FR2911146A1 - Composite a matrice organique/minerale et plaque resistant au feu utilisant celui-ci. - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
L'invention décrit un composite résistant au feu comprenant des particules minérales bien dispersées dans un polymère, un oligomère ou un copolymère, ayant des groupes fonctionnels réactifs. Les particules minérales contiennent également des groupes fonctionnels réactifs, à l'origine ou après modification de surface, qui peuvent réagir avec les groupes fonctionnels réactifs correspondants du composant organique pour former des matériaux composites à matrice organique/minérale. Lorsque le matériau composite est brûlé ou exposé au feu, le composant organique forme une couche de carbonisation et les particules minérales rayonnent la chaleur absorbée. Les particules minérales renforcent également les propriétés mécaniques de la structure grâce à la réaction entre des matériaux organiques et minéraux. L'invention décrit également une plaque résistant au feu contenant le composant organique/minéral.
Description
COMPOSITE A MATRICE ORGANIQUE/MINERALE ET PLAQUE RESISTANT AU FEU
UTILISANT CELUI-CI Arrière-plan technologique de l'invention
Domaine de l'invention L'invention concerne des composites à matrice organique/minérale présentant des performances de résistance au feu excellentes et une plaque résistant au feu contenant le composite à matrice organique/minérale. Description de la technologie apparentée Les matériaux résistant au feu ou retardateurs de la flamme peuvent être utilisés en tant que matériaux décoratifs ou architecturaux. Les matériaux architecturaux décrits dans les Brevets taïwanais Nos. 583.078 et 397.885 comprennent, principalement, une couche empilée, servant de couche résistant au feu de matériaux minéraux ininflammables, tels que perlite, MgC12, MgO, CaCO3 ou ciment. De plus, un stratifié rigide résistant au feu peut être obtenu à partir de substrats flexibles de fibres ou de non-tissés mélangés à des retardateurs de flamme, des agents moussants et des matériaux minéraux de 50 à 80 % en poids. Les revêtements résistant au feu, servant de matériaux décoratifs, décrits dans les Brevets taïwanais Nos. 442.549, 499.469 et 419,514 comprennent une combinaison d'agents intumescents et moussants, d'agents de carbonisation, de retardateurs de flamme, et d'adhésifs, qui moussent et gonflent lorsqu'ils sont exposés au feu. Le brevet américain No. 5.723.515 décrit un matériau de revêtement retardateur de la flamme comprenant un 'matériau de base intumescent fluide ayant un agent moussnt, un agent d'expansion, un 1 agent de carbonisation, un agént de liaison, un solvant, et un pigment, augmentant la résistance à la fissuration et au retrait. Un composé décrit dans le brevet américain No. 5.218 027 est fabriqué à partir d'une composition de copolymère ou de terpolymère, de polymère à faible module, et d'hydrocarbure élastomère synthétique. L'additif retardateur de la flamme comprend un hydroxyde métallique de groupe I, de groupe II ou de groupe III, à condition qu'au moins 1 % en poids de la composition soit sous la forme d'un organopolysiloxane. Le brevet américain No. 6.262.161 concerne des compositions interpolymères chargées de monomères d'éthylène et/ou d'alpha-oléfine/vinyle ou de vinylidène, présentant des performances améliorées en exposition à la flamme ou à des sources d'inflammation, et des articles fabriqués à partir de celles-ci. Les articles peuvent se présenter sous la forme d'un film, d'une feuille, d'une structure multi-couches, d'un revêtement de sol, mural ou de plafond, de mousses, de fibres, de dispositifs électriques, ou d'ensembles de fils et de câbles. Des compositions polymères retardatrices de la flamme sont obtenues par flexion physique de polymère à matrice organique et d'agent retardateur de la flamme minéral, dans lesquelles des agents de couplage ou des agents tensio- actifs sont généralement incorporés pour améliorer la dispersité de l'agent retardateur de la flamme minéral. Cependant, puisque le polymère à matrice organique ne réagit pas avec le composant minéral pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques, les compositions retardatrices de la flamme classiques fondent, s'enflamment, ou produisent des gouttes enflammées à l'exposition à la flamme ou à des sources d'inflammation. De manière spécifique, tel que représenté sur les figures la à lb, la zone chauffée du matériau résistant au feu classique peut être carbonisée rapidement et augmenter 8 à 10 fois de volume par rapport à sa forme originale, en raison des agents de moussage, intumescents, et de carbonisation contenus. Cependant, tel que représenté sur les figures le à ld, après une longue période de chauffage, 1 la couche de carbonisation intumescente (ou la partie chauffée) se fissure légèrement et pèle, de telle sorte que la flamme et la chaleur peuvent se propager directement dans les matériaux internes et la résistance au feu est annulée.
