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Description jointe à une demande de
BREVET BELGE déposée parla société dite : ARMSTRONG WORLD INDUSTRIES, INC. ayant pour objet : Compositions de liants inorganiques durcies par des acides qui sont compa- tibles avec de la laine minérale, procédé de préparation et application Qualification proposée : BREVET D'INVENTION Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 9 décembre 1982 sous le nO 448. 312 aux noms de Gary W. PADDISON, Thelma J. BRACKBILL et Larry L. LINE
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COMPOSITIONS DE LIANTS INORGANIQUES DURCIES PAR DES ACIDES QUI SONT COMPATIBLES AVEC LA LAINE MINERALE, PROCEDE DE PREPARATION ET APPLICATION
La présente invention concerne des compositions inorganiques durcies par des acides qui conviennent pour une utilisation comme substances liantes et qui sont compatibles avec la laine minérale.
De telles compositions inorganiques durcies par des acides sont désirables pour une utilisation en association avec des panneaux de plafonnage contenant de la laine minérale, car les systèmes de plafonnage composites résul-
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tants possèdent des avantages qui comprennent des résistanC > ces élevées à la compression et au cisaillement, une faible sensibilité à l'humidité, un faible retrait aux températures élevées (par exemple de l'ordre d'environ l0930C (20000F)) et d'excellentes propriétés d'absorption du son. Les systèmes de plafonnage composites sont particulièrement utiles en ce qu'ils présentent une tendance réduite au fléchissement et au gauchissement ou gondolement, en particulier lorsqu'ils sont exposés à des conditions atmosphériques humides.
Plusieurs de ces avantages sont dus au moins en partie à l'inclusion de laine minérale dans les panneaux des systèmes de plafonnage composites.
Les avantages précités sont entachés par une courte durée de vie et contrebalancés par la tendance de la laine minérale à être attaquée par l'acide inorganique du système de liant pendant le processus de durcissement avec, en conséquence, le dégagement de H2S gazeux nocif et la dégradation éventuelle du système à base de fibres de laine minérale.
Par suite, il était souhaitable de mettre au point une composition inorganique durcie par des acides qui puisse être utilisée comme liant et qui ne dégrade pas, au durcissement, la laine minérale dans un panneau de plafonnage avec lequel elle est en association, de façon que le système de
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plafonnage composite résultant puisse posséder, à long terme, les différents avantages exposés ci-dessus.
Le but principal de l'invention est de permettre de disposer d'un système de liant inorganique durci par des acides qui soit en mesure de satisfaire les exigences précitées.
L'objectif précité est atteint selon l'invention par le fait que la composition durcie par un acide inorganique et compatible avec la laine minérale, est préparée en incorporant à la composition un agent de contr6le de l'attaque par les acides constitué par un amino-alcool qui tend à retarder les effets nuisibles de l'acide inorganique sur la laine minérale tout en permettant à la composition de durcir avec ses conditions normales de prise et durcissement.
Dans son mode de mise en oeuvre préféré, une telle composition de l'invention présente une utilité particulière en tant que couche d'enduction en particulier comme souscouche d'enduction, à titre de liant, dans un système de plafonnage composite contenant de la laine minérale, résistant au fléchissement et au gauchissement.
On prépare la composition de l'invention par une réaction entre MO et un sel acide tel qu'un phosphate, sulfate ou chlorure en présence d'une charge inorganique, d'un agent de contrôle d'attaque par les acides constitué par un amino-alcool liquide, et d'eau pour former une suspension durcissable. La chaleur exothermique engendrée par
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la réaction entre le sel acide constitué par un g phosphate, sulfate ou chlorure amène la suspension à durcir à la température ambiante. Toutefois, pour des raisons de production, il peut être souhaitable de chauffer la suspension pour accélérer l'évaporation de l'eau à partir de celle-ci et d'accélérer par suite le durcissement.
La température à laquelle on chauffe le cas échéant la suspension, dépend des nécessités de production de l'usager individuel mettant en oeuvre l'invention.
