WO2020065191A1 - Laine minerale - Google Patents

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WO2020065191A1
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Corinne CLAIREAUX
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Saint-Gobain Isover
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    • C03C2213/00—Glass fibres or filaments

Definitions

  • the present invention relates to the field of artificial mineral wools. It relates more particularly to mineral wools intended for manufacturing thermal insulation materials. She is particularly interested in mineral wools for fire protection applications.
  • this type of mineral wool is fiberized by so-called "external" centrifugation processes, for example of the type of those using a cascade of centrifugation wheels supplied with molten material by a static distribution device, as described in particular in EP 0465310 or EP 0439385.
  • Mineral wools placed on the market must be biosoluble, i.e. have the capacity to dissolve quickly in a physiological medium, in order to prevent any potential pathogenic risk linked to the possible accumulation of the finest fibers in the body by inhalation.
  • the fire resistance of a building element corresponds to the period during which the element retains its load-bearing function, guarantees flame resistance and retains its role as thermal insulator.
  • the standard fire test generally consists of an increase in temperature according to ISO 834, based on the temperature curve of a cellulosic fire.
  • the objective of the present invention is to provide mineral wool compositions which are both fiberizable by internal centrifugation processes, capable of being biosoluble and resistant to very high temperatures without the need for organic phosphate additives.
  • the course of fiberizing by these methods is optimal when the molten material has a viscosity of 3 poises.
  • T f , b the temperature not being perfectly constant over time nor perfectly homogeneous during fiberizing, a sufficient difference is necessary between the fiberizing temperature (T f , b ) and the liquidus temperature (T Mq ).
  • This difference, called fiberizing range must be at least 40 ° C to avoid any problem of devitrification and blockage of the plates during fiberizing. This is why the liquidus temperature (Tü q ) must be lower than 1180 ° C.
  • the subject of the invention is a mineral wool having a chemical composition comprising the following constituents, in weight percentages:
  • AI2O3 19.5-27%, preferably 20-26%
  • MgO 1-5% preferably 2-5%
  • MgO / RO mass ratio greater than 0.10 and less than 0.50, preferably less than 0.40, or even less than 0.30, and
  • RO represents the alkaline earth oxides CaO, MgO, BaO and SrO
  • R2O represents the alkaline oxides Na2 ⁇ and K2O
  • T fib Ti og 3 less than 1220 ° C, Tüg less than 1180 ° C and T fib - Tnq greater than 40 ° C
  • These combined properties were notably obtained thanks to the choice of times with a relatively low lime content (less than 12%), the presence of magnesia and a well-defined balance between alkaline earth oxides and alkaline oxides (0.10 ⁇ MgO / RO ⁇ 0.50 and RO / (RO + R 2 O) ⁇ 0.55).
  • the invention also relates to a thermal and / or sound insulation product comprising a mineral wool described above.
  • the invention also relates to the use of mineral wool described above in fire-resistant construction systems.
  • Figure 1 shows the thermomechanical resistance curve of Example 1 according to the invention.
  • the sum of the contents of S1O2, AI2O3, CaO, MgO, R2O, Fe 2 03 and B2O3 preferably represents at least 95%, in particular at least 97%, or even at least 98% by weight of the mineral wool composition.
  • the silica (S1O2) content is in a range from 39 to 50%, especially 49%, even 48%.
  • a content higher than 50% can decrease the biosolubility of mineral fibers.
  • a content of less than 39% may adversely affect the viscosity of the composition at fiberizing temperatures.
  • the alumina (AI2O3) content is in a range from 19.5 to 27%, in particular from 20%, or even 21% to 26.5%, even 26%.
  • a content higher than 27% can increase the liquidus temperature.
  • a content of less than 19.5% may adversely affect the viscosity of the composition at fiberizing temperatures as well as the resistance at very high temperatures.
  • the lime (CaO) content is in a range from 5 to 12%, in particular from 6%, even 7%, or 8% to 11%, even 10%. Levels below 5% can increase the liquidus temperature.
  • the magnesia content (MgO) is in a range from 1% (or 1.0%) to 5%, in particular from 2%, or even 3%, to 4%. MgO contributes to resistance at very high temperatures.
  • Mineral wool generally does not include other alkaline earth oxides than CaO and MgO. It may nevertheless contain small amounts of BaO or SrO, at levels of up to 2%, even 1%, 0.20%, or even 0.1%, these oxides being able to be present as impurities in certain raw materials.