En conséquence, un matériau résistant au feu amélioré est souhaitable. Bref résumé de l'invention Compte tenu des problèmes rencontrés dans la technologie classique, l'invention utilise un matériau composite résistant au feu comprenant différentes particules minérales entièrement dispersées dans un polymère, un copolymère, ou un oligomère ayant des groupes fonctionnels réactifs. Les particules minérales contiennent également des groupes fonctionnels réactifs, à l'origine ou après modification de surface, qui peuvent réagir avec les groupes fonctionnels réactifs correspondants du composant organique pour former des matériaux composites à matrice organique/minérale. Grâce à la réaction entre les composants organiques et minéraux, les propriétés mécaniques et de résistance au feu du polymère à matrice organique sont renforcées et améliorées. Puisqu'un composite bien structuré est fourni par la formation de liaisons chimiques, la couche de carbonisation formée à la surface est solide et peut conserver son intégrité structurale sans pelage ou fissuration, empêchant de manière efficace le transfert de chaleur direct à l'intérieur. Le composite à matrice organique/minérale de l'invention comprend un polymère, un copolymère, ou un oligomère ayant un premier groupe fonctionnel réactif ; et des particules minérales ayant un second groupe fonctionnel réactif ; dans lequel les particules minérales sont liées chimiquement au polymère, au copolymère, ou à l'oligomère par une réaction entre les premier et second groupes fonctionnels réactifs.
L'invention fournit, en outre, une plaque résistant au feu comprenant le composite décrit. De façon plus générale, la présente invention comprend un composite à matrice organique/minérale comprenant : un polymère, un copolymère, ou un oligomère ayant un premier groupe fonctionnel réactif, et des particules minérales ayant un second groupe fonctionnel réactif ; dans lequel les particules minérales sont liées chimiquement au polymère, au copolymère, ou à l'oligomère par une réaction entre les premier et second groupes fonctionnels réactifs. Selon des modes avantageux : le composite à matrice organique/minérale comprend 10 à 90 % en poids du polymère, du copolymère, ou de l'oligomère, et 90 à 10 % en poids des particules minérales. le composite à matrice organique/minérale comprend 30 à 70 % en poids du polymère, du copolymère, ou de l'oligomère, et 70 à 30 % en poids des particules minérales. les premiers et seconds groupes fonctionnels réactifs comprennent respectivement un groupe -OH, -COOH, -NCO, -NH3, -NH2, -NH, ou époxy. - le composant organique comprend un polyacide, un polyuréthane, un époxy, une polyoléfine, ou une polyamine. les particules minérales comprennent un hydroxyde, un nitrure, un oxyde, un carbure, un sel métallique, ou un matériau stratifié minéral. l'hydroxyde comprend un hydroxyde métallique. l'hydroxyde métallique comprend de l'Al(OH)3 ou du Mg(OH)2. le nitrure comprend du BN ou du Si3N4. 5 l'oxyde comprend du SiO2, du TiO2, ou du ZnO. le carbure comprend du SiC. le sel métallique comprend du CaCO3. le matériau stratifié minéral comprend de l'argile, du talc, ou de l'hydroxyde double stratifié (LDH). le composite à matrice organique/minérale est capable de résister à des températures de la flamme comprises entre 1000 et 1200 C pendant plus de 3 minutes. L'invention à également pour objet une plaque résistante au feu, comprenant : un composite à matrice organique/minérale comprenant : un polymère, un copolymère, ou un oligomère ayant un premier groupe fonctionnel réactif ; et des particules minérales ayant un second groupe fonctionnel réactif ; dans lequel les particules minérales sont liées chimiquement au polymère, au copolymère, ou à l'oligomère par une réaction entre les premier et second groupes fonctionnels réactifs.
