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PROCEDE DE FABRICATION DE PANNEAUX DE CONSTRUCTION INCOMBUSTIBLES.
La présente invention concerne un procédé de fabrication de pan- neaux de construction incombustibles qui peuvent être utilisês à la fois com- me revêtements de la surface intérieure de murs ou de plafonds et comme ma- tériau isolant.
Le besoin de tels panneaux s'est fait sentir depuis longtemps, mais le problème n'a pu être résolu jusqu'à présent de façon techniquement ou économiquement satisfaisante. On utilise généralement à cet effet des panneaux poreux et durs en fibres de bois, avec tous les risques d'incendié que comporte cette utilisation, du fait que ces produits prennent feu faci- lement et brûlent avec une grande facilité, en propageant le feu d'un local à un autre.
On connaît d'autres panneaux dits planches de plâtre",qui com- prennent une couche de plâtre doublée d'une couche de papier. En dehors du fait que, lors d'un incendie, la couche de papier brûle immédiatement du cô- té exposé aux flammes, ce produit-est incombustible mais il ne présente qu'une faible valeur au point de vue isolement et son prix de revient est élevé, en particulier dans les pays pauvres en dépôts de gypse naturel.
Selon l'invention, les panneaux de construction sont formés en majeure partie de fibres minérales à point de fusion élevé et qui, par con- séquent, n'entretiennent pas ou ne propagent pas le feu. A titre de fibres convenant pour les buts de l'invention, on peut mentionner les fibres de laine minérale artificielle, parmi lesquelles il y a lieu de comprendre la laine de verre,, la laine minérale et la laine de laitier, ou les matières fibreuses naturelles, telles que l'amiante.
Pour réunir les fibres en vue d'obtenir un panneau résistant non flexible, on utilise des matières minérales ou organiques d'une nature et
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sous des concentrations telles que le panneau fini soit incombustible.
Selon une particularité de l'invention, on réduit à l'état de pâte fluide les fibres de laine minérale ou d'amiante, ou les deux en com- binaison, en les ajoutant à une solution diluée d'amidon soluble, avec ou sans autres agents liants, puis on fait égoutter la pâte et on la met sous forme de panneau à l'aide d'une machine de fabrication continue pour car- ton du type courant, après quoi on fait sécher le panneau ainsi obtenu.
On peut ou non soumettre le panneau à l'action d'une presse au cours du séchage.
L'invention est mise en oeuvre en préparant tout d'abord une solution diluée des liants puis en incorporant directement dans la solu- tion, de façon à en faire une pâte, les fibres de matière, par exemple de la laine minérale sèche sortant directement de l'installation où elle est fabriquée. On forme ensuite une feuille humide au moyen d'une machine à carton ou de fabrication de panneaux d'un type convenable, telle que cel- les qui sont habituellement utilisées pour la fabrication des panneaux de revêtement.
Après avoir formé et découpé en morceaux de longueur voulue la feuille humide, on la transfère, au moyen de dispositifs mécaniques conve- nables connus, dans un séchoir de type courant, par exemple un séchoir con- tinu à plusieurs étages ou une presse. On utilise le premier type de séchoir lorsqu'il s'agit de faire des panneaux isolants poreux, tandis qu'on a re- cours au séchage à la presse pour fabriquer des panneaux durs. Lors de l'o- pération de séchage, le panneau est durci et rendu résistant par l'action de liaison de la colle. Après l'avoir scié à la dimension requise, le pan- neau est prêt à être utilisé immédiatement.
Le liant est formé par de l'amidon qu'on a fait goufler en le chauffant avec de l'eau au-dessus de la température de gélatinisation,au- quel on peut ajouter d'autres liants d'origine minérale ou organique.
A titre de liants organiques convenables, on peut mentionner les acides résiniques partiellement ou totalement saponifiés présents dans la poix, la colophane, la résine ou brai liquide et les matières analogues, ou les acides gras saponifiés, avec ou sans addition d'un excès émulsionné du composé de base, c'est-à-dire la poix, la colophane, la résine liquide, les graisses, etc. A titre d'agent d'addition minéral, on peut mentionner le verre soluble.
Comme autres produits d'addition convenables, on peut citer l'al- bumine du sang, les résines phénoliques, les résines à base de mélamine, les résines à base d'urée, les dérivés solubles de la cellulose et les autres liants connus dans la technique.
