FR2718736A1 - Pâte d'un ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium particulier, composition la contenant et utilisation de cette pâte et de cette composition en tant que matériau de construction. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pâte d'un ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium particulier, une composition la contenant ainsi que l'utilisation de cette pâte et de cette composition en tant que matériau de construction. Selon l'invention, la pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium est obtenue par mélange d'une suspension de fibres de cellulose et/ou de déchets cellulosiques dans de l'eau avec une suspension de de Ca(OH)2 , mélange auquel on ajoute environ 1 mole de sulfate d'aluminium pour environ 3 à 4 moles de CA(OH)2 . L'invention trouve application dans le domaine des matériaux de construction, en particulier projetables.

Description

L'invention concerne une pâte d'un ligno-cellulosulfoaluminate de calcium particulier, une composition la contenant, ainsi que l'utilisation de cette pâte et de cette composition en tant que matériau de construction, notamment proj etable.

On connaît un procédé de fabrication d'une pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium consistant à ajouter, dans une première étape, du Ca(OH)2 à une suspension fibreuse provenant de papiers ou cartons déchiquetés ou autres déchets cellulosiques tels que sciure, écorce, paille, fibres végétales éventuellement, ou déchets plastiques, auquel on peut éventuellement ajouter des boues primaires et des boues mélangées de papeterie et, dans une seconde étape, à ajouter du sulfate de calcium dans une proportion de 6 moles de
Ca(OH)2 pour 1 mole de sulfate d'aluminium.

Ce procédé, décrit dans la demande de brevet français
No. FR 93 00 016, permet l'obtention, après filtration de la pâte obtenue, d'un matériau qui pourra être utilisé pour la réalisation d'un matériau de construction et d'ameublement, d'une très grande dureté, ignifuge, léger, isolant phonique et thermique.

Cependant, ce document établit que l'on ne peut s'écarter que très légèrement des proportions idéales c'està-dire de 1 mole de sulfate d'aluminium pour 6 moles de Ca(OH)2.

De plus, le matériau obtenu présente un excès d'eau qui lors de la fabrication de plaques de matériau de construction, après séchage, fait apparaître un très fort retrait de ces plaques.

L'invention a pour objet de pallier aux inconvénients cités ci-dessus en proposant une pâte d'un ligno-cellulosulfoaluminate de calcium particulier obtenue par mélange d'une suspension de fibres de cellulose et/ou de déchets cellulosiques et/ou de déchets organiques et/ou de déchets issus du procédé ou boues primaires de papeterie dans de l'eau avec une suspension de Ca(OH)2, mélange auquel on ajoute du sulfate d'aluminium en une proportion d'environ 1 mole de sulfate d'aluminium pour environ 3 à 4 moles de Ca(OH)2.

Selon une autre caractéristique de la pâte du lignocellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention, ledit mélange contient de 5 à 50% en poids desdites fibres de cellulose et/ou desdits déchets.

Selon encore une autre caractéristique de la pâte du ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention, le mélange est un mélange d'environ 7,8% en poids desdites fibres de cellulose et/ou desdits déchets, d'environ 5,8% en poids de Ca(OH)2 et d'environ 15,2% en poids de sulfate d'aluminium à 60% dans environ 71% en poids d'eau.

Selon toujours une autre caractéristique de la pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention, on ajoute audit mélange entre 0,1% et 1%, de préférence 0,2%, en poids d'un composé rétenteur d'eau.

Selon également une autre caractéristique de la pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention, le rétenteur d'eau est choisi dans le groupe constitué par la méthylcellulose, la carboxyméthyl cellulose et l'hydroxy éthyl cellulose.

L'invention propose également une composition comprenant entre 15 et 25, de préférence 20, parties en poids de ciment et entre 25 et 35, de préférence 30, parties en poids du ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention.

Selon une caractéristique de la composition de l'invention, 1 à 5 parties, de préférence 2 parties, en poids de ciment sont remplacées par du plâtre.