Selon différents modes de réalisation : le composite à matrice organique/minérale comprend 10 à 90 % en poids du composant organique, et 90 à 10 % en poids des particules minérales. le composite à matrice organique/minérale comprend 30 à 70 % en poids du composant organique, et 70 à 30 % en poids des particules minérales. les premiers et seconds groupes fonctionnels réactifs comprennent un groupe -OH, -COOH, -NCO, -NH3, - NH2, -NH, ou époxy. le composant organique comprend un polyacide, un polyuréthane, un époxy, une polyoléfine, ou une polyamine. les particules minérales comprennent un hydroxyde, un nitrure, un oxyde, un carbure, un sel métallique, ou un matériau stratifié minéral. l'hydroxyde comprend un hydroxyde métallique. l'hydroxyde métallique comprend de l'Al(OH)3 ou du Mg(OH)2. le nitrure comprend du BN ou du Si3N4. l'oxyde comprend du SiO2, du TiO2, ou du ZnO. le carbure comprend du SiC. le sel métallique comprend du CaCO3. le matériau stratifié minéral comprend de l'argile, du talc, ou de l'hydroxyde double stratifié (LDH). la plaque résistante comprend, en outre, un additif. 7 l'additif comprend un agent retardateur de la flamme, du silane, du siloxane, du sable siliceux, ou de la fibre de verre. la plaque résistante a une épaisseur de moins de 0,5 mm. la plaque résistante a une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2 mm. la plaque résistante a une épaisseur de plus de 2 mm. la plaque résistante comprend, en outre, une plaque inflammable ou ininflammable sur le composite à matrice organique/minérale pour former une structure multicouches. la plaque résistante est utilisée comme plaque intermédiaire résistant au feu. la plaque résistante au feu est utilisée comme papier peint résistant au feu. la plaque résistante est une plaque résistante au feu flexible. - la plaque résistante est capable de résister à des températures de la flamme comprises entre 1000 et 1200 C pendant plus de 3 minutes. Une description détaillée est donnée dans les modes de réalisation suivants en référence aux dessins joints. Brève description des dessins25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et des exemples détaillés ci-après, les références étant faites aux dessins joints, dans lesquels : les figures la à ld représentent des matériaux intumescents résistant au feu soumis à un essai à la flamme ; la figure 2 représente un matériau composite polymère à matrice organique/particules minérales de l'invention soumis à un essai à la flamme ; la figure 3 est un organigramme montrant les processus de synthèse du matériau composite polymère à matrice organique/particules minérales ; la figure 4 est une figure schématique montrant l'essai à la flamme pour un échantillon du matériau composite polymère à matrice organique/particules minérales ; la figure 5 est une figure schématique montrant la mesure de température du papier de format A4 dans l'Exemple 10 ; et la figure 6 est un diagramme montrant la température de la face arrière du papier de format A4 en fonction du temps de chauffage, dans lequel la plaque résistant au feu de l'Exemple 9 et un matériau de revêtement résistant au feu du commerce sont comparés. Description détaillée de l'invention La description suivante est le mode le mieux envisagé de réalisation de l'invention. Cette description est réalisée aux fins d'illustration des principes généraux de l'invention et ne doit pas être prise dans un sens limitatif. Le cadre de l'invention est mieux déterminé en référence aux revendications jointes. Lorsque le matériau composite à matrice organique/minérale est brûlé ou exposé au feu, le composant organique forme une couche de carbonisation et les particules minérales rayonnent la chaleur absorbée. Les particules minérales renforcent également les propriétés mécaniques de la structure grâce à la réaction entre des matériaux organiques et minéraux, de sorte que la couche de carbonisation formée sur la surface est solide et peut conserver son intégrité structurale sans pelage ou fissuration, empêchant de manière efficace la propagation directe de chaleur à l'intérieur. Le matériau résistant au feu n'est pas seulement retardateur de la flamme, mais protège également les matériaux internes. Par suite, la durée de la capacité de résistance au feu est considérablement améliorée. Dans l'invention, les particules minérales ayant des groupes fonctionnels réactifs, à l'origine ou après modification de surface, sont bien dispersées dans et sont mises à réagir avec un composant organique, tel que polymère, monomère, oligomère, prépolymère, ou copolymère pour améliorer les propriétés mécaniques et de résistance au feu. En général, le composite à matrice organique/minérale peut comprendre 10 à 90 % en poids du composant organique, et 90 à 10 % en poids de la particule minérale. De préférence, le composite à matrice organique/minérale comprend 30 à 70 % en poids du composant, et 70 à 30 % en poids de la particule minérale, et, plus de préférence, 40 à 60 % en poids du composant organique, et 60 à 40 % en poids de la particule minérale. Le composant organique dans le composite résultant peut comprendre un polymère, un copolymère ou un oligomère. Aux effets de l'invention, le terme "polymère" ou "copolymère" se rapporte à des composés ayant des masses moléculaires moyennes en nombre situées dans la plage allant de 1 500 à plus de 100 000 Daltons, alors que le terme "oligomère" se rapporte à des composés ayant des masses moléculaires moyennes en nombre situées dans la plage allant de 200 à 1 499 Daltons.
