EP2935149A1 - Composition pour plaques de platre et produits obtenus - Google Patents

Composition pour plaques de platre et produits obtenus

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Publication number
EP2935149A1
EP2935149A1 EP13818340.5A EP13818340A EP2935149A1 EP 2935149 A1 EP2935149 A1 EP 2935149A1 EP 13818340 A EP13818340 A EP 13818340A EP 2935149 A1 EP2935149 A1 EP 2935149A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composition
nanometric
plaster
aluminum trihydroxide
boehmite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13818340.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Bouteiller
Sylvain Petigny
Yves Boussant-Roux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Placo SAS
Original Assignee
Saint Gobain Placo SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Placo SAS filed Critical Saint Gobain Placo SAS
Publication of EP2935149A1 publication Critical patent/EP2935149A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B11/00—Calcium sulfate cements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/14—Producing shaped prefabricated articles from the material by simple casting, the material being neither forcibly fed nor positively compacted
    • B28B1/16—Producing shaped prefabricated articles from the material by simple casting, the material being neither forcibly fed nor positively compacted for producing layered articles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres
    • E04C2/043—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres of plaster
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the present invention relates to a gypsum-based composition that can be used to form products for the construction, in particular that can be used to form plates or plaster tiles intended in particular for the formation and / or covering of partitions or ceilings. of buildings, or to form joints, etc.
  • the invention also relates to the use of such a composition for the manufacture of said products, as well as the products obtained.
  • the raw material of the gypsum-based compositions used in the manufacture of construction products is di-hydrated calcium sulphate (or gypsum) of natural or synthetic origin.
  • This calcium sulphate in powder form, is generally cooked which dehydrates it into calcium sulphate semihydrate or anhydrous calcium sulphate or a mixture of these two forms, this dehydrated product being commonly called plaster.
  • Mixing this plaster with water gives a mixture which solidifies by reforming calcium sulphate dihydrate.
  • the plaster can be molded, shaped to obtain various shapes, including plates (commonly known as plasterboard extension), or joints, etc.
  • These plates are generally formed of a core based on plaster, this core possibly being coated with one or more layers, for example of protection and / or reinforcement, in particular of a reinforcing sheet (for example fiber-based or cardboard) on each side.
  • gypsum boards In order to improve this resistance, it is in particular known for gypsum boards to add various additives to the plaster composition, making it possible, if necessary, to limit or delay the dimensional variation (or shrinkage) of the plates under the effect of heat, such as vermiculite, perlite, crystalline silica, or additives in the form of clay materials, boron compounds or silicon or aluminum, etc.
  • additives such as vermiculite, perlite, crystalline silica, or additives in the form of clay materials, boron compounds or silicon or aluminum, etc.
  • the use of certain additives may be tricky or these additives may result in significant additional cost, the improvement in fire resistance may also remain low.
  • the present invention therefore sought to develop an improved product based on plaster, in particular of the plasterboard or plasterboard type or joint, having a particularly satisfactory dimensional stability at high temperature and more particularly at a very high temperature, while remaining simple embodiment, this product possibly requiring less glass fibers or can be made without glass fibers while maintaining good dimensional stability at high and very high temperature.
  • composition based on plaster according to the invention characterized in that it comprises (as an additive, making it possible to improve the dimensional stability / to limit the shrinkage at high temperature, in particular at very high temperature ) nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide.
  • said composition comprises (initially), in percentages by weight (or mass percentages) relative to the dry total mixture:
  • the percentages by weight are given with respect to the dry total mixture (or dry extract, the total dry mixture including in particular plaster, boehmite and / or aluminum trihydroxide, and possibly vermiculite , fibers and one or more additives as mentioned later), that is to say the mixture devoid of (or after extraction of) any liquid medium used for the dispersion of the components, in particular devoid of water.
  • the composition is formed from the indicated components, (usually mixed) in the given rates with respect to the dry blend.
  • the composition may also comprise one or more additives and / or additional components usually used in this field and / or facilitating the use of the composition and / or improving its resistance, in particular to fire, and / or improving other properties, as specified later.
  • the composition may also comprise:
  • additives chosen in particular from vermiculite, mineral and / or refractory fibers, silica, clay (other possible additives such as surfactants, retarders or setting accelerators, etc. are also listed later), etc.
  • the present invention also relates to the preparation of a composition ("flame retarded" or having improved fire resistance, particularly in the sense of having better dimensional stability at high temperature) based on plaster, comprising a step of preparing a mixture based on (at least) nanoscale plaster and boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide and / or to be added to a gypsum based composition of the nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide.
  • a construction element in particular of small thickness relative to its surface, such as a plate
  • a plaster-based composition comprising nanometric boehmite and / or trihydroxide of nanometric aluminum
  • the invention also relates to a method for fireproofing a gypsum / gypsum based product formed from a plaster-based composition, in which nanoscale boehmite is added to said gypsum-based composition and or nanometric aluminum trihydroxide.
  • nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide at a preferential rate of 0.1 to 10% by weight of nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide relative to the mixture dry total forming the composition
  • the addition of nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide can be optionally initially in the plaster-based mixture or later in the composition before the final shaping of the portion of the product (usually the core of the product) based on this composition.
  • the present invention also relates to the construction element (for example the plate or the joint) obtained from the composition and / or one or the other of the preceding processes and having improved fire resistance.
  • the present invention also relates more generally to the use of nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide (especially the use of the composition described above) for the manufacture of products based on plaster.
  • the present invention has demonstrated that the addition of nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide to a gypsum-based composition makes it possible to confer on a product (based on gypsum) prepared from this composition, properties of resistance or fire resistance, in particular dimensional stability at high temperature, and more particularly at very high temperature (above 850 ° C., in particular greater than 900 ° C., or even higher than 1000 ° C.), improved, and allows in particular to substitute with advantage (and all the more so that the performance is evaluated at very high temperature) all or part of the components usually added to improve the fire resistance, such as glass fibers, or vermiculite (Which do not allow if necessary to obtain sufficient dimensional stability at very high temperature).
  • the term "plaster” is understood to mean a hydratable calcium sulphate (for example obtained by baking a gypsum), consisting in particular (in particular, for the majority or in all) of calcium sulphate hemihydrate, which whatever its crystalline form, and / or optionally anhydrous calcium sulphate, these components may be of natural or synthetic origin, this hydratable calcium sulphate may also include some impurities such as SiO 2 , MgO, etc. In particular, any plaster suitable for the preparation of conventional gypsum boards may be used.
  • a hydratable calcium sulphate for example obtained by baking a gypsum
  • this hydratable calcium sulphate may also include some impurities such as SiO 2 , MgO, etc.
  • any plaster suitable for the preparation of conventional gypsum boards may be used.
  • bohemite is meant an aluminum oxyhydroxide (also called alumina monohydrate, or alternatively (mono) hydroxide of aluminum oxide) of formula AIO (OH) (in particular the gamma polymorph); aluminum trihydroxide is understood to mean an aluminum (tri) hydroxide (also called (tri) hydrate of alumina, or alternatively (tri) hydrate of aluminum oxide) of formula AI (OH) 3 ; nanometric component (bohemite and / or aluminum trihydroxide) means particles (of or forming this component) having a size or size of less than 950 nanometers, preferably less than 750 nm, and in particular less than 500 nm, whatever the shape of these particles.