Selon une autre caractéristique de la composition de l'invention, ladite composition comprend de plus entre 1 et 5 parties, de préférence 2 parties, en poids de Ca(OH)2.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ladite composition comprend de plus entre 0,5 et 5%, de préférence 1,2%, en poids par rapport au poids total de ciment, de plâtre et de Ca(OH)2 ajoutés dans la composition, de stéarate de calcium ou de magnésium et/ou d'oléate de calcium ou de magnésium.

La composition de l'invention peut encore comprendre des additifs tels que des colorants ou autres.

Selon une variante de la composition de l'invention, celle-ci est emballée en deux récipients séparés, l'une contenant la dose appropriée de pâte de l'invention et l'autre la dose appropriée des autres composés de ladite composition pour, par simple mélange des deux récipients, obtenir ladite composition prête à l'emploi sur le lieu d'utilisation.

La pâte du ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium particulier de l'invention peut notamment être utilisée pour la fabrication d'un matériau de construction, en particulier projetable.

La composition selon l'invention peut être utilisée en tant que matériau de construction, en particulier projetable.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre.

Le procédé de fabrication de ligno-cellulosulfoaluminate de calcium de l'art antérieur permet d'obtenir une pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium qui après séchage permet la réalisation de plaques utilisables en tant que matériau de construction, très légères et ayant des propriétés d'isolation thermique et phonique. Cependant, ce procédé est difficile à mettre en oeuvre industriellement et le mélange obtenu constituant la pâte n'est pas homogène.

Après de nombreuses études, les présents inventeurs ont mis en lumière d'une part la nécessité d'une préparation très poussée des déchets et/ou fibres cellulosiques utilisées en tant que matériau de départ, c'est-à-dire, un défibrage de ce matériau de départ, et d'autre part la nécessité d'utiliser des proportions spécifiques des différents composés entrant dans la réaction.

Ainsi, on a trouvé qu'une suspension de fibres de cellulose et/ou de déchets cellulosiques et/ou de déchets organiques et/ou de déchets issus du procédé ou boues primaires de papeterie dans de l'eau, mélangée avec une suspension de Ca(OH)2, mélange auquel on ajoute du sulfate d'aluminium, amène à l'obtention d'une pâte, d'un lignocellulo-sulfoaluminate de calcium particulier, homogène avec une réaction complète, si on ajoute environ 1 mole de sulfate d'aluminium pour environ 3 à 4 moles de Ca(OH)2.

Les fibres de cellulose et/ou les déchets cellulosiques et/ou les déchets organiques et/ou les déchets issus du procédé ou boues primaires de papeterie, peuvent être présentes dans une proportion allant de 5 à 50% en poids du poids total du mélange obtenu en final.

Selon un mode de réalisation préféré, les proportions nécessaires au bon déroulement de la réaction et à l'homogénéité de la pâte obtenue sont les suivantes
- 7,8% en poids de fibres de cellulose et/ou de déchets cellulosiques et/ou de déchets organiques et/ou de boues primaires issues d'un procédé de fabrication de papier, qui ont subi un défibrage,
- environ 5,8% en poids de Ca(OH)2,
- environ 15,2% en poids de sulfate d'aluminium à 60%
(60% en poids de sulfate d'aluminium, 40% en poids
d'autres composants),
- 71% en poids d'eau.

Après agitation de ce mélange, on obtient une pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium homogène mais qui peut sédimenter.

Afin d'empêcher cette sédimentation, on ajoute entre 0,1 et 1% en poids d'un composé rétenteur d'eau. Les meilleurs effets sont obtenus avec 0,2% en poids de rétenteur d'eau. Le rétenteur d'eau peut être tout rétenteur d'eau connu mais il sera plus spécialement choisi parmi le groupe constituant la méthylcellulose, la carboxyméthyl cellulose et l'hydroxy éthyl cellulose.

La pâte ainsi obtenue est un mélange d'environ 50% en poids d'eau et d'environ 50% en poids de ligno-cellulosulfoaluminate de calcium.

Après filtration de la pâte et sa mise en forme de plaques à des épaisseurs supérieures ou égales à 15 mm, un séchage est impossible à froid. Un séchage à chaud amène à un retrait très fort, de l'ordre de 5000 pm/m.