Dans le composite à matrice organique/minérale, le composant organique et les particules minérales sont liées chimiquement par des réactions de groupes fonctionnels réactifs correspondants. Les groupes fonctionnels réactifs du composant organique et des particules minérales incluent, mais sans y être limités, des groupes -OH, -COOH, -NCO, - NH3, -NH2, -NH, et époxy. Par exemple, un composant organique ayant des groupes ûCOOH ou ûNCO (par exemple, acide organique ou polyuréthane réactif) peut être employé pour réagir avec des particules minérales ayant des groupes ûOH (par exemple, hydroxyde métallique). De plus, un composant organique ayant des groupes époxy peut être employé pour réagir avec des particules minérales ayant des groupes ûNH2. Selon une autre solution, un composant organique ayant des groupes ûOH (par exemple, alcool de polyvinyle) peut réagir avec des particules minérales ayant des groupes ûCOOH ou ûNCO, et un composant organique ayant des groupes ûNH2 peut réagir avec des particules minérales ayant des groupes époxy.
Des composants organiques appropriés pour être utilisés dans le présent document incluent tout monomère, oligomère, monopolymère, copolymère, ou prépolymère qui contient les groupes fonctionnels réactifs susmentionnés. Les groupes fonctionnels réactifs peuvent résider dans le squelette ou la chaîne latérale du polymère. Des composants organiques préférés incluent l'acide polyorganique, le polyuréthane, l'époxy, la polyoléfine, et la polyamine. L'acide polyorganique inclut des monopolymères ou des copolymères qui contiennent des acides carboxyliques ou sulfoniques, tels que poly(éthylène-co-acide acrylique) et poly(acide acrylique-co-acide maléique). Des exemples illustratifs d'époxy incluent l'adipate de bis(3,4-époxy-6-méthylcyclohexylméthyl), le dioxyde de vinylcyclohexène, le tétrahydrophtalate de diglycidyle, l'hexahydrophtalate de diglycidyle, la résine d'éther bis(2,3-époxycyclopentyl), les éthers de glycidyle de résine époxy de polyphénol. Les polyamines appropriées pour être utilisées incluent la polyamine et le polyimide. Des exemples illustratifs de polyamine incluent le nylon 6 ((NH(CH2)5C0)n), le nylon 66 ((NH(CH2)6-NH-CO(CH2)4C0)n), et le nylon 12 ((NH(CH2)11CO)n). Le polyimide inclut la diamine, telle que 4,4-oxydianiline, 1,4-bis(4-aminophénoxy)benzène, ou 2,2-bis[4-(4-aminophénoxy)phényl]propane et inclut également le polyimide synthétisé par la diamine et le dianhydride, tel qu'anhydride oxydiphtalique, dianhydride pyromellitique, ou dianhydride tétracarboxylique de benzophénone. Les polyoléfines appropriées pour être utilisées incluent les copolymères d'un monomère d'oléfine et d'un monomère ayant les groupes fonctionnels réactifs précédents. Il doit être noté que le composant organique inclut également un monomère, un oligomère, un copolymère et un prépolymère des polymères illustratifs précédents. De plus, les composants organiques peuvent être utilisés seuls ou en mélange de deux ou plus. Les particules minérales appropriées pour être utilisées dans le présent document sont celles ayant les groupes fonctionnels correspondants, à l'origine ou après modification de surface, qui peuvent régir avec les groupes fonctionnels du composant organique. Des particules minérales préférées incluent l'hydroxyde, le nitrure, l'oxyde, le carbure, le sel métallique, et le matériau stratifié minéral. Les hydroxydes incluent l'hydroxyde métallique, tel que Al(OH)3 ou Mg(OH)2. Les nitrures incluent, par exemple, BN et Si3N4. Les carbures incluent, par exemple, SiC. Les sels métalliques incluent, par exemple, CaCO3. Les matériaux stratifiés minéraux incluent, par exemple, l'argile, le talc, et l'hydroxyde double stratifié (LDH), dans lesquels l'argile peut être de l'argile smectite, de la vermiculite, de l'halloysite, de la séricite, de la saponite, de la montmorillonite, de la beidellite, de la nontronite, du mica, ou de l'hectorite. Les particules minérales peuvent également être utilisées en mélange de deux ou plus. Par exemple, un argile ayant des groupes fonctionnels réactifs peut être utilisé en combinaison avec un hydroxyde métallique. Des particules minérales appropriées incluent des particules micro-dimensionnées et des particules nano-dimensionnées. Les particules nano-dimensionnées ayant des diamètres compris entre 1 et 100 nm sont particulièrement préférées, puisque plus la taille des particules est petite, plus la surface par unité de poids est grande. Le composant organique et les particules minérales peuvent être directement mélangés pour la réaction pour former des liaisons covalentes ou des liaisons ioniques, ou la réaction peut être réalisée dans différents solvates (par exemple, eau, éthanol, ou méthyl-éthyl-cétone). La température de réaction s'échelonne généralement de la température ambiante à environ 150 C et le temps de réaction peut varier de 10 minutes à quelques jours, en fonction des matières premières utilisées. La figure 3 est un organigramme montrant les processus du matériau composite polymère à matrice organique/particules minérales. Tel que représenté sur la figure 3, le polymère organique contenant des groupes fonctionnels réactifs (tels que R-COOH, où R représente des chaînes carbonées) sur des chaînes principales est mélangé avec des solvants (tels qu'eau, alcool, ou MEK). Par suite, des particules minérales avec des groupes fonctionnels réactifs correspondants (tels que M-OH, où M représente le métal) sont ajoutées à la solution polymère, et le mélange est agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant une durée allant de 20 minutes à plusieurs heures jusqu'à l'achèvement de la réaction. La suspension de R-COO- M+ est produite au moyen de la réaction