On dilue dans l'eau la solution d'amidon, avec ou sans produits d'addition, à une faible concentration, par exemple inférieure à 1 %, ou à toute autre concentration, de préférence inférieure à 2 % en poids de la matière organique, puis on forme une pâte fluide avec cette solution diluée et la laine minérale' ou l'amiante, ou les deux. On a constaté que les molé- cules d'amidon sont attirées à la surface des fibres, de sorte que le pro- duit fini présente une concentration en amidon bien supérieure à celle qu'on pourrait attendre de la concentration de la solution d'amidon elle-même.
Ce résultat, qu'on peut imputer à un phénomène d'électro-phorè- se, est très important du point de vue technique du fait qu'il devient pos- sible pratiquement de former un panneau au moyen d'une toile métallique con- tinue dans une machine ordinaire à fabriquer le carton. On peut ainsi réali- ser une production en série, ce qui réduit le prix de revient du panneau dans des proportions telles qu'il peut être utilisé dans la construction des habitations, aussi bien que dans des buts plus particuliers tels que, par
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exemple, les panneaux acoustiques, l'isolement, etc..
Grâce à la faible con- centration des liants dans l'eau d'égouttage sortant de la machine à fabri- quer les panneaux, l'excès de liquide nécessaire pour la mise en pâte des fibres et le feutrage du panneau sur la machine est égoutté rapidement, ce qui permet d'adoption de procédés normaux de fabrication.
On assure le contrôle de l'opération et par suite la teneur en substance organique du produit fini en réglant le pH de la pâte. Lorsqu'on utilise seulement de l'amidon comme liant, on règle convenablement le pH en ajoutant une base forte, comme l'hydrate de sodium, à l'eau dans laquelle on solubilise l'amidon, puis en acidifiant parun acide dilué tel que l'acide sulfurique. La v aleur finale du pH doit être maintenue avantageusement au- dessous de 6.
EXEMPLE 1:
On forme une pâte de laine minérale, contenant 40 kg de ce pro- duit par m3 de pâte, avec une solution d'amidon solubilisé dans de l'eau ren- due alcaline par de l'hydroxyde de sodium, la concentration en amidon étant de 0,24 %. On ajoute ensuite de l'acide sulfurique jusqu'à abaisser le pH à 5,8. Après avoir formé un panneau avec cette pâte, sur une machine continue de fabrication du carton utilisée de la manière habituelle, on constate à l'analyse que le produit séché contient 4,5 % de matière organique par rap- port au poids de la laine minérale. Ainsi 70 % environ du poids de l'amidon initialement utilisé dans la solution adhère à la laine minérale.
La résis- tance à la rupture du panneau est de 19,7 kg/cm2, tandis que la résistance correspondante d'un panneau isolant en fibres de bois du commerce, de même épaisseur, est de 24 kg/cm2. Le panneau en laine minérale est légèrement plus lourd que celui en fibres de bois, mais il ne prend pas feu lorsqu'on le soumet à la flamme d'un bec Bunsen, tandis que le panneau en fibres de bois prend feu immédiatement dans ces conditions et brûle rapidement en se réduisant en cendres.
On peut obtenir une rétention encore plus complète du liant or- ganique sur les fibres de laine minérale en mélangeant l'amidon soluble à une émulsion d'acides résiniques partiellement saponifiées et en acidifiant le mélange par un sel métallique approprié tel que le sulfate d'aluminium, le sulfate de fer, le sulfate de zinc, etc... Le sel abaisse la valeur du pH et brise par suite l'émulsion, en précipitant les résines en excès, de mê- me que les savons métalliques insolubles.
On obtient ainsi une précipitation complète detoute la matière organique sur les fibres et l'on réalise un pro- cédé grâce auquel on peut régler à volonté la teneur duliant dans le produit fini. @ EXEMPLE 2:
On prépare une pâte de fibres de laine minérale à une concentra- tion de 40 kg par m3 de pâte, avec une solution d'amidon solubilisé dans de l'eau légèrement alcaline contenant 0,24 % d'amidon mélangé à 0,024 % de ré- sine liquide émulsionnée dans de l'eau rendue alcaline par addition de très faibles quantités d'hydroxyde de sodium. On acidifie ensuite la pâte en ajou- tant une solution à 10 % de sulfate d'aluminium jusqu'à ce que la valeur du pH soit descendue à 5,6. On fabrique un panneau sur une machine du commerce et on l'analyse.
On constate qu'il s'est produit une précipitation complète sur les fibres minérales des composés organiques ajoutés. Le panneau en laine minérale est plus résistant qu'un panneau du commerce en fibres de bois et il ne brûle pas ni ne propage la combustion.
