"Compositions pour la préparation de corps inorganiques en mousse"
Priorité des deux demandes de brevet déposées au Japon, res-
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vembre 1980 sous le n[deg.] 157254, toutes deux.au nom de la Société susdite.
La présente invention concerne des compositions pour
la préparation de corps inorganiques en mousse et, plus particulièrement, des compositions donnant des corps en mousse simplement lorsqu'elles sont malaxées avec de l'eau à la température ambiante.
Habituellement, on prépare des corps inorganiques en mousse par les procédés suivants :
a) un procédé dans lequel on insuffle de l'air dans une composition constituée principalement de ciment afin d'obtenir un mortier en mousse. b) Un procédé dans lequel on mélange un agent gonflant métallique avec du verre soluble pour transformer ce dernier en mousse. c) Un procédé dans lequel on mélange un agent tensioactif avec du verre soluble pour transformer ce dernier en mousse. d) Un procédé dans lequel on mélange également un fluorure ou un silicofluorure avec la composition du procédé
(c). e) Un procédé dans lequel on utilise une matière naturelle de poids moléculaire élevé telle que la caséine ou l'amidon conjointement avec la composition du procédé (c) ou (d).
Lors de la préparation de corps en mousse par ces procédés classiques, on rencontre les difficultés suivantes :
(1) Il est difficile de régler le temps requis pour transformer en mousse et durcir la composition de départ.
..... (b) à (e).
(2) La composition n'est pas applicable avant la transformation en mousse et, par conséquent, elle doit être appliquée lorsqu'elle est transformée en mousse.
..... (a), (c) à (e).
(3) Lorsqu'elle est préparée, la composition nécessite une longue période pour le durcissement...... (a), (c) à (e).
(4) La composition transformée en mousse subit un retrait important au cours du séchage et, par conséquent, des craquelures sont susceptibles de s'y former...... (a) à (e).
(5) Lorsqu'elle est appliquée, la composition est
très susceptible de se détacher...... (a) à (e).
Les corps en mousse obtenus par les procédés classiques présentent également les inconvénients suivants :
(1) Résistance médiocre à l'eau (a), (c) à (e).
(2) Des pores irréguliers se formant dans le corps transformé en mousse sont la cause d'une faible résistance mécanique, en particulier, d'une faible résistance à la flexion
(a) à (e).
(3) Propriétés d'isolation thermique insuffisantes
(a) à (e).
(4) Force d'adhérence insuffisante sur la pièce de travail ou l'article auquel est appliquée la composition
(a) à (e).
(5) Très faible aptitude à empêcher la condensation
(a) à (e).
La Demanderesse a entrepris des recherches en vue d'éviter les difficultés et les inconvénients ci-dessus des corps inorganiques classiques en mousse et elle est parvenue
à élaborer une nouvelle composition pour la préparation de corps en mousse pratiquement exempte de ces inconvénients et elle a abouti à une invention (demande de brevet
japonais publiée, mais non examinée n[deg.] 85450/1980).
Cette invention est caractérisée en ce qu'on mélange ensemble les ingrédients suivants en présence d'eau pour obtenir une pâte : (a) un silicate de métal alcalin hydrosoluble,
(b) un ciment,
(c) un stabilisant de mousse,
(d) un agent gonflant métallique, et
(e) de la poudre de silice.
A la température ambiante et sous pression atmosphérique, cette composition donne des corps en mousse possédant différentes propriétés remarquables. Toutefois, les recherches ultérieures entreprises par la Demanderesse ont révélé que des améliorations devaient encore être apportées à l'adhérence du corps en mousse après immersion dans l'eau, ainsi qu'à sa résistance à la compression après l'avoir soumis à des cycles répétés de températures élevées et basses.
On a abouti à la présente invention afin d'éviter les inconvénients ci-dessus.
La présente invention fournit une composition pour la préparation de corps en mousse, cette composition comprenant, comme composants actifs,:
(A) un silicate de métal alcalin hydrosoluble,
(B) un agent gonflant métallique,
(C) un agent durcissant pour le silicate de métal alcalin,
(D) un stabilisant de mousse, et
(E) de l'eau.
Suivant la présente invention, les ingrédients cidessus donnent un corps inorganique en mousse simplement lorsqu'ils sont mélangés ensemble à la température ambiante,
à condition que, comme composant A, on utilise un silicate de métal alcalin hydrosoluble. Si le composant A utilisé est un silicate de métal alcalin habituel tel que le calcin de verre soluble anhydre (qui est insoluble ou peu soluble dans l'eau), il est impossible de réaliser l'objet ci-dessus. Parmi les constituants alcalins utiles des composants A, il y a, par exemple, les métaux alcalins tels que le lithium, le sodium,
le potassium et le rubidium, de même que l'ammonium quaternaire. Le sodium et le potassium sont particulièrement préférés étant donné qu'ils peuvent être obtenus aisément et à peu de frais, tout en étant hautement efficaces pour favoriser la transformation en mousse et le durcissement. De plus, dans la mesure où le composant A est soluble dans l'eau, sa composition ou le
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nullement limité. Toutefois, il est préférable que le rapport molaire se situe entre 1,5 et 4, mieux encore, entre environ
1,8 et environ 3. Lorsque le rapport molaire se situe entre
1,8 et 3, la composition donne des corps en mousse ayant une remarquable résistance à l'eau et une haute résistance mécanique. Les composants A peuvent être utilisés individuellement ou on peut en utiliser au moins deux conjointement sous forme d'une poudre ou d'une solution aqueuse. Afin de faciliter la préparation de pâtes, il est préférable d'utiliser une solution aqueuse ayant une concentration en solides d'au moins 10% en poids, habituellement d'environ 10 à 60% en poids. Dans ce cas, lorsqu'on mélange simplement la solution aqueuse avec les autres composants, on peut préparer aisément une composition pâteuse
ne subissant qu'un faible retrait au cours du durcissement.
Suivant l'invention, comme agents gonflants métalliques
(c'est-à-dire comme composants B), on peut utiliser différents éléments métalliques, alliages métalliques et composés intermétalliques. Parmi les éléments métalliques utiles, il y a,
par exemple, ceux des groupes IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA,
VB, VIB, VIIB et VIII du Tableau Périodique parmi lesquels
ceux appartenant aux périodes III à V sont préférés. Comme exemples plus spécifiques d'éléments préférés, on mentionnera Cr, Mn, Ti, Zr, V, Si, Ge, Sb, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ca, Sn, etc., parmi lesquels Ti, Zr, V, Al, Si, Ge, Sb et Zn sont particulièrement préférés. Suivant la présente invention, on peut utiliser de la même manière des éléments métalloïdes tels que B et As. Parmi les alliages ou composés intermétalliques
(composés métal/métal ou composés métal/non-métal) spécifiquement utiles, on mentionnera, par exemple, Al-Si, Al-Ti, Al-Mn, Al-Cu-Si, Al-Cu, Zn-S, Zn-Sn, Cu-Si, Fe-Si, Si-Ni, Co-Sb, etc. Les composants B sont utilisés individuellement ou on en utilise au moins deux en mélange . On les emploie sous forme de fines particules, de préférence, d'une granularité allant jusqu'à
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L'agent durcissant pour le silicate alcalin hydrosoluble, c'est-à-dire le composant C de la composition de la présente invention, est au moins une matière choisie parmi le groupe comprenant les ciments hydrauliques, la poudre de silice, l'oxyde de zinc, les oxydes métalliques acides, les sels métalliques d'acides gras supérieurs autres que les sels métalliques monovalents, les sels métalliques (autres que les sels métalliques monovalents) de substances hydrosolubles de poids moléculaire élevé comportant des groupes carboxy, les phosphates, les borates, les sulfates de métaux bivalents, de même que les sulfites de métaux bivalents. Comme agents durcissants plus spécifiquement utiles, il y a les matières
et les composés mentionnés ci-après. Parmi les ciments hydrauliques utiles, il y a, par exemple, la chaux hydraulique, le ciment naturel, le ciment Portland, le ciment d'alumine et le ciment contenant de la chaux, le ciment de haut fourneau,
le ciment de silice, le ciment de cendres volantes, le ciment de maçonnerie, le ciment sulfaté, de même que des ciments mixtes analogues. Parmi les sels métalliques utiles (autres que les sels métalliques monovalents) d'acides gras supérieurs, il y a, par exemple, les sels de zinc, les sels d'aluminium, les sels
de calcium, les sels de baryum, les sels de magnésium et les sels de nickel de l'acide stéarique et de l'acide palmitique. Les sels métalliques (autres que les sels métalliques monovalents) de substances hydrosolubles de poids moléculaire élevé contenant des groupes carboxy sont des sels comprenant un métal
(autre que les métaux monovalents) et cette substance hydrosoluble. Comme exemples de métaux au moins bivalents, on mentionnera :
Zn, Cu, Ca, Mg, Be, Sr, Ba, Al, Ti, Zr, Sb, Cr, Mo, W, Sb, Mn, Fe, Co, Ni et V. Parmi les substances hydrosolubles de poids moléculaire élevé, il y a, par exemple, l'acide alginique, l'acide polyacrylique, l'acide polyméthacrylique, les dérivés
de la cellulose, les résines alkydes, les résines aminoalkydes, etc. La poudre de silice est obtenue comme sousproduit de procédés électro-métallurgiques pour la préparation de silicium et d'alliages de silicium. De préférence, la poudre de silice est constituée de particules d'une granularité d'en-
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5 à environ 50 m2/g et un poids spécifique d'environ 0,1 à environ 0,3, tandis qu'elle contient au moins 60% en poids, de
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Mn304, FeO, CoO, PbO, etc. Parmi les phosphates utiles, il y a, par exemple, le phosphate d'aluminium, le phosphate de calcium, le phosphate de zinc, le phosphate de thallium, le phosphate
de strontium, le phosphate de baryum, le phosphate de magnésium, le phosphate de manganèse, etc. Parmi les borates utiles, il y a, par exemple, le borate de zinc, le borate de magnésium, le borate de manganèse, le borate de plomb, le borate de nickel, le borate de calcium, etc. Parmi les sulfates utiles de métaux bivalents, il y a, par exemple, le sulfate de magnésium, le sulfate de zinc, le sulfate de calcium et le sulfate de baryum. Parmi les sulfites utiles, il y a, par exemple, le sulfite de calcium, le sulfite de magnésium, le sulfite de zinc et le sulfite de cuivre.