  • the size of a particle is called its equivalent diameter, that is to say the diameter of the sphere which would behave identically during the particle size analysis (or of the powder formed of said particles) forming (initially) the component considered, the particle size distribution (set of particle sizes) being measured in particular by laser granulometry.
  • x% by weight of nanoscale component means that the composition incorporates x% by weight of particles of this component having a size of less than 950 nm (preferably less than 750 nm). , and in particular less than 500 nm), other particles of this larger size component may however be present in the composition (in other words, x% of nanoscale component means x% of nanoscale particles (of this component) / less than 950 nm).
  • the size of the particles is measured by laser granulometry, for example using a particle size sold under the reference Partica LA-950 by the company Horiba, the powders being analyzed in water, without the use of ultrasound.
  • nanometric boehmite or nanometric aluminum trihydroxide makes it possible to significantly improve the fire resistance and / or to significantly reduce the amount of usual components such as glass fibers or vermiculite (used until the end of the process).
  • the addition of nanometric boehmite is also particularly preferred over the addition of aluminum trihydroxide in the present invention.
  • the content of nanometric boehmite and / or nanometric aluminum trihydroxide in the plaster composition defined according to the invention is greater than 0.2%, especially greater than 0.3%, in particular greater than 0.4%, or even greater than 0.5. % by weight, or even greater than 0.7% by weight.
  • the content of one and / or the other of these compounds is less than 8%, especially less than 7%, in particular less than 6%, or even less than 5%, or even less than 4%. or 3%, or alternatively less than 2.5% by weight.
  • the size of nanoscale boehmite particles and / or nanometric aluminum trihydroxide is advantageously less than 750 nanometers, or even less than 500 nm, or even less than 400 nm, especially less than 300 nm, in particular less than 200 nm. nm. It is also advantageously greater than 20 nm, especially greater than 50 nm, in particular greater than 60 nm, and even greater than 80 nm.
  • the form factor (defined as the L / L ratio between the largest dimension L and the largest dimension I in the plane perpendicular to L) of the nanoscale boehmite particles and / or nanometric aluminum trihydroxide is less than 15, in particular less than 10, this factor also being preferably greater than 2, in particular greater than 3.
  • nanoscale boehmite particles and / or nanometric aluminum trihydroxide particles are advantageously in the form of platelets. of substantially parallelepiped shape. The shape of the particles is in particular determined by scanning electron microscope.
  • the composition according to the invention comprises from 0.5 to 6% by weight of boehmite particles having a size of less than 750 nm, preferably of size between 20 and 500 nm.
  • Nanometric boehmite is particularly preferred in the present invention to obtain the desired plates having particular dimensional stability particularly satisfactory at very high temperature.
  • the composition based on plaster is generally prepared by mixing the various components so as to obtain a powder (especially dispersible in water before use) or a more or less fluid paste (including a ready-to-use composition), the components in solid form or in the form of suspension or dispersion in particular, and water is optionally added.
  • the plaster-based composition (obtained) according to the invention can thus be in solid (powder, etc.) or liquid (dispersion, etc.) form.
  • Boehmite (respectively aluminum trihydroxide) may in particular be introduced into the mixture or into the pulp in the form of a powder (in particular particles having a size of less than 950 nm) or in the form of a colloidal suspension (dispersion in water or an acid in particular).
  • this additive (boehmite and / or aluminum trihydroxide) is introduced in the form of a colloidal suspension comprising, for example, between 5 and 50% of nanometric boehmite and / or of nanometric aluminum trihydroxide, and between 50 and and 95% by weight of a medium such as water or an acid.
  • the plaster used can be any usual plaster; it may be in the form of a powder or already in the form of a paste formed by mixing with water. More broadly, the mixture in which the nanometric boehmite and / or the nanometric aluminum trihydroxide is added may be any pre-existing gypsum-based mixture, optionally incorporating other additives. The proportion of plaster in the composition is at least 55% by weight in order to obtain sufficient strength.
  • Water is, if necessary, added to the composition according to the invention in order to allow its implementation and its transformation to obtain for example a construction element (such as a plate). If necessary, at least a portion of the water may be added in the form of foam (or possibly foaming may be operated in the liquid composition) in particular to reduce the weight of the drywall.
  • foaming agents may be added for obtaining the foam, such as ionic surfactants and / or nonionic surfactants, their level being for example between 0.01 and 2% by weight of the composition.
  • the composition according to the invention may also comprise vermiculite.
  • the vermiculite formed in particular of a silicate of alumina, iron, magnesium and potassium
  • the level of vermiculite remains less than 10% by weight of the composition.
  • the composition according to the invention may also comprise fibers, in particular mineral and / or refractory fibers, said fibers preferably being glass fibers.
  • These fibers can be short (on the order of 3 to 6 mm on average), long (on the order of 10 to 24 mm on average), or intermediate dimensions. They may be in unbound form or in the form of a network of intersecting fibers, such as a mat of fibers or a fabric. These fibers contribute to increasing the mechanical strength of the products obtained, in particular at high temperature. Preferably, the fiber content remains below 10% by weight of the composition.
  • fibers in the form of veil, fabric, mat, etc.
  • other reinforcements sheet of cardboard, etc.
  • additives or components may also be present in the composition according to the invention (provided, if appropriate, by certain other components or added independently to the composition).
  • These additives may for example be one or more of the following agents: water-repellent agent (silicone, oil, wax, starch, polymer for example of the polyvinyl alcohol type (PVOH), polyvinyl acetate (PVAc), styrene-butadiene (SBR), etc.) , setting accelerator (fine gypsum powder, potassium sulphate, etc.) or setting retarder (of the protein or carboxylic acid type, for example), deformation inhibitor or anti-settling agent (starches, cellulose ethers, polymers PVOH, PVAc, SBR, etc.), recalcination inhibitor (sugar type, starch, boric acid, etc.), foam stabilizer, surfactant or foaming agent, binder, bactericide, fungicide, biocidal agent, pH adjuster, coloring agent, flame retardant and / or fill
  • the invention also relates to the use of a composition according to the invention for the manufacture of an object, for example molded or extruded, in particular for the manufacture of a plaster tile or a plate plaster, or for the manufacture of seals, and relates to objects (molded or extruded) such as tiles or plates or seals, comprising (or obtained from) such a composition.
  • the plates (or tiles or panels) of plaster are for example obtained by a method, preferably continuous, comprising the following steps: - Preparation of a paste by mixing the various constituents of the plaster composition as already mentioned (this composition to form the core of the plate), for example in a mixer;
  • a plate is obtained in which the core is a composition based on gypsum (initially based on plaster).
  • the invention also relates to joints or plasterboard (or tiles) obtained, the dimensions of the plates generally vary according to their destination.
  • gypsum boards for the manufacture of partitions can reach 5 m in length and 1 .20 m in width and their thickness can vary between 6 and 35 mm.
  • these plates have a density of between 0.5 and 2.0 g / cm 3 , preferably between 0.6 and 1.0 g / cm 3 .
  • These plates may be provided with reinforcement (s) (based in particular on mineral or refractory or cellulosic fibers) on the surface, for example in the form of haze (s), fabric (s), paper (s), mat (s), grid (s), etc. or combination of these different reinforcing elements.
