EP4419763A1 - Panneau isolant en matériaux composites et son procédé de fabrication - Google Patents

Panneau isolant en matériaux composites et son procédé de fabrication

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Publication number
EP4419763A1
EP4419763A1 EP22813419.3A EP22813419A EP4419763A1 EP 4419763 A1 EP4419763 A1 EP 4419763A1 EP 22813419 A EP22813419 A EP 22813419A EP 4419763 A1 EP4419763 A1 EP 4419763A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cork
binder
panel
mass
layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP22813419.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrick Vidal
Rémi Auvergne
Sylvain Caillol
Benjamin CHOLLET
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.)
Vidal's Acier
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Nationale Superieure de Chimie de Montpellier ENSCM
Universite de Montpellier
Original Assignee
Vidal's Acier
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Nationale Superieure de Chimie de Montpellier ENSCM
Universite de Montpellier
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vidal's Acier, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Nationale Superieure de Chimie de Montpellier ENSCM, Universite de Montpellier filed Critical Vidal's Acier
Publication of EP4419763A1 publication Critical patent/EP4419763A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F13/00—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings
    • E04F13/07—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor
    • E04F13/08—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements
    • E04F13/16—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements of fibres or chips, e.g. bonded with synthetic resins, or with an outer layer of fibres or chips
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F13/00—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings
    • E04F13/07—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor
    • E04F13/08—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements
    • E04F13/0866—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements composed of several layers, e.g. sandwich panels or layered panels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F13/00—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings
    • E04F13/07—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor
    • E04F13/08—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements
    • E04F13/18—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements of organic plastics with or without reinforcements or filling materials or with an outer layer of organic plastics with or without reinforcements or filling materials; plastic tiles

Definitions

  • the present invention relates to the field of panels for thermal and sound insulation and, more particularly, insulating panels based on bio-sourced materials that respect the environment.
  • the object of the present invention is therefore to overcome the drawbacks mentioned above and to propose a panel and a method of manufacturing an insulating panel containing more than 50% of bio-sourced materials that are more respectful of the environment and have a good phase shift. .
  • Phase shift refers to the ability of a material that makes up the envelope of a home to slow the penetration of heat. The phase shift therefore makes it possible to smooth out the differences in interior temperatures due to variations in exterior temperatures.
  • an insulating panel based on composite materials remarkable in that it comprises at least: - a layer comprising a mixture of at least one binder and cork, - a flat or profiled sheet metal.
  • a “panel” is a composite assembly made up of a substrate (here sheet metal) covered with one or more layers of another material or mixture of materials.
  • a “composite material” is an assembly of at least two immiscible components (materials) (but having a high penetrating capacity) whose properties complement each other.
  • the new material thus formed, heterogeneous, has properties that the components alone do not have.
  • cork a material present in the bark of some trees, and in particular in that of the cork oak.
  • cork refers to the material in its raw or pre-treated form (pre-treatments are the treatments carried out on raw cork to allow its use in the field of insulation, for example).
  • a “flat metal sheet” is a rolled metal sheet .
  • a “profiled metal sheet” is a metal sheet manufactured with a specific profile (for example: a ribbed or corrugated metal sheet).
  • a "binder” is a product that serves to agglomerate into a solid mass solid particles in the form of powder or aggregates (for example, an adhesive).
  • the metal sheet is a steel sheet.
  • the binder is an organic binder.
  • organic binders refers to hydrocarbon binders based on hydrogen carbides whose hardening is reversible and a function of temperature (e.g. tar, bitumen) and binders of the resin or polymer type.
  • the binder is a polymer or a mixture of polymers.
  • the binder is a polyurethane, a polyepoxide, or a non-isocyanate polyurethane (NIPU).
  • NIPU non-isocyanate polyurethane
  • the binder is a polyurethane.
  • said binder is a polyepoxide.
  • the polyepoxide binder preferably comprises one or more polyepoxides resulting from the mixture of one or more compounds (A) comprising two or more epoxy groups with one or more compounds (B) comprising two or more amine groups.
  • R1 and R2 denote independently of each other, a divalent hydrocarbon chain, saturated or unsaturated aliphatic, linear or branched, or cycloaliphatic or aromatic, which may comprise at least one heteroatom such as O, N and S.
  • This reaction can be carried out at a temperature ranging from ⁇ 20 to 250° C., preferably from 50 to 150° C., under atmospheric pressure.
  • This reaction can be carried out in the presence of a catalyst such as a tertiary amine such as triethylamine, or an aminophenol, or a catalyst well known in the art.
  • a catalyst such as a tertiary amine such as triethylamine, or an aminophenol, or a catalyst well known in the art.
  • the layer comprises between 10 and 99% by mass of cork and respectively between 90 and 1% by mass of polyepoxide.
  • the layer comprises between 50 and 95% by mass of cork and respectively between 50 and 5% by mass of polyepoxide.
  • the layer comprises between 70 and 90% by mass of cork and respectively between 30 and 10% by mass of polyepoxide.
  • the binder In the case where the binder is polyurethane, the binder results from a polyaddition reaction of a polyisocyanate with a polyol.