Les stabilisants de mousse utiles comme composants D
de la présente invention sont des matières inorganiques telles que le gel de silice, la zéolite, le noir de carbone, le carbone actif, le talc, le mica, la paligorskite et la sépiolite ; les agents tensio-actifs (autres que les savons métalliques) et les matières organiques telles que les protéines animales et les dérivés de diméthyl-silicium qui sont connus comme agents d'entraînement d'air pour les ciments.
Il existe différents exemples d'agents tensio-actifs utiles, notamment les agents tensio-actifs anioniques tels que les polyoxyéthylène-alkylsulfonates de sodium et les alkylnaphtalène-sulfonates de sodium, les agents tensio-actifs cationiques tels que le chlorure de lauryl-triméthyl-ammonium et les sels analogues d'ammonium quaternaire, les agents tensio-actifs non ioniques tels que l'oléate de polyoxyéthylène-glycol et le laurate de polyoxyéthylène-glycol, de même que les agents tensio-actifs ampholytiques tels que les N-alkyl-(3-aminopropionates de sodium.
Ces composants D ont pour effet de disperser uniformément le composant B dans le système et d'assurer une transformation
en mousse stabilisée, si bien qu'ils sont efficaces pour former de minuscules pores uniformes. Lorsqu'il est inorganique, le composant D est utilisé, de préférence, sous forme de particules
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Suivant la présente invention, le composant B et le composant C jouent un rôle important dans la transformation en mousse et le durcissement pour régler le temps requis pour cette transformation en mousse et ce durcissement, ainsi que pour conférer une meilleure résistance mécanique. Afin d'accentuer ces effets, lorsque les composants sont en particules, il est préférable de les enrober d'autres matières avant l'utilisation. Parmi les matières d'enrobage utiles, il y a, par exemple, les matières hydrosolubles de poids moléculaire élevé telles que l'alcool polyvinylique, la méthyl-cellulose, la carboxyméthylcellulose, l'hydroxypropyl-cellulose, l'amidon, la caséine,
la gomme arabique, la gélatine, la colle, les protéines, le polyacrylate d'ammonium, le polyacrylate de sodium et l'alginate de sodium ; les solutions aqueuses, les solutions dans des solvants ou les dispersions aqueuses de résines synthétiques telles que l'acétate de vinyle, l'éthylène, le chlorure de vinyle, le chlorure de vinylidène, l'acrylonitrile, les méthacrylates, les acrylates, le styrène, les résines époxy, les polyesters, la vinylpyrrolidone, l'éther vinylique, l'urée,
les résines alkydes, les uréthanes et le chloroprène ; les matières huileuses organiques telles que l'huile de lin, l'huile de ricin, l'huile d'abrasin, l'huile de soya, l'huile de palme, l'huile de coco, le suif de boeuf, le suif de mouton, l'huile de sardine et l'huile de baleine ; les huiles minérales telles que le kérosène, la graisse, l'huile pour axes, l'huile pour turbines, l'huile pour machines et l'huile pour cylindres ;
les phosphates acides, de même que le sol de silice. On utilise au moins une de ces matières. Les particules des composants
B et C sont enrobées d'une matière de ce type qui est sous forme d'un liquide, de préférence, sous forme d'un liquide hautement visqueux, après quoi, elles sont séchées.
Les proportions des composants A à D sont habituellement les suivantes, quoique variables suivant les types de composants utilisés, la densité apparente et la résistance du produit désiré en mousse, les conditions de la réaction de durcissement, etc. Les proportions sont basées sur 100 parties en poids des solides du composant A. Le composant B est utilisé en une quantité se situant entre environ 3 et environ 50 parties en poids, de préférence, entre environ 5 et environ 40 parties en poids.
Les proportions du composant C se situent entre environ 15 et environ 350 parties en poids lorsqu'il s'agit d'un ciment hydraulique, de la poudre de silice ou de l'oxyde de zinc, ou entre environ 3 et environ 30 parties en poids lorsqu'il s'agit d'un sel métallique d'un acide gras supérieur ou d'une matière hydrosoluble de poids moléculaire élevé comportant des groupes carboxy, un oxyde métallique acide, un phosphate, un borate, un sulfate d'un métal bivalent ou un sulfite d'un métal bivalent.
La proportion du composant D se situe entre environ
5 et environ 250 parties en poids (calculé en solides) lorsqu'il s'agit d'une poudre inorganique, ou entre environ 0,1 et environ
18 parties en poids (calculé en solides) lorsqu'il s'agit d'une matière organique. En règle générale, lorsqu'on utilise un important excès du composant A, la composition ne forme pas
une mousse stable ou uniforme et elle donne un produit en mousse ayant tendance à avoir une faible résistance à l'eau. Lorsque le composant B est utilisé en une trop faible quantité, la composition ne se transforme pas suffisamment en mousse et elle donne un produit ayant une forte densité apparente (au moins environ 1), tandis que,si l'on utilise un important excès du composant B, la composition se transforme en mousse de manière excessive en formant de gros pores dans le produit final dont la résistance est ainsi réduite. Si l'on utilise
le composant C en une plus faible quantité, la composition elle-même a tendance à avoir une aptitude réduite à l'écoule-ment, à se détacher en masses et à ne pas durcir régulièrement, donnant ainsi un corps en mousse d'une résistance à l'eau quelque peu réduite. Si l'on utilise un excès du composant
C, il est difficile d'équilibrer la réaction de durcissement
et la réaction de transformation en mousse, de sorte que le déroulement préférentiel de la réaction de durcissement donne lieu à un degré inégal de transformation en mousse. Si l'on utilise une plus faible quantité de matière inorganique comme composant D, la composition se transforme en mousse de manière inégale tandis que, si on l'utilise en une quantité excessive, il est difficile de régler la consistance de la composition pâteuse devant être utilisée. Lorsque, comme composant D, on emploie un important excès de matière organique, il se forme une structure cellulaire ouverte dans le produit en mousse
qui, par conséquent, a tendance à avoir de moins bonnes propriétés d'isolation thermique.