  • MgO / RO The ratio between magnesium oxide and the sum of alkaline earth oxides (CaO, MgO, BaO and SrO): MgO / RO is greater than 0.10 and less than 0.50, in particular 0.11 , or even 0.12 to 0.40, even 0.38, 0.35 or even 0.30.
  • An MgO / RO ratio of less than 0.10 can affect resistance at very high temperatures.
  • a MgO / RO ratio greater than 0.50 can increase the liquidus.
  • the total content of alkaline oxides (R2O), especially soda (Na 2 0) and potash (K2O), is preferably greater than 12%.
  • the Na2O content is in a range from 5 to 20%, in particular 6%, even 7%, or 8% to 18%, even 15%, or 12%.
  • the K2O content is for its part at most 15%, in particular 1%, or even 2%, or 3% to 12%, even 10%, 8%, or 5%.
  • the mineral wool preferably does not contain any other alkaline oxide than Na 2 0 and K 2 O. However, it can contain small amounts of U2O, sometimes present as impurities in certain raw materials, at levels of up to 0.5%, even 0.2%, or even 0.1%.
  • the ratio R0 / (R0 + R 2 0) is less than 0.55, in particular 0.15, or even 0.20 or 0.30 to 0.53, even 0.50.
  • An R0 / (R0 + R 2 0) ratio greater than 0.55 can affect the composition's fibrability.
  • the iron oxide (F2O3) content is in a range from 2 to 15%, in particular from 3%, even 5%, or 6% to 12%, even 10%, or 8%.
  • the boron oxide (B2O3) content is at most 2%, in particular 0.1%, or even 0.5%, 1.5% or even 1%.
  • the presence of boron can be advantageous for improving the biosolubility of the fibers and / or improving their insulating properties.
  • the mineral fiber composition according to the invention may also contain P2O5, in particular at levels which can range up to 3%, or even up to 1.2%, to increase the biosolubility at neutral pH. It is however preferably free of P2O5.
  • composition according to the invention may also include other elements present in particular as unavoidable impurities. It can include titanium oxide (T1O2) and zirconia (ZrÜ2) in contents ranging in the range of up to 3%, in particular from 0.1 to 2.0%, or even 1.0%.
  • T1O2 titanium oxide
  • ZrÜ2 zirconia
  • the mineral fibers according to the invention have a chemical composition comprising the following constituents, in weight percentages:
  • MgO / RO mass ratio greater than 0.10 and less than 0.50, preferably less than 0.40, or even less than 0.30 and
  • the invention also relates to a process for obtaining mineral fibers according to the invention, comprising a step of melting a vitrifiable mixture having substantially the same chemical composition as that of said mineral fibers; then a fiberizing step, in particular by internal centrifugation.
  • the melting step makes it possible to obtain a bath of molten material from a vitrifiable mixture.
  • the batch mix includes various materials natural and / or artificial raw materials, for example silica sand, phonolite, dolomite, sodium carbonate, etc.
  • the melting step can be carried out in various known ways, in particular by melting in a flame oven or by electric melting.
  • the flame oven comprises at least one burner, aerial (the flames are arranged above the molten bath and heat it by radiation) or immersed (the flames are created directly within the molten bath).
  • the or each burner can be powered by various fuels such as natural gas or fuel oil.
  • electrical fusion is meant that the vitrifiable mixture is melted by the Joule effect, by means of electrodes immersed in the bath of molten material, to the exclusion of any use of other heating means, such as flames.
  • the batch mixture is normally distributed homogeneously over the surface of the melt bath using a mechanical device, and thus constitutes a heat shield limiting the temperature above the melt bath, so that the presence a superstructure is not always necessary.
  • the electrodes can be suspended so as to immerse in the molten bath from above, be installed in the bottom, or even be installed in the side walls of the tank.
  • the first two options are generally preferred for large tanks in order to distribute the heating of the molten bath as well as possible.
  • the electrodes are preferably made of molybdenum, or even optionally of tin oxide.
  • the passage of the molybdenum electrode through the bottom is preferably done through an electrode holder made of water-cooled steel.
  • the melting step can also implement both a flame fusion and an electrical fusion, for example by using a flame oven also provided with side wall electrodes serving to accelerate the melting of the batch.
  • the fiberizing step is preferably carried out by internal centrifugation.