  • the layer comprises between 20 and 80% by mass of cork and respectively between 80 and 20% by mass of polyurethane.
  • the layer comprises between 35 and 65% by mass of cork and respectively between 65 and 35% by mass of polyurethane.
  • the layer comprises between 45 and 55% by mass of cork and respectively between 55 and 45% by mass of polyurethane.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate and a polyol.
  • diisocyanate denotes a molecule having the following structure:
  • R containing linear and cyclic aliphatic structures and/or aromatic structures (eg: MDI, HDI, TDI, HMDI, IPDI, LDI).
  • the binder is derived from the polyaddition reaction between a diisocyanate based on 1,6-diisocyanatohexane containing allophanate functions and a polyol.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate based on 1,6-diisocyanatohexane containing allophanate functions and a diol chosen from the following diols: ethylene glycol or 1,4-butanediol or 1, 3-propanediol.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate based on 1,6-diisocyanatohexane containing allophanate functions and 1,3-propanediol.
  • the cork is in powder form.
  • Cork is called "powder" when the cork is in the form of pieces smaller than 100 micrometers.
  • the cork that can be used in the invention is preferably in the form of a flour, granules preferably having a particle size of 0.01 mm up to 20 mm.
  • the particle size can be measured, for example, by the sieve method, at room temperature (20-25°C).
  • the invention also relates to a method for manufacturing an insulating panel as described above, noteworthy in that it comprises at least the following successive steps: - Covering of a metal sheet with a layer of cork/binder mixture, - Passing through an oven at a temperature between 40 and 150°C.
  • said process is a semi-continuous process in which the coating precedes the passage in the oven.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a panel according to the invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a panel with an example of profiled metal sheet according to the invention.
  • an insulating panel 1 based on composite materials, remarkable in that it comprises at least: - a layer 2 comprising a mixture of at least one binder and cork, - A flat or profiled metal sheet 3.
  • Cork is a natural product derived from the outer bark of the cork oak found mainly in the Mediterranean basin. Cork is a renewable resource since it can be removed from the trunk of the tree without affecting its vitality, especially since the bark subsequently regrows continuously. It has many properties: it is light, it absorbs no or at least very little water, is rot-proof, has very low thermal conductivity (which makes it a good thermal insulator), and is compressible and impermeable to liquids.
  • One of the main known applications is its use for wine bottle corks. It can also be used in expanded form.
  • classic cork has a thermal conductivity (lambda) of between 0.040 and 0.045 W/mK and a thermal diffusivity coefficient (alpha) of between 10 -7 and 1.5.10 -7 m 2 /s
  • expanded cork has a thermal conductivity between 0.035 and 0.070 W/mK and a coefficient of thermal diffusivity between 1.5 ⁇ 10 -7 and 3.5 ⁇ 10 -7 m 2 /s (for comparison, foam of polyisocyanurate at a thermal conductivity of 0.023 W/mK).
  • cork has good thermal properties, it is thanks in particular to the air trapped in its cells.
  • a binder is used, it allows the cork grains to be glued together.
  • the metal sheet 3 is a steel sheet. This sheet will be flat or profiled. It will play the role of cladding or covering in the insulation of a building. Siding is a coating or layer that covers the exterior surface of a building.
  • the binder is an organic binder.
  • organic binder may be, for example, natural glues of vegetable or animal origin, resins, or even polymers.
  • the binder is a polymer or a mixture of polymers.
  • the binder is a polyurethane, a polyepoxide, or a non-isocyanate polyurethane (NIPU). Binders based on these polymers are well known for bonding wood and metal together with strong adhesion. Other binders allowing this type of bond can also be used.
  • NIPU non-isocyanate polyurethane
  • the binder is a polyurethane.
  • Polyurethane is well known for its various applications, the diversity of reagents that can be used for its synthesis as well as its resulting structure makes it a material that can be found in very different fields: it can be found in the form of adhesive and coating, thermoplastic (automotive parts, gaskets, cables, extruded films, electronics, etc.), flexible foams (cushions, car seats, mattresses, etc.), or even rigid foams (thermal and acoustic insulation panels) .
  • the binder results from a polyaddition reaction of a polyisocyanate with a polyol.
  • the diol or polyol has the following structure: [Chem 2]
  • R being an organic molecule or polymer containing repeating units (alkyls, ethers, esters, carbonates, urethanes, hydroxy-urethanes, ureas)
  • R comprising linear aliphatic, cyclic and aromatic structures
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate and a polyol.
  • the diisocyanate is commercial of organic origin or petro-sourced with R containing linear and cyclic aliphatic structures and/or aromatic structures (for example: MDI, HDI, TDI, HMDI, IPDI, LDI).
  • layer 2 comprises between 20 and 80% by mass of cork and respectively between 80 and 20% by mass of polyurethane. These particular proportions make it possible to obtain good adhesion of the binder/cork mixture to the metal plate, without having an excess of binder or an excess of non-crosslinked cork.
  • layer 2 comprises between 35 and 65% by mass of cork and respectively between 65 and 35% by mass of polyurethane.