EXEMPLE 3:
On opère comme dans l'exemple 2 pour fabriquer un panneau de fi- bres d'amiante. Le produit obtenu a à peu près la même densité que celui fa- briqué selon l'exemple 2, mais il présente une résistance à la rupture de 54,7 kg/cm2.
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On peut précipiter de façon analogue sur les fibres de l'albu- mine du sang, des résines phénoliques et autres liants analogues.
L'eau d'égouttage sortant de la machine peut être réutilisée à la manière habituelle ou peut être rejetée. Dans le premier cas, on ajoute de façon continue de nouvelles quantités de liant envue de maintenir la concentration convenable. Après l'avoir séché et découpé aux dimensions re- quises, le panneau est prêt à être utilisé immédiatement. Lorsqu'on doit préparer un panneau isolant, on conduit l'opération de manière telle que la substance organique forme environ 5 % en poids du total.
Le panneau ainsi obtenu a une résistance de l'ordre de celle des panneaux poreux en fibres de bois. Pour le même volume de fibres et le même volume d'air, le panneau pèse près du double d'un panneau correspondant en fibres de bois par suite de la différence entre les densités des fibres qui les constituent.
Lorsqu'on fabrique un panneau dur en utilisant de la laine miné- rale comme fibres, on a constaté qu'il convenait du point de vue de la ré- sistance, d'ajouter une petite proportion de flores de bois ou d'amiante à le laine minérale au cours de sa mise enpâte. Naturellement, lorsque des fibres de bois combustibles entrent dans la composition du panneau, leur proportion ne doit pas être de nature à compromettre les propriétés d'in combustibilité du panneau. Dans le cas de l'amiante, il convient d'utiliser des fibres lon- gues. Il suffit d'ajouter moins de 5 % de ces fibres (calculés sur le poids de la laine minérale) pour conférer au panneau une résistance comparable à celle d'un panneau dur de revêtement fait enfibres de bois.
On a constaté, dans le cas d'un panneau dur de revêtement fait enlaine minérale, qu'il con- venait de placer le panneau humide sur une feuille mince de pâte de bois ou de fibres d'amiante. A cet effet, on place de feçon continue unefeuille min- ce de papier sous le panneau humide lorsque ce dernier quitte la machine de fabrication des panneaux pour être dirigé sur la table à rouleaux, et on coupe le papier en même temps que le panneau humide. On peut aussi déposer une couche mince de pâte de bois ou de fibres d'amiante sur la toile métalli- que de la machine et y déposer ensuite la pulpe de laine minérale.
EXEMPLE 4:
On fabrique un panneau dur en formant une pâte avec de la laine minérale, 5 % de son poids de fibres de bois défibrées au moyen d'un défibreur Asplund, et une solution d'amidon solubilisée dans l'eau, la concentration étant de 40 kg de laine minérale, 2 kg de pâte de bois sèche et 2,4 kg d'a- midon par m3 de pulpe. On précipite les liants par du sulfate d'aluminium, puis on met la pâte sous la forme d'un panneau humide qu'on place sur une feuille mince de papier que l'on presse et sèche dans une presse du type uti- lisé pour la fabrication des panneaux durs de revêtement en fibres de bois.
Le panneau dur en laine minérale ainsi obtenu a la même épaisseur qu'un pan- neau de revêtement du commerce et présente une résistance à la rupture de 231 kg/cm2. La laine minérale utilisée dans ce procédé n'a pas besoin d'être imprégnée, ou bien si elle l'est, il convient d'utiliser un composé qui con- tribue à conférer à l'article des propriétés avantageuses. Les matières conve- nant à cet effet sont, par exemple, la colophane ou les résines du type ci- dessus mentionné.
Bien que les manières de procéderindiquées dans les exemples ci- dessus correspondent- aumode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on peut également effectuer la précipitation dans l'ordre inverse sans inconvénient; par exemple, on peut solubiliser l'amidon dans un acide ouun sel acide tel que le sulfate d'aluminium, puis ajouterl'émulsion de résine liquide après avoir ajouté et transformé en pâte les fibres minérales.
Les "perles" qui se rencontrent souvent dans la laine minérale sont préjudiciables à la bonne marche du procédé et doivent être éliminées
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avant d'envoyer la pâte de laine minérale sur la machine à fabriquer les panneaux.
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METHOD OF MANUFACTURING INCOMBUSTIBLE CONSTRUCTION PANELS.
The present invention relates to a method of making noncombustible building panels which can be used both as coverings for the interior surface of walls or ceilings and as an insulating material.
