Procédé de fabrication d'un produit en fibro-ciment. La présente invention se rapporte<B>à</B> un procédé de fabrication d'un produit en ci ment, contenant des fibres de cellulose.
Dans la fabrication de produits en fibro- ciment, il a été proposé de remplacer tout ou partie des fibres d'amiante ordinairement employées dans ces produits par un matériel plus économique. Dans ce but, on a utilisé principalement jusqu'ici les fibres de cellu lose.
L'emploi des fibres de cellulose<B>à</B> l'état naturel dans de tels produits présente cepen dant un certain nombre d'inconvénients. La capacité<B>à</B> retenir du ciment de la cellulose, quoique plus grande par unité de poids que celle d'autres matières fibreuses bon marché, par exemple la laine minérale (stone wool), est néanmoins notablement plus faible que celle de l'amiante. En outre, des réactions peuvent se produire entre le ciment et la fibre de cellulose, dues apparemment<B>à</B> la lignine et<B>à</B> l'hémi-cellulose contenues dans la cellulose. Ces réactions entraînent une décom position du matériel qui diminue graduelle ment sa résistance.
Un. autre désavantage des produits en fibres de cellulose et ciment est leur sensi bilité<B>à</B> l'humidité et leur tendance<B>à</B> se rétré cir ou<B>à</B> se gonfler selon la teneur en humi dité ou en eau de la matière environnante. Le gonflement est<B>dû</B> au pouvoir hydratant de la cellulose et de l'hémi-cellulose, ce pouvoir<B>hy-</B> dratant étant dÛ <B>à</B> son tour<B>à</B> la présence de groupes hydroxyles libres dans lesdites subs tances.<B>Il</B> résulte de ce gonflement que la résistance et la vie des produit,% en fibres de cellulose et ciment sont inférieures<B>à</B> celles des produits en ciment contenant de l'amiante.
Des essais ont été faits pour supprimer ces inconvénients en recouvrant les libres de cellulose d'une couche d'argile ou de paraf fine, par exemple. Il a été proposé en outre de eminéraliser les libres par un traitement préliminaire avec du verre soluble ou du chlorure de calcium qui, mélangés au ciment, tendent<B>à</B> réagir avec le calcium ou l'acide silicique du ciment, selon le cas, Pour former du silicate de calcium des les fibres et autour de celles-ci.
Il a été proposé aussi, dans le but, d'empêcher les réactions mentionnées plus haut, d'utiliser de la cellulose pure ou de remplacer les fibres de cellulose par des fibres synthétiques consistant en chlorure de poly vinyle, en esters polyvinyliques ou en copo- lymères de ces esters, ou en fibres végétales ou animales recouvertes ou imprégnées de ces substances. Cependant, les méthodes proposées jusqu'ici n'ont pas donné des résultats satis faisants ou sont trop coûteuses en pratique.
Le procédé selon l'invention pour fabri quer un produit en fibro-eiment est caracté risé en ce qu'on traite des fibres de cellulose avec une solution d'une<B>-</B> résine synthétique capable de réagir chimiquement avec la molé- eule de cellulose pour bloquer les groupes, hydroxyles de cette dernière, ladite solution de résine étant -utilisée en quantité telle que les fibres<B>de</B> cellulose soient pratiquement en robées dans une couche de résine, en ce qu'on mélange les fibres de cellulose ainsi traitées avec un ciment et en ce qu'on façonné en suite le mélange en présence, d'eau.
Parmi les résines synthétiques appropriées a-Li procédé selon l'invention, on peut mention ner les aminoplastes, telles que les résines mélamines et carbamides. Les résines poly- éthylène-imines sont d'autres exemples de ré sines appropriées.
La, résine est choisie en considérant le type et la nature de la cellulose. Ainsi, par exemple, dans le cas d'une cellidose au sulfite ou d'une pâte de.bois mécanique, on -utilise de préférence des résines mélamines, tandis que dans le cas d'une cellulose au sulfate on ob tient les meilleurs résultats avec les résines carbamides. La quantité de solution de résine -utilisée peut varier dans de grandes limites, mais la solution contient de préférence de<B>0,5</B> <B>à 3</B> 1/o de résine sur la base du poids de la cellulose sèche.