  • reinforcement based in particular on mineral or refractory or cellulosic fibers
  • the products according to the invention are enriched in aluminum (observation by chemical analysis), have nodules, consisting in particular of aluminum and oxygen, mixed with the structure in gypsum (observation by scanning electron microscope), and have a mass loss around 220-320 ° C for aluminum trihydroxide products and around 400-500 ° C for boehmite products (thermogravimetric analysis (TGA)).
  • TGA thermogravimetric analysis
  • Plasterboard 20 cm x 25 cm were prepared by mixing 100 parts by weight of plaster with 0.6 parts of starch (sold under the reference Cargill C Plus by the company Cargill) and where appropriate with the dry materials (in amounts also expressed in parts by weight (per 100 parts by weight of plaster)) given in Tables 1 to 3 below, and with demineralised water, then adjusting the density of the mixture with foamed water (obtained by mixing water and about 1% by weight relative to the water of sodium alkyl ether sulfate foaming agent sold under the reference Millifoam C by Huntsman Corporation) to obtain plates having a density 0.85 ⁇ 0.02 after drying for 19 minutes in a microwave oven (at the power of 750W) and then for about 12 hours in an oven at 40 ° C (to obtain a complete hardening of the plates).
  • 200 mm and width equal to 150 mm were taken (in particular by cutting) and placed in an oven with a temperature rise speed programmed according to ISO834, the dimensional variation of the width of the sample being recorded continuously. After approximately 13 minutes, the temperature reaching 700 ° C., the withdrawal of the sample R700 was measured if necessary. After 60 minutes, the temperature reaching 945 ° C, the shrinkage of the R945 sample was measured. After 120 minutes, the temperature reaching 1049 ° C, the shrinkage of the R1049 sample was measured.
  • the procedure was as in Reference Example 2, this time adding 0.8 parts by weight of glass fibers of 12 mm in length sold under the reference Duracore SF Plus type. M300 by the company Johns Mansville, and 2.5 parts by weight of a fluidifying agent (in the form of a sodium salt of a sulfonated polynaphthalene acid) sold under the reference Proletor PNS 747L by the company Protex.
  • a fluidifying agent in the form of a sodium salt of a sulfonated polynaphthalene acid
  • nanoscale boehmite powder (called B3 powder in the table) having particles in the form of spheres having (all) a size of less than 500 nm (and in particular a large content of particles smaller than 200 nm) or at least about 0.93% by weight of nanometric boehmite relative to the dry total mixture, these particles having a form factor of the order of 1.
  • Example 4 The procedure was as in Example 4, replacing the B3 powder with the same level of another nanoscale boehmite powder (called B2 powder in the table), this time having particles in the form of rods having (all) a smaller size. at 500 nm (and in particular a high level of particles smaller than 200 nm), these particles having a form factor of the order of 2.
  • B2 powder nanoscale boehmite powder
  • Example 6 according to the invention The procedure was as in Example 4, replacing the B3 powder with the same level of another nanoscale boehmite powder (called B1 powder in the table), this time presenting particles in the form of platelets having (all) a smaller size. at 500 nm (and in particular a high level of particles smaller than 200 nm), these particles having a form factor of the order of 10.
  • B1 powder nanoscale boehmite powder
  • Example 4 The procedure was as in Example 4, replacing the B3 powder with the same level of the nanometric bohemite 'B1-sol' seen previously.
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, this time adding 2 parts by weight (instead of one part) of nanometric boehmite B1-sol, ie approximately 1 .9% by weight of nanometric boehmite with respect to the total dry mixture.
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, this time adding 3 parts by weight (instead of one part) of nanometric boehmite B1-sol, ie about 2.81% by weight of nanometric boehmite relative to the total dry mixture.
  • Example 4 The procedure was as in Example 1, this time adding 5 parts by weight (instead of one part) of nanometric boehmite B1-sol and adding 0.6 parts by weight of the fluidizing agent (to adjust the viscosity) used. in Reference Example 4, all vermiculite being further removed from the composition, ie about 4.71% by weight of nanometric boehmite in the composition based on the total dry mix.
  • Example 10 The procedure was as in Example 10, replacing the nanometric boehmite B1-sol by the same rate of a boehmite in the form of a powder (called B4 powder in the table) this time having a D50 of approximately 2.7 ⁇ , approximately 20. % by weight of the particles of this bohemite having a size of less than 750 nm (ie at least about 0.94% by weight of nanometric boehmite relative to the dry total mixture), the fluidizing agent having been removed as superfluous.
  • B4 powder in the table this time having a D50 of approximately 2.7 ⁇ , approximately 20. % by weight of the particles of this bohemite having a size of less than 750 nm (ie at least about 0.94% by weight of nanometric boehmite relative to the dry total mixture), the fluidizing agent having been removed as superfluous.
  • Reference Example 5 The procedure was as in Example 11, replacing the boehmite B4-powder with an aluminum trihydroxide AI (OH) 3 , sold under the reference SH500 by the company Alcan (and called ATH1 in Table 3), having a D50 of about 50 to 60 microns and having no particles smaller than 1 micron.
  • OH aluminum trihydroxide AI
  • Example 2 The procedure was as in Example 1, replacing the nano bohemite with a bohemite, sold under the reference PURAL NF by the company Sasol (and called B5 powder in Table 3), having a D50 of about 8-10 microns and not having particles smaller than 1 micron.
  • plasterboards of 20 cm ⁇ 25 cm were prepared by mixing 100 parts by weight of a dry mixture comprising 71.1% by weight of plaster, 24.0% by weight of calcium carbonate, and 4.9% by weight of powder B3 (described in Example 4) with 48 parts of demineralized water to obtain plates having a density of 1 .12 ⁇ 0.02 after drying for 48 hours in the open air.
  • composition according to the invention can in particular be used with advantages to obtain gypsum board fire resistant and intended for the formation and / or the cladding of the partitions or ceilings of buildings.

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Abstract

L'invention concerneune composition à base de plâtre, comprenantde la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique,cette composition permettant d'obtenir des produits présentant une meilleure stabilité dimensionnelle à haute et en particulier à très hautetempérature. L'invention concerne également le procédé d'obtention des produits et les produits réalisés.

Description

COMPOSITION POUR PLAQUES DE PLATRE
ET PRODUITS OBTENUS
La présente invention concerne une composition à base de plâtre pouvant être utilisée pour former des produits pour la construction, en particulier pouvant être utilisée pour former des plaques ou des carreaux de plâtre destinés notamment à la formation et/ou l'habillage des cloisons ou plafonds de bâtiments, ou pour former des joints, etc. L'invention concerne également l'utilisation d'une telle composition pour la fabrication desdits produits, ainsi que les produits obtenus.
La matière première des compositions à base de plâtre utilisées pour fabriquer des produits pour la construction est un sulfate de calcium di-hydraté (ou gypse), d'origine naturelle ou synthétique. Ce sulfate de calcium, sous forme de poudre, subit généralement une cuisson qui le déshydrate en sulfate de calcium semi-hydraté ou en sulfate de calcium anhydre ou en un mélange de ces deux formes, ce produit déshydraté étant communément appelé plâtre. En mélangeant ce plâtre avec de l'eau on obtient une gâchée qui se solidifie en reformant du sulfate de calcium di-hydraté. Par de telles étapes successives de déshydratation et de réhydratation, le plâtre peut être moulé, façonné pour obtenir diverses formes, notamment des plaques (communément appelées par extension plaques de plâtres), ou encore des joints, etc. Ces plaques sont généralement formées d'un cœur à base de plâtre, ce cœur pouvant être revêtu le cas échéant d'une ou de plusieurs couches, par exemple de protection et/ou de renforcement, notamment d'une feuille de renfort (par exemple à base de fibres ou en carton) sur chaque face.