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Des phosphates acides convenables qui peuvent être utilisés dans le procédé et la composition de l'invention comprennent, par exemple, le phosphate mono-ammonique (NHHPO), le phosphate monosodique (NaH2P04) et le phosphate monopotassique (KH2P04). Des sels acides convenables constitués par des sulfates qui peuvent être utilisés dans le procédé et la composition de l'invention comprennent le
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bisulfate d'ammonium (NH de sodium 4'4 (NaHS04) et le sulfate ferro-ammonique NH,) Fe ).
Des sels acides convenables constitués par des chlorures qui peuvent être utilisés dans le procédé et les compositions
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de l'invention comprennent le chlorure d'ammonium (NH4Cl), le chlorure de zinc (ZnCi) et le chlorure de magnésium (MgCl). Les phosphates acides sont les sels de choix lorsque la composition de l'invention est destinée à être utilisée comme liant en sous-couche d'enduction dans des systèmes de plafonnage résistant au fléchissement. Pour ces applica-
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tions, le phosphate davantage préféré est le phosphate monoCD ammoniaque..
On prépare la composition inorganique durcie par un acide préféré, qui présente une utilité en tant que couche d'enduction dans un système de plafonnage résistant au fléchissement et au gauchissement, conformément à l'invention, par une réaction entre un phosphate acide et de l'oxyde de magnésium en présence d'eau, d'au moins une
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charge inorganique et d'un agent de contrôle d'attaque par CD les acides constitué par un amino-alcool de façon à former une suspension durcissable. Si on le désire, la composition peut également renfermer des accélérateurs (ou retardateurs) de durcissement constitués par des acides minéraux, des épaississants inorganiques et organiques, des pigments inorganiques et organiques et des agents moussants inorganiques et organiques.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, on ajoute le phosphate acide à de l'eau qui
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est de préférence maintenue à une température d'environ 21'C (700F) à environ 54 C (1300F), et de façon davantage préférable à environ 460e (115 F). On ajoute ensuite l'aminoalcool liquide à la solution, que Ton mélange jusqu'à limpidité. On ajoute ensuite à la solution la (ou les) charge (s) inerte (s). On ajoute enfin le MaO à la solution que l'on
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o mélange ensuite de façon à former une suspension de traitee z > ment homogène.
En ce qui concerne les autres ingrédients que l'on peut utiliser dans la composition, un accélérateur de durcissement constitué par un acide minéral, tel que, par exemple de l'acide phosphorique, sulfurique, chlorhydrique, nitrique ou acétique, peut être ajouté à la suspension à tout moment avant l'addition de la charge ou des charges et de MgO. L'accélérateur a pour effet de hater le temps de durcissement de la composition. Par l'utilisation de tels accélérateurs, on peut régler le temps de durcissement de la composition de l'invention de façon à s'adapter aux exigences de production de l'usager individuel mettant en oeuvre l'invention. Si l'on utilise un accélérateur, on l'ajoute
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de préférence après l'addition de l'amino-alcool liquide.
Si on le désire, on peut d'une manière différente augmenter le temps de traitement ou temps d'écoulement de la suspension par l'addition d'une faible quantité de retardateurs de durcissement classiques, tels que l'hydroxyde de sodium, à la solution, ou par modification de température et/ou dilution avec de l'eau. Dans tous les cas et indépendamment des ingrédients qui sont utilisés dans la composition, le M 0 doit toujours être ajouté en dernier à la solution afing d'éviter une hydroxylation.
L'expression amino-alcool utilisée conformément à l'invention est utilisée pour indiquer des alcools substitués par un groupe amine et/ou des amines substituées par un groupe alcool. On a découvert conformément à l'invention que les amino-alcools liquides qui ont un pH dans l'intervalle
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d'environ 10, 5 à environ 13,5 sont utiles comme agents de contrôle d'acides dans la composition de l'invention.