Le traitement des libres avec une résine synthétique peut être combiné aussi avec un traitement au moyen de substances hydro phobes effectué après le premier traitement mentionné. Parmi les substances hydrophobes appropriées, on peut mentionner la colophane qui peut être utilisée -en quantitées se montant <B>à 1</B> % environ sur la base du poids de la eel- luilose sèche.
Les fibres de cellulose traitées comme men tionné ci-dessus peuvent être soumises, si on le désire,<B>à</B> un durcissement de la résine par séchage<B>à</B> des températures élevées, par exem ple<B>70 à 800 C,</B> avant le mélange au ciment. Ce traitement peut se faire avantageusement par séchage par pulvérisation, par exemple dans une atmosphère d'air. Si un tel dur- eissement ne se produit pas d'avance, avant le mélange avec le ciment, un durcissement se produit automatiquement lors de la prise du ciment. par suite du dégagement de chaleur qui est ainsi -utilisée pour le durcissement de la résine.
Quelquefois il est avantageux de chauffer le mélange des libres et. du ciment, polir amorcer la réaction exothermique de prise du ciment et polir aceélérer le durcisse ment, vu que le ciment n'est pas toujours apte <B>à</B> faire prise dans le froid du fait de sa te neur relativement haute en fibres. Ce eliauf- fage a-Li moyen d'une source de chaleur exté- rie-Lire s'impose surtout pendant -une période de temps froid.
<B>Il</B> est avantageux que la cellulose soit préalablement défibrée dans un battoir dans la plus petite quantité possible d'eaLi acidifiée <B>à</B> Lin<B>pH</B> de 4,5<B>à 5,5.</B> Un plI bas favorise en effet la rétention de la résine.
Une soluition d'une résine appropriée polir le type de cel lulose en question, par exemple une solution chlorhydrique de résine mélanihie dans le cas d'une pâte de bois au salfate oLi d'une pâte de bois mécanique, ou une solution aqueuse de résine carbamide dans le cas d'une cellulose ait sulfate, est ensuite ajoutée<B>à</B> la masse de libres. La résine, qui forme une solution colloï dale, est alors immédiatement précipitée sur les fibres de cellulose.
La fabrication des pro duits en fibro-ciment peut se faire ensuite par tout procédé humide connu, par exemple le procédé de Hatschek, dans lequel le mélange des fibres et, du ciment et le moulage du mé lange obtenu se font, dans les appareils et les machines du type de ceux utilisés dans la fa brication du papier et du carton. Dans cer tains cas, le produit ainsi façonné peut être soumis<B>à</B> une forte pression pour lui donner l'apparence, la forme extérieure etjou la den sité désirées.
Selon les propriétés recherchées pour le produit en fibro-ciment <B>à</B> fabriquer, il peut être avantageux dans certains cas d'utiliser des mélanges de différents types de libres de cellulose, traitées avec une résine du type ap proprié pour le type de cellulose en question.
Par exemple, il peut, être avantageux d'uti liser des mélanges de pâte de bois au sulfitc et de pâte de bois mécanique, cette dernièrc en quantités allant jusqLi5à <B>25</B> 1/o -environ & mélange, traités avec une résine mélamine, On peut ajouter aussi si on le désire de petites quantités de fibres d'amiante ou d'autre# fibres ayant une bonne capacité de rétentioii <B>du</B> ciment, par exemple des linters (bas- cotons) jusqu'à 201/o.
Les proportions de fibres et de ciment uti lisées peuvent varier dans certaines limites. On peut ajouter avantageusement de<B>8 à</B> 20 kg de fibres, et même pl-Lis, <B>à 100 kg</B> de ciment. On utilise de préférence environ<B>10,</B> 12 ou <B>15 kg</B> de fibres par<B>100 kg</B> de ciment.
Dans le but d'obtenir une prise plus ra pide du ciment, des substances connues pour accélérer la prise, telles que le chlorure de cal cium ou les fluorosilicates de calcium, peuvent être ajoutées au mélange de fibres et de ci ment ou pulvérisées sur les plaques ou les articles pendant leur fabrication.