Les plaques de plâtre de même que les joints réalisés doivent répondre à différentes exigences liées à leur utilisation pour la construction, en particulier doivent être conformes aux exigences réglementaires en matière de résistance au feu.
Afin d'améliorer cette résistance, il est notamment connu pour les plaques de plâtre d'ajouter à la composition de plâtre divers additifs, permettant le cas échéant de limiter ou de retarder la variation dimensionnelle (ou retrait) des plaques sous l'effet de la chaleur, tels que la vermiculite, la perlite, la silice cristalline, ou encore des additifs sous forme de matériaux argileux, de composés du bore ou du silicium ou de l'aluminium, etc. La mise en œuvre de certains additifs peut néanmoins s'avérer délicate ou ces additifs peuvent entraîner un surcoût important, l'amélioration de la résistance au feu pouvant en outre rester faible.
Il est également connu et usuel d'incorporer des fibres de verre dans les plaques de plâtre afin notamment de maintenir la cohésion du cœur en cas de retrait sous l'effet de la chaleur. L'incorporation et la manipulation des fibres de verre rendent néanmoins la fabrication des plaques plus complexe et coûteuse.
Il existe en outre des applications qui exigent une résistance au feu plus importante que celle des plaques de plâtre classiquement utilisées.
La présente invention a donc cherché à mettre au point un produit amélioré à base de plâtre, en particulier de type plaque ou carreau de plâtre ou joint, présentant une stabilité dimensionnelle particulièrement satisfaisante à haute température et plus spécialement à très haute température, tout en restant de réalisation simple, ce produit nécessitant le cas échéant moins de fibres de verre voire pouvant être réalisé sans fibres de verre tout en conservant une bonne stabilité dimensionnelle à haute et à très haute température.
Ce but est atteint grâce à la composition à base de plâtre selon l'invention, caractérisée en ce qu'elle comprend (comme additif, permettant d'améliorer la stabilité dimensionnelle/de limiter le retrait à haute température, en particulier à très haute température) de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique. Avantageusement, ladite composition comprend (initialement), en pourcentages en poids (ou pourcentages massiques) par rapport au mélange total sec:
- de 55 à 99.9%, en particulier de 55 à 98%, en poids de plâtre, - de 0.1 à 10% en poids de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique.
Sauf mention contraire dans la présente invention, les pourcentages en poids sont donnés par rapport au mélange total sec (ou extrait sec, le mélange total sec comprenant notamment le plâtre, la boéhmite et/ou le trihydroxyde d'aluminium, et éventuellement de la vermiculite, des fibres et un ou des additifs comme mentionnés ultérieurement), c'est-à-dire le mélange dénué de (ou après extraction de) tout médium liquide éventuel servant à la dispersion des composants, en particulier dénué d'eau. La composition est formée à partir des composants indiqués, (généralement mélangés) dans les taux donnés par rapport au mélange en sec.
La composition peut également comprendre un ou plusieurs additifs et/ou composants supplémentaires habituellement utilisés dans ce domaine et/ou facilitant la mise en œuvre de la composition et/ou améliorant sa résistance, notamment au feu, et/ou améliorant d'autres propriétés, comme précisé ultérieurement. En particulier la composition peut également comprendre :
- de 0 à 10 % en poids d'au moins un ou plusieurs additifs (notamment tels que précisés ultérieurement) choisis en particulier parmi la vermiculite, des fibres minérales et/ou réfractaires, de la silice, de l'argile (d'autres additifs possibles tels que des agents tensioactifs, des agents retardateurs ou accélérateurs de prise, etc. étant également listés ultérieurement), etc.
La présente invention concerne également la préparation d'une composition (« ignifugée », ou présentant une tenue au feu améliorée, dans le sens notamment où elle présente une meilleure stabilité dimensionnelle à haute température) à base de plâtre, comprenant une étape consistant à préparer un mélange à base (au moins) de plâtre et de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique et/ou à ajouter à une composition à base de plâtre de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un élément de construction (en particulier de faible épaisseur relativement à sa surface, tel qu'une plaque) utilisant la composition selon l'invention, et selon lequel on forme par mélange (selon l'étape de préparation précédente) une composition à base de plâtre comprenant de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique, puis on met en forme ladite composition, en particulier par extrusion et/ou moulage, avant séchage éventuel. L'invention concerne également un procédé d'ignifugation d'un produit à base de gypse/plâtre, formé à partir d'une composition à base de plâtre, dans lequel on ajoute à ladite composition à base de plâtre de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique. Dans les procédés précédemment mentionnés, l'ajout de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique (à un taux préférentiel de 0.1 à 10 % en poids de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique par rapport au mélange total sec formant la composition) peut se faire le cas échéant initialement dans le mélange à base de plâtre ou ultérieurement dans la composition avant la mise en forme définitive de la partie du produit (généralement le cœur du produit) basée sur cette composition.
La présente invention concerne également l'élément de construction (par exemple la plaque ou le joint) obtenu à partir de la composition et/ou de l'un ou l'autre des procédés précédents et présentant une tenue au feu améliorée. La présente invention concerne également plus généralement l'utilisation de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique (notamment l'utilisation de la composition décrite précédemment) pour la fabrication de produits à base de plâtre.
La présente invention a mis en évidence que l'ajout de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique à une composition à base de plâtre permet de conférer à un produit (à base de gypse) préparé à partir de cette composition, des propriétés de résistance ou tenue au feu, notamment une stabilité dimensionnelle à haute température, et plus spécialement à très haute température (supérieure à 850°C, en particulier supérieure à 900°C, voire supérieure à 1000°C), améliorées, et permet en particulier de substituer avec avantages (et ceci d'autant plus que les performances sont évaluées à très haute température) tout ou partie des composants habituellement ajoutés en vue d'améliorer la résistance au feu, tels que les fibres de verre, ou la vermiculite (lesquels ne permettent pas le cas échéant d'obtenir une stabilité dimensionnelle suffisante à très haute température). Par la suite dans la présente invention, on entend notamment par plâtre un sulfate de calcium hydratable (par exemple obtenu par cuisson d'un gypse), constitué en particulier (notamment en majorité ou en totalité) de sulfate de calcium semi-hydraté, quelle que soit sa forme cristalline, et/ou éventuellement de sulfate de calcium anhydre, ces composants pouvant être d'origine naturelle ou synthétique, ce sulfate de calcium hydratable pouvant également inclure quelques impuretés telles que du SiO2, du MgO, etc. On peut utiliser notamment tout plâtre convenant à la préparation des plaques de plâtre classiques.
Par boéhmite, on entend un oxyhydroxyde d'aluminium (encore appelé monohydrate d'alumine, ou encore (mono)hydroxyde d'oxyde d'aluminium) de formule AIO(OH) (en particulier le polymorphe gamma); par trihydroxyde d'aluminium, on entend un (tri)hydroxyde d'aluminium (encore appelé (tri)hydrate d'alumine, ou encore (tri)hydrate d'oxyde d'aluminium) de formule AI(OH)3 ; par composant (boéhmite et/ou trihydroxyde d'aluminium) nanométrique, on entend des particules (de ou formant ce composant) présentant une dimension ou taille inférieure à 950 nanomètres, de préférence inférieure à 750 nm, et notamment inférieure à 500 nm, quelle que soit la forme de ces particules.