Suivant l'invention, on mélange les composants A à D . ensemble en présence d'eau pour obtenir une composition pâteuse. Le procédé de mélange n'est pas particulièrement limité. Alors que ces composants peuvent être mélangés ensemble avec une quantité appropriée d'eau, afin de faciliter la manipulation, il est avantageux de mélanger ensemble les composants B à D
en particules dans des proportions spécifiées, le mélange
ainsi obtenu étant ensuite mélangé avec une solution aqueuse
du composant A. De plus, étant donné que, à mesure que le temps s'écoule après l'opération de mélange, les composants
B et C commencent à subir une réaction de durcissement et une réaction de transformation en mousse, il est souhaitable de formuler ces deux composants simultanément dans la composition pâteuse. On peut utiliser n'importe quel élément habituel de mélange, les composants pouvant être mélangés ensemble par
des éléments pourvus d'un gicleur à leur extrémité avant.
Dans ce cas, les composants peuvent être traités par n'importe quel procédé habituel.
Suivant l'invention, la formulation des composants A
à D en une composition pâteuse en présence d'eau constitue
une caractéristique critique. La composition ne permet pas d'obtenir un corps satisfaisant en mousse si elle n'est pas
sous forme d'une pâte. L'expression "pâte" ou "pâteux" désigne une dispersion à consistance molle de solides ayant une viscosité se situant habituellement entre environ 5 et environ 1.000 poises à 25[deg.]C.
Suivant l'application envisagée, on peut incorporer d'autres additifs dans la composition de la présente invention. Parmi ces additifs, il y a une matière fibreuse (cinquième composant) qui confère, au corps en mousse, une résistance à la flexion 1,5 fois plus élevée que dans d'autres conditions et
qui en réduit à peu près de moitié le retrait qui se produirait également dans d'autres conditions. La matière fibreuse est utilisée en une quantité allant jusqu'à environ 30 parties en poids, calculé sur les solides du composant A. En présence
d'un excès de matière fibreuse, la composition a une plus
faible aptitude à l'écoulement et elle ne se transforme pas régulièrement en mousse. Parmi les matières fibreuses utiles,
il y a, par exemple, les fibres inorganiques telles que les fibres de verre, la laine de roche, l'amiante, les fibres de carbone, les fibres de silice et les fibres de silicate d'aluminium, de même que les fibres organiques telles que les fibres d'acétate de cellulose, les fibres de polyester et les fibres acryliques. Ces matières fibreuses sont utilisées sous forme
de torons découpés de monofilaments. Parmi les additifs utiles, il y a également une résine hydrosoluble (sixième composant) permettant de manipuler plus aisément la composition pour l'application, tout en lui conférant une résistance mécanique 20 à
30% plus élevée. La résine est utilisée en une quantité allant jusqu'à environ 30 parties en poids, calculé sur les solides
du composant A. Lorsqu'on emploie un excès de résine, le
corps transformé en mousse a une plus faible résistance à
l'eau. Parmi les résines hydrosolubles utiles, il y a, par exemple, les résines synthétiques hydrosolubles telles que l'oxyde de polyéthylène, le polyéthylène-glycol et la polyvinylpyrrolidone, les éthers de cellulose tels que la méthylcellulose et la carboxyméthyl-cellulose, de même que les
résines naturelles hydrosolubles telles que la gélatine, la gomme arabique, l'alginate de sodium, les protéines, l'amidon
et la dextrine. Ces résines hydrosolubles sont utilisées sous forme de particules ou elles sont formulées en une solution aqueuse. Parmi les additifs utiles, il y a également une
charge (septième composant). Parmi ces charges, il y a, par exemple, la silice fondue, la cristobalite, l'alumine, les cendres volantes, le carbonate de calcium, la poudre de silice, la poudre de poterie, l'oxyde de magnésium, la dolomite, les pigments inorganiques et les agrégats granulaires légers.
Ces charges servent à réduire la densité apparente et à accroître le volume du produit, tout en renforçant ce dernier. Les agrégats granulaires légers utiles sont organiques ou inorganiques et ils englobent les granules ou les grains en mousse ou
broyés de résines synthétiques préparées à partir de chlorure
de vinyle, de phénol, d'urée, de styrène, d'uréthane, d'éthylène, etc. ; les granules ou les grains en mousse ou broyés de caoutchoucs synthétiques ; la vermiculite, la perlite de schiste expansée, le ballon de silice, la silice granulaire en mousse, ainsi que des matières inorganiques analogues en mousse ; le béton broyé en mousse (ALC), etc. Des lubrifiants inorganiques
(huitième composant) peuvent être ajoutés à la composition de la présente invention afin d'en améliorer l'aptitude à l'écoulement et à la transformation. Les lubrifiants sont utilisés en une quantité allant jusqu'à 60 parties en poids, calculé sur 100 parties du composant A. Parmi les lubrifiants, il y a, par exemple, le kaolin, la bentonite, la zéolite et analogues,
une argile, le carbone blanc (poudre de silice), le silicate
de magnésium, etc.
Lorsqu'on mélange ensemble les composants A à D, d'autres composants désirés et de l'eau en une composition pâteuse, les réactions de durcissement et de transformation
en mousse ont lieu simultanément. Ces réactions se déroulent de manière satisfaisante à la température ambiante et sous pression atmosphérique sans aucune application de chaleur ou
de pression externe. Habituellement, la réaction de transformation en mousse est achevée au cours d'une période de prise allant jusqu'à 24 heures, généralement, au cours d'une période se situant entre 0,5 et 3 heures, tandis que la réaction de durcissement s'achève en une courte période au terme de la réaction de transformation en mousse. Bien que la composition de la présente invention soit très avantageuse du point de vue industriel du fait qu'elle ne nécessite aucune application de chaleur ni de pression, lorsqu'on le désire, elle peut néanmoins
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ces réactions.
De la sorte, on peut préparer un corps inorganique en mousse suivant l'invention ayant des pores uniformes d'une dimension se situant habituellement entre environ 0,1 et
environ 5 mm, un faible poids spécifique et une haute résistance, de même que de remarquables propriétés concernant l'absorption d'eau, la résistance à l'eau, la résistance aux produits chimiques, les propriétés d'isolation thermique, la résistance thermique, la propriété ignifuge, etc.
Lorsqu'on prépare la composition de la présente invention en utilisant conjointement un ciment hydraulique et
de la poudre de silice uniquement comme composants C, comparativement à une composition préparée dans d'autres conditions,
le corps en mousse obtenu a une plus faible adhérence après immersion dans l'eau et une plus faible résistance à la compression après avoir été soumis à des cycles répétés de températures élevées et basses. En conséquence, il est souhaitable de ne pas utiliser conjointement du ciment hydraulique et de
la poudre de silice uniquement pour la préparation de la composition. Plus spécifiquement, même si l'on utilise un ciment hydraulique ou de la poudre de silice pour la composition, le corps en mousse obtenu possédera ces deux propriétés à un niveau remarquable pour autant que le ciment hydraulique et la poudre de silice ne soient pas utilisés en combinaison. C'est là une découverte remarquable et totalement inattendue constituant une caractéristique distincte de la présente invention.
De plus, lorsqu'on utilise des agents tensio-actifs comme stabilisants de mousse suivant l'invention, les pores formés sont plus uniformes et plus petits que dans d'autres conditions. En particulier, lorsqu'ils sont utilisés comme agents durcissants C en combinaison avec un agent tensio-actif, le ciment et la poudre de silice accentuent l'effet précité
de l'agent tensio-actif.
Le corps en mousse de la présente invention qui possède différentes caractéristiques, est utilisé pour une large variété d'applications.
Bien que l'on décrive ci-après quelques applications spécifiques, l'utilisation du produit n'y est évidemment pas limitée.
La composition de la présente invention est utile
en lieu et place des mousses d'uréthanes rigides que l'on emploie habituellement comme matériaux d'isolation thermique pour les conduites de circulation d'eau chaude pour chauffage central. Cette composition peut être appliquée plus aisément et elle forme des corps en mousse ayant une meilleure propriété-ignifuge et une meilleure résistance à la chaleur, assurant ainsi des effets d'isolation thermique nettement améliorés.
De plus, lorsqu'ils sont appliqués à des conduites et des raccords, ces corps en mousse y adhèrent avec une force d'adhérence nettement améliorée et, par conséquent, ils ont une meilleure résistance aux chocs.
De la même manière, la composition de la présente invention est utile pour la formation de parois d'isolation thermique. En règle générale, les parois de bâtiments,
autres que les parois en béton, sont creuses à l'intérieur afin de réduire la charge imposée aux armatures en acier et d'autres éléments structuraux et également afin d'assurer une meilleure isolation thermique. La composition pâteuse de la présente invention peut être injectée dans l'intérieur creux des parois afin de former des parois d'isolation thermique.
