aqueuse de vermiculite gonflée est ajustée

12.

à 20 % en poids/poids puis la suspension est broyée pendant 30 minutes dans un mélangeur vertical à couteau "Hobart" (modèle VCM 40) à une vitesse de 3000 tours par minute, les plus grandes particules de vermiculite étant enlevées de la plupart des lots par passage de la suspension à travers un 5 tamis vibrant a mailles de 50^um d'ouverture. La suspension obtenue dans cette opération de tamisage a une concentration réduite en matières solides parce que certaines grandes particules de vermiculite sont retenues sur le tamis. La suspension est concentrée par évaporation de l'eau sur un plateau chauffé de grandes dimensions jusqu'à ce que la concentration 10 en poids/poids des matières solides soit de nouveau égale à 20 %. La suspension à 20 % en poids/poids, tamisée ou non, est battue en une mousse au moyen d'un mélangeur "Kenwood Chef" à organe batteur planétaire. Un poids connu de mousse, humide et une quantité pesée d'un oxyde ou hydro-xyde de métal alcalino-terreux sous la forme de particules sont mélangés 15 avec soin dans le mélangeur à vitesse minimale, puis la mousse humide est chargée dans un plateau chauffé à 70°C, en vue de son séchage. Les résistances à la compression de blocs séchés de mousse préparés en utilisant différents, oxydes: et hydroxydes sont indiquées sur les tableaux I et II. Les: valeurs de la résistance à la compression ont été déterminées 20 sur un tensiomètre "Instron" après équilibrage dans une atmosphère d'humidité relative égale à 52 % pendant 18 heures, et la densité apparente de chaque bloc est déterminée d'après le poids et le volume calculés à partir des dimensions.

TABLEAU I

Additifs incorpores à la mousse de vermiculite

Suspension de vermiculite

Mousse humide

Propriétés de la mousse sèche

Additif

Durée de mélange

(minutes)

Poids d'additif (%) par rapport au poids de vermiculite

Densité apparente en kg/m^

Résistance à la compression MN/m^

Vermiculite en poudre sëchée par pulvérisation, non tamisée, mélangée à de l'eau pour former une suspension à 20 % en poids/poids

MgO

1,5

10

130

0,29

Vermiculite des Etats-Unis d'Amérique ("Zonolite" qualité n° 4) (au lieu de vermiculite Sud-africaine) en suspension à 12 % en poids/ poids

MgO

1,5

10

70

0,26

Vermiculite en poudre séchée par pulvérisation, tamisée en particules inférieures à 50yum, en mélange avec de l'eau pour former une suspension à 20 % en poids/poids

Mg(0H)2 Ca(OH)2

1,5 1,5

17

9

140 140

0,41 0,30

Suspension contenant 20 % de vermiculite tamisée en particules inférieures à 50yUun

Ca(OH)2

17

290

0,68

Néant

Proprié données tés caractéristiqu à titre comparati as 200 f 400

i

0,15 0,24

TABLEAU II

Addition d'oxyde de magnésium à des mousses de vermiculite

Mousse humide

Mousse sèche

Vermiculite en suspension aqueuse, % en poids

MgO, % en poids par poids unitaire de vermiculite

Durée de mélange Densité

(minutes)

apparente kg/m^

Résistance à la ^ compression MN/m

Commentaires

20 20 20

20 20 20 20 20 20 20

20 20 20 20

15 15 15 15 20 20 20 12 10

19 37

. 9.

17 10 10 10 10 7,

5,0

2 1 1 1

10 10 10 10 20 15 10 10 10

10 10 10

4 4 4 1 1

h5

2,5

1 30 10 1

!;5

^>5

0,8

h5

1,5 3

250 440 190

180 150 160 120 120 1..0 110

90 110 100 100

80 80 130 90 200 150 130 60 50

0,29 0,56 0,23

0,48 0,68 0,62 O, 50 0,50 0,4 4 0,30

0,06 0,08 0,08 0;08

0,31 0,23 0,54 0,32 0,50 0,46 0,29 0,15 0,11

)La durée de mélange jpeut avoir provoqué ^une certaine floculation

La résistance à la )désintégration dans îl'eau a été déterminé ÎToutes les mousses )contenant 5 % de MgO )ou plus sont stables )indéfiniment à l'eau

^Résisté à 1 immersion ^pendant 26 jours- Un jléger gonflement est observé en présence }de 1 % de MgO seulement .