On appelle taille d'une particule son diamètre équivalent, c'est-à-dire le diamètre de la sphère qui se comporterait de manière identique lors de l'analyse granulométrique des particules (ou de la poudre formée desdites particules) formant (initialement) le composant considéré, la distribution granulométrique (ensemble des tailles de particules) étant mesurée en particulier par granulométrie laser.
Dans la présente invention, x% en poids de composant (boéhmite et/ou trihydroxyde d'aluminium) nanométrique signifie que la composition incorpore x% en poids de particules de ce composant présentant une taille inférieure à 950 nm (de préférence inférieure à 750 nm, et notamment inférieure à 500 nm), d'autres particules de ce composant de taille supérieure pouvant toutefois être présentes dans la composition (en d'autres termes, x% de composant nanométrique signifie x% de particules (de ce composant) nanométriques/ de taille inférieure à 950 nm). Le cas échéant les répartitions ou distributions de taille sont données en utilisant les percentiles D10, D50 ou D90; Dy signifie que y% des particules de l'ensemble de particules considéré (ou de la poudre considérée) présentent une taille inférieure à Dy, et (100-y)% présentent une taille supérieure.
Comme indiqué précédemment, la taille des particules est mesurée par granulométrie laser, par exemple à l'aide d'un granulomètre commercialisé sous la référence Partica LA-950 par la société Horiba, les poudres étant analysées dans l'eau, sans utilisation d'ultra-sons.
Comme indiqué précédemment, l'ajout de boéhmite nanométrique ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique permet d'améliorer significativement la résistance au feu et/ou de diminuer significativement la quantité de composants usuels tels que les fibres de verre ou la vermiculite (employés jusqu'à présent à cet effet, à des taux par exemple de l'ordre de 0.8% pour les fibres de verre et de l'ordre de 3% pour la vermiculite, avec les inconvénients vu précédemment), une telle amélioration n'étant pas obtenue en cas d'utilisation d'autres composés à base d'aluminium de formule différente et/ou présentant une dimension des particules supérieure (par exemple de l'ordre de quelques microns), l'effet obtenu avec ces autres composés étant significativement moindre, voire négligeable en l'absence d'autres composants ou additifs favorisant l'effet recherché. L'ajout de boéhmite nanométrique est également particulièrement préféré par rapport à l'ajout de trihydroxyde d'aluminium dans la présente invention.
De préférence, la teneur en boéhmite nanométrique et/ou en trihydroxyde d'aluminium nanométrique dans la composition de plâtre définie selon l'invention est supérieure à 0.2 %, notamment supérieure à 0.3 %, en particulier supérieure à 0.4 %, voire supérieure à 0.5 % en poids, voire même supérieure à 0.7% en poids. De préférence également, la teneur en l'un et/ou l'autre de ces composés est inférieure à 8 %, notamment inférieure à 7%, en particulier inférieure à 6%, voire inférieure à 5%, voire encore inférieure à 4% ou à 3%, ou encore le cas échéant inférieure à 2.5% en poids.
En outre, la taille des particules de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique est avantageusement inférieure à 750 nanomètres, voire inférieure à 500 nm, voire même inférieure à 400 nm, notamment inférieure à 300 nm, en particulier inférieure à 200 nm. Elle est également avantageusement supérieure à 20 nm, notamment supérieure à 50 nm, en particulier supérieure à 60 nm, voire supérieure à 80 nm. De façon également préférée, le facteur de forme (défini comme le rapport L/l entre la plus grande dimension L et la plus grande dimension I dans le plan perpendiculaire à L) des particules de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique est inférieur à 15, en particulier inférieur à 10, ce facteur étant également de préférence supérieur à 2, notamment supérieur à 3. En particulier, les particules de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique se présentent avantageusement sous forme de plaquettes de forme sensiblement parallélépipédique. La forme des particules est notamment déterminée par microscope électronique à balayage.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la composition selon l'invention comprend de 0.5 à 6% en poids de particules de boéhmite présentant une taille inférieure à 750 nm, de préférence de taille comprise entre 20 et 500 nm.
La boéhmite nanométrique est particulièrement préférée dans la présente invention pour obtenir les plaques recherchées présentant notamment une stabilité dimensionnelle particulièrement satisfaisante à très haute température.
La composition à base de plâtre est généralement préparée en mélangeant les différents composants de façon à obtenir une poudre (notamment dispersable dans l'eau avant utilisation) ou une pâte plus ou moins fluide (notamment une composition prête à l'emploi), les composants se présentant sous forme solide ou sous forme de suspension ou dispersion notamment, et de l'eau étant le cas échéant ajoutée. La composition à base de plâtre (obtenue) selon l'invention peut ainsi se présenter sous forme solide (poudre, etc) ou liquide (dispersion, etc.).
La boéhmite (respectivement le trihydroxyde d'aluminium) peut notamment être introduite dans le mélange ou dans la pâte sous forme de poudre (en particulier de particules présentant une taille inférieure à 950 nm) ou sous forme de suspension colloïdale (dispersion dans l'eau ou un acide notamment). Selon un mode de réalisation avantageux, cet additif (boéhmite et/ou trihydroxyde d'aluminium) est introduit sous forme de suspension colloïdale comprenant par exemple entre 5 et 50% de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique, et entre 50 et 95% en poids d'un médium tel que de l'eau ou un acide. Comme déjà évoqué, le plâtre utilisé peut être tout plâtre habituel ; il peut être sous forme de poudre ou déjà sous forme de pâte formée par mélange avec de l'eau. Plus largement, le mélange dans lequel la boéhmite nanométrique et/ou le trihydroxyde d'aluminium nanométrique est ajouté peut être tout mélange préexistant à base de plâtre, incorporant le cas échéant d'autres additifs. La proportion de plâtre dans la composition est d'au moins 55 % en poids afin d'obtenir une résistance mécanique suffisante.
De l'eau est au besoin rajoutée à la composition selon l'invention afin de permettre sa mise en œuvre et sa transformation pour obtenir par exemple un élément de construction (tel qu'une plaque). Le cas échéant, au moins une partie de l'eau peut être ajoutée sous forme de mousse (ou éventuellement un moussage peut être opéré dans la composition liquide) afin notamment de réduire le poids de la plaque de plâtre. Divers types d'agents moussants peuvent être ajoutés pour l'obtention de la mousse, tels que des tensioactifs ioniques et/ou des tensioactifs non ioniques, leur taux étant par exemple compris entre 0.01 et 2 % en poids de la composition.
Outre le plâtre, la boéhmite nanométrique et/ou le trihydroxyde d'aluminium nanométrique, et le(s) médium(s) (eau) présent(s) le cas échéant, la composition selon l'invention peut également comporter de la vermiculite. La vermiculite (formée en particulier d'un silicate d'alumine, de fer, de magnésium et de potassium) peut être expansée ou non et contribue à améliorer la tenue au feu des produits obtenus. De préférence, le taux de vermiculite (en particulier non expansée) reste inférieur à 10% en poids de la composition.