  • layer 2 comprises between 45 and 55% by mass of cork and respectively between 55 and 45% by mass of polyurethane.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate and a polyol.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate based on 1,6-diisocyanatohexane containing allophanate functions and a polyol.
  • the physico-chemical properties of polyurethane can be modulated according to the chemical nature of the polyols (primary or secondary hydroxyl group, for example). It can be prepared from both petro-based and bio-based polyols (for example: from vegetable oils of rapeseed, castor, palm, soy, etc.). For this, two main routes are used: either by carrying out an epoxidation with opening of the oxirane cycle, or by carrying out a transesterification with triethanolamine.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate based on 1,6-diisocyanatohexane containing allophanate functions and a diol chosen from the following diols: ethylene glycol or 1,4-butanediol or 1, 3-propanediol.
  • polyisocyanate is a diisocyanate containing isocyanurate functions, and more precisely the trimer of HDI (1,6-diisocyanatohexane), marketed under the name of Tolonate HDT by Vencorex.
  • Tolonate HDT T3HDT
  • Tolonate HDT LV T3HDT LV
  • T3HDT LV Tolonate HDT LV
  • the polyol used can be a diol (functionality of 2).
  • Several other diols combined with this diisocyanate allow the crosslinking of cork, for example: Poly (propylene glycol), a mixture Sorbitol + water (in proportions 50/50).
  • the advantage of HDI is that it is among the least toxic isocyanate monomers.
  • the binder results from a polyaddition reaction between a diisocyanate based on 1,6-diisocyanatohexane containing allophane functions and 1,3-propanediol.
  • layer 2 comprises between 10 and 99% by mass of cork and respectively between 90 and 1% by mass of polyepoxide. These particular proportions make it possible to obtain good adhesion of the binder/cork mixture to the metal plate, without having an excess of binder or an excess of non-crosslinked cork.
  • layer 2 comprises between 50 and 95% by weight of cork and respectively between 50 and 5% by weight of polyepoxide.
  • layer 2 comprises between 70 and 90% by mass of cork and respectively between 30 and 10% by mass of polyepoxide.
  • the cork is in powder form.
  • the use of powdered cork makes it possible to obtain a completely homogeneous binder/cork foam and to avoid problems of binder settling.
  • the cork/binder mixture will be prepared in a universal mixer.
  • a catalyst is used to accelerate crosslinking.
  • the saturated bicyclic diamine known under the trade name DABCO will be used. Indeed, an addition of only 0.05% by mass makes it possible to reduce the crosslinking temperature by approximately 10°C. Preferably, an amount of DABCO of less than 1% by mass will be used.
  • Other tertiary amine catalysts can be used: triethylamine, dimethyl cyclohexane amine, tetramethyl ethylene diamine etc...,
  • the invention also relates to a method of manufacturing an insulating panel 1 as described above, noteworthy in that it comprises at least the following successive steps: -Continuous covering of a metal sheet 3 with a layer 2 of cork/binder mixture, - Passing through a continuous oven at a temperature between 40 and 150°C.
  • said manufacturing process is a semi-continuous process.
  • the covering step is carried out in a mould.
  • the temperature of the oven will be between 70 and 130°C. Even more preferably, the temperature of the oven will be between 90 and 110°C.
  • the panel manufacturing process is preferably a semi-continuous process in which the metal sheet is positioned in a mold and a layer of cork/binder mixture (layer of cork/binder mixture) is poured onto the moving metal sheet so that to cover it.
  • the mold supporting the panel then passes through an oven.
  • the oven can contain several molds simultaneously.
  • the operating parameters of the oven depend on the number of molds present in the oven as well as the thickness of the cork/binder mixture desired on the sheet 3 and to allow good cross-linking of the mixture.
  • the passage in the oven will have a duration of between 3 hours and 12 hours.
  • the passage in the oven will have a duration of between 3 and 5 hours.
  • the passage in the oven will have a duration of between 3:30 and 4:30.
  • the specimens are placed in a wooden frame and surrounded on either side by headers around which air seals have been placed.
  • This frame is intended to be inserted in measuring tunnels.
  • a Compriband-type compressive seal is also positioned on the 4 sides of the frame and the same seal on the bottom of the measurement tunnels, these seals are compressed by a presser. All of these elements aim to prevent any thermal leakage or any risk of thermal migration that could disrupt the experiment.
  • a measurement of the phase shift time is carried out every 1/2 hour in order to determine the moment when the measurements are stable and without variation.
  • the stability of the measurements is reached after 7 h 30.
  • the calculation formula used is the industrial measurement formula approved by COFRAC, THERMAL TESTS ACCORDING TO FORMULA U:
  • the lambda of a product (coefficient of thermal migration) is determined by dividing the thickness expressed in meters by the coefficient R.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Building Environments (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet panneau (1) isolant à base de matériaux composites, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: - une couche (2) comportant un mélange d'au moins un liant et de liège, - une tôle (3) métallique plane ou profilée.