De plus, cette pâte n'est pas utilisable en tant que matériau de construction projetable.

Afin d'éviter le problème du retrait, et pour de plus éviter la filtration de la pâte et utiliser l'eau excédentaire tout en obtenant un matériau de construction, notamment projetable, la pâte du ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention a été utilisée en mélange avec un liant hydraulique.

De façon surprenante, on a alors obtenu une composition projetable qui allie des propriétés d'isolation phonique et thermique dues à la densité très faible du mélange ainsi obtenu avec des résistances mécaniques équivalentes aux résistances habituelles des enduits à haute densité.

Ces propriétés sont très surprenantes, car la pâte qui est une pâte aqueuse, contient une quantité importante d'ions sulfates libres de l'ordre de 6% en poids, ce qui la rend inutilisable, comme cela est connu de l'homme de l'art, en tant que pâte aqueuse à ajouter à un liant hydraulique tel que du ciment. En effet, la présence de sulfates libres dans la pâte aqueuse utilisée dans un tel cas amène à un gonflement à travers le réseau cristallin et crée des désordres dans celui-ci, ce qui peut, dans le cas extrême, détruire la structure de ce réseau cristallin et donc rendre le ciment inutilisable.

Ainsi de façon surprenante, la pâte du ligno-cellulosulfoaluminate de calcium de l'invention peut être associée sans traitement préalable avec un liant hydraulique pour obtenir un enduit se travaillant comme un enduit traditionnel c'est-à-dire projetable, talochable.

On obtient ainsi un enduit isolant thermiquement et phoniquement, de faible densité mais très résistant mécaniquement.

Le liant hydraulique peut être tout liant hydraulique utilisé habituellement dans le domaine de la construction, tel que du ciment, du plâtre ou de la chaux.

Dans ce qui suit, les termes "pâte de l'invention", "pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention" se réfèrent indifféremment à la pâte de lignocellulo-sulfoaluminate de calcium obtenue comme décrit précédemment, soit seule, soit avec l'ajout du rétenteur d'eau précité.

Lorsque le liant hydraulique est du ciment, un mélange de 15 à 25 parties en poids de ciment avec 25 à 35 parties en poids de la pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention permettra d'obtenir un matériau de construction avec toutes les propriétés précitées.

Selon un mode de réalisation préféré, on mélange environ 20 parties en poids de ciment avec 30 parties en poids de la pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention.

Alors que le retrait obtenu sur la pâte de lignocellulo-sulfoaluminate de calcium est de 5000 pm/m et que le retrait d'un ciment traditionnel est de 1500 pm/m, la composition de l'invention permet d'obtenir un retrait inférieur à 1500 Hm/m.

L'ajout de plâtre au mélange de ciment et de pâte de ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium de l'invention permet de réduire et même d'annuler le retrait de la composition de l'invention. Ainsi, un mélange d'entre 15 et 20 parties en poids de ciment avec entre 25 et 35 parties en poids de la pâte de l'invention, et 1 à 5 parties en poids de plâtre est une composition particulièrement avantageuse.

Pour obtenir un retrait nul, une composition préférée est un mélange de 17 parties en poids de ciment, 30 parties en poids de la pâte de l'invention et 2 parties en poids de plâtre. Il est à noter que si on utilise plus de 5 parties en poids de plâtre, on observe un gonflement lors du séchage de la composition alors que si l'on utilise moins de 1 partie en poids de plâtre, on obtient un retrait qui au séchage bien qu'inférieur à celui des enduits traditionnels reste fort.

Pour améliorer la maniabilité et la rétention d'eau de la composition décrite ci-dessus et, afin en particulier de retarder la prise de la composition de l'invention, l'ajout de chaux (Ca(OH)2) est avantageux.

Ainsi, un mélange d'entre 25 et 35 parties en poids de pâte de l'invention, avec entre 10 et 20 parties en poids de ciment, 1 à 5 parties en poids de plâtre et 1 à 5 parties en poids de chaux est un autre mode de réalisation préféré de la composition de l'invention. Une composition plus particulièrement préférée selon l'invention est une composition comprenant 30 parties en poids de la pâte de l'invention, 15 parties en poids de ciment, 2 parties en poids de plâtre et 2 parties en poids de chaux (Ca(OH)2).