La composition selon l'invention peut également comporter des fibres, en particulier des fibres minérales et/ou réfractaires, lesdites fibres étant de préférence des fibres de verre. Ces fibres peuvent être courtes (de l'ordre de 3 à 6 mm en moyenne), longues (de l'ordre de 10 à 24 mm en moyenne), ou de dimensions intermédiaires. Elles peuvent se présenter sous forme non liée ou sous forme d'un réseau de fibres entrecroisées, tel qu'un mat de fibres ou un tissu. Ces fibres contribuent à accroître la résistance mécanique des produits obtenus, en particulier à haute température. De préférence, le taux de fibres reste inférieur à 10% en poids de la composition. Alternativement ou conjointement, des fibres (sous forme de voile, tissu, mat, etc.) ou d'autres renforts (feuille de carton, etc.) peuvent être prévus dans les produits obtenus à partir de la composition selon l'invention, notamment dans les plaques, par exemple en surface de la composition de plâtre mise en forme et éventuellement durcie, afin de renforcer le produit final obtenu.
D'autres additifs ou composants peuvent également être présents dans la composition selon l'invention (apportés le cas échéant par certains autres composants ou ajoutés indépendamment dans la composition). Ces additifs peuvent être par exemple un ou des agents suivants: agent hydrofuge (silicone, huile, cire, amidon, polymère par exemple de type alcool polyvinylique (PVOH), acétate de polyvinyle (PVAc), styrène-butadiène (SBR), etc), accélérateur de prise (fine poudre de gypse, sulfate de potassium, etc.) ou retardateur de prise (de type protéine ou acide carboxylique par exemple), inhibiteur de déformation ou agent d'anti-affaissement (amidons, éthers de cellulose, polymères de type PVOH, PVAc, SBR, etc.), inhibiteur de recalcination (de type sucre, amidon, acide borique, etc), stabilisateur de mousse, tensioactif ou agent moussant, liant, bactéricide, fongicide, agent biocide, ajusteur de pH, agent colorant, retardateur de flamme et/ou remplisseur, agent collant ou agent de renforcement ou de protection (par exemple amidon (natif ou non prégélifié)), agent fluidifiant ou dispersant (lignosulfonate, mélamine formaldehyde, polycarboxylate, etc.), agent épaississant, agent autonivelant, ou encore un ou d'autres additifs habituellement utilisés dans les compositions de plâtre, etc. Du carbonate de calcium CaCO3 peut également être présent le cas échéant notamment dans des compositions destinées à la formation de joints (joints utilisés notamment entre les plaques de plâtre).
Comme déjà évoqué, l'invention concerne également l'utilisation d'une composition selon l'invention pour la fabrication d'un objet, par exemple moulé ou extrudé, en particulier pour la fabrication d'un carreau de plâtre ou d'une plaque de plâtre, ou encore pour la fabrication de joints, et concerne les objets (moulés ou extrudés) tels que les carreaux ou les plaques ou les joints, comprenant (ou obtenus à partir de) une telle composition.
Les plaques (ou carreaux ou panneaux) de plâtre sont par exemple obtenues par un procédé, de préférence continu, comprenant les étapes suivantes : - préparation d'une pâte par mélange des différents constituants de la composition de plâtre comme déjà évoqué (cette composition devant former le cœur de la plaque), par exemple dans un mélangeur ;
- dépôt de cette pâte sur un (premier) matériau de renfort (par exemple de type carton(s) et/ou réseau(x) de fils) ou coulage dans un moule,
- dépôt sur la pâte (notamment sur sa face supérieure), d'un (le cas échéant second) matériau de renfort (identique ou différent le cas échéant du premier matériau de renfort),
- séchage éventuel.
A l'issue du procédé on obtient ainsi une plaque dans laquelle le cœur est une composition à base de gypse (initialement à base de plâtre).
D'autres étapes peuvent également être prévues, telles qu'une étape de découpe des plaques, etc.
L'invention concerne également les joints ou les plaques de plâtre (ou les carreaux) obtenues, les dimensions des plaques variant généralement selon leur destination. A titre d'exemple, les plaques de plâtre destinées à la fabrication de cloisons peuvent atteindre 5 m en longueur et 1 .20 m en largeur et leur épaisseur peut varier entre 6 et 35 mm. Généralement, ces plaques présentent une densité comprise entre 0.5 et 2.0 g/cm3, de préférence entre 0.6 et 1 .0 g/cm3.
Ces plaques peuvent être munies de renfort(s) (à base notamment de fibres minérales ou réfractaires ou cellulosiques) en surface, par exemple sous forme de voile(s), tissu(s), papier(s), mat(s), grille(s), etc. ou combinaison de ces différents éléments de renforcement.
On observe que les produits selon l'invention sont enrichis en aluminium (observation par analyse chimique), présentent des nodules, constitués en particulier d'aluminium et d'oxygène, mêlés à la structure en gypse (observation par microscope électronique à balayage), et présentent une perte de masse aux environs de 220-320°C pour les produits à base de trihydroxyde d'aluminium et aux environs de 400-500°C pour les produits à base de boéhmite (observation par analyse thermogravimétrique (ATG)).
La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples ci-dessous, donnés à titre illustratif et non limitatif. Préparation des échantillons et mesures pour les exemples 1 à 1 1 selon l'invention et les exemples de référence 1 à 6:
Des plaques de plâtre de 20 cm x 25 cm ont été préparées en mélangeant 100 parts en poids de plâtre avec 0.6 parts d'amidon (commercialisé sous la référence Cargill C Plus par la société Cargill) et le cas échéant avec les matières sèches (dans des quantités exprimées également en parts en poids (pour 100 parts en poids de plâtre)) données dans les tableaux 1 à 3 ci-après, et avec de l'eau déminéralisée, puis en ajustant la densité du mélange avec de l'eau moussée (obtenue en mélangeant de l'eau et environ 1 % en poids par rapport à l'eau d'agent moussant à base de sodium alkyl éther sulfate commercialisé sous la référence Millifoam C par la société Huntsman Corporation) pour obtenir des plaques ayant une densité de 0.85 ± 0,02 après séchage pendant 19 minutes dans un four à micro ondes (à la puissance de 750W) puis pendant environ 12 heures en étuve à 40°C (afin d'obtenir un durcissement complet des plaques).
Des échantillons ayant la forme de parallélépipèdes, de longueur égale à
200 mm et de largeur égale à 150 mm ont été prélevés (notamment par découpe) et placés dans un four avec une vitesse de montée en température programmée selon la norme ISO834, la variation dimensionnelle de la largeur de l'échantillon étant enregistrée en continu. Après environ 13 minutes, la température atteignant 700°C, on a mesuré le cas échéant le retrait de l'échantillon R700. Après 60 minutes, la température atteignant 945°C, on a mesuré le retrait de l'échantillon R945. Après 120 minutes, la température atteignant 1049°C, on a mesuré le retrait de l'échantillon R1049.
Dans le tableau 1 , on a comparé les résultats obtenus à très haute température à partir des compositions suivantes, ce tableau donnant les valeurs de retrait (ou variation dimensionnelle) exprimées en pourcentages.
Exemple de référence 1 :
Aucune matière sèche n'a été rajoutée à la composition de plâtre, d'amidon et d'eau précitée.
Exemple de référence 2:
On a ajouté dans la composition (avant ajustement de la densité du mélange) 3 parts en poids de vermiculite crue de taille principalement comprise entre 250 et 710 μηη (commercialisée sous la référence Vermiculite grade Micron par la société EFISOL).