La Demanderesse a effectué des expériences sur des parois de ce type et elle a découvert un fait totalement inattendu.
Plus spécifiquement, la Demanderesse a trouvé qu'en injectant pneumatiquement cette composition pâteuse dans les parties creuses des parois, cette composition se transformait uniformément en mousse même lorsque la partie creuse en forme de fente a une largeur d'environ 50 mm, cette composition manifestant, en outre, une remarquable aptitude à la levée. L'expression "aptitude à la levée" se rapporte à la nature de la composition selon laquelle elle subit un accroissement de volume dans le sens vertical au cours de sa transformation en mousse. Lorsque cette composition est appliquée à une partie d'une surface définie au sol, il est souhaitable que le degré de transformation en mousse soit égal au degré de levée.
En outre, la Demanderesse a constaté que cette composition pâteuse manifestait remarquablement cette aptitude à la levée lorsqu'elle était appliquée immédiatement après sa préparation.
Par exemple, dans le cas d'une partie de paroi creuse ayant
une épaisseur (largeur de fente) de 100 mm, une largeur de
1 m et une hauteur de 3 m, il est totalement impossible que
les mousses plastiques classiques subissent une levée jus qu'à
3 m ; par ailleurs, le corps ainsi obtenu ne possède pas des pores uniformes et, par conséquent, son effet d'isolation thermique est médiocre. Toutefois, lorsque la composition de
la présente invention est appliquée à une partie creuse de ce type, elle donne des résultats satisfaisants en ce qui concerne l'aptitude à la levée et l'uniformité des pores. En conséquence, on peut aisément former des parois ayant des propriétés remarquables en ce qui concerne l'isolation thermique, la résistance aux chocs, la résistance à l'eau, etc. pour de nouveaux bâtiments, de même que pour des bâtiments existants en appliquant la composition pâteuse de l'invention à travers de petits interstices.
En outre, la composition de la présente invention possède une adhérence supérieure à celle des mousses plastiques classiques pour les parois d'isolation thermique et, par conséquent, elle facilite l'application de carreaux, puisqu'aussi
bien les mousses plastiques classiques nécessitent une importante quantité d'adhésif alors qu'en utilisant la composition de la présente invention, il n'est plus nécessaire de prévoir cet adhésif, tandis que l'application de ces carreaux est efficace. En outre, la composition de l'invention est d'une plus grande utilité pour assurer une propriété ignifuge et une résistance
aux chocs.
Outre les applications mentionnées ci-dessus, la composition de la présente invention permet d'envisager les utilisations décrites ci-après .
(a) les revêtements muraux pour bâtiments. On applique la composition sur les surfaces des parois de bâtiments afin d'obtenir des parois composites lors de la transformation en mousse et du durcissement.
(b) On applique la composition sur différents panneaux en guise de revêtement d'isolation thermique.
(c) On applique la composition sur la face dorsale des planchers de bâtiments ou les espaces sous-planchers afin d'obtenir des planchers d'isolation thermique.
(d) La composition est utile pour les garnissages de fours en vue d'assurer une isolation thermique.
(e) On applique la composition sur des armatures en acier afin de former un revêtement de protection contre l'incendie.
(f) Un mélange malaxé de la composition de la présente invention et d'agrégats habituels permet d'obtenir des blocs légers selon le procédé habituel.
(g) La composition pâteuse est utile pour combler les espaces subsistant entre les tuiles de toitures et obtenir ainsi des toitures ayant des propriétés d'isolation thermique.
(h) On applique la composition sur la surface d'un corps de résine synthétique en mousse afin d'obtenir un corps composite organique/inorganique en mousse.
(i) On applique la composition sur une couche de fibres inorganiques afin d'y former une couche de mousse et obtenir une plaque ou un panneau de ces fibres.
(j) On applique la composition sur les parois intérieures des tunnels afin d'y former des garnissages.
(k) La composition est utile pour former une couche de fondation en dessous d'une couche superficielle d'asphalte pour la réalisation des pavements.
(1)'La composition est utile pour la réalisation de parois d'isolation thermique et d'insonorisation, par exemple, dans les centrales de production d'énergie.
(m) La composition est utile pour la construction
de fondations de citernes à mazout et à gaz de pétrole liquéfié.
La composition de la présente invention est également utile pour les matériaux cryogéniques d'isolation thermique, pour l'isolation des appareils de chauffage et des conduites
de circulation d'eau chaude, pour la fabrication de plaques composites avec du contre-plaqué et pour la réalisation de cloisons.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée en se référant à des exemples dans lesquels différentes propriétés sont déterminées par les procédés d'essai décrits ci-après :
(1) Temps de démarrage de la transformation en mousse : durée
(en minutes) s'écoulant avant que la composition préparée ne commence à se transformer en mousse (formation de mousse observée à l'oeil nu).
(2) Temps de durcissement final : durée (en minutes) s'écoulant
lorsque le corps en mousse devient suffisamment dur pour qu'un poids de 500 g qui y est déposé,ne puisse s'y enfoncer.
(3) Adhérence : essai de force d'adhérence spécifié dans la
norme "JIS A 6909".
(4) Densité apparente : suivant norme "JIS A 1161".
(5) Résistance à la compression : suivant norme "JIS A 1161".
Unité : kg/cm2.
(6) Résistance à la compression après immersion dans l'eau
pendant 24 heures : on plonge le corps de mousse dans l'eau pendant 24 heures, puis on l'en retire et on le soumet au procédé d'essai (5) ci-dessus. Unité : kg/cm2.
(7) Conductibilité thermique : suivant norme "JIS R 2616".
Unité : W/mK.
(8) Retrait : on mesure une dimension de l'éprouvette immédiatement après transformation en mousse et durcissement pour <EMI ID=8.1>
mesure après séchage de 1 ' éprouvette à la température ambiante pendant 7 jours pour obtenir une valeur il.
Le retrait est indiqué par la formule :
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(9) Résistance à la flexion : suivant norme "JIS Z 2248".
Unité : kg/cm2.
(10) Inhibition de la condensation : on applique la composition
sur la face extérieure d'une plaque en fer conique (comme représenté en figure 1) et on laisse la plaque dressée en maintenant sa face intérieure à 0[deg.]C et sa face extérieure,
<EMI ID=10.1>
la quantité de condensat se formant à mesure que le temps s'écoule. La figure 1 annexée représente de l'eau glacée 1 (0[deg.]C), la plaque conique en fer 2, de la mousse de styrène 3, la composition d'essai 4,, le cylindre de mesure 5, la toile métallique 6, l'eau 7 (environ 60[deg.]C)
<EMI ID=11.1>
(11) Adhérence après immersion dans l'eau : après l'avoir
plongé dans l'eau pendant 96 heures, on soumet le corps en mousse à l'essai suivant la norme "JIS A 6909". Unité : kg/cm2.
(12) Résistance à la compression après cycles thermiques :
on soumet le corps en mousse aux cycles suivants :
<EMI ID=12.1>
après quoi on le soumet à un essai de résistance à la compression suivant la norme "JIS A 1161".
(13) Stabilité à la congélation/décongélation : suivant norme
"ASTM C-290". Après 20 cycles, on observe l'aspect de l'éprouvette et l'on mesure le gain de poids (% en poids).
On donnera ci-après les composants utilisés dans les exemples suivants.
Composant A (silicate de métal alcalin hydrosoluble)
<EMI ID=13.1>
*R = Métal alcalin.
Composant B (agent gonflant métallique)
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
Composant D (stabilisant de mousse)
<EMI ID=17.1>
Cinquième composant
<EMI ID=18.1>
Sixième composant
<EMI ID=19.1>
Exemple 1
Dans un récipient en polyéthylène de 18 litres, on dépose 4 kg d'une solution aqueuse de la matière ? A-l faisant office de composant A. On mélange ensemble 200 g de la matière n[deg.] B-1 faisant office de composant B, 2 kg de la matière n[deg.] C-1 faisant office de composant C et 2 kg de la matière n[deg.] D-1 faisant office de composant D pour obtenir un mélange en poudre que l'on ajoute à la solution aqueuse. On agite le mélange obtenu
à la température ambiante pour préparer une pâte uniforme. On applique cette pâte à la truelle sur une surface d'une plaque d'amiante/ardoise en une épaisseur d'environ 2 mm. La truelle peut être déplacée doucement pour appliquer aisément la pâte. Le revêtement obtenu a une surface lisse. Le revêtement se transforme complètement en mousse et durcit en 170 minutes.