entre les groupes RCOOH du polymère et M-OH des particules minérales, où R représente des chaînes carbonées et M représente le métal. Une couche échantillon de composite peut être obtenue en déposant la suspension sur une feuille de téflon, puis en séchant et en moulant la couche de suspension à température élevée. La couche échantillon peut être rigide ou flexible, en fonction du système organique/minéral du composite. Le composite à matrice organique/minérale de l'invention peut être moulé en plaques résistance au feu, écailles, ou films par différents procédés. A noter que, bien que le terme "plaque résistant au feu" soit utilisé dans toute la description pour des raisons de simplicité, il sera entendu comme incluant des films ayant une épaisseur inférieure à 0,5 mm, des écailles ayant une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm, ou des plaques ayant une épaisseur de plus de 2 mm. Des procédés de moulage appropriés incluent le moulage par compression, le moulage par injection, le moulage par extrusion, le moulage par calandrage, et similaires, classiques. L'échantillon peut être séché au four ou maintenu à température ambiante jusqu'au moulage. La plaque résistant au feu de l'invention peut être montée sur les surfaces d'articles inflammables ou ininflammables par des adhésifs ou des outils mécaniques (par exemple, vis, clous, ou colliers de serrage) pour améliorer la résistance au feu. De plus, la plaque résistant au feu peut être fabriquée en une structure multi-couches ou sans autres plaques inflammables ou ininflammables. Lorsque le composite à matrice organique/minérale de l'invention est brûlé ou exposé au feu, le polymère forme une couche de carbonisation et les particules minérales rayonnent la chaleur absorbée. Les particules minérales renforcent également les propriétés mécaniques de la structure pendant toute la réaction entre les matériaux organiques et minéraux, de sorte que la couche de carbonisation formée est solide et peut conserver son intégrité structurale sans pelage ou fissuration, empêchant de manière efficace le transfert de chaleur direct à l'intérieur. La plaque résistant au feu n'est pas seulement retardatrice de la flamme, mais protège également les matériaux internes. Par suite, la résistance au feu est prolongée de manière significative. Dans des modes de réalisation préférés, la plaque résistant au feu est capable de résister à des températures de la flamme comprises entre 1000 et 1200 C pendant plus de 3 minutes. Puisque le composant organique et les particules minérales sont liées chimiquement (comparés aux produits de flexion physique classiques), le composite résistant au feu de l'invention ne fond pas, ne s'enflamme pas ni ne produit de gouttes enflammées à l'exposition à la flamme ou à des sources d'inflammation. La plaque résistant au feu de l'invention a une gamme étendue d'applications. Par exemple, elle est appropriée dans des plaques intermédiaires résistant au feu, ou du papier peint résistant au feu. Elle peut, en outre, être fabriquée dans des plaques flexibles résistant au feu. En conséquence, l'homme du métier peut incorporer différents additifs en fonction de l'application spécifique. Par exemple, l'agent retardateur de la flamme, tel que phosphates de mélamine, phosphore rouge, et agent retardateur de la flamme à base de phosphore, peut être présent pour améliorer l'ignifugeage. Du silane (tel que TEOS ou TEVS) ou du siloxane peut être présent pour renforcer l'intégrité structurale et faciliter le durcissement. Du sable siliceux et de la fibre de verre peuvent être présents pour améliorer la résistance à la chaleur et renforcer l'intégrité structurale. La quantité de ces additifs est généralement comprise entre 0,1 et 20 15 parties en poids, sur la base de 100 parties en poids du composite à matrice organique/minérale. EXEMPLES DE COMPOSITES RESISTANT AU FEU Exemple 1 Du poly(éthylène-co-acide acrylique) contenant un groupe RCOOH a été dissous ou dispersé dans l'eau. Des particules minérales d'Al(OH)3 avec des groupes fonctionnels réactifs M-OH ont ensuite été ajoutées à la solution polymère, et le mélange a été agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent mode de réalisation, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison de la couche échantillon renforcée, c'est-à-dire, le groupe R- COOH du poly(éthylène-co-acide acrylique) mis à réagir avec le groupe M-OH de Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 2 Du poly(éthylène-co-acide acrylique) contenant un groupe RCOOH a été dissous ou dispersé dans l'eau. Des particules minérales de Mg(OH)2 avec des groupes fonctionnels réactifs M-OH ont ensuite été ajouteés à la solution polymère, et le mélange a été agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent mode de réalisation, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison de la couche échantillon renforcée, c'est-à-dire, le groupe R- COOH du poly(éthylène-co-acide acrylique) mis à réagir avec le groupe M-OH de Mg(OH)2 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 3 Du poly(acide acrylique-co-acide maléique) contenant un groupe R-COOH a été dissous ou dispersé dans l'eau. Des particules minérales d'Al(OH)3 avec des groupes fonctionnels réactifs M-OH ont ensuite été ajouteés à la solution polymère, et le mélange a été agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la coucheéchantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent mode de réalisation, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison de la couche échantillon renforcée, c'est-à-dire, le groupe RCOOH du poly(acide acrylique-co-acide maléique) mis à réagir avec le groupe M-OH de Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique.