La tendance, des produits enfibro-cimentob- tenus conformément<B>à</B> l'invention,<B>à</B> se gonfler ou se rétrécir est d'ordinaire réduite de<B>50</B> '/o comparativement<B>à</B> celle des produits en fibres de cellulose et en ciment obtenus par les méthodes connues antérieurement. La résis tance<B>à</B> l'état humide de la libre cimentée est augmentée jusqu'à 20 fois, et la résistance <B>à</B> l'état sec est également considérablement augmentée, dans certains cas jusqu'à<B>50</B> %.<B>Il</B> en résulte une augmentation correspondante de la résistance des plaques ou des articles obtenu-,.
Ainsi, comparativement aux plaques de fibres de cellulose et de ciment obtenues en utilisant des fibres de cellulose naturelles non traitées, des plaques de fibres de cellu lose et de ciment obtenues par le procédé se lon l'invention montrent une réduction de la tendance<B>à</B> se rétrécir ou se gonfler de<B>35 à</B> 501/o, et une augmentation de la résistance<B>à</B> la flexion de plus de<B>50</B> %.
On peut mentionner<B>à</B> titre d'exemples, dans le cas de plaques produites sur une pe tite échelle, que dans un certain cas oà le quotient d'humidité de la plaque (pourcen tage de 1120 calculé sur le poids de la ma tière sèche) était de<B>10</B> %, une plaque en fibres de cellulose et ciment contenant des fibres de cellulose au sulfite non traitées pré sentait un retrait de 14,2 0/100, tandis que pour une plaque similaire contenant de la cellu lose au sulfite traitées avec une solution chlorhydrique<B>à</B> 2 % de résine mélamine, le retrait était de<B>7,
2</B> 0/00. Les valeurs eorres- pondantes pour un quotient d'humidité de 51/o étaient respectivement de 11,2 et de 5,00,100- Pour des plaques fabriquées industrielle ment sur une grande échelle, en utilisant des proportions de<B>90 kg</B> de fibres pour<B>600 kg</B> de ciment et en comprimant les plaques<B>à</B> une pression -de<B>1.00</B> kg/em2, le pouvoir d'absorp tion d'eau, calculé comme quotient d'humidité, est le suivant:
EMI0003.0023
Pour <SEP> des <SEP> plaques <SEP> obtenues
<tb> avec <SEP> une <SEP> cellulose <SEP> au <SEP> sulfite
<tb> non <SEP> traitée <SEP> 32%
<tb> Pour <SEP> des <SEP> plaques <SEP> obtenues
<tb> avec <SEP> une <SEP> cellulose <SEP> au <SEP> sulfite
<tb> traitée <SEP> avec <SEP> <B>3</B> <SEP> '/o <SEP> de <SEP> mélamine <SEP> 21%. La résistance<B>à</B> la flexion desdites plaques après #8 jours d'emmagasinage<B>à</B> l'air est la suivante.
EMI0003.0025
Pour <SEP> des <SEP> plaques <SEP> obtenues
<tb> avec <SEP> une <SEP> cellulose <SEP> au <SEP> sulfite
<tb> non <SEP> traitée <SEP> <B>136</B> <SEP> kg/em2
<tb> Pour <SEP> des <SEP> plaques <SEP> obtenues
<tb> avec <SEP> une <SEP> cellulose <SEP> au <SEP> sulfite
<tb> traitée <SEP> avec <SEP> <B>3</B> <SEP> '/o <SEP> de <SEP> mélamine <SEP> <B>209</B> <SEP> kgiem2.
A method of manufacturing a fiber cement product. The present invention relates <B> to </B> a method of manufacturing a cement product, containing cellulose fibers.
In the manufacture of fiber cement products, it has been proposed to replace all or part of the asbestos fibers ordinarily employed in these products by a more economical material. For this purpose, mainly cellulose fibers have been used up to now.
The use of cellulose fibers <B> in </B> the natural state in such products, however, has a number of drawbacks. The cement-retaining capacity of cellulose, although greater per unit weight than that of other inexpensive fibrous materials, for example stone wool, is nevertheless significantly lower than that of asbestos. In addition, reactions can occur between cement and cellulose fiber, apparently due to <B> </B> the lignin and <B> </B> hemi-cellulose contained in the cellulose. These reactions cause a decomposition of the material which gradually decreases its resistance.