Description

    Panneau isolant en matériaux composites et son procédé de fabrication Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne le domaine des panneaux pour l’isolation thermique et phonique et, plus particulièrement, des panneaux isolants à base de matériaux bio-sourcés respectueux de l’environnement.
    • Etat de la technique
  • Dans le domaine des panneaux isolants (isolant pour l’enveloppe d’un bâtiment), il est connu d'utiliser des plaques d’isolation en polyuréthane et polyisocyanurate. Les inconvénients de ce type de plaques sont qu’elles sont constituées de matériaux qui ne respectent pas l’environnement et qu’elles ont des performances faibles en Eté. En effet, elles permettent de maintenir la chaleur à l’intérieur des bâtiments en Hiver mais en Eté, à la tombée de la nuit, lorsque la température extérieure devient inférieure à la température intérieure, ces plaques ne permettent pas aux bâtiments de se rafraîchir et leur utilisation impose donc souvent l’usage d’un système de climatisation intérieur, c’est ce que l’on appelle le déphasage. L’impact environnemental négatif de ce type d’isolation est donc double : l’utilisation d’un isolant pétro-sourcé de manière importante et la nécessité d’utiliser un dispositif de climatisation en Eté augmentent l’empreinte carbone.
  • Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précédemment cités et de proposer un panneau et un procédé de fabrication d’un panneau isolant contenant plus de 50% de matériaux bio-sourcés plus respectueux de l’environnement et ayant un bon déphasage.
  • On désigne par « déphasage » la capacité d’un matériau composant l'enveloppe d’une habitation à ralentir la pénétration de la chaleur. Le déphasage permet donc de lisser les écarts de températures intérieures dus aux variations de températures extérieures.
  • Conformément à l’invention, il est donc proposé un panneau isolant à base de matériaux composites, remarquable en ce qu’il comporte au moins:
    - une couche comportant un mélange d’au moins un liant et de liège,
    - une tôle métallique plane ou profilée.
  • On appelle « panneau » un assemblage composite formé d’un substrat (ici la tôle) recouvert d’une ou plusieurs couches d’un autre matériau ou mélange de matériaux.
  • On appelle « matériau composite » un assemblage d'au moins deux composants (matériaux) non miscibles (mais ayant une forte capacité de pénétration) dont les propriétés se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué, hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne possèdent pas.
  • On appelle « liège », un matériau présent dans l'écorce de quelques arbres, et notamment dans celle du chêne-liège. Le terme « liège » désigne indifféremment le matériau sous sa forme brute ou prétraitée (les prétraitements sont les traitements effectués au liège brute pour permettre son utilisation dans le domaine de l’isolation par exemple).
  • On appelle « tôle métallique plane » une feuille métallique laminée.
  • On appelle « tôle métallique profilée » une feuille métallique fabriquée avec un profil déterminé (par exemple : une tôle métallique nervurée ou ondulée).
  • On appelle « liant » un produit qui sert à agglomérer en masse solide des particules solides sous forme de poudre ou de granulats (par exemple, une colle).
  • Avantageusement, la tôle métallique est une tôle en acier.
  • De manière préférée, le liant est un liant organique.
  • On appelle liants « organiques », les liants hydrocarbonés à base de carbures d’hydrogène dont le durcissement est réversible et fonction de la température (ex : goudron, bitume) et les liants de type résine ou polymère.
  • De manière encore plus préférée, le liant est un polymère ou un mélange de polymères.
  • Préférentiellement, le liant est un polyuréthane, un polyépoxyde, ou un non-isocyanate polyuréthane (NIPU).
  • Plus préférentiellement, le liant est un polyuréthane.
  • Tout à fait préférentiellement, ledit liant est un polyepoxyde.
  • Le liant polyépoxyde comprend préférentiellement un ou p1usieurs polyépoxydes résultant du mélange d’un ou de p1usieurs composés (A) comportant deux ou plus de deux groupes époxys avec un ou plusieurs composés (B) comportant deux ou plus de deux groupes amines.
  • Dans 1equel x et y sont supérieurs ou égal à deux et R1 et R2 désignent indépendamment 1’un de 1’autre, une chaîne hydrocarbonée divalente, aliphatique saturée ou insaturée, linéaire ou ramifiée, ou cycloaliphatique ou aromatique, pouvant comporter au moins un hétéroatome tel que O, N et S.
  • Cette réaction peut être réalisée à une température allant de -20 à 250°C, préférentiellement de 50 à 150°C, sous une pression atmosphérique.
  • Cette réaction peut être réalisée en présence d’un catalyseur comme une amine tertiaire telle que 1a triéthy1amine, ou un aminophéno1, ou un catalyseur bien connu dans 1a technique.
  • Selon un mode de réalisation préféré, la couche comporte entre 10 et 99 % en masse de liège et respectivement entre 90 et 1% en masse de polyépoxyde.
  • Selon un mode de réalisation encore plus préféré, la couche comporte entre 50 et 95% en masse de liège et respectivement entre 50 et 5% en masse de polyépoxyde.
  • Selon un mode de réalisation tout à fait préféré, la couche comporte entre 70 et 90% en masse de liège et respectivement entre 30 et 10% en masse de polyépoxyde.