)Suspension préparée )à partir de lamelles séchées de vermiculite .

15

EXEMPLE 2

On traite 1 kg de vermiculite brute avec des solutions de chlorure de sodium et de chlorure de n-butylammonium de la manière décrite dans l'exemple 1. On prépare des mousses en utilisant de l'oxyde 5 de magnésium comme additif et on détermine la résistance à la compression et la densité apparente de ces mousses de la manière décrite dans ce même exemple. Les résultats obtenus sont donnés ci-après pour deux qualités différentes de vermiculite.

Résistance à Densité

10 la compression apparente

MN/m^ kg/nP

- Vermiculite d'Afrique du Sud,

de qualité très fine 0,44 88

0,32 85

15 - Vermiculite de Libby, Montana,

Etats-Unis d'Amérique 0,27 75

0,34 82

0,31 73

On soumet ces mousses à un traitement à la chaleur dans 20 un four à des températures- atteignant 1000°C et on mesure les modifications apparaissant dans la mousse. On note que jusqu'à 700°C, le retrait dimensionnel n'atteint pas 0,5 %. Le retrait augmente nettement vers 800.°C et atteint un maximum de 2 % à 950°C.

Des échantillons de la mousse sont maintenus à ces tem-25 pératures: pendant 24 heures et la perte de poids de la mousse pendant un traitement thermique, sévère se montre à peu près linéaire dans toute la plage de température, allant d'environ 5 % à 400°C à environ 20 % à

Claims

16

RESUME

L'invention a pour objets :

Une composition caractérisée par les points suivants pris séparément ou en combinaisons :

5 1. Elle comprend des lamelles de vermiculite, c'est-à-dire des paillettes de vermiculite déstratifiées ayant une épaisseur inférieure

à un dixième de micromètre (10 ^ m) et habituellement inférieure à un

—8

centième de micromètre (10 m) et un agent améliorant la résistance à la compression et/ou vin agent améliorant la stabilité à l'eau, qui est 10 une matière en particules solides.

2. Elle comprend des lamelles de vermiculite et un agent améliorant la stabilité à l'eau, qui est une substance engendrant des cations dans l'eau.

3. Elle comprend des lamelles de vermiculite et une subs-15 tance en particules solides- donnant une réaction basique dans l'eau.

4. Les particules sont mélangées intimement dans une suspension aqueuse.

5. Elle est sous la forme d'une mousse rigide.

6.. L'agent améliorant la résistance à la compression et/ou 20 l'agent améliorant la stabilité à l'eau ont une solubilité dans l'eau n'excédant pas 10 g/1.

7. La solutilité dans l'eau de l'additif est inférieure

à-3 g/1.

8. L'additif a été traité en surface par un procédé in-25 fluençant sa solubilité en vue d'établir la solubilité désirée dans l'eau.

9. L'additif est un oxyde ou hydroxyde d'un métal alcalino-terreux.

10. Le métal alcalino-terreux est le calcium ou le magné-

30 sium.

1.1. L'additif est l'oxyde de magnésium.

12. L'additif est présent dans la composition à une concentration de 1 à 40 % par rapport au poids de la vermiculite.

13. L'oxyde de magnésium est présent à une concentration 35 de plus de 3 % et de moins de 15 % par rapport au poids de vermiculite.

14. Les lamelles de vermiculite ont des dimensions n'excédant pas 50jU.m.

17

15. Elle renferme en outre une charge.

II. - Procédé de production d'un article en vermiculite à partir d'une suspension aqueuse de lamelles de vermiculite par élimination d'eau de cette suspension, comportant les caractéristiques sui-5 vantes prises séparément ou en combinaisons :

1. Avant l'élimination de l'eau, un agent améliorant la résistance à la compression et/ou un agent améliorant la stabilité à l'eau sont incorporés sous la forme d'une matière solide en particules à la suspension de lamelles de vermiculite.

10 2. L'additif est ajouté à la suspension aqueuse.

3. La suspension aqueuse est transformée en mousse.

4. L'additif est ajouté avant la transformation en mousse.

5. L'additif est ajouté pendant ou immédiatement après la transformation en mousse de la suspension.

15 6. Une réaction chimique a lieu entre la vermiculite en suspension et l'additif, cette réaction étant apte à maintenir le caractère des lamelles individuelles de vermiculite..

ORIGINAL

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