On soumet le revêtement en mousse aux essais décrits ci-dessus afin d'en déterminer les propriétés. Les résultats obtenus sont les suivants :
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
Exemple 2
On répète le procédé de l'exemple 1, avec cette exception que, comme composant A, au lieu de la matière n[deg.] A-l, on choisit une des matières n[deg.] A-2 à A-4. Le tableau 1 donne les résultats des essais (expériences n[deg.] 2 à 4).
Exemple 3
De la même manière qu'à l'exemple 1, on dépose
1,2 kg de la matière n[deg.] A-5 (poudre) dans un récipient en polyéthylène et, avec cette poudre, on mélange le même mélange en poudre que celui utilisé à l'exemple 1. En ajoutant 2,5 kg d'eau, on transforme le mélange obtenu en une pâte uniforme. Ensuite, on suit le même procédé qu'à l'exemple 1 pour obtenir un corps en mousse. Le tableau 1 donne les résultats des essais (expérience n[deg.] 5).
Exemple 4
On répète le procédé de l'exemple 1, avec cette exception que, comme composant B, au lieu de la matière
n[deg.] B-1, on choisit une des matières n[deg.] B-2 à B-5 pour obtenir un corps léger. Le tableau 2 donne les résultats des essais
(expériences 6 à 9).
Exemple 5
On répète le procédé de l'exemple 1, avec cette exception que, comme composant C, au lieu de la matière n[deg.]
C-1, on choisit une des matières n[deg.] C-2 à C-5 pour obtenir un corps en mousse. Le tableau 3 donne les résultats des essais
(expériences 10 à 13).
Exemple 6
On répète le même procédé que celui décrit à l'exemple 1, avec cette exception qu'au lieu de 2 kg de la matière n[deg.] C-1, on utilise 0,1 kg d'une des matières n[deg.] C-6 à C-12 pour obtenir un corps en mousse. Le tableau 4 donne les résultats des essais (expériences 14 à 20).
Exemple 7
On répète le même procédé que celui décrit à l'exemple 1, avec cette exception que, comme composant D, au lieu de la matière n[deg.] D-1, on choisit une des matières n[deg.] D-2 à D-4 pour obtenir un corps en mousse. Le tableau 5 donne les résultats des essais (expériences 21 à 23).
On répète le procédé de l'exemple 1, avec cette exception que, comme composant D, au lieu de 2 kg de la matière n[deg.] D-1, on utilise 50 kg de la matière n[deg.] D-5 ou D-6 pour obtenir un corps en mousse. Le tableau 5 donne les résultats des essais (expériences 24 et 25).
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
<EMI ID=33.1>
Exemple 9
On forme un corps en mousse de la même manière qu'à l'exemple 1, avec cette exception qu'au mélange en poudre, on ajoute 400 g d'une des matières n[deg.] E-1 à E-3, c'est-à-dire un cinquième composant et, en outre, au mélange obtenu, on ajoute encore 20 g d' eau. Le tableau 6 donne les résultats des essais
(expériences 26 à 28).
Exemple 10
On forme un corps en mousse de la même manière qu'à l'exemple 1, avec cette exception qu'au mélange en poudre, on ajoute 200 g d'une des matières n[deg.] F-1 à F-2 (c'est-à-dire un sixième composant) et, au mélange obtenu, on ajoute encore
10 g d'eau. Le tableau 7 donne les résultats des essais
(expériences 29 à 31).
Exemple 11
On forme des corps en mousse de la même manière qu'à l'exemple 1, avec cette exception que l'on utilise les composants repris dans le tableau 8. Le tableau 9 donne les résultats des essais (expériences 32 à 41).
<EMI ID=34.1>
<EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
<EMI ID=40.1>
<EMI ID=41.1>
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
Exemple 12
On forme un corps en mousse de la même manière qu'à l'exemple 1, avec cette exception que l'on plonge la matière
<EMI ID=44.1>
résine d'acrylate (concentration : 10% en poids), puis on sèche par un procédé de séchage de poudre et on utilise le produit obtenu comme matière de revêtement. Le tableau 10 donne les résultats des essais (expérience 42).
Exemples de comparaison 1 à 8
On forme des corps en mousse de la même manière qu'à l'exemple 1, avec cette exception que l'on utilise les composants repris dans le tableau 11. Le tableau 10 donne les résultats des essais.
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
REVENDICATIONS
1. Composition en vue de former des corps inorganiques en mousse, caractérisée en ce que, comme composants actifs, elle comprend :
(A) un silicate hydrosoluble d'un métal alcalin et/ou d'ammonium,
(B) un agent gonflant métallique,
(C) un agent durcissant pour le silicate hydrosoluble, et D) un stabilisant de mousse.
"Compositions for the preparation of inorganic foam bodies"
Priority of the two patent applications filed in Japan, remains
<EMI ID = 1.1>
vember 1980 under number [deg.] 157254, both in the name of the aforesaid Company.
The present invention relates to compositions for
the preparation of inorganic foam bodies and, more particularly, compositions giving foam bodies simply when they are kneaded with water at room temperature.
Usually, inorganic foam bodies are prepared by the following methods:
a) a process in which air is blown into a composition consisting mainly of cement in order to obtain a foam mortar. b) A process in which a metallic blowing agent is mixed with soluble glass to transform the latter into foam. c) A process in which a surfactant is mixed with soluble glass to transform the latter into foam. d) A process in which a fluoride or a silicofluoride is also mixed with the composition of the process
(vs). e) A process in which a natural material of high molecular weight such as casein or starch is used together with the composition of process (c) or (d).
During the preparation of foam bodies by these conventional methods, the following difficulties are encountered:
(1) It is difficult to regulate the time required to transform into foam and harden the starting composition.
..... (b) to (e).
(2) The composition is not applicable before foaming and therefore it should be applied when it is foamed.
..... (a), (c) to (e).
(3) When prepared, the composition requires a long period for curing ...... (a), (c) to (e).
(4) The composition transformed into foam undergoes a significant shrinkage during drying and, consequently, cracks are liable to form there ...... (a) to (e).
(5) When applied, the composition is
very likely to come off ...... (a) to (e).
The foam bodies obtained by conventional methods also have the following drawbacks:
(1) Poor water resistance (a), (c) to (e).
(2) Irregular pores forming in the body transformed into foam are the cause of a low mechanical resistance, in particular, a low resistance to bending
(a) to (e).
(3) Insufficient thermal insulation properties
(a) to (e).
(4) Insufficient adhesion strength on the workpiece or article to which the composition is applied
(a) to (e).
(5) Very poor ability to prevent condensation
(a) to (e).
The Applicant has undertaken research with a view to avoiding the above difficulties and disadvantages of conventional inorganic foam bodies and has succeeded
to develop a new composition for the preparation of foam bodies practically free from these drawbacks and it resulted in an invention (patent application
Japanese published, but not examined n [deg.] 85450/1980).
This invention is characterized in that the following ingredients are mixed together in the presence of water to obtain a paste: (a) a water-soluble alkali metal silicate,
(b) a cement,
(c) a foam stabilizer,
(d) a metallic blowing agent, and
(e) silica powder.
At room temperature and at atmospheric pressure, this composition gives foam bodies with different remarkable properties. However, subsequent research undertaken by the Applicant has revealed that improvements still need to be made to the adhesion of the foam body after immersion in water, as well as to its compressive strength after having subjected it to cycles. repeated high and low temperatures.
The present invention has resulted in order to avoid the above drawbacks.
The present invention provides a composition for the preparation of foam bodies, this composition comprising, as active components:
(A) a water-soluble alkali metal silicate,
(B) a metallic blowing agent,
(C) a hardening agent for the alkali metal silicate,
(D) a foam stabilizer, and
(E) water.