  • Dans le cas où le liant est le polyuréthane, le liant est issu d’une réaction de polyaddition d’un polyisocyanate avec un polyol.
  • De manière préférée, la couche comporte entre 20 et 80% en masse de liège et respectivement entre 80 et 20 % en masse de polyuréthane.
  • De manière plus préférée, la couche comporte entre 35 et 65% en masse de liège et respectivement entre 65 et 35 % en masse de polyuréthane.
  • De manière encore plus préférée, la couche comporte entre 45 et 55% en masse de liège et respectivement entre 55 et 45 % en masse de polyuréthane.
  • Avantageusement, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate et un polyol.
  • On désigne par « diisocyanate », une molécule ayant la structure suivante :
  • [Chem 1]
  • avec R contenant des structures aliphatiques linéaires et cycliques et/ou des structures aromatiques (par exemple : MDI, HDI, TDI, HMDI, IPDI, LDI…)
  • ou issu de son auto-condensation avec R contenant par exemple des fonctions isocyanurates, biurée allophanates…, une fonctionnalité n=2 ou n >2, et une masse inférieure à 10000g.mol-1
  • ou issu de prépolymérisation d’un polyol en défaut avec un diisocyanate, une fonctionnalité n=2 ou n>2 et une masse inférieure à 10000g.mol-1
  • Plus avantageusement, le liant est issu de la réaction de polyaddition entre un diisocyanate à base de 1,6-diisocyanatohexane contenant des fonctions allophanates et un polyol.
  • De manière plus avantageuse, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate à base de 1,6-diisocyanatohexane contenant des fonctions allophanates et un diol choisi parmi les diols suivants : éthylène glycol ou 1,4-butanediol ou 1,3-propanediol.
  • De manière encore plus avantageuse, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate à base de 1,6-diisocyanatohexane contenant des fonctions allophanates et le 1,3-propanediol.
  • Préférentiellement, le liège est en poudre.
  • On appelle « poudre » de liège, un état dans lequel le liège est sous forme de morceaux de taille inférieure à 100 micromètres.
  • Le liège pouvant être utilisé dans 1’invention se trouve préférentiellement sous 1a forme d’une farine, de granulés présentant de préférence une granulométrie de 0,01 mm jusqu’à 20 mm.
  • La granulométrie peut être mesurée par exemp1e par 1a méthode des tamis, à température ambiante (20-25 °C).
  • L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un panneau isolant tel que décrit précédemment, remarquable en ce qu’il comporte au moins les étapes successives suivantes :
    -Recouvrement d’une tôle métallique par une couche de mélange liège/liant,
    -Passage dans une étuve à une température comprise entre 40 et 150°C.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l’invention ledit procédé est un procédé en semi-continu dans lequel le recouvrement précède le passage en étuve.
    • Brève description des figures
  • D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d’un mode d’exécution d'un panneau selon l’invention, en référence à la figure annexée sur laquelle :
  • est une vue en coupe transversale d'un panneau conforme à l'invention,
  • est une vue en perspective d’un panneau avec un exemple de tôle métallique profilée conforme à l’invention,
  • est une vue en coupe transversale d'un panneau un autre exemple de tôle métallique profilée conforme à l’invention,
    •
  • Conformément à la , il est donc décrit un panneau 1 isolant à base de matériaux composites, remarquable en ce qu’il comporte au moins:
    - une couche 2 comportant un mélange d’au moins un liant et de liège,
    - une tôle 3 métallique plane ou profilée.
  • Le liège est un produit naturel issu de l'écorce externe du chêne-liège retrouvé essentiellement dans le bassin méditerranéen. Le liège est une ressource renouvelable puisque celui-ci peut être retiré du tronc de l'arbre sans pour autant avoir de conséquence sur sa vitalité, d'autant plus que l'écorce repousse par la suite de façon continue. Il a de nombreuses propriétés : il est léger, il n'absorbe pas ou du moins très peu d'eau, est imputrescible, a une très faible conductivité thermique (ce qui en fait un bon isolant thermique), et est compressible et imperméable aux liquides. L'une des principales applications connues est son utilisation pour les bouchons de bouteilles de vin. Il peut être également utilisé sous forme expansée.
  • Connu pour ses bonnes propriétés isolantes thermiques et acoustiques, le liège classique possède une conductivité thermique (lambda) comprise entre 0,040 et 0,045 W/mK et un coefficient de diffusivité thermique (alpha) compris entre 10-7 et 1,5.10-7 m2/s, et le liège expansé a une conductivité thermique comprise entre 0,035 et 0,070 W/mK et un coefficient de diffusivité thermique compris entre 1,5.10-7 et 3,5.10-7 m2/s (à titre de comparaison, la mousse de polyisocyanurate à une conductivité thermique de 0,023 W/mK). Si le liège possède de bonnes propriétés thermiques, c'est grâce notamment à l'air emprisonné dans ses cellules. Afin de réaliser un matériau rigide à base de liège, un liant est utilisé, il permet de coller les grains de liège entre eux.