  • the fibers obtained can be bonded together using a sizing composition sprayed onto their surface, before being received and shaped to give various mineral wool products, such as rolls or panels.
  • the mineral wool products thus bound preferably comprise at most 15% by dry weight of binder relative to the total weight of the binder and the mineral fibers.
  • the mineral wool can comprise a phosphorus additive, preferably sprayed at the same time as the sizing composition.
  • the phosphorus-containing additive may be a mineral additive, as described in application WO 01/68546 or an organic phosphate additive, for example an oligomer or polymer of the phosphonic or phosphoric polyacid or polyester type, as taught by application WO 2006/103375 .
  • the mineral wool compositions according to the invention have the advantage of having intrinsically very good resistance properties at very high temperatures so that the use of such phosphorus-containing compounds is not necessary even for very demanding applications such as than fire protection applications.
  • the mineral wool does not include a phosphorus additive.
  • the invention also relates to a thermal insulation product comprising mineral fibers according to the invention.
  • a thermal insulation product comprising mineral fibers according to the invention.
  • Such a product is in particular in the form of rolls or panels. It can be used for example in buildings, in industry or in means of transport, in particular rail or sea. It is particularly suitable for applications in which it may be subjected to high temperatures, either continuously (insulation of domestic or industrial ovens or ovens, of fluid transport pipes) or accidentally, in a protective role against fire (fire doors, insulation of ships, tunnels or offshore platforms, etc.).
  • the product according to the invention can be used to thermally insulate all types of buildings, tertiary or residential (collective or individual). It can for example be used in exterior insulation systems, for the insulation of timber frame houses, in sandwich panels, in ventilation ducts etc ...
  • the invention also relates to the use of mineral wool described above in fire-resistant construction systems.
  • Fiber-resistant construction systems are systems, generally comprising assemblies of materials, in particular based on mineral wool and metal plates, capable of effectively delaying the propagation of heat as well as ensuring a protection against flames and hot gases and maintain mechanical resistance during a fire.
  • Standardized tests define the degree of fire resistance, expressed in particular as the time necessary for a given temperature to be reached on the opposite side of the construction system subjected to a flow of heat, released for example by the flame of a burner or electric oven.
  • Sagging is determined by thermomechanical analysis.
  • the glasses obtained are reduced to a powder, the particle size of which is less than 40 ⁇ m.
  • Each glass powder is compacted in the form of cylindrical pellets with a diameter of 5 mm and a height of approximately 1 cm and a density equal to 64% of that of glass.
  • the sag expressed as a percentage, corresponds to the variation in the height of a pellet of glass powder subjected to a ramp of 10 K / min from room temperature to 1000 ° C relative to the initial height of the pastille.
  • the height of the sample is measured using a probe placed at the top of the cylinder.
  • the repeatability tests make it possible to define a standard deviation of less than 1%.
  • a slump of less than 10% is considered necessary to obtain resistance to the cellulosic fire curve described in standard ISO 834.
  • Example 1 exhibits low sagging which is maintained up to 1000 ° C., indicating good resistance at very high temperature.
  • This composition also has a temperature T
  • the compositions of comparative examples C1 to C4 do not make it possible to satisfy all of these criteria.
  • the compositions C1, C2 and C3 do not have sufficient resistance at very high temperature, while the composition C4 has a T ii q that is too high to be able to be fiberized by internal centrifugation.

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Abstract

4/14 Titre invention : LAINE MINERALE Déposant : SAINT-GOBAIN ISOVER Abrégé descriptif Laine minérale présentant une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentages pondéraux : S i O 2 39-50% A l 2 O 3 9,5-27% CaO 5-12% MgO 1-5% N a 2 O 5-20% K 2 O 0-15%% F e 2 O 3 2-15% B 2 O 3 0-2%% un rapport massique MgO/RO supérieur à 0,10 et inférieure à 0,50 et un rapport massique RO/(RO+R 2 O) inférieur à 0,55, dans lesquels RO représente les oxydes alcalino-terreux CaO, Mg O, BaO et SrO, et R 2 O représente les oxydes alcalins Na 2 O et K 2 O.

Description

Description
LAINE MINERALE
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine des laines minérales artificielles. Elle vise plus particulièrement les laines minérales destinées à fabriquer des matériaux d’isolation thermique. Elle s’intéresse notamment aux laines minérales pour des applications de protection contre le feu.