According to the present invention, the above ingredients give an inorganic foam body simply when mixed together at room temperature,
provided that, as component A, a water-soluble alkali metal silicate is used. If the component A used is a usual alkali metal silicate such as anhydrous soluble glass cullet (which is insoluble or sparingly soluble in water), it is impossible to achieve the above object. Among the useful alkaline constituents of components A there are, for example, alkali metals such as lithium, sodium,
potassium and rubidium, as well as quaternary ammonium. Sodium and potassium are particularly preferred since they can be obtained easily and inexpensively, while being highly effective in promoting foaming and curing. In addition, insofar as component A is soluble in water, its composition or the
<EMI ID = 2.1>
in no way limited. However, it is preferable that the molar ratio be between 1.5 and 4, more preferably between about
1.8 and about 3. When the molar ratio is between
1,8 and 3, the composition gives foam bodies with remarkable water resistance and high mechanical resistance. Components A can be used individually or at least two can be used together as a powder or aqueous solution. In order to facilitate the preparation of pasta, it is preferable to use an aqueous solution having a solid concentration of at least 10% by weight, usually about 10 to 60% by weight. In this case, when the aqueous solution is simply mixed with the other components, a pasty composition can easily be prepared
only slightly shrinking during hardening.
According to the invention, as metal blowing agents
(i.e. as components B), different metallic elements, metallic alloys and intermetallic compounds can be used. Among the useful metallic elements are,
for example, those of groups IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA,
VB, VIB, VIIB and VIII of the Periodic Table among which
those belonging to periods III to V are preferred. As more specific examples of preferred elements, mention will be made of Cr, Mn, Ti, Zr, V, Si, Ge, Sb, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ca, Sn, etc., among which Ti, Zr, V, Al, Si, Ge, Sb and Zn are particularly preferred. According to the present invention, metalloid elements such as B and As can be used in the same way. Among the alloys or intermetallic compounds
(metal / metal compounds or metal / non-metal compounds) specifically useful, mention will be made, for example, of Al-Si, Al-Ti, Al-Mn, Al-Cu-Si, Al-Cu, Zn-S, Zn- Sn, Cu-Si, Fe-Si, Si-Ni, Co-Sb, etc. Components B are used individually or at least two are used as a mixture. They are used in the form of fine particles, preferably with a granularity of up to
<EMI ID = 3.1>
The curing agent for the water-soluble alkali silicate, that is to say component C of the composition of the present invention, is at least one material chosen from the group comprising hydraulic cements, silica powder, oxide of zinc, acid metal oxides, metal salts of higher fatty acids other than monovalent metal salts, metal salts (other than monovalent metal salts) of water-soluble substances of high molecular weight containing carboxy groups, phosphates, borates, divalent metal sulfates, as well as divalent metal sulfites. As more specifically useful hardening agents, there are materials
and the compounds mentioned below. Useful hydraulic cements include, for example, hydraulic lime, natural cement, Portland cement, alumina cement and lime-containing cement, blast furnace cement,
silica cement, fly ash cement, masonry cement, sulfated cement, as well as similar mixed cements. Among the useful metal salts (other than monovalent metal salts) of higher fatty acids there are, for example, zinc salts, aluminum salts, salts
calcium, barium salts, magnesium salts and nickel salts of stearic acid and palmitic acid. Metal salts (other than monovalent metal salts) of high molecular weight water-soluble substances containing carboxy groups are salts comprising a metal
(other than monovalent metals) and this water-soluble substance. As examples of at least bivalent metals, mention will be made of:
Zn, Cu, Ca, Mg, Be, Sr, Ba, Al, Ti, Zr, Sb, Cr, Mo, W, Sb, Mn, Fe, Co, Ni and V. Among the water-soluble substances of high molecular weight, it there are, for example, alginic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, derivatives
cellulose, alkyd resins, aminoalkyd resins, etc. Silica powder is obtained as a by-product of electro-metallurgical processes for the preparation of silicon and silicon alloys. Preferably, the silica powder consists of particles with a granularity of
<EMI ID = 4.1>
5 to about 50 m2 / g and a specific weight of about 0.1 to about 0.3, while it contains at least 60% by weight, of
<EMI ID = 5.1>
Mn304, FeO, CoO, PbO, etc. Among the useful phosphates are, for example, aluminum phosphate, calcium phosphate, zinc phosphate, thallium phosphate, phosphate
strontium, barium phosphate, magnesium phosphate, manganese phosphate, etc. Among the useful borates are, for example, zinc borate, magnesium borate, manganese borate, lead borate, nickel borate, calcium borate, etc. Among the useful sulfates of bivalent metals are, for example, magnesium sulfate, zinc sulfate, calcium sulfate and barium sulfate. Among the useful sulfites there are, for example, calcium sulfite, magnesium sulfite, zinc sulfite and copper sulfite.
Foam stabilizers useful as components D
of the present invention are inorganic materials such as silica gel, zeolite, carbon black, active carbon, talc, mica, paligorskite and sepiolite; surfactants (other than metallic soaps) and organic materials such as animal proteins and dimethyl silicon derivatives which are known as air entraining agents for cements.
There are various examples of useful surfactants, in particular anionic surfactants such as sodium polyoxyethylene alkylsulfonates and sodium alkylnaphthalene sulfonates, cationic surfactants such as lauryl trimethyl chloride. ammonium and analogous quaternary ammonium salts, nonionic surfactants such as polyoxyethylene glycol oleate and polyoxyethylene glycol laurate, as well as ampholytic surfactants such as N-alkyl- (Sodium 3-aminopropionates.
These D components have the effect of uniformly dispersing component B in the system and ensuring a transformation
stabilized foam, so they are effective in forming tiny uniform pores. When it is inorganic, component D is preferably used in the form of particles
<EMI ID = 6.1>
According to the present invention, component B and component C play an important role in foaming and curing to regulate the time required for this foaming and curing, as well as to impart better mechanical strength. In order to accentuate these effects, when the components are in particles, it is preferable to coat them with other materials before use. Among the useful coating materials there are, for example, water-soluble materials of high molecular weight such as polyvinyl alcohol, methyl cellulose, carboxymethylcellulose, hydroxypropyl cellulose, starch, casein,
gum arabic, gelatin, glue, proteins, ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate and sodium alginate; aqueous solutions, solutions in solvents or aqueous dispersions of synthetic resins such as vinyl acetate, ethylene, vinyl chloride, vinylidene chloride, acrylonitrile, methacrylates, acrylates, styrene , epoxy resins, polyesters, vinylpyrrolidone, vinyl ether, urea,
alkyd resins, urethanes and chloroprene; organic oily materials such as linseed oil, castor oil, tung oil, soybean oil, palm oil, coconut oil, beef tallow, tallow mutton, sardine oil and whale oil; mineral oils such as kerosene, grease, oil for axles, oil for turbines, oil for machines and oil for cylinders;
acid phosphates, as well as silica sol. At least one of these materials is used. The particles of the components
B and C are coated with a material of this type which is in the form of a liquid, preferably in the form of a highly viscous liquid, after which they are dried.
The proportions of components A to D are usually as follows, although varying depending on the types of components used, the bulk density and strength of the desired foam product, the conditions of the curing reaction, etc. The proportions are based on 100 parts by weight of the solids of component A. Component B is used in an amount between about 3 and about 50 parts by weight, preferably between about 5 and about 40 parts by weight.
The proportions of component C are between about 15 and about 350 parts by weight when it is a hydraulic cement, silica powder or zinc oxide, or between about 3 and about 30 parts by weight in the case of a metal salt of a higher fatty acid or of a water-soluble material of high molecular weight comprising carboxy groups, an acid metal oxide, a phosphate, a borate, a sulfate of a metal bivalent or a sulfite of a bivalent metal.
The proportion of component D is between approximately
5 and about 250 parts by weight (calculated as solids) when it is an inorganic powder, or between about 0.1 and about
18 parts by weight (calculated as solids) when it is an organic matter. Generally, when a large excess of component A is used, the composition does not form
stable or uniform foam and results in a foam product that tends to have poor water resistance. When component B is used in too small a quantity, the composition does not transform sufficiently into foam and it gives a product having a high apparent density (at least about 1), while, if a large excess of the component B, the composition excessively turns into foam, forming large pores in the final product, the resistance of which is thus reduced. If we use
component C in a smaller quantity, the composition itself tends to have a reduced ability to flow, to detach in masses and not to harden regularly, thus giving a foam body of a resistance somewhat reduced water. If you use an excess of the component
C, it is difficult to balance the curing reaction
and the foaming reaction, so that the preferential course of the curing reaction results in an uneven degree of foaming. If a smaller amount of inorganic material is used as component D, the composition becomes foam unevenly while, if used in an excessive amount, it is difficult to adjust the consistency of the pasty composition before be used. When, as component D, a large excess of organic matter is used, an open cell structure is formed in the foam product.
which, therefore, tends to have poorer thermal insulation properties.