Exemple 4 Du polyuréthane contenant un groupe R-NCO a été dissous ou dispersé dans de l'hexane. Des particules minérales d'Al(OH)3 avec des groupes fonctionnels réactifs M-OH ont ensuite été ajoutées à la solution polymère, et le mélange a été agité à température ambiante pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, et moulée à une température de 60 C pendant 120 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent mode de réalisation, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison de la couche échantillon renforcée, c'est-à-dire, le groupe R-NCO du polyuréthane mis à réagir avec le groupe M-OH de Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple Comparatif 1 Du poly(éthylène-co-acide acrylique) contenant un groupe RCOOH a été dissous ou dispersé dans l'eau. Des particules minérales non modifiées de SiO2 ont ensuite été ajouteés à la solution polymère, et le mélange a été agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a roussi de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 secondes ; et après chauffage pendant 60 secondes. Le substrat de papier a enfin brûlé après chauffage pendant 120 secondes, dû à la majorité des fissures. Suivant le présent exemple comparatif, la durée de la résistance au feu a été de moins de 2 minutes, puisque le groupe R-COOH de poly(éthylène-co-acide acrylique) n'a pas réagi avec le SiO2 non modifié pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques. Exemple Comparatif 2 Du poly(acide acrylique-co-acide maléique) contenant un groupe R-COOH a été dissous ou dispersé dans l'eau. Des particules minérales non modifiées de SiO2 ont ensuite été ajouteés à la solution polymère, et le mélange a été agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 0C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a carbonisé de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 secondes ; et après chauffage pendant 60 secondes. Le substrat de papier a enfin brûlé après chauffage pendant 120 secondes, dû à la majorité des fissures. Suivant le présent exemple comparatif, la durée de la résistance au feu a été de moins de 2 minutes, puisque le groupe R-COOH de poly(acide acrylique-co-acide maléique) n'a pas réagi avec l'Al203 non modifié pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques. Exemple Comparative 3 Du polyuréthane contenant un groupe R-NCO a été dissous ou dispersé dans de l'hexane. Des particules minérales non modifiées de SiO2 ont ensuite été ajoutées à la solution polymère, et le mélange a été agité à température ambiante pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, et moulée à une température de 60 C pendant 120 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a carbonisé de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 à 60 secondes ; et après chauffage pendant 120 secondes. Le substrat de papier a enfin brûlé après chauffage pendant 180 secondes, dû à la majorité des fissures.
Suivant le présent exemple comparatif, la durée de la résistance au feu a été d'environ 2 minutes, puisque le groupe R-NCO de polyuréthane n'a pas réagi avec le SiO2 non modifié pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques.
Exemple Comparatif 4 Du poly(vinyl alcool) contenant un groupe R-OH a été dissous ou dispersé dans l'eau. Des particules minérales d'Al(OH)3 ont ensuite été ajoutées à la solution polymère, et le mélange a été agité à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. Une suspension du mélange d'une épaisseur de 1 mm a été déposée sur une feuille de téflon, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Telle que représentée sur la figure 4, la couche échantillon 20 a été retirée de la feuille de téflon (non représentée), et placée sur un morceau de papier de format A4 10. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la couche échantillon 20 au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 1. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a carbonisé de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 secondes ; et après chauffage pendant 60 secondes. Le substrat de papier a enfin brûlé après chauffage pendant 120 secondes, dû à la majorité des fissures.
Suivant le présent exemple comparatif, la durée de la résistance au feu a été de moins de 2 minutes, puisque le groupe R-OH de poly(vinyl alcool) n'a pas réagi avec le groupe M-OH de l'Al(OH)3 pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques.