[0002] Elle s’intéresse plus particulièrement aux laines minérales dont les compositions chimiques entraînent une température de liquidus élevée et une grande fluidité à leur température de fibrage, associées à une température de transition vitreuse élevée.
Etat de l’art
[0003] Conventionnellement, ce type de laine minérale est fibré par des procédés de centrifugation dits « externes », par exemple du type de ceux utilisant une cascade de roues de centrifugation alimentées en matière fondue par un dispositif de distribution statique, comme décrit notamment dans les brevets EP 0465310 ou EP 0439385.
[0004] Le procédé de fibrage par centrifugation dit « interne », c’est-à-dire ayant recours à des centrifugeurs tournant à grande vitesse et percés d’orifices, est par contre conventionnellement réservé au fibrage de laine minérale de type laine de verre, schématiquement de composition relativement riche en oxydes alcalins et à faible taux d’alumine, de température de liquidus moins élevée et dont la viscosité à la température de liquidus est plus grande que celle de la laine de roche ou de basalte. Ce procédé est notamment décrit dans les brevets EP 0189354 ou EP 0519797.
[0005] Des solutions techniques permettant d’adapter le procédé de centrifugation interne au fibrage de la laine de roche sont connues notamment de WO 93/02977, par la modification de la composition du matériau constitutif des centrifugeurs et de leurs paramètres de fonctionnement. Cette adaptation permet dès lors de combiner des propriétés qui n’étaient jusque-là inhérentes qu’à l’un ou l’autre des deux types de laine, roche ou verre. Ainsi, la laine de roche obtenue par centrifugation interne est d’une qualité comparable à de la laine de verre, avec un taux d’infibrés moindre que de la laine de roche obtenue conventionnellement. Elle conserve cependant les deux atouts liés à sa nature chimique, à savoir un faible coût de matières premières et une tenue en température élevée.
[0006] Aux critères de qualité et de faisabilité industrielle et économique, vient s’ajouter un critère sanitaire. Les laines minérales mises sur le marché doivent être biosolubles, à savoir avoir la capacité de se dissoudre rapidement en milieu physiologique, en vue de prévenir tout risque pathogène potentiel lié à l’accumulation éventuelle des fibres les plus fines dans l’organisme par inhalation.
[0007] Enfin, pour certaines applications, il est souhaitable de disposer de laines minérales présentant une bonne résistance à très haute température. La résistance au feu d’un élément de construction correspond à la durée pendant laquelle l’élément conserve sa fonction portante, garantit l’étanchéité aux flammes et conserve son rôle d’isolant thermique. Le test incendie standard consiste généralement en une montée en température suivant la norme ISO 834, basée sur la courbe des températures d’un feu cellulosique.
[0008] Des compositions de laine minérale satisfaisant à la fois les critères de fibrabilité par les procédés de centrifugation interne, de biosolubilité et une bonne résistance aux hautes températures ont été développées. De telles compositions sont par exemple décrites dans WO 2005/033032. Cependant, pour satisfaire aux exigences de résistance à très haute température, ces fibres minérales doivent être revêtues d’un additif organique phosphaté tel que décrit dans WO 2006/103375.
Résumé de l’invention
[0009] L’objectif de la présente invention est de proposer des compositions de laine minérale qui soient à la fois fibrables par les procédés de centrifugation interne, susceptible d’être biosolubles et résistantes à très haute températures sans avoir recours à des additifs organiques phosphatés.
[0010] Le déroulement du fibrage par ces procédés est optimal lorsque la matière fondue a une viscosité de 3 poises. La température de fibrage à laquelle cette viscosité doit être atteinte (Tfib=Tiog3) doit être inférieure à 1220°C. D’autre part, la température n’étant pas parfaitement constante dans le temps ni parfaitement homogène lors du fibrage, un écart suffisant est nécessaire entre la température de fibrage (Tf,b) et la température du liquidus (T Mq). Cet écart, appelé plage de fibrage, doit être d’au moins 40°C pour éviter tout problème de dévitrification et d’obstruction des assiettes lors du fibrage. C’est pourquoi la température de liquidus (Tüq) doit être inférieure à 1180°C.
