WO2014096698A1 - Composition pour plaques de platre et produits obtenus - Google Patents
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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
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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