According to the invention, the components A to D are mixed. together in the presence of water to obtain a pasty composition. The mixing process is not particularly limited. While these components can be mixed together with an appropriate amount of water, in order to facilitate handling, it is advantageous to mix components B to D together.
into particles in specified proportions, the mixture
thus obtained then being mixed with an aqueous solution
of component A. In addition, since as time elapses after the mixing operation, the components
B and C begin to undergo a curing reaction and a foaming reaction, it is desirable to formulate these two components simultaneously in the pasty composition. Any conventional mixing element can be used, the components can be mixed together by
elements provided with a nozzle at their front end.
In this case, the components can be treated by any usual method.
According to the invention, the formulation of components A
to D in a pasty composition in the presence of water constitutes
a critical characteristic. The composition does not make it possible to obtain a satisfactory foam body if it is not
in the form of a paste. The term "paste" or "pasty" refers to a soft consistency dispersion of solids having a viscosity usually between about 5 and about 1,000 poises at 25 [deg.] C.
Depending on the intended application, other additives can be incorporated into the composition of the present invention. Among these additives, there is a fibrous material (fifth component) which gives the foam body a flexural strength 1.5 times higher than under other conditions and
which roughly halves the shrinkage that would also occur under other conditions. The fibrous material is used in an amount up to about 30 parts by weight, calculated on the solids of component A. In the presence
an excess of fibrous material, the composition has a higher
poor flowability and does not regularly transform into foam. Among the useful fibrous materials,
there are, for example, inorganic fibers such as glass fibers, rock wool, asbestos, carbon fibers, silica fibers and aluminum silicate fibers, as well as organic fibers such as cellulose acetate fibers, polyester fibers and acrylic fibers. These fibrous materials are used in the form
strands cut from monofilaments. Among the useful additives, there is also a water-soluble resin (sixth component) which makes it easier to handle the composition for the application, while giving it mechanical strength.
30% higher. The resin is used in an amount up to about 30 parts by weight, calculated on the solids
of component A. When excess resin is used, the
body transformed into foam has lower resistance to
the water. Among the water-soluble resins useful are, for example, synthetic water-soluble resins such as polyethylene oxide, polyethylene glycol and polyvinylpyrrolidone, cellulose ethers such as methylcellulose and carboxymethyl cellulose, as well as the
water-soluble natural resins such as gelatin, gum arabic, sodium alginate, proteins, starch
and dextrin. These water-soluble resins are used in the form of particles or they are formulated in an aqueous solution. Among the useful additives there is also a
charge (seventh component). Among these fillers are, for example, fused silica, cristobalite, alumina, fly ash, calcium carbonate, silica powder, pottery powder, magnesium oxide, dolomite, inorganic pigments and light granular aggregates.
These fillers serve to reduce the apparent density and to increase the volume of the product, while strengthening the latter. Useful light granular aggregates are organic or inorganic and include granules or foam grains or
crushed synthetic resins prepared from chloride
vinyl, phenol, urea, styrene, urethane, ethylene, etc. ; granules or grains made of foam or ground synthetic rubber; vermiculite, expanded shale perlite, silica flask, granular foam silica, and similar inorganic foam materials; crushed foam concrete (CLA), etc. Inorganic lubricants
(eighth component) can be added to the composition of the present invention in order to improve the flowability and the processability. Lubricants are used in an amount of up to 60 parts by weight, calculated on 100 parts of component A. Among the lubricants there are, for example, kaolin, bentonite, zeolite and the like,
clay, white carbon (silica powder), silicate
magnesium, etc.
When components A to D, other desired components and water are mixed together into a pasty composition, the curing and processing reactions
foam take place simultaneously. These reactions proceed satisfactorily at ambient temperature and at atmospheric pressure without any application of heat or
external pressure. Usually, the foaming reaction is completed in a setting period of up to 24 hours, generally in a period of between 0.5 and 3 hours, while the curing reaction is 'ends in a short period of time after the foaming reaction. Although the composition of the present invention is very advantageous from the industrial point of view since it does not require any application of heat or pressure, when desired, it can nevertheless
<EMI ID = 7.1>
these reactions.
In this way, it is possible to prepare an inorganic foam body according to the invention having uniform pores with a dimension usually lying between about 0.1 and
about 5 mm, low specific weight and high strength, as well as remarkable properties concerning water absorption, water resistance, chemical resistance, thermal insulation properties, thermal resistance , flame retardant property, etc.
When preparing the composition of the present invention using a hydraulic cement and
silica powder only as components C, compared to a composition prepared under other conditions,
the foam body obtained has a lower adhesion after immersion in water and a lower compressive strength after being subjected to repeated cycles of high and low temperatures. Therefore, it is desirable not to use hydraulic cement together and
silica powder only for the preparation of the composition. More specifically, even if a hydraulic cement or silica powder is used for the composition, the foam body obtained will have these two properties at a remarkable level provided that the hydraulic cement and the silica powder are not used in combination. This is a remarkable and totally unexpected discovery constituting a distinct characteristic of the present invention.
In addition, when surfactants are used as foam stabilizers according to the invention, the pores formed are more uniform and smaller than under other conditions. In particular, when used as hardening agents C in combination with a surfactant, the cement and the silica powder accentuate the aforementioned effect.
surfactant.
The foam body of the present invention which has different characteristics, is used for a wide variety of applications.
Although some specific applications are described below, the use of the product is obviously not limited thereto.
The composition of the present invention is useful
instead of rigid urethane foams that are usually used as thermal insulation materials for hot water circulation pipes for central heating. This composition can be applied more easily and it forms foam bodies having a better flame-retardant property and better heat resistance, thus ensuring clearly improved thermal insulation effects.
In addition, when applied to pipes and fittings, these foam bodies adhere to them with a markedly improved adhesion force and, therefore, they have better impact resistance.
Likewise, the composition of the present invention is useful for the formation of thermal insulation walls. Typically, building walls,
other than concrete walls, are hollow inside to reduce the load placed on steel reinforcement and other structural elements and also to ensure better thermal insulation. The pasty composition of the present invention can be injected into the hollow interior of the walls to form thermal insulation walls.
The Applicant has carried out experiments on walls of this type and has discovered a completely unexpected fact.
More specifically, the Applicant has found that by pneumatically injecting this pasty composition into the hollow parts of the walls, this composition transforms uniformly into foam even when the hollow slot-shaped part has a width of approximately 50 mm, this composition manifesting , in addition, a remarkable ability to lift. The expression "ability to lift" refers to the nature of the composition according to which it undergoes an increase in volume in the vertical direction during its transformation into foam. When this composition is applied to a part of a defined surface on the ground, it is desirable that the degree of foaming be equal to the degree of emergence.
In addition, the Applicant has found that this pasty composition remarkably exhibits this ability to rise when it is applied immediately after its preparation.
For example, in the case of a hollow wall part having
a thickness (slit width) of 100 mm, a width of
1 m and a height of 3 m, it is totally impossible that
classic plastic foams are lifted until
3 m; moreover, the body thus obtained does not have uniform pores and, consequently, its thermal insulation effect is poor. However, when the composition of
the present invention is applied to a hollow part of this type, it gives satisfactory results as regards the ability to lift and the uniformity of the pores. As a result, walls can be easily formed having remarkable properties with respect to thermal insulation, impact resistance, water resistance, etc. for new buildings, as well as for existing buildings by applying the pasty composition of the invention through small interstices.
In addition, the composition of the present invention has greater adhesion than that of conventional plastic foams for thermal insulation walls and, therefore, it facilitates the application of tiles, since also
although conventional plastic foams require a large amount of adhesive while using the composition of the present invention, it is no longer necessary to provide this adhesive, while the application of these tiles is effective. In addition, the composition of the invention is of greater utility for providing flame retardancy and strength
to shocks.
In addition to the applications mentioned above, the composition of the present invention makes it possible to envisage the uses described below.
(a) wall coverings for buildings. The composition is applied to the surfaces of building walls in order to obtain composite walls during foaming and hardening.
(b) The composition is applied to various panels as a thermal insulation coating.