[0011] L’invention a pour objet une laine minérale présentant une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentages pondéraux :
S1O2 39-50%, de préférence 39-49%
AI2O3 19,5-27%, de préférence 20-26%
CaO 5-12%, de préférence 6-11 %
MgO 1-5%, de préférence 2-5%
Na2Û 5-20%, de préférence 6-18%
K2O 0-15%, de préférence 1-12%
Fe2Û3 2-15%, de préférence 3-12%
B2O3 0-2%, de préférence 0-1 ,5%
un rapport massique MgO/RO supérieur à 0,10 et inférieur à 0,50, de préférence inférieur à 0,40, voire inférieur à 0,30, et
un rapport massique RO/(RO+R20) inférieur à 0,55,
dans lesquels RO représente les oxydes alcalino-terreux CaO, MgO, BaO et SrO, et R2O représente les oxydes alcalins Na2Û et K2O.
[0012] De telles compostions présentent des propriétés de résistance à très haute température significativement améliorée tout en conservant des propriétés de biosolubilité et de processabilité (Tfib=Tiog3 inférieure à 1220° C, Tüg inférieure à 1180°C et Tfib-Tnq supérieure à 40°C) recherchées. Ces propriétés combinées ont notamment pu être obtenues grâce au choix à la fois d’une teneur en chaux relativement faible (inférieure à 12%), de la présence de magnésie et d’un équilibre bien déterminé entre les oxydes alcalino-terreux et les oxydes alcalins (0,10<MgO/RO<0,50 et RO/(RO+R2O)<0,55).
[0013] L’invention concerne également un produit d’isolation thermique et/ou phonique comprenant une laine minérale décrite ci-dessus.
[0014] L’invention a encore pour objet l'utilisation de la laine minérale décrite ci- dessus dans des systèmes constructifs résistants au feu.
Brève description des dessins
[0015] La Figure 1 montre la courbe de résistance thermomécanique de l’exemple 1 selon l’invention.
Description détaillée
[0016] Dans les compositions selon l’invention, la somme des teneurs en S1O2, AI2O3, CaO, MgO, R2O, Fe203 et B2O3 représente de préférence au moins 95%, notamment au moins 97%, voire au moins 98% en poids de la composition de laine minérale.
[0017] La teneur en silice (S1O2) est comprise dans un domaine allant de 39 à 50%, notamment 49%, voire 48%. Une teneur supérieure à 50% peut diminuer la biosolubilité des fibres minérales. Une teneur inférieure à 39% peut affecter défavorablement la viscosité de la composition aux températures de fibrage.
[0018] La teneur en alumine (AI2O3) est comprise dans un domaine allant de 19,5 à 27%, notamment de 20%, voire 21 % à 26,5%, voire 26%. Une teneur supérieure à 27% peut augmenter la température de liquidus. Une teneur inférieure à 19,5% peut affecter défavorablement la viscosité de la composition aux températures de fibrage ainsi que la résistance à très haute température.
[0019] La teneur en chaux (CaO) est comprise dans un domaine allant de 5 à 12 %, notamment de 6%, voire 7%, ou 8% à 11 %, voire 10%. Des teneurs inférieures à 5% peuvent augmenter la température du liquidus. [0020] La teneur en magnésie (MgO) est comprise dans un domaine allant de 1 % (ou 1 ,0%) à 5%, notamment de 2%, voire 3%, à 4%. MgO contribue à la résistance à très haute température.
[0021] La laine minérale ne comprend généralement pas d’autres oxydes alcalino-terreux que CaO et MgO. Elle peut néanmoins contenir de faibles quantités de BaO ou SrO, à des teneurs pouvant aller jusqu’à 2%, voire 1 %, 0,20%, ou même 0,1 %, ces oxydes pouvant être présents en tant qu’impuretés dans certaines matières premières.
[0022] Le ratio entre l’oxyde de magnésium et la somme des oxydes alcalino- terreux (CaO, MgO, BaO et SrO): MgO/RO est supérieur à 0,10 et inférieur à 0,50, notamment de 0,11 , voire 0,12 à 0,40, voire 0,38, 0,35 ou même 0,30. Un ratio MgO/RO inférieur à 0,10 peut affecter la résistance à très haute température. Au contraire, un ratio MgO/RO supérieur à 0,50 peut augmenter le liquidus.