The need for such panels has been felt for a long time, but the problem has so far not been able to be solved in a technically or economically satisfactory manner. For this purpose, porous and hard wood fiber boards are generally used for this purpose, with all the risk of fire that this use involves, because these products catch fire easily and burn with great ease, by propagating the fire. 'one room to another.
Other panels known as plaster boards "are known which comprise a layer of plaster lined with a layer of paper. Apart from the fact that, in a fire, the layer of paper immediately burns on the side. exposed to flames, this product is incombustible but it presents only a low value from the point of view of insulation and its cost price is high, in particular in countries poor in natural gypsum deposits.
According to the invention, the building panels are formed for the most part from mineral fibers with a high melting point and which, therefore, do not maintain or propagate fire. As fibers suitable for the purposes of the invention, mention may be made of artificial mineral wool fibers, among which it is necessary to include glass wool, mineral wool and slag wool, or fibrous materials. natural, such as asbestos.
To unite the fibers in order to obtain a resistant, non-flexible panel, mineral or organic materials of a nature and
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in concentrations such that the finished panel is incombustible.
According to one particular feature of the invention, the mineral wool or asbestos fibers, or both in combination, are reduced to a fluid pulp state by adding them to a dilute solution of soluble starch, with or without. other binding agents, then the paste is drained and formed into a panel by means of a continuous board making machine of the usual type, after which the resulting panel is dried.
The panel may or may not be subjected to the action of a press during drying.
The invention is implemented by first preparing a dilute solution of the binders and then incorporating directly into the solution, so as to make a paste, the fibers of the material, for example dry mineral wool emerging directly. of the facility where it is manufactured. A wet sheet is then formed by means of a cardboard or panel making machine of a suitable type, such as those which are customarily used in the manufacture of cover panels.
After having formed and cut into pieces of the desired length the wet sheet, it is transferred, by means of suitable known mechanical devices, to a dryer of conventional type, for example a continuous multistage dryer or a press. The former type of dryer is used when making porous insulation boards, while press drying is used to make hardboard. During the drying operation the panel is hardened and made resistant by the bonding action of the glue. After sawing it to the required dimension, the panel is ready for use immediately.
The binder is formed by starch which has been blown by heating it with water above the gelatinization temperature, to which other binders of mineral or organic origin can be added.
As suitable organic binders, there may be mentioned the partially or totally saponified resin acids present in pitch, rosin, liquid resin or pitch and the like, or saponified fatty acids, with or without the addition of an emulsified excess. of the basic compound, i.e. pitch, rosin, liquid resin, fats, etc. Mention may be made, as inorganic addition agent, of water glass.
Other suitable adducts include blood albumin, phenolic resins, melamine-based resins, urea-based resins, soluble cellulose derivatives and other binders known in the art. the technique.
The starch solution is diluted in water, with or without adducts, to a low concentration, for example less than 1%, or to any other concentration, preferably less than 2% by weight of the organic material , then a fluid paste is formed with this dilute solution and the mineral wool or asbestos, or both. It has been found that the starch molecules are attracted to the surface of the fibers, so that the finished product exhibits a starch concentration much higher than one would expect from the concentration of the starch solution. herself.
This result, which can be attributed to a phenomenon of electrophoresis, is very important from a technical point of view because it becomes practically possible to form a panel by means of a metallic mesh. finished in an ordinary carton making machine. It is thus possible to achieve mass production, which reduces the cost price of the panel to such an extent that it can be used in the construction of dwellings, as well as for more specific purposes such as, for example,
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example, acoustic panels, insulation, etc.
Thanks to the low concentration of binders in the draining water leaving the panel making machine, the excess liquid required for pulping the fibers and felting the panel on the machine is drained off. quickly, allowing adoption of normal manufacturing processes.
The operation and therefore the organic substance content of the finished product is controlled by adjusting the pH of the dough. When using only starch as a binder, the pH is suitably adjusted by adding a strong base, such as sodium hydrate, to the water in which the starch is solubilized, followed by acidifying with a dilute acid such as sulfuric acid. The final pH value should be kept advantageously below 6.
EXAMPLE 1:
A mineral wool paste, containing 40 kg of this product per m³ of paste, is formed with a solution of starch dissolved in water made alkaline with sodium hydroxide, the starch concentration being 0.24%. Sulfuric acid is then added until the pH is reduced to 5.8. After having formed a panel with this paste, on a continuous cardboard making machine used in the usual manner, it is observed on analysis that the dried product contains 4.5% organic matter relative to the weight of the wool. mineral. Thus approximately 70% of the weight of the starch initially used in the solution adheres to the mineral wool.