On peut encore améliorer les propriétés de la composition pour matériaux de construction de l'invention en la rendant imperméable à l'eau, c'est-à-dire en ajoutant de plus dans les différentes compositions décrites ci-dessus entre 0,5 et 5% en poids d'un stéarate de calcium ou de magnésium. Le même effet peut être obtenu avec entre 0,5 et 5% en poids d'oléate de calcium ou de magnésium ou d'une combinaison de stéarate de calcium ou de magnésium et d'oléate de calcium ou de magnésium.

La proportion préferée de stéarate et/ou d'oléate de calcium ou de magnésium de la composition est de 1,2% en poids pour 20 parties en poids de ciment ou, dans le cas où on utilise le ciment en combinaison avec du plâtre pour 20 parties en poids du ciment et de la chaux ou dans le cas où on utilise le ciment avec du plâtre et de la chaux, pour 20 parties en poids du ciment, du plâtre et de la chaux.

Dans ce qui précède, le pourcentage en poids de stéarate et/ou d'oléate de magnésium ou de calcium est calculé par rapport au poids de ciment total ajouté ou, dans le cas où on utilise du ciment et du plâtre, par rapport au poids total du ciment et du plâtre, ou dans le cas où on utilise du ciment, du plâtre et du Ca(OH)2, par rapport au poids total du ciment, du plâtre et du Ca(OH)2.

On pourra également dans la composition de l'invention ajouter des colorants tels que de l'oxyde de titane et/ou des oxydes métalliques selon la nuance de couleur désirée.

Ainsi, on a obtenu avec la pâte de l'invention une composition entièrement synthétique qui peut être utilisée comme un enduit traditionnel c'est-à-dire projetable et talochable.

Le retrait à la prise de ce nouvel enduit est considérablement réduit voire annulé dans certains cas et il sera toujours inférieur à celui d'un mortier hydraulique traditionnel.

Le séchage et le durcissement des matériaux de l'invention sont comparables à ceux des enduits traditionnels chaux-ciment.

Sa densité très faible de 0,5 à 1,2 permet d'obtenir une très bonne isolation phonique et thermique sans présenter de baisse de résistance mécanique à la compression.

En effet, avec ces compositions, on obtiendra des résistances mécaniques à la compression équivalente aux résistances habituelles des enduits à densité de 1,6 à 2.

Il est également très important de noter que le module d'élasticité est deux fois moins élevé que celui d'un enduit traditionnel ce qui permet d'obtenir un enduit qui ne se fissure pas lorsque le support, sur lequel il est revêtu, subit des variations tridimensionnelles.

Les autres caractéristiques telles que l'adhérence, la capillarité, la résistance au gel, etc. sont voisines des valeurs habituelles des enduits traditionnels.

Une présentation particulièrement avantageuse de la composition de l'invention est une présentation dans laquelle la pâte de ligno-cellulo-sulfo-aluminate de calcium humide additionnée ou non de rétenteur d'eau est emballée séparément du mélange de liant hydraulique défini ci-dessus composé soit de ciment, soit de ciment et plâtre, soit de ciment, plâtre et chaux, soit de ciment, plâtre, chaux et colorants. Les deux récipients comprennent les doses appropriées de chacun des constituants de la composition de l'invention. Ainsi, il suffira de mélanger le contenu des deux récipients pour obtenir un mélange prêt à l'emploi qui évitera les risques d'erreurs et permettra d'obtenir la nuance de couleur exacte voulue, les erreurs étant dues à un taux de gâchage irrégulier en traditionnel.

De plus, cette présentation permet d'utiliser cet enduit sur tous les chantiers même ceux où il n'y pas d'eau puisque il n'y a pas nécessité d'ajouter celle-ci à la composition de l'invention.

La composition de l'invention est très thixotrope et peut s'appliquer en une seule passe jusqu'à 5 cm d'épaisseur sans aucun problème.