[0023] La teneur totale en oxydes alcalins (R2O), notamment soude (Na20) et potasse (K2O), est de préférence supérieure à 12%. La teneur en Na2Û est comprise dans un domaine allant de 5 à 20%, notamment 6%, voire 7%, ou 8% à 18%, voire 15%, ou 12%. La teneur en K2O est quant à elle d’au plus 15%, notamment de 1 %, voire 2%, ou 3% à 12%, voire 10%, 8%, ou 5%. La laine minérale ne comprend de préférence pas d’autre oxyde alcalin que Na20 et K2O. Elle peut néanmoins contenir de faibles quantités de U2O, parfois présent en tant qu’impuretés dans certaines matières premières, à des teneurs pouvant aller jusqu’à 0,5%, voire 0,2%, ou même 0,1 %.
[0024] Le ratio R0/(R0+R20) est inférieur à 0,55, notamment de 0,15, voire 0,20 ou 0,30 à 0,53, voire 0,50. Un ratio R0/(R0+R20) supérieur à 0,55 peut affecter la fibrabilité de la composition.
[0025] La teneur en oxyde de fer (F2O3) est comprise dans un domaine allant de 2 à 15%, notamment de 3%, voire 5%, ou 6% à 12%, voire 10%, ou 8%.
[0026] La teneur en oxyde de bore (B2O3) est d’au plus 2%, notamment de 0,1 %, voire 0,5%, 1 ,5 %, voire 1 %. La présence de bore peut être avantageuse pour améliorer la biosolubilité des fibres et/ou améliorer leurs propriétés isolantes. [0027] La composition de fibres minérales selon l’invention peut également contenir du P2O5, notamment à des teneurs pouvant aller jusqu’à 3 % , voire jusqu’à 1 ,2 %, pour augmenter la biosolubilité à pH neutre. Elle est cependant de préférence exempte de P2O5.
[0028] La composition selon l’invention peut également comprendre d’autres éléments présents notamment en tant qu’impuretés inévitables. Elle peut comprendre de l’oxyde de titane (T1O2) et de zircone (ZrÜ2) à des teneurs comprises dans un domaine allant jusqu’à 3 %, notamment de 0,1 à 2,0 %, voire 1 ,0%.
[0029] Il va de soi que les différentes plages préférées décrites ci-avant peuvent être combinées librement les unes avec les autres, les différentes combinaisons ne pouvant toutes êtres énumérées par soucis de concision.
[0030] Selon un mode de réalisation préféré, les fibres minérales selon l’invention présentent une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentages pondéraux :
Si02 39 à 48%
AI2O3 20 à 26%
CaO 6 à 10%
MgO 2 à 4%
Na20 7 à 15%
K20 2 à 8%
Fe203 3 à 8%
B2O3 0 à 1 ,5 %
un rapport massique MgO/RO supérieur à 0,10 et inférieur à 0,50, de préférence inférieur à 0,40, voire inférieur à 0,30 et
un rapport massique R0/(R0+R20) inférieur à 0,55.
[0031] L’invention a également pour objet un procédé d’obtention de fibres minérales selon l’invention, comprenant une étape de fusion d’un mélange vitrifiable possédant sensiblement la même composition chimique que celle desdites fibres minérales ; puis une étape de fibrage, notamment par centrifugation interne.
[0032] L’étape de fusion permet d’obtenir un bain de matière fondue à partir d’un mélange vitrifiable. Le mélange vitrifiable comprend diverses matières premières naturelles et/ou artificielles, par exemple du sable de silice, de la phonolithe, de la dolomie, du carbonate de sodium etc...
[0033] L’étape de fusion peut être réalisée de différentes manières connues, notamment par fusion dans un four à flammes ou par fusion électrique.
[0034] Le four à flammes comprend au moins un brûleur, aérien (les flammes sont disposées au-dessus du bain de matière fondue et le chauffent par rayonnement) ou immergé (les flammes sont créées directement au sein du bain de matière fondue). Le ou chaque brûleur peut être alimenté par divers combustibles tels que le gaz naturel ou le fioul.
[0035] Par « fusion électrique », on entend que le mélange vitrifiable est fondu par effet Joule, au moyen d’électrodes immergées dans le bain de matière fondue, à l’exclusion de toute utilisation d’autres moyens de chauffage, tels que des flammes. Le mélange vitrifiable est normalement réparti de manière homogène sur la surface du bain de matière fondue à l’aide d’un dispositif mécanique, et constitue ainsi un écran thermique limitant la température au-dessus du bain de matière fondue, si bien que la présence d’une superstructure n’est pas toujours nécessaire. Les électrodes peuvent être suspendues de manière à plonger dans le bain de matière fondue par le dessus, être installées dans la sole, ou encore être installées dans les parois latérales de la cuve. Les deux premières options sont généralement préférées pour les cuves de grandes dimensions afin de répartir au mieux le chauffage du bain de matière fondue. Les électrodes sont de préférence en molybdène, voire éventuellement en oxyde d’étain. Le passage de l’électrode en molybdène à travers la sole se fait de préférence par l’intermédiaire d’un porte-électrode en acier refroidi à l’eau.