En raison de la liaison chimique entre les groupes fonctionnels réactifs correspondants du polymère à matrice organique et des particules minérales, la couche de produit de carbonisation formé sur la surface est solide avec une intégrité structurale excellente et ne se fissure ni ne pèle pas facilement, empêchant de manière efficace le transfert direct de chaleur à l'intérieur. Le matériau résistant au feu n'est pas seulement retardateur de la flamme, mais protège également les matériaux internes. Par suite, la résistance au feu est prolongée de manière significative.
Tableau 1. Résultats de l'essai à la flamme des matériaux composites à matrice organique/minérale Etats du papier après chauffage direct à une température comprise entre 1000 et 1200 C pendant s 1 min 2 min 3 min Polymère organique Particules minérales Exemple poly(éthylène-co- 1 acide acrylique) A1(OH)3 inchangé Exemple poly(éthylène-co- Mg(OH)2 inchangé 2 acide acrylique) Exemple polyacide 3 acrylique Al(OH)3 inchangé -co-acide maléique) Exemple polyuréthane Al(OH)3 inchangé 4 Légèreme inchangé inchangé nt roussi Légèreme inchangé inchangé nt roussi Légèreme inchangé inchangé nt roussi Légèreme inchangé inchangé nt roussi Exemple polyéthylène-co-Comp. l acide acrylique) Exemple poly(acide Comp. 2 acryliqueco-acide maléique)
Exemple polyuréthane SiO2 Comp. 3 Exemple polyvinyl alcool Al(OH)3 Comp. 4 Légèreme nt roussi Légèreme nt roussi Légèreme nt roussi Légèreme nt roussi Si02 Al203 Roussi brûlage Roussi Brûlage
Légèreme nt Roussi brûlage roussi
Roussi brûlage - EXEMPLES DE PLAQUES RESISANT AU FEU Exemple 5 10 g de poly(éthylène-co-acide acrylique) ont été chargés dans un réacteur, préchauffés pour fondre à une température comprise entre 80 et 120 C, puis agités à une vitesse de 300 tr/min. 10,8 g d'eau désionisée et 10,8 g de solution ammoniacale ont été ajoutés dans le réacteur, donnant une émulsion blanche après agitation pendant 10 minutes. 10 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 10 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes.
Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe R-000H de poly(éthylène-co-acide acrylique) a réagi avec le groupe M-OH de l'Al(OH) 3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique.
Exemple 6 10 g de poly(éthylène-co-acide acrylique) ont été chargés dans un réacteur, préchauffés pour fondre à une température comprise entre 80 et 120 C, puis agités à une vitesse de 300 tr/min. 10 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 10 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes.
Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -OOOH de poly(éthylène-co-acide acrylique) a réagi avec le groupe -OH de l'Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 7 20 g de poly(acide acrylique-co-acide maléique) (teneur en matières solides : 50 % pds) ont été chargés dans un réacteur, préchauffés à une température comprise entre 80 et 90 C, puis agités à une vitesse de 300 tr/min. 10 g de solution ammoniacale ont été ajoutés dans le réacteur et agités pendant 10 minutes. 10 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension jaune après agitation pendant 10 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes.
Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -COOH de poly(acide acrylique-co-acide maléique) a réagi avec le groupe -OH de l'Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 8 50 g de polyuréthane réactif contenant 8 % de groupes isocyanates réactifs ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 50 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 5 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, et séchée ensuite à température ambiante pendant 24 heures. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -NCO de polyuréthane réactif a réagi avec le groupe -OH de l'Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 9 50 g de polyuréthane réactif contenant 8 % de groupes isocyanates réactifs ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 45 g de poudre d'hydroxyde de magnésium et 5 g de nanoargile modifié contenant des groupes -OH (Cloisite 30B de la société Southern Clay Product Corp.) ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 5 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, et séchée ensuite à température ambiante pendant 24 heures. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -NCO de polyuréthane réactif a réagi avec le groupe -OH du Mg(OH)3 et du nanoargile pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 10 En référence à la figure 5, la plaque résistant au feu 20 de l'Exemple 9 a été placée sur un morceau de papier de format A4 10, et un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane 30, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C (flamme 40) pendant 180 secondes, moment où la surface inférieure du papier de format A4 10 a été raccordée au thermocouple 60 d'un détecteur de température 50 pour contrôler l'augmentation de température. Une plaque résistant au feu intumescente du commerce (FM-900 de la société YUNG CHI PAINT & VARNISH MFG.
CO.,LTD) d'une épaisseur de 2 mm a été soumise au même essai à la flamme. Telle que représentée sur la figure 6, la température sous la plaque résistant au feu intumescente du commerce a augmenté rapidement à 200 C après chauffage pendant 60 secondes. En comparaison, la température sous la plaque résistant au feu de l'Exemple 5 a augmenté lentement à 200 C jusqu'à chauffage pendant 100 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été considérablement améliorée, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -NCO de polyuréthane réactif a réagi avec le groupe -OH du Mg(OH)3 et du nanoargile pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique.