La composition de l'invention remplace donc avantageusement les enduits traditionnels et est particulièrement pratique d'utilisation puisqu'on n'a plus à réaliser un mélange de ciment, de sable, de chaux et d'eau sur place.

L'enduit réalisé avec la composition de l'invention est un enduit classé Mo c'est-à-dire que non seulement il n'est pas combustible mais de plus, il n'est pas conducteur de chaleur.

La composition de l'invention contribue à la protection de l'environnement en ce qu'on utilise pour la réaliser du papier usagé et des boues de papeterie que l'on recycle et valorise ainsi.

La composition de l'invention peut être utilisée en tant qu'enduit projetable mais également pour la réalisation de plaques préfabriquées de matériaux de construction aussi bien qu'en tant que mortier de montage de maçonnerie de façon à obtenir des joints plus légers.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés ici, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.

Ainsi, le rétenteur d'eau pourra être tout produit équivalent autre que la méthylcellulose, l'hydroxy éthyl cellulose et la carboxyméthyl cellulose. De la même façon, l'oléate et/ou le stéarate de calcium ou de magnésium pourront être remplacés par tout autre produit hydrofugeant tel qu'un silicone, etc...

Egalement, on pourra ajouter des additifs autres que des colorants pour donner d'autres propriétés particulières à la composition de l'invention, comme cela est connu dans l'art.

De plus, l'homme de l'art compendra aisément que dans la description de l'invention qui précède et dans les revendications annexés, on pourra utiliser du CaO à la place de de Ca(OH)2 sans sortir du cadre de l'invention.

Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ci-dessus ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Pâte d'un ligno-cellulo-sulfoaluminate de calcium obtenue par mélange d'une suspension de fibres de cellulose et/ou de déchets cellulosiques et/ou de déchets organiques et/ou de déchets issus du procédé ou boues primaires de papeterie dans de l'eau avec une suspension de Ca(OH)2, mélange auquel on ajoute du sulfate d'aluminium, caractérisée en ce qu'on ajoute environ 1 mole de sulfate d'aluminium pour environ 3 à 4 moles de Ca(OH)2.

2. Pâte selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit mélange contient de 5 à 50% en poids desdites fibres et/ou desdits déchets par rapport au poids total du mélange.

3. Pâte selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit mélange est un mélange de 7,8% en poids desdites fibres de cellulose et/ou desdits déchets avec 5,8% en poids de Ca(OH)2 et 15,2% en poids de sulfate d'aluminium à 60% dans 71% en poids d'eau.

4. Pâte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus entre 0,1 et 1%, de préférence 0,2%, en poids d'un composé rétenteur d'eau.

5. Pâte selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rétenteur d'eau est choisi parmi le groupe constitué par la méthylcellulose, la carboxyméthyl cellulose et l'hydroxy éthyl cellulose.

6. Composition caractérisée en ce qu'elle comprend entre 15 et 25, de préférence 20, parties en poids de ciment et entre 25 et 35, de préférence 30, parties en poids de la pâte selon l'une des revendications 1 à 5.

7. Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que 1 à 5 parties, de préférence 2 parties, en poids de ciment sont remplacées par du plâtre.

8. Composition selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus entre 1 et 5, de préférence 2, parties en poids de Ca(OH)2.

9. Composition selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus entre 0,5 et 5% de préférence 1,2%, en poids par rapport au poids total du ciment, plâtre et Ca(OH)2 ajoutés, de stéarate et/ou d'oléate de calcium ou de magnésium.

10. Composition selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle contient de plus des additifs tels que des colorants.

11. Composition selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce qu'elle est emballée en deux récipients séparés, l'une contenant la dose appropriée de la pâte selon l'une des revendications 1 à 5 et l'autre la dose appropriée du restant de ladite composition pour, par un simple mélange des deux récipients, obtenir ladite composition.

12. Utilisation de la pâte selon l'une des revendications 1 à 5 pour la fabrication d'un matériau de construction, en particulier projetable.

13. Utilisation de la composition selon l'une des revendications 6 à 11 en tant que matériau de construction, en particulier projetable.