The breaking strength of the panel is 19.7 kg / cm2, while the corresponding strength of a commercial wood fiber insulation board of the same thickness is 24 kg / cm2. The mineral wool board is slightly heavier than the wood fiber board, but it does not catch fire when subjected to the flame of a Bunsen burner, while the fiberboard board catches fire immediately under these conditions. and quickly burns to ashes.
Even more complete retention of the organic binder on mineral wool fibers can be achieved by mixing the soluble starch with an emulsion of partially saponified resin acids and acidifying the mixture with a suitable metal salt such as sodium sulfate. aluminum, iron sulphate, zinc sulphate, etc. The salt lowers the pH value and consequently breaks the emulsion, precipitating excess resins, as well as insoluble metallic soaps.
Complete precipitation of all organic material from the fibers is thus obtained, and a process is achieved by which the content of the duliant in the finished product can be adjusted as desired. @ EXAMPLE 2:
A pulp of mineral wool fibers is prepared at a concentration of 40 kg per m3 of pulp, with a solution of starch dissolved in slightly alkaline water containing 0.24% of starch mixed with 0.024% of re. - Liquid sine emulsified in water made alkaline by adding very small amounts of sodium hydroxide. The paste is then acidified by adding a 10% solution of aluminum sulphate until the pH value has dropped to 5.6. We make a panel on a commercial machine and analyze it.
It can be seen that complete precipitation of the added organic compounds has taken place on the mineral fibers. Mineral wool board is stronger than a commercial wood fiber board and it does not burn or spread combustion.
EXAMPLE 3:
The procedure is as in Example 2 to manufacture a panel of asbestos fibers. The product obtained has approximately the same density as that made according to Example 2, but it has a tensile strength of 54.7 kg / cm 2.
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Phenolic resins and the like can be precipitated on the fibers of the blood albumin in a similar fashion.
The drip water leaving the machine can be reused in the usual way or can be discarded. In the first case, new amounts of binder are added continuously in order to maintain the suitable concentration. After drying and cut to size, the panel is ready for use immediately. When an insulation board is to be prepared, the operation is carried out in such a way that the organic substance forms about 5% by weight of the total.
The panel thus obtained has a strength of the order of that of porous wood fiber panels. For the same volume of fibers and the same volume of air, the panel weighs almost double that of a corresponding panel of wood fibers due to the difference between the densities of the fibers which constitute them.
When making a hardboard using mineral wool as fibers, it has been found that it is advisable from the point of view of strength to add a small proportion of wood flora or asbestos to the wood. mineral wool during its pulping. Naturally, when combustible wood fibers enter into the composition of the panel, their proportion must not be such as to compromise the non-combustibility properties of the panel. In the case of asbestos, long fibers should be used. It suffices to add less than 5% of these fibers (calculated on the weight of the mineral wool) to give the panel a resistance comparable to that of a hardboard covering made of wood fibers.
It has been found, in the case of a hard board made of mineral wool, that it is appropriate to place the wet board on a thin sheet of wood pulp or asbestos fibers. To this end, a thin sheet of paper is continuously placed under the wet panel when the latter leaves the panel making machine to be directed onto the roller table, and the paper is cut at the same time as the wet panel. . It is also possible to deposit a thin layer of wood pulp or of asbestos fibers on the wire mesh of the machine and then deposit the mineral wool pulp thereon.
EXAMPLE 4:
A hardboard is made by forming a pulp with mineral wool, 5% of its weight of wood fibers defibrated by means of an Asplund shredder, and a solution of starch dissolved in water, the concentration being 40 kg of mineral wool, 2 kg of dry wood pulp and 2.4 kg of starch per m3 of pulp. The binders are precipitated with aluminum sulphate, then the paste is formed into a wet panel which is placed on a thin sheet of paper which is pressed and dried in a press of the type used for. the manufacture of hard wood fiber covering panels.
The hard mineral wool board thus obtained has the same thickness as a commercial cover board and has a tensile strength of 231 kg / cm2. The mineral wool used in this process need not be impregnated, or if it is, a compound should be used which helps to impart desirable properties to the article. Materials suitable for this purpose are, for example, rosin or resins of the type mentioned above.
Although the procedures indicated in the above examples correspond to the preferred mode of carrying out the invention, the precipitation can also be carried out in the reverse order without inconvenience; for example, one can dissolve the starch in an acid or an acid salt such as aluminum sulphate, then add the liquid resin emulsion after having added and pulped the mineral fibers.
The "pearls" which are often found in mineral wool are detrimental to the smooth running of the process and must be eliminated.
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before sending the mineral wool paste to the panel making machine.