[0036] L’étape de fusion peut également mettre en œuvre à la fois une fusion flammes et une fusion électrique, par exemple en employant un four à flammes également muni d’électrodes en parois latérales servant à accélérer la fusion du mélange vitrifiable.
[0037] L’étape de fibrage est de préférence réalisée par centrifugation interne.
[0038] Les fibres obtenues peuvent être liées entre elles à l’aide d’une composition d’encollage pulvérisée à leur surface, avant d’être réceptionnées et mises en forme pour donner divers produits de laine minérales, comme des rouleaux ou des panneaux. Les produits de laine minérale ainsi liés comprennent de préférence au plus 15% en poids sec de liant par rapport au total du poids du liant et des fibres minérales.
[0039] Afin d’obtenir une résistance au feu encore meilleure, la laine minérale peut comprendre un additif phosphoré, de préférence pulvérisé en même temps que la composition d’encollage. L’additif phosphoré peut être un additif minéral, tel que décrit dans la demande WO 01/68546 ou un additif organique phosphaté, par exemple un oligomère ou polymère du type polyacide ou polyester phosphonique ou phosphorique, comme enseigné par la demande WO 2006/103375. Les compositions de laine minérale selon l’invention présentent cependant l’avantage d’avoir intrinsèquement de très bonnes propriétés de résistance à très haute température de sorte que le recours à de tels composés phosphorés n’est pas nécessaire même pour des applications très exigeantes telles que les applications de protection contre le feu. Avantageusement, la laine minérale ne comprend pas d’additif phosphoré.
[0040] L’invention a également pour objet un produit d’isolation thermique comprenant des fibres minérales selon l’invention. Un tel produit se présente notamment sous la forme de rouleaux ou de panneaux. Il peut être employé par exemple dans des bâtiments, dans l’industrie ou dans des moyens de transport, notamment ferroviaire ou maritime. Il est particulièrement adapté à des applications dans lesquelles il peut être amené à subir des températures élevées, soit en continu (isolation de fours ou étuves domestiques ou industriels, de conduites de transport de fluides) soit de manière accidentelle, dans un rôle de protection contre le feu (portes anti-feu, isolation de navires, de tunnels ou de plateformes off- shore...). Plus généralement, le produit selon l’invention peut être employé pour isoler thermiquement tout type de bâtiments, tertiaires ou d’habitation (collective ou individuelle). Il peut par exemple être utilisé dans des systèmes d’isolation par l’extérieur, pour l’isolation de maisons à ossature bois, dans des panneaux sandwichs, dans des conduits de ventilation etc... [0041] L’invention a encore pour objet l'utilisation de la laine minérale décrite ci- dessus dans des systèmes constructifs résistants au feu.
[0042] On appelle « systèmes constructifs résistants au feu » des systèmes, comprenant généralement des assemblages de matériaux, notamment à base de laine minérale et de plaques métalliques, susceptibles de retarder de manière efficace la propagation de la chaleur ainsi que d’assurer une protection aux flammes et gaz chauds et de conserver une résistance mécanique lors d’un incendie.
[0043] Des tests normalisés définissent le degré de résistance au feu, exprimé notamment comme le temps nécessaire pour qu’une température donnée soit atteinte du côté opposé du système constructif soumis à un flux de chaleur, dégagé par exemple par la flamme d’un brûleur ou un four électrique.
[0044] On considère qu’un système constructif présente une capacité à résister au feu satisfaisante, notamment s’il est susceptible de répondre aux exigences d’un des essais suivants :
- test pour porte coupe-feu : essais sur plaques de fibres minérales tel que défini dans la norme allemande DIN 18 089 - Teil 1 (ou équivalent).
- Comportement au feu de matériau et d’éléments pour la construction tel que défini dans la norme allemande DIN 4102 (ou équivalent). On considère notamment la norme DIN 4102 - Teil 5 pour les tests en grandeur nature afin de déterminer la classe de résistance au feu, et/ou la norme DIN 4102 - Teil 8 pour les tests sur échantillons avec un petit banc d’essai.