Des exemples d'amino-alcools liquides convenables qui peuvent être utilisés conformément à l'invention comprennent les suivants : 2-diméthyl-aminoéthanol ; 2-ami- no-2-méthyl-l-propanol ; 2, 2-aminodiéthanol ; éthanolamine,
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2-aminoéthanol ; aminoé ; l-diméthylamine-2-propanol isopropanol amine thylé thano lamine ; 1-amino-2-propanol2-amino-2-éthy1-1, 3-propanediol ; diéthylamino éthanol ; diéthyl éthanol amine ;
N-méthyldiéthanolamine ; diméthyl
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amino-2-méthyl-l-propanol Le utilisé selon l'invention est une forme calcinée broyée qui peut être préparée à partir de dolomite (CaMg (C03) 2), magnésite (MaC03) ou à partir d'un hydroxyde C > de magnésium précipité chimiquement qui, pour la plupart des applications de la composition de l'invention, est utilisé conformément à des techniques qui sont exposées d'une manière générale dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n"3 821 006. Toutefois, lorsqu'on l'utilise comme liant dans un système de plafonnage résistant au fléchissement et au gauchissement, le degré de calcination de M 0 doit être g Q propre à produire un poids spécifique de 3,60 0, 05 g/cm, pour former du MoO pratiquement entièrement cristallin.
En outre, lorsqu'on l'utilise pour ces applications, la distribution granulométrique du MO doit se situer dans l'intervalle suivant :
Dimensions Pourcentage supérieures à 15 microns 0 à environ 30
5 à 15 microns environ 50 à environ 100 inférieures à 5 microns 0 à environ 30
Il est préférable d'utiliser d'environ 5 parties en poids à environ 25 parties en poids d'agent de contrôle formé par l'amino-alcool, par rapport aux parties en poids totales d'eau, dans la composition de l'invention.
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Le rapport préféré entre le sel acide constitué par un phosphate et le MO est, en parties en poids, d'environ 1 à environ 2,25 parties en poids de phosphate acide pour chaque partie en poids de MO. Moins de une partie en poids de phosphate acide fournit une composition qui présente un durcissement très faible. Lorsqu'on utilise une quantité de phosphate acide supérieure à environ 2, 25 parties en poids, la réaction entre le phosphate acide et le MgO se déroule trop rapidement et il se produit un effritement pulvérulent dans la composition résultante.
Lorsqu'on 19utilise comme liant pour un système de plafonnage résistant au fléchissement, on préfère que la composition de l'invention contienne d'environ 40 % en poids à environ 70 % en poids de charges, par rapport au poids total de la composition.
Des charges inorganiques qui sont utilisées dans la composition comprennent, par exemple, les suivantes : sable, silice, argile de kaolinite, mica, wollastonite, dolomite, calcaire, quartz népheline, syénite, talc, alumine, aluminium trihydraté,"aluma sil"et/ou kaolinite.
L'utilité d'ensemble de la charge dépend de ses effets sur les propriétés chimiques et rhérologiques de la suspension. Si la charge tend à gonfler ou à absorber de l'eau, la viscosité de la suspension augmente alors jusqu'à un état (qui est supérieur à environ 1500 centipoises) dans lequel la réaction effective entre le phosphate d'ammonium et l'oxyde de magnésium ne se produit pas, si bien qu'aucun durcissement de la suspension n'a lieu. (Dans le cadre de
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l'invention, le durcissement est défini comme un état de 0 dureté qui peut supporter un choc (15 li- vres par pouce carré) sans être fracturé).
Les charges particulières utilisées dans la composition de l'invention dépendent dans une grande mesure de l'application finale de la composition. Par exemple, si la composition est destinée à être employée comme couche
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d'enduction résistante au fléchissement devant être incorporée à un système de plafonnage, on préfère qu'au moins l'une des charges utilisées soit de la dolomite et/ou de la silice.
Les épaississants organiques et inorganiques classiques que l'on peut utiliser selon l'invention comprennent, par exemple des carboxy celluloses, des poly-acrylates de sodium, des alginates de sodium, de la silice amorphe et du mica.