  • Avantageusement, la tôle 3 métallique est une tôle en acier. Cette tôle sera plane ou profilée. Elle jouera le rôle de bardage ou de couverture dans l’isolation d’un bâtiment. On appelle « bardage », un revêtement ou couche recouvrant la surface extérieure d’un bâtiment.
  • De manière préférée, le liant est un liant organique. Il pourra s’agir par exemple de colles naturelles d’origine végétales ou animales, de résines, ou encore de polymères.
  • De manière encore plus préférée, le liant est un polymère ou un mélange de polymères.
  • Préférentiellement, le liant est un polyuréthane, un polyépoxyde, ou un non-isocyanate polyuréthane (NIPU). Les liants à base de ces polymères sont très connus pour permettre de lier le bois et le métal ensemble avec une forte adhérence. D’autres liants permettant ce type de liaison pourront également être utilisés.
  • Plus préférentiellement, le liant est un polyuréthane. Le polyuréthane est très connu pour ses diverses applications, la diversité des réactifs pouvant être utilisés pour sa synthèse ainsi que sa structure résultante fait de lui un matériau que l’on retrouve dans des domaines très différents : il peut être retrouvé sous la forme d'adhésif et revêtement, de thermoplastique (pièces automobile, joints, câbles, films extrudés, électronique...), de mousses flexibles (coussin, siège automobile, matelas...), ou encore de mousses rigides (panneaux isolants thermiques et acoustiques).
  • Encore plus préférentiellement, le liant est issu d’une réaction de polyaddition d’un polyisocyanate avec un polyol.
  • Le diol ou le polyol est de structure suivante :
    [Chem 2]
  • R étant une molécule organique ou polymère contenant des motifs de répétitions (Alkyles, éther, esters, carbonates, uréthanes, hydroxy-uréthanes, urées)
  • R comportant des structures aliphatiques linéaires, cyclique et aromatiques
  • R avec une masse comprise entre 20 et 20000 g.mol-1
  • Avec R porteur éventuellement d’hétéroatomes (O,N,S,Si..)
  • Avec R d’origine bio ou petrosourcés
  • R avec une fonctionnalité n=2 ou n >2
  • Avantageusement, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate et un polyol.
  • Le diisocyanate est commercial d’origine bio ou petro-sourcés avec R contenant des structures aliphatiques linéaires et cycliques et/ou des structures aromatiques (par exemple : MDI, HDI, TDI, HMDI, IPDI, LDI…)
  • ou issu de son auto-condensation avec R contenant par exemple des fonctions isocyanurates, biurée allophanates…, une fonctionnalité n=2 ou n >2, et une masse inférieure à 10000g.mol-1
  • ou issu de prépolymérisation d’un polyol (précédent) en défaut avec un diisocyanate, une fonctionnalité n=2 ou n>2 et une masse inférieure à 10000g.mol-1
  • De manière préférée, la couche 2 comporte entre 20 et 80% en masse de liège et respectivement entre 80 et 20% en masse de polyuréthane. Ces proportions particulières permettent d’obtenir une bonne adhérence du mélange liant/liège à la plaque métallique, sans avoir un excès de liant ou un excès de liège non réticulé.
  • De manière plus préférée, la couche 2 comporte entre 35 et 65% en masse de liège et respectivement entre 65 et 35% en masse de polyuréthane.
  • De manière encore plus préférée, la couche 2 comporte entre 45 et 55% en masse de liège et respectivement entre 55 et 45 % en masse de polyuréthane.
  • Avantageusement, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate et un polyol.
  • Plus avantageusement, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate à base de 1,6-diisocyanatohexane contenant des fonctions allophanates et un polyol. Les propriétés physico-chimiques du polyuréthane peuvent être modulées en fonction de la nature chimique des polyols (groupement hydroxyl primaire ou secondaire, par exemple). Il peut être aussi bien être préparé à partir de polyols pétro-sourcés que bio-sourcés (par exemple : à partir d'huiles végétales de colza, ricin, palme, soja, ...). Pour cela, deux principales voies sont utilisées : soit en faisant une époxidation avec ouverture du cycle oxirane, soit en faisant une transestérification avec de la triéthanolamine. Une étude met en avant l'utilisation de résidus de liège en tant que bio-polyols. Pour cela, les résidus subissent une liquéfaction dans un mélange de diéthylène glycol et de 2-éthyl hexanol. Ces préparations de polyols bio-sourcés sont intéressantes et peuvent permettre de diminuer l'impact environnemental des mousses de polyuréthanes, cependant, elles nécessitent des étapes de préparations chimiques. Le polyol est choisi pour que sa combinaison avec le diisocyanate permette la réticulation du liège.