- Test selon l’essai normalisé OMI A 754 (18) (ou équivalent) qui décrit les exigences générales de essais de résistance au feu pour les applications de type « marine », notamment les cloisonnements de bateaux. Ces essais sont pratiqués sur de échantillons de grande taille, avec de fours de 3 m par 3 m. On peut citer, par exemple, le cas d’un pont en acier où la performance requise dans le cas d’un feu côté isolant est de satisfaire le critère d’isolation thermique pendant au moins 60 minutes. [0045] Les exemples qui suivent illustrent l’invention de manière non-limitative.
[0046] Exemples
[0047] Des exemples de verres (exemple 1 selon l’invention et exemples comparatifs C1 à C4) dont les compositions pondérales sont présentées dans le tableau 1 ont été élaborés.
[0048] La plage de fibrage correspond à la différence entre la température de fibrage, à laquelle la composition doit présenter une viscosité d’environ 3 poises, et la température de liquidus (Tf,b-T iiq= T iog3-T Mq).
[0049] L’affaissement est déterminé par analyse thermomécanique. Les verres obtenus sont réduits en poudre dont la granulométrie est inférieure à 40 pm. Chaque poudre de verre est compactée sous la forme de pastilles cylindriques de 5 mm de diamètre et d’une hauteur d’environ 1 cm et de densité égale à 64% de celle du verre. L’affaissement, exprimé en pourcentage, correspond à la variation de la hauteur d’une pastille de poudre de verre soumise à une rampe de 10 K/min de la température ambiante jusqu’à 1000°C par rapport à la hauteur initiale de la pastille. La mesure de hauteur de l’échantillon se fait à l’aide d’un palpeur posé au sommet du cylindre. Les tests de répétabilités permettent de définir une déviation standard inférieure à 1 %. Un affaissement inférieur à 10% est considéré comme nécessaire pour obtenir une résistance à la courbe feu cellulosique décrite dans la norme ISO 834.
[0050]
Figure imgf000012_0001
[0051] On peut voir sur la Fig. 1 que la composition de l’exemple 1 selon l’invention présente affaissement faible qui se maintient jusqu’à 1000°C, indiquant une bonne résistance à très haute température. Cette composition présente également qu’une température T|0g3 inférieure à 1220°C, une température Tnq inférieure à 1180°C et une plage de fibrage supérieure à 40°C, ce qui permet un fibrage par centrifugation interne sans risque de dévitrification. Au contraire, les compositions des exemples comparatifs C1 à C4 ne permettent pas de satisfaire à l’ensemble de ces critères. Les compositions C1 , C2 et C3 ne présentent pas une résistance suffisante à très haute température alors que la composition C4 présente une T iiq trop élevée pour pouvoir être fibrée par centrifugation interne.

Claims

Revendications
Revendication 1. Laine minérale présentant une composition chimique comprenant les constituants suivants, en pourcentages pondéraux :
Si02 39-50%
AI2O3 19,5-27%
CaO 5-12%
MgO 1-5%
Na20 5-20%
K20 0-15%
Fe203 2-15%
B203 0-2 %%
un rapport massique MgO/RO supérieur à 0,10 et inférieure à 0,50 et un rapport massique RO/(RO+R20) inférieur à 0,55, dans lesquels RO représente les oxydes alcalino-terreux CaO, MgO, BaO et SrO, et R20 représente les oxydes alcalins Na20 et K20.
Revendication 2. Laine minérale selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la teneur en R20 est supérieure à 12%.
Revendication 3. Laine minérale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la composition comprend 0 à 0,20% de BaO.
Revendication 4. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la teneur en Si02 est de 39 à 48%.
Revendication 5. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la teneur en Al203 est de 21 à 26%.
Revendication 6. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la teneur en CaO est de 8 à 10%.
Revendication 7. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la teneur en MgO est de 3 à 4%.
Revendication 8. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la teneur en Na20 est de 8 à 10%.
Revendication 9. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la teneur en K20 est de 3 à 5%. Revendication 10. Laine minérale selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la teneur en Fe2Û3 est de 6 à 8%.
Revendication 11. Produit d’isolation thermique et/ou acoustique comprenant une laine minérale selon l’une des revendications 1 à 10.
Revendication 12. Utilisation d’une laine minérale selon l’une des revendications 1 à 10 dans des systèmes constructifs résistant au feu ou des isolants employés à haute température.
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