On a observé (tableau 1 ) une amélioration de la stabilité dimensionnelle à des températures atteignant 945 et 1049 °C avec l'ajout de la vermiculite.
Exemple de référence 3:
On a procédé comme dans l'exemple de référence 2 en ajoutant cette fois 5 parts en poids (au lieu de 3) de vermiculite.
Cependant, les mesures de retrait n'ont pas pu être faites (ND signifiant non déterminable), les échantillons s'étant effondrés au cours du test.
Exemple de référence 4:
Au lieu d'augmenter la vermiculite comme dans l'exemple précédent, on a procédé comme dans l'exemple de référence 2 en ajoutant cette fois 0.8 parts en poids de fibres de verre de 12 mm de longueur commercialisées sous la référence Duracore SF Plus type M300 par la société Johns Mansville, et 2.5 parts en poids d'un agent fluidifiant (sous forme d'un sel de sodium d'un acide polynaphtalène sulfoné) commercialisé sous la référence Prolétor PNS 747L par la société Protex.
On a observé une amélioration de la stabilité dimensionnelle pour des températures atteignant 945°C avec l'ajout des fibres en plus de la vermiculite, cet ajout de fibres étant en revanche sans conséquences à plus haute température.
Exemple 1 selon l'invention:
Au lieu d'augmenter la vermiculite comme dans l'exemple de référence 3 ou d'ajouter des fibres comme dans l'exemple de référence 4, on a procédé comme dans l'exemple de référence 2 en ajoutant cette fois 1 part en poids (pour 100 parts en poids de plâtre), soit environ 0.96% en poids par rapport à la composition sèche totale (ou mélange sec total), de boéhmite nanométrique (incorporée sous forme d'une suspension colloïdale comprenant de 7 à 9 % en poids de boéhmite, et appelée B1 -sol dans les tableaux) formée de particules présentant (toutes) une taille inférieure à 500 nm (et en particulier d'un taux important de particules de taille inférieure à 200 nm), ces particules se présentant sous forme de plaquettes ayant notamment un facteur de forme de l'ordre de 10. On a observé une amélioration significative de la stabilité dimensionnelle à très haute température (supérieure à 900°C - ici à 945°C -, voire à 1000°C - ici à 1049°C) des produits selon l'invention par rapport à ceux obtenus à partir de mélanges utilisant seulement la vermiculite et/ou les fibres de verre pour améliorer la stabilité dimensionnelle. Cet exemple montre également que l'on peut le cas échéant réduire ou se passer des fibres pour améliorer la stabilité dimensionnelle à haute et très haute température grâce à la solution selon la présente invention.
Exemple 2 selon l'invention:
On a procédé comme dans l'exemple de référence 4 en diminuant le taux de vermiculite et en ajoutant 1 part en poids de boéhmite nanométrique 'B1 -sol' citée dans l'exemple 1 (soit au moins environ 0.94% en poids de boéhmite nanométrique par rapport au mélange total sec).
Là encore, on a observé une amélioration significative de la stabilité dimensionnelle à très haute température, par rapport au mélange de l'exemple de référence 4 comprenant plus de vermiculite et ne comprenant pas de B1 -sol. L'ajout de la boéhmite nanométrique selon l'invention permet donc également de réduire (voire d'éliminer) la vermiculite utilisée tout en préservant et améliorant à très haute température la stabilité dimensionnelle des produits.
Exemple 3 selon l'invention:
On a procédé comme dans l'exemple de référence 4 en ajoutant 5 parts en poids (pour 100 parts en poids de plâtre) de trihydroxyde d'aluminium AI(OH)3 commercialisé sous la référence APYRAL 200 par la société Nabaltec (et appelé ATH3 dans le tableau 1 ) et présentant un D50 de (taille de 50 % des particules inférieure à) environ 600 nanomètres (soit au moins environ 2.2% en poids de trihydroxyde d'aluminium nanométrique par rapport au mélange total sec), environ 35% en poids des particules présentant une taille inférieure à 500 nm.
Là encore, on a observé une amélioration significative de la stabilité dimensionnelle à très haute température, par rapport au mélange de l'exemple de référence 4. Tableau 1
Dans le tableau 2, on a comparé les résultats obtenus à partir des compositions suivantes utilisant différentes présentations de boéhmite nanométrique, l'exemple de référence 4 précédant étant également repris à titre de comparaison, ce tableau donnant les valeurs de retrait exprimées en pourcentages.
Exemple 4 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple de référence 4 précédent en ajoutant
1 part en poids de poudre de boéhmite nanométrique (appelée B3 poudre dans le tableau) présentant des particules sous forme de sphères présentant (toutes) une taille inférieure à 500 nm (et en particulier un taux important de particules de taille inférieure à 200 nm), soit au moins environ 0.93% en poids de boéhmite nanométrique par rapport au mélange total sec, ces particules présentant un facteur de forme de l'ordre de 1 .
Exemple 5 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple 4 en remplaçant la poudre B3 par le même taux d'une autre poudre de boéhmite nanométrique (appelée B2 poudre dans le tableau) présentant cette fois des particules sous forme de bâtonnets présentant (toutes) une taille inférieure à 500 nm (et en particulier un taux important de particules de taille inférieure à 200 nm), ces particules présentant un facteur de forme de l'ordre de 2.
Exemple 6 selon l'invention : On a procédé comme dans l'exemple 4 en remplaçant la poudre B3 par le même taux d'une autre poudre de boéhmite nanométrique (appelée B1 poudre dans le tableau) présentant cette fois des particules sous forme de plaquettes présentant (toutes) une taille inférieure à 500 nm (et en particulier un taux important de particules de taille inférieure à 200 nm), ces particules présentant un facteur de forme de l'ordre de 10.
Exemple 7 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple 4 en remplaçant la poudre B3 par le même taux de la boéhmite nanométrique 'B1 -sol' vue précédemment.
On a observé une amélioration de la stabilité dimensionnelle à haute et très haute température des produits obtenus à partir des compositions selon l'invention, par rapport à ceux obtenus à partir du mélange de l'exemple de référence 4, d'autant plus importante que le facteur de forme est supérieur à 2, et également améliorée lorsque la boéhmite est introduite sous forme de suspension colloïdale par rapport à un ajout sous forme de poudre.
Tableau 2
Dans le tableau 3, on a comparé les résultats obtenus à partir des compositions suivantes utilisant différents taux de boéhmite nanométrique (en reprenant comme point de départ l'exemple 1 selon l'invention vu précédemment), et on a également comparé ces résultats avec ceux obtenus avec du trihydroxyde d'aluminium non nanométrique ou de la boéhmite non nanométrique, ce tableau donnant les valeurs de retrait exprimées en pourcentages.
Exemple 8 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple 1 en ajoutant cette fois 2 parts en poids (au lieu d'une part) de boéhmite nanométrique B1 -sol, soit environ 1 .9% en poids de boéhmite nanométrique par rapport au mélange sec total.
Exemple 9 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple 1 en ajoutant cette fois 3 parts en poids (au lieu d'une part) de boéhmite nanométrique B1 -sol, soit environ 2.81 % en poids de boéhmite nanométrique par rapport au mélange sec total.