Another disadvantage of cellulose fiber cement products is their sensitivity <B> to </B> moisture and their tendency to <B> to </B> shrink or <B> to </B> swell depending on the moisture or water content of the surrounding material. The swelling is <B> due </B> to the hydrating power of cellulose and hemi-cellulose, this <B> hydrating </B> power being due <B> to </B> in turn < B> to </B> the presence of free hydroxyl groups in said substances. <B> It </B> results from this swelling that the resistance and the life of the product,% in cellulose fibers and cement are lower <B > to </B> those of cement products containing asbestos.
Attempts have been made to eliminate these drawbacks by covering the cellulose fibers with a layer of clay or fine paraffin, for example. It has also been proposed to emineralize the fibers by a preliminary treatment with soluble glass or calcium chloride which, mixed with the cement, tend <B> to </B> react with the calcium or silicic acid of the cement, as the case may be, To form calcium silicate in and around the fibers.
It has also been proposed, with the aim of preventing the reactions mentioned above, to use pure cellulose or to replace the cellulose fibers with synthetic fibers consisting of polyvinyl chloride, polyvinyl esters or polyvinyl ester. - lymers of these esters, or of plant or animal fibers covered or impregnated with these substances. However, the methods proposed so far have not given satisfactory results or are too expensive in practice.
The process according to the invention for manufacturing a fiber cement product is characterized in that cellulose fibers are treated with a solution of a synthetic resin capable of reacting chemically with the fiber. cellulose molecule for blocking the hydroxyl groups of the latter, said resin solution being used in an amount such that the <B> cellulose </B> fibers are practically packed in a resin layer, in that The cellulose fibers thus treated are mixed with a cement and the mixture is subsequently shaped in the presence of water.
Among the suitable synthetic resins a-Li process according to the invention, mention may be made of aminoplasts, such as melamine and carbamide resins. Polyethyleneimine resins are further examples of suitable resins.
The resin is chosen considering the type and nature of the cellulose. Thus, for example, in the case of a sulphite cellulose or of a mechanical wood pulp, preferably melamine resins are used, while in the case of a sulphate cellulose the best results are obtained. with carbamide resins. The amount of resin solution used can vary within wide limits, but the solution preferably contains <B> 0.5 </B> <B> to 3 </B> 1 / o resin based on the weight of dry cellulose.
The treatment of fibers with a synthetic resin can also be combined with a treatment by means of hydrophobic substances carried out after the first mentioned treatment. Among suitable hydrophobic substances there may be mentioned rosin which can be used in amounts amounting to about <B> 1%% based on the weight of the dry elilose.
Cellulose fibers treated as mentioned above may be subjected, if desired, to <B> </B> curing of the resin by drying <B> at </B> elevated temperatures, for example. <B> 70 to 800 C, </B> before mixing with cement. This treatment can advantageously be carried out by spray drying, for example in an air atmosphere. If such hardening does not occur in advance, before mixing with the cement, hardening occurs automatically when the cement sets. as a result of the release of heat which is thus used for the curing of the resin.
Sometimes it is advantageous to heat the mixture of free and. cement, polish initiate the exothermic setting reaction of the cement and polish to accelerate the hardening, since the cement is not always suitable <B> to </B> set in the cold because of its relatively high temperature in fiber. This medium a-Li heating from an external heat source is especially necessary during a period of cold weather.
<B> It </B> is advantageous that the cellulose is previously defibrated in a beater in the smallest possible quantity of acidified water <B> to </B> Lin <B> pH </B> of 4.5 <B> to 5.5. </B> A low fold actually promotes resin retention.
A solution of a suitable resin polish the type of cellulose in question, for example a hydrochloric solution of melanihic resin in the case of a wood pulp with salfate oLi of a mechanical wood pulp, or an aqueous solution of resin carbamide in the case of a sulphate cellulose, is then added <B> to </B> the mass of fibers. The resin, which forms a colloidal solution, is then immediately precipitated on the cellulose fibers.
The manufacture of the fiber-cement products can then be done by any known wet process, for example the Hatschek process, in which the mixing of the fibers and the cement and the molding of the mixture obtained are carried out, in the apparatus and machines of the type used in the manufacture of paper and board. In some cases, the product so shaped may be subjected to <B> </B> strong pressure to give it the desired appearance, exterior shape and density.