  • De manière plus avantageuse, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate à base de 1,6-diisocyanatohexane contenant des fonctions allophanates et un diol choisi parmi les diols suivants : éthylène glycol ou 1,4-butanediol ou 1,3-propanediol. Ici, polyisocyanate est un diisocyanate contenant des fonctions isocyanurate, et plus exactement le trimère du HDI (1,6-diisocyanatohexane), commercialisé sous le nom de Tolonate HDT par Vencorex. Deux gammes peuvent être utilisées : le Tolonate HDT (T3HDT) et le Tolonate HDT LV (T3HDT LV), qui a une viscosité plus faible que le premier, et qui dégage moins de composés organiques volatils. On utilisera préférentiellement le Tolonate HDT LV. Le Tolonate ayant une fonctionnalité de 3, le polyol utilisé peut être un diol (fonctionnalité de 2). Plusieurs autres diols combinés à ce diisocyanate permettent la réticulation du liège, par exemple : le Poly (propylène glycol), un mélange Sorbitol + eau (dans des proportions 50/50). L’avantage du HDI est qu’il fait partie des monomères d’isocyanate les moins toxiques.
  • De manière encore plus avantageuse, le liant est issu d’une réaction de polyaddition entre un diisocyanate à base de 1,6-diisocyanatohexane contenant des fonctions allophanes et le 1,3-propanediol.
  • De manière préférée, la couche 2 comporte entre 10 et 99% en masse de liège et respectivement entre 90 et 1% en masse de polyépoxyde. Ces proportions particulières permettent d’obtenir une bonne adhérence du mélange liant/liège à la plaque métallique, sans avoir un excès de liant ou un excès de liège non réticulé.
  • De manière plus préférée, la couche 2 comporte entre 50 et 95% en masse de liège et respectivement entre 50 et 5% en masse de polyépoxyde.
  • De manière encore plus préférée, la couche 2 comporte entre 70 et 90% en masse de liège et respectivement entre 30 et 10 % en masse de polyépoxyde.
  • Préférentiellement, le liège est en poudre. L’utilisation de liège en poudre permet d’obtenir une mousse liant/liège complétement homogène et d’éviter les problèmes de décantation du liant. Le mélange liège/liant sera préparé dans un mélangeur universel.
  • De manière préférée, un catalyseur est utilisé pour accélérer la réticulation. On utilisera par exemple la diamine bicyclique saturée connu sous le nom commercial DABCO. En effet, un ajout de seulement 0,05% en masse permet de diminuer la température de réticulation d'environ 10°C. Préférentiellement, on utilisera une quantité de DABCO inférieure à 1% massique. D’autres catalyseurs de type amines tertiaires peuvent être utilisés : triéthylamine, diméthyle cyclohexane amine, tétraméthyl éthylène diamine etc…,
  • L’invention concerne également un procédé de fabrication en d’un panneau 1 isolant tel que décrit précédemment, remarquable en ce qu’il comporte au moins les étapes successives suivantes :
    -Recouvrement en continu d’une tôle métallique 3 par une couche 2 de mélange liège/liant,
    -Passage dans une étuve en continu à une température comprise entre 40 et 150°C.
  • Préférentiellement, ledit procédé de fabrication est un procédé en semi-continu.
  • Préférentiellement, l’étape de recouvrement est réalisée dans un moule.
  • Préférentiellement, la température de l’étuve sera comprise entre 70 et 130°C. Encore plus préférentiellement, la température de l’étuve sera comprise entre 90 et 110°C.
  • Le procédé de fabrication du panneau est préféérentiellement un procédé en semi-continu dans lequel la tôle métallique est positionnée dans un moule et une épaisseur de mélange liège/liant (couche de mélange liège/liant) est coulée sur la tôle métallique en mouvement de sorte à la recouvrir. Le moule supportant le panneau passe ensuite dans une étuve. L’étuve peut contenir simultanément plusieurs moules. Les paramètres de fonctionnements de l’étuve (Temps, Température) dépendent du nombre de moule présent dans l’étuve ainsi que de l’épaisseur de mélange liège/liant voulue sur la tôle 3 et pour permettre une bonne réticulation du mélange.
  • Avantageusement, le passage en étuve aura une durée comprise entre 3h et 12h.
  • Plus avantageusement, le passage en étuve aura une durée comprise entre 3h et 5h.
  • Encore plus avantageusement, le passage en étuve aura une durée comprise entre 3h30 et 4h30.
  • Afin d’illustrer les avantages de l’invention en terme d’isolation thermique, on peut citer à titre d’exemple, les résultats de tests thermiques effectués sur des éprouvettes de panneau 1 selon l’invention. L’exemple suivant illustre l’invention sans la limiter.
    1. Echantillons
  • Deux éprouvettes de panneau constitué de liège mâle de granulométrie de 2/5 mm mélangé à un liant et collé sur une feuille d’acier, ont été testées. La première éprouvette a une épaisseur de 100 mm, la seconde à une épaisseur de 120mm. Dans la seconde éprouvette, des sondes thermocouple intermédiaires ont été placées dans la matière comme suit : une première sonde à 30 mm de la face acier, une seconde sonde à 60mm de la face acier et une troisième à 90mm de la face acier.
    1. Conditions d’expérimentation
  • Les éprouvettes sont placées dans un cadre de bois et entourées de part et d’autre de chevêtres autour desquels des joints d'étanchéité à l'air ont été posés. Ce cadre est destiné à être inséré dans des tunnels de mesure. Un joint compressif de type Compriband est également positionné sur les 4 faces du cadre et le même joint sur le fond des tunnels de mesures, ces joints sont comprimés par un presseur. L’ensemble de ces éléments visent à empêcher toute fuite thermique ou tout risque de migration thermique pouvant perturber l'expérimentation.