Exemple 11 50 g de polyuréthane réactif contenant 7,6 % de groupes isocyanates réactifs ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 50 g de poudre de dioxyde de titane modifiée qui portait des groupes fonctionnels -OH sur la surface ont été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 5 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, séchée à température ambiante pendant 24 heures, et, enfin, moulée dans un four à une température de 80 C pendant 24 heures. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -NCO de polyuréthane réactif a réagi avec le groupe -OH du TiO2 modifié pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique.
Exemple 12 40 g de polyuréthane réactif contenant 7,6 % de groupes isocyanates réactifs ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 50 g de poudre de dioxyde de titane modifiée qui portait des groupes fonctionnels -OH sur la surface ont été ajoutés dans le réacteur et agités pendant 3 minutes. 10 g de PPG 400 (polypropylène-glycol; Mw=400) ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 2 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, séchée à température ambiante pendant 24 heures, et, enfin, moulée dans un four à une température de 80 C pendant 24 heures. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. La plaque avait une flexibilité excellente, présentant un rayon de courbure d'environ 3 cm. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -NCO de polyuréthane réactif a réagi avec le groupe -OH du TiO2 modifié pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique.
Exemple 13 40 g de polyuréthane réactif contenant 8 % de groupes isocyanates réactifs ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 45 g de poudre de dioxyde de titane modifiée qui portait des groupes fonctionnels -OH sur la surface et 5 g de nanoargile modifié contenant des groupes -OH (Cloisite 30B de la société Southern Clay Product Corp.) ont ensuite été ajoutés dans le réacteur et agités pendant 3 minutes. 10 g de PPG 400 (polypropylène-glycol; Mw=400) ont ensuite été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension jaune clair après agitation pendant 2 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, séchée à température ambiante pendant 24 heures, et, enfin, moulée dans un four à une température de 80 C pendant 24 heures. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. La plaque avait une flexibilité excellente, présentant un rayon de courbure d'environ 3 cm. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 180 secondes.
Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison du renforcement de la couche échantillon, c'est-à-dire que le groupe -NCO de polyuréthane réactif a réagi avec le groupe -OH du nanoargile et du TiO2 modifié pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple 14 20 g de 3,4-époxycyclohexyl méthyl-3,4-époxycyclohexane carboxylate (E4221, résine époxy de la société Union Carbide) ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min, puis une quantité en excès (8 g, rapport d'équivalence de E4221/MeHHPA=1/1,14) de NeHHPA (anhydride hexahydro-4-méthylphtalique), en tant qu'agent de durcissement, et 0,1 gde BDMA (benzylamine de N,N-diméthyle), en tant que catalyseur, ont été ajoutés. Après agitation pendant 5 minutes, 48,1 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 10 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm et de 100*100*4 mm, et séchée à une température de 120 C pendant 1 heure. Des plaques moulées d'une épaisseur de 2 mm et de 4 mm ont été retirées des moules en téflon, et placées sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface des plaques résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Pour la plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm, aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30 et 60 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant 120 secondes, et après chauffage pendant 180 secondes. Pour la plaque moulée d'une épaisseur de 4 mm, aucune carbonisation n'a été observée sur le morceau de papier de format A4 après chauffage pendant 30, 60 et 120 secondes, alors qu'il a légèrement roussi après chauffage pendant180 secondes. Suivant le présent exemple, la durée de la résistance au feu a été de plus de 3 minutes, en raison de la couche échantillon renforcée, c'est-à-dire que des groupes anhydrides de résine époxy (dérivés d'un excès de MeHHPA) ont réagi avec des groupes ûOH de l'Al(OH)3 pour former des liaisons chimiques plutôt qu'un mélange physique. Exemple Comparatif 5 50 g de polyuréthane réactif contenant 8 % de groupes isocyanates réactifs ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 50 g de poudre de dioxyde de silicium non modifiée ont été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 5 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, puis séchée à température ambiante pendant 24 heures, et, enfin, moulée dans un four à une température de 80 C pendant 24 heures. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a carbonisé de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 secondes ; et après chauffage pendant 60 secondes. Le papier-a enfin brûlé après chauffage pendant 120 secondes, dû à la majorité des fissures. Suivant le présent exemple comparatif, la plaque n'a pas pu résister à une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C, puisque les surfaces du SiO2 non modifié n'ont pas réagi avec le groupe ûNCO de polyuréthane pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques.
Exemple Comparatif 6 50 