Depending on the desired properties for the fiber cement product <B> to </B> to manufacture, it may be advantageous in certain cases to use mixtures of different types of cellulose fibers, treated with a resin of the type suitable for the type of cellulose in question.
For example, it may be advantageous to use mixtures of sulfite wood pulp and mechanical wood pulp, the latter in amounts up to <B> 25 </B> 1 / o -about & mixture, treated. with a melamine resin. If desired, small quantities of asbestos fibers or other fibers can also be added with a good <B> cement </B> retention capacity, for example linters (low- cottons) up to 201 / o.
The proportions of fibers and cement used can vary within certain limits. One can advantageously add <B> 8 to </B> 20 kg of fibers, and even pl-Lis, <B> to 100 kg </B> of cement. Preferably about <B> 10, </B> 12 or <B> 15 kg </B> of fibers are used per <B> 100 kg </B> of cement.
In order to obtain a more rapid setting of the cement, substances known to accelerate the setting, such as calcium chloride or calcium fluorosilicates, may be added to the mixture of fibers and cement or sprayed onto the cement. plates or articles during their manufacture.
The tendency of fiber cement products made in accordance with the invention to <B> swell or shrink </B> is usually reduced by <B> 50 </B> '/ o compared <B> to </B> that of cellulose fiber and cement products obtained by previously known methods. The <B> to </B> wet strength of the cemented bond is increased up to 20 times, and the <B> to </B> dry strength is also considerably increased, in some cases up to <B> 50 </B>%. <B> This </B> results in a corresponding increase in the resistance of the plates or articles obtained.
Thus, compared to the sheets of cellulose and cement fibers obtained by using untreated natural cellulose fibers, sheets of cellulose and cement fibers obtained by the process according to the invention show a reduction in the tendency <B > to </B> shrink or swell from <B> 35 to </B> 501 / o, and an increase in resistance <B> to </B> flexion of more than <B> 50 </ B>%.
By way of example, in the case of plates produced on a small scale, it may be mentioned <B> as </B> that in a certain case the moisture quotient of the plate (percentage of 1120 calculated on the basis of dry matter weight) was <B> 10 </B>%, a cellulose fiber cement board containing untreated sulphite cellulose fibers showed a shrinkage of 14.2 0/100, while for a similar plate containing sulphite cellulose treated with a <B> </B> 2% hydrochloric solution of melamine resin, the shrinkage was <B> 7,
2 </B> 0/00. The corresponding values for a moisture quotient of 51 / o were respectively 11.2 and 5.00,100- For plates manufactured industrially on a large scale, using proportions of <B> 90 kg </ B> of fibers for <B> 600 kg </B> of cement and by compressing the plates <B> to </B> a pressure of <B> 1.00 </B> kg / em2, the power to absorb tion of water, calculated as a moisture quotient, is as follows:
EMI0003.0023
For <SEP> of the <SEP> plates <SEP> obtained
<tb> with <SEP> a <SEP> cellulose <SEP> with <SEP> sulphite
<tb> not <SEP> processed <SEP> 32%
<tb> For <SEP> of the <SEP> plates <SEP> obtained
<tb> with <SEP> a <SEP> cellulose <SEP> with <SEP> sulphite
<tb> treated <SEP> with <SEP> <B> 3 </B> <SEP> '/ o <SEP> of <SEP> melamine <SEP> 21%. The resistance to <B> to </B> bending of said plates after # 8 days of storage in <B> in </B> air is as follows.
EMI0003.0025
For <SEP> of the <SEP> plates <SEP> obtained
<tb> with <SEP> a <SEP> cellulose <SEP> with <SEP> sulphite
<tb> not <SEP> processed <SEP> <B> 136 </B> <SEP> kg / em2
<tb> For <SEP> of the <SEP> plates <SEP> obtained
<tb> with <SEP> a <SEP> cellulose <SEP> with <SEP> sulphite
<tb> treated <SEP> with <SEP> <B> 3 </B> <SEP> '/ o <SEP> of <SEP> melamine <SEP> <B> 209 </B> <SEP> kgiem2.