(c) The composition is applied to the dorsal face of the floors of buildings or the sub-floor spaces in order to obtain floors of thermal insulation.
(d) The composition is useful for lining furnaces to provide thermal insulation.
(e) The composition is applied to steel frames to form a fire protection coating.
(f) A kneaded mixture of the composition of the present invention and of the usual aggregates makes it possible to obtain light blocks according to the usual method.
(g) The pasty composition is useful for filling the spaces remaining between the roofing tiles and thus obtaining roofs having thermal insulation properties.
(h) The composition is applied to the surface of a synthetic foam resin body in order to obtain an organic / inorganic composite foam body.
(i) The composition is applied to a layer of inorganic fibers in order to form a layer of foam and to obtain a plate or a panel of these fibers.
(j) The composition is applied to the interior walls of the tunnels in order to form linings therein.
(k) The composition is useful for forming a foundation layer below a surface layer of asphalt for the production of pavements.
(1) The composition is useful for the production of thermal insulation and soundproofing walls, for example, in power plants.
(m) The composition is useful for construction
of oil and liquefied petroleum gas tank foundations.
The composition of the present invention is also useful for cryogenic thermal insulation materials, for the insulation of heaters and pipes
circulation of hot water, for the manufacture of composite sheets with plywood and for the production of partitions.
The present invention will be described below in more detail with reference to examples in which different properties are determined by the test methods described below:
(1) Start-up time for foaming: duration
(in minutes) elapsing before the prepared composition begins to transform into foam (foam formation observed with the naked eye).
(2) Final hardening time: time (in minutes) elapsing
when the foam body becomes hard enough that a weight of 500 g which is deposited on it, cannot sink into it.
(3) Adhesion: adhesion strength test specified in the
"JIS A 6909" standard.
(4) Bulk density: according to "JIS A 1161" standard.
(5) Resistance to compression: according to standard "JIS A 1161".
Unit: kg / cm2.
(6) Resistance to compression after immersion in water
for 24 hours: the foam body is immersed in water for 24 hours, then it is removed and subjected to the test method (5) above. Unit: kg / cm2.
(7) Thermal conductivity: according to "JIS R 2616" standard.
Unit: W / mK.
(8) Withdrawal: a dimension of the test piece is measured immediately after transformation into foam and hardening for <EMI ID = 8.1>
measurement after drying the test piece at room temperature for 7 days to obtain an il value.
The withdrawal is indicated by the formula:
<EMI ID = 9.1>
(9) Flexural strength: according to "JIS Z 2248" standard.
Unit: kg / cm2.
(10) Inhibition of condensation: the composition is applied
on the outer face of a conical iron plate (as shown in FIG. 1) and the plate is left standing while maintaining its inner face at 0 [deg.] C and its outer face,
<EMI ID = 10.1>
the amount of condensate forming as time goes by. Figure 1 attached represents ice water 1 (0 [deg.] C), the conical iron plate 2, styrene foam 3, the test composition 4 ,, the measuring cylinder 5, the fabric metallic 6, water 7 (about 60 [deg.] C)
<EMI ID = 11.1>
(11) Adhesion after immersion in water: after having
immersed in water for 96 hours, the foam body is subjected to the test according to the standard "JIS A 6909". Unit: kg / cm2.
(12) Resistance to compression after thermal cycles:
the foam body is subjected to the following cycles:
<EMI ID = 12.1>
after which it is subjected to a compression resistance test according to the "JIS A 1161" standard.
(13) Freezing / thawing stability: according to standard
"ASTM C-290". After 20 cycles, the appearance of the test piece is observed and the weight gain (% by weight) is measured.
The components used in the following examples will be given below.
Component A (water-soluble alkali metal silicate)
<EMI ID = 13.1>
* R = Alkali metal.
Component B (metallic blowing agent)
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
Component D (foam stabilizer)
<EMI ID = 17.1>
Fifth component
<EMI ID = 18.1>
Sixth component
<EMI ID = 19.1>
Example 1
In an 18 liter polyethylene container, 4 kg of an aqueous solution of the material are deposited? Al acting as component A. 200 g of the material n [deg.] B-1 acting as component B are mixed together, 2 kg of the material n [deg.] C-1 acting as component C and 2 kg of material n [deg.] D-1 acting as component D to obtain a powder mixture which is added to the aqueous solution. The mixture obtained is stirred
at room temperature to prepare a uniform dough. This paste is applied with a trowel to a surface of an asbestos / slate plate in a thickness of about 2 mm. The trowel can be moved gently to easily apply the paste. The coating obtained has a smooth surface. The coating turns completely into foam and hardens in 170 minutes.
The foam coating is subjected to the tests described above in order to determine its properties. The results obtained are as follows:
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
Example 2
The process of example 1 is repeated, with the exception that, as component A, instead of the material n [deg.] A-1, one of the materials n [deg.] A-2 to A-4 is chosen. Table 1 gives the results of the tests (experiments n [deg.] 2 to 4).
Example 3
In the same way as in Example 1, we deposit
1.2 kg of material n [deg.] A-5 (powder) in a polyethylene container and, with this powder, the same powder mixture is mixed as that used in Example 1. Adding 2.5 kg of water, the mixture obtained is transformed into a uniform paste. Then, the same process is followed as in Example 1 to obtain a foam body. Table 1 gives the results of the tests (experiment n [deg.] 5).
Example 4
The process of example 1 is repeated, with the exception that, as component B, instead of the material
n [deg.] B-1, choose one of the materials n [deg.] B-2 to B-5 to obtain a light body. Table 2 gives the results of the tests
(experiments 6 to 9).
Example 5
The process of example 1 is repeated, with the exception that, as component C, instead of the material n [deg.]
C-1, we choose one of the materials n [deg.] C-2 to C-5 to obtain a foam body. Table 3 gives the results of the tests
(experiments 10 to 13).
Example 6
The same process is repeated as that described in Example 1, with the exception that instead of 2 kg of the material n [deg.] C-1, 0.1 kg of one of the materials n [deg is used .] C-6 to C-12 to obtain a foam body. Table 4 gives the results of the tests (experiments 14 to 20).
Example 7
The same process is repeated as that described in Example 1, with the exception that, as component D, instead of the material n [deg.] D-1, we choose one of the materials n [deg.] D-2 to D-4 to obtain a foam body. Table 5 gives the results of the tests (experiments 21 to 23).
The process of Example 1 is repeated, with the exception that, as component D, instead of 2 kg of the material n [deg.] D-1, 50 kg of the material n [deg.] D- is used 5 or D-6 to obtain a foam body. Table 5 gives the results of the tests (experiments 24 and 25).
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
<EMI ID = 33.1>
Example 9
A foam body is formed in the same way as in Example 1, with the exception that in the powder mixture, 400 g of one of the materials n [deg.] E-1 to E-3 is added, that is to say a fifth component and, in addition, to the mixture obtained, a further 20 g of water are added. Table 6 gives the results of the tests.
(experiments 26 to 28).
Example 10
A foam body is formed in the same way as in Example 1, with the exception that in the powder mixture, 200 g of one of the materials n [deg.] F-1 to F-2 ( that is to say a sixth component) and, to the mixture obtained, one adds again
10 g of water. Table 7 gives the results of the tests
(experiments 29 to 31).
Example 11
Foam bodies are formed in the same way as in Example 1, with the exception that the components listed in Table 8 are used. Table 9 gives the results of the tests (experiments 32 to 41).
<EMI ID = 34.1>
<EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
<EMI ID = 39.1>
<EMI ID = 40.1>
<EMI ID = 41.1>
<EMI ID = 42.1>
<EMI ID = 43.1>
Example 12
A foam body is formed in the same way as in Example 1, with the exception that the material is immersed
<EMI ID = 44.1>
acrylate resin (concentration: 10% by weight), then dried by a powder drying process and the product obtained is used as a coating material. Table 10 gives the results of the tests (experiment 42).
Comparison examples 1 to 8
Foam bodies are formed in the same manner as in Example 1, with the exception that the components listed in Table 11 are used. Table 10 gives the results of the tests.
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
<EMI ID = 47.1>
<EMI ID = 48.1>
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
CLAIMS
1. Composition for forming inorganic foam bodies, characterized in that, as active components, it comprises:
(A) a water-soluble silicate of an alkali metal and / or of ammonium,
(B) a metallic blowing agent,
(C) a curing agent for water-soluble silicate, and D) a foam stabilizer.