Exemple 10 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple 1 en ajoutant cette fois 5 parts en poids (au lieu d'une part) de boéhmite nanométrique B1 -sol et en ajoutant 0.6 parts en poids de l'agent fluidifiant (pour ajuster la viscosité) utilisé dans l'exemple de référence 4, toute la vermiculite étant en outre supprimée de la composition, soit environ 4.71 % en poids de boéhmite nanométrique dans la composition par rapport au mélange sec total.
On a observé avec les exemples 1 , 8, 9 et 10 selon l'invention que l'amélioration de la stabilité dimensionnelle à très haute température est d'autant plus importante que le taux de boéhmite (ici colloïdale) dans la composition selon l'invention augmente. Comme dans le tableau 1 , on a observé également que l'ajout de boéhmite nanométrique permet parallèlement de réduire (voire d'éliminer) la vermiculite utilisée tout en préservant et améliorant à très haute température la stabilité dimensionnelle des produits.
Exemple 1 1 selon l'invention :
On a procédé comme dans l'exemple 10 en remplaçant la boéhmite nanométrique B1 -sol par le même taux d'une boéhmite sous forme de poudre (appelée B4 poudre dans le tableau) présentant cette fois un D50 d'environ 2.7 μιτι, environ 20% en poids des particules de cette boéhmite présentant une taille inférieure à 750 nm (soit au moins environ 0.94% en poids de boéhmite nanométrique par rapport au mélange total sec), l'agent fluidifiant ayant été retiré car superflu.
Exemple de référence 5 : On a procédé comme dans l'exemple 1 1 en remplaçant la boéhmite B4- poudre par un trihydroxyde d'aluminium AI(OH)3, commercialisé sous la référence SH500 par la société Alcan (et appelé ATH1 dans le tableau 3), présentant un D50 d'environ 50 à 60 microns et ne présentant pas de particules de taille inférieure à 1 micron.
Exemple de référence 6 :
On a procédé comme dans l'exemple 1 en remplaçant la boéhmite nanométrique par une boéhmite, commercialisée sous la référence PURAL NF par la société Sasol (et appelé B5 poudre dans le tableau 3), présentant un D50 d'environ 8-10 microns et ne présentant pas de particules de taille inférieure à 1 micron.
On a observé une forte amélioration de la stabilité dimensionnelle à très haute température pour les produits selon l'invention par rapport aux produits obtenus à partir de compositions utilisant de la boéhmite non nanométrique ou du trihydroxyde d'aluminium non nanométrique (c'est-à-dire formé(s) de particules de taille supérieure à celle considérée dans la présente invention).
Tableau 3
Exemple 12 selon l'invention :
Afin de tester une composition destinée à la formation de joints de plaques de plâtre, des plaques de plâtre de 20 cm x 25 cm ont été préparées en mélangeant 100 parts en poids d'un mélange sec comprenant 71 .1 % en poids de plâtre, 24.0% en poids de carbonate de calcium, et 4.9% en poids de poudre B3 (décrite dans l'exemple 4) avec 48 parts d'eau déminéralisée pour obtenir des plaques ayant une densité de 1 .12 ± 0,02 après séchage pendant 48 h à l'air libre.
Des échantillons ayant la forme de parallélépipèdes, de longueur égale à
200 mm et de largeur égale à 150 mm ont été prélevés (notamment par découpe) et placés dans un four avec une vitesse de montée en température programmée selon la norme ISO834, la variation dimensionnelle de la largeur de l'échantillon étant enregistrée en continu. Après 60 minutes, la température atteignant 945°C, on a mesuré le retrait de l'échantillon R945. La valeur de retrait obtenue était de 3.1 %. Après 120 minutes, la température atteignant 1049°C, on a mesuré le retrait de l'échantillon R1049. La valeur de retrait obtenue était de 4.9%.
Exemple de référence 7 :
On a procédé comme dans l'exemple 12 en remplaçant le mélange sec par un mélange comprenant 75% en poids de plâtre et 25% en poids de carbonate de calcium. Les valeurs de retrait obtenues étaient de 6.8% pour R945 et 9.2 %pour R1049.
On a donc observé une forte amélioration de la stabilité dimensionnelle à très haute température pour les produits selon l'invention par rapport aux produits obtenus à partir de compositions n'utilisant pas de boéhmite nanométrique ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique.
La composition selon l'invention peut notamment être utilisée avec avantages pour obtenir des plaques de plâtre résistant au feu et destinées à la formation et/ou l'habillage des cloisons ou plafonds de bâtiments.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Composition à base de plâtre, caractérisée en ce qu'elle comprend de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique.
2. Composition à base de plâtre selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'elle comprend:
- de 55 à 99.9% en poids de plâtre,
- de 0.1 à 10% en poids de particules de boéhmite et/ou de trihydroxyde d'aluminium de taille inférieure à 950 nm.
3. Composition à base de plâtre selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre :
- de 0 à 10 % d'au moins un additif.
4. Composition à base de plâtre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la taille des particules de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique est inférieure à 750 nm, notamment inférieure à 500 nm, et plus particulièrement inférieure à 400 nanomètres, et est avantageusement supérieure à 20 nanomètres.
5. Composition à base de plâtre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le facteur de forme des particules de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique est inférieur à 15, en particulier inférieur à 10, ce facteur étant également de préférence supérieur à 2, notamment supérieur à 3.
6. Composition à base de plâtre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique se présentent sous la forme de plaquettes de forme sensiblement parallélépipédique.
7. Composition à base de plâtre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre de la vermiculite et/ou des fibres minérales et/ou réfractaires.
8. Composition à base de plâtre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la boéhmite nanométrique et/ou le trihydroxyde d'aluminium nanométrique est incorporé à la composition sous forme d'une suspension colloïdale ou sous forme de poudre.
9. Utilisation de boéhmite nanométrique et/ou de trihydroxyde d'aluminium nanométrique, en particulier d'une composition selon l'une des revendications 1 à 8, pour la fabrication d'un produit, notamment à base de plâtre, par exemple moulé ou extrudé, et avantageusement résistant au feu ou ignifugé, en particulier pour la fabrication d'un carreau de plâtre ou d'une plaque de plâtre ou d'un joint.
10. Procédé de fabrication d'un élément de construction, en particulier une plaque, selon lequel on forme par mélange une composition à base de plâtre comprenant de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique, puis on met en forme ladite composition, en particulier par extrusion et/ou moulage, avant séchage éventuel.
1 1 . Procédé de fabrication d'un élément de construction selon la revendication 10, comprenant les étapes suivantes :
- préparation d'une pâte par mélange des différents constituants de la composition de plâtre ;
- dépôt de cette pâte sur un matériau de renfort ou coulage dans un moule,
- dépôt sur la pâte d'un matériau de renfort.
- séchage éventuel.
12. Procédé selon l'une des revendication 10 ou 1 1 , caractérisé en ce que la boéhmite nanométrique et/ou le trihydroxyde d'aluminium nanométrique est incorporé à la composition sous forme de suspension colloïdale ou sous forme de poudre.
13. Procédé d'ignifugation d'un produit formé à partir d'une composition à base de plâtre, dans lequel on ajoute à la composition à base de plâtre de la boéhmite nanométrique et/ou du trihydroxyde d'aluminium nanométrique.
14. Elément de construction, en particulier plaque ou joint, obtenu à partir d'une composition selon l'une des revendications 1 à 8 et/ou obtenu par le procédé selon l'une des revendications 10 à 13.
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