  • Des chambres d’expérimentation de 2 types sont utilisées : une permettant des mesures pour des températures variant de -20°C à 0°C en froid ventilé ou en froid statique (source type groupe froid négatif), l’autre permettant des mesures pour des températures variant de + 40°C à + 120°C (source de température rayonnement infrarouge).
    1. Prise de mesures
  • Une mesure du temps de déphasage est effectuée toutes les 1/2 heures afin de déterminer le moment où les mesures sont stables et sans variation. Ici, la stabilité des mesures est atteinte au bout de 7 h 30.
  • Pour les deux éprouvettes deux mesures sont réalisées : la première à 0°C servant de référence au classement thermique, la seconde a + 60°C permettant d'évaluer le comportement du matériau ou complexe en confort d'été sous fort rayonnement solaire (Infra rouge).
    1. Mode de calculs
  • La formule de calcul utilisée est la formule industrielle de mesure homologuée par le COFRAC, TESTS THERMIQUE SELON FORMULE U :
  • [Math 1] U = {(TI-TSI * 0,125) /(Tl-TE)}
  • Cette formule permet de déterminer le coefficient U qui correspond au taux de déperdition conductive du matériau. Celui-ci est inversement proportionnel au coefficient R qui le coefficient de résistance thermique. A savoir :
  • [Math 2] U = 1/R
  • [Math 3] R = 1/U
  • On détermine le lambda d'un produit (coefficient de migration thermique) en divisant l'épaisseur exprimée en mètres par le coefficient R.
  • A noter que contrairement aux règles de calculs des logiciels le lambda n'est pas une valeur constante et peut subir des variations liées à la différence de températures, l'épaisseur des matériaux, les taux d'humidité voir même dans certains cas les différences de pression
    1. Résultats de comportement thermique pour l’éprouvette de 100mm et conclusions  :
  • On peut constater une bonne stabilité du matériau aux changements thermiques bien que l'on constate une perte de performances mineures au chaud.
  • -Comportement au froid (à 0°C) :
  • On constate une excellente résistance au froid standard avec pour l'éprouvette de 100mm : un lambda de 0.0246, un coefficient R de 4.06 et un coefficient U de 0.25.
  • On note un très bon comportement au froid de l’éprouvette avec un lambda très bas comparativement aux lambdas de panneaux isolants existants.
  • -Comportement au chaud (à +60°C) :
  • Pour l'éprouvette de 100mm : un lambda de 0.0346, un coefficient R de 2.89, et un coefficient U de 0.35.
  • On note une variation selon les épaisseurs et les deltas thermiques.
  • -Résultats de migration thermique sur l’éprouvette de 120mm :
  • Température surf.
    extérieure    		 A 30mm A 60mm A 90 mm Température surf.
    intérieure
    0°C 15.00° 19.80° 20.90° 21.20°
    +60°C 41.80° 35.70° 29.90° 24.80°
  • Enfin, il va de soi que les exemples de panneaux 1 et de procédés conformes à l'invention, qui viennent d'être décrits ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives de l'invention.
    •

Claims (13)

  1. Procédé de fabrication d’un panneau (1) isolant, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes successives suivantes :
    -Recouvrement d’une tôle (3) métallique par une couche (2) de mélange liège/liant,
    -Passage dans une étuve à une température comprise entre 40 et 150°C.
  2. Panneau (1) isolant, obtenu par le procédé selon la revendication 1 à base de matériaux composites, caractérisé en ce qu’il comporte au moins:
    - une couche (2) comportant un mélange d’au moins un liant et de liège ,
    - une tôle (3) métallique plane ou profilée.
  3. Panneau (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tôle (3) métallique est une tôle en acier.
  4. Panneau (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le liant est un liant organique.
  5. Panneau (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le liant est un polymère ou un mélange de polymères.
  6. Panneau (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le liant est un polyuréthane, un polyépoxyde ou un non-isocyanate polyuréthane (NIPU).
  7. Panneau (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le liant est un polyépoxyde.
  8. Panneau (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le liant est issu d’une réaction de polyaddition d’un polyépoxyde avec une polyamine.
  9. Panneau (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (2) comporte entre 10 et 99 % en masse de liège et respectivement entre 90 et 1% en masse de polyépoxyde.
  10. Panneau (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (2) comporte entre 50 et 95% en masse de liège et respectivement entre 50 et 5% en masse de polyépoxyde.
  11. Panneau (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (2) comporte entre 70 et 90% en masse de liège et respectivement entre 30 et 10% en masse de polyépoxyde.
  12. Panneau (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liège est pris en poudre ou en copeaux.
  13. Procédé de fabrication d’un panneau (1) isolant, caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes successives suivantes :
    -Recouvrement d’une tôle (3) métallique par une couche (2) de mélange liège/liant,
    -Passage dans une étuve à une température comprise entre 40 et 150°C.
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