En plus de son utilité comme liant inorganique pour un système de plafonnage, la composition de l'invention peut également être utilisée dans des applications telles que, par exemple, des revêtements de surface protecteurs pour produits de plafonnage, des couches ou âmes pour des nouveaux types de produits de plafonnage, des panneaux en carton épais ou en bois pour plafonnages (lorsqu'ils sont mélangés avec de la laine de verre), des produits pour planchers et/ou murs du type revêtus de carreaux de pavage, des matériaux de fattage exposés à la chaleur, et des matériaux d'isolation pour températures élevées. L'invention sera maintenant illustrée dans ce qui suit par des exemples de mise en oeuvre qui ne sont nullement destinés à limiter son cadre et son esprit.
Il est entendu que les proportions des ingrédients de constitution fondamentaux et que la nature des ingrédients éventuels présents le cas échéant, dans la compositionde l'invention, peuvent varier en fonction de l'application désirée de la composition.
EXEMPLE 1
Cet exemple illustre la préparation de la composition de l'invention et son utilisation comme sous-couche d'enduction pour réduire le degré de fléchissement d'un système de plafonnage.
Dans cet exemple, on ajoute, sous agitation, 30, 7g de phosphate mono-ammonique (NH4H2P04) à 131 g d'eau à environ 460C (1150F).
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On ajoute ensuite à la solution acide, 4,5 g de 2-amino-2-méthyl-l-propanol. On mélange la solution jusqu'à ce qu'elle soit limpide, après quoi on y ajoute 6,3 g d'acide phosphorique. On mélange la solution pendant 15 minutes supplémentaires.
On ajoute ensuite à la solution 7,8 g d'argile de
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kaolinite, 8, g de mica et 38, 8 g de dolomite, en faisant suivre par 37, 0 g de M, pour former une suspension réactive. o Sur deux échantillons d'environ 0, 6 m x 1, 2 m (2 pieds x 4 pieds) d'un panneau de plafonnage à base de fibres minérales ayant l'un (Panneau A) une densité d'environ 11, 9 g/cm de panneau (0,8 livre par pied de panneau) et l'autre (Panneau B) une densité d'environ 22,3 g/cm de panneau (1, 5 livre par pied de panneau), on applique respectivement sur chacun une sous-couche d'enduction avec environ 6 g/dm2 (56 g/pied carré) de la suspension réactive précitée.
On sèche ensuite les panneaux à environ 288 C (550"F) pendant 3 minutes. Puis on applique des revêtements de surface organiques classiques sur chaque panneau pour former les unités de plafonnage composites finales que l'on enduit ensuite avec des peintures de finition classiques. Les panneaux A et B présentent, respectivement, par comparaison avec des panneaux similaires qui ont été revêtus de souscouches d'enduction avec des enduits polymères classiques (mélamine formaldéhyde), respectivement une amélioration de 46 % et de 40 % du degré de fléchissement.
EXEMPLE 2
Dans cet exemple, on suit essentiellement les modes opératoires de l'exemple 1, excepté que l'on change les quantités des ingrédients et que l'on emploie une charge différente, comme indiqué ci-après :
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Ingrédient Quantité NH4H2P04 16,5 g Eau (environ 46 Oc (115 oF 42, 1 g 2-amino-2-méthyl-l-propanol 2,2 g Acide phosphorique 3,9 g
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Charge à base de silice 26, 4 g CD
MgO 8,8 g
Sur deux panneaux, à savoir le Panneau C (densité d'environ 11, 9 g/cm de panneau (0,8 livre par pied de panneau)) et Panneau D (densité d'environ22, 3g/cm de panneau
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(1, livre par pied de panneau)) on applique respectivement 9 une sous-couche d'enduction avec environ 4, 1 g/dm (38 g/pied carré)
de la suspension réactive préparée à partir de la formulation précitée. On sèche les panneaux et on leur applique des revêtements de surface organiques classiques comme dans l'exemple 1. Les Panneaux C et D présentent, respectivement, par comparaison avec des panneaux similaires qui ont été munis d'une sous-couche d'enduction avec des enduits à base de mélamine formaldéhyde, une amélioration de 92 % et de 93 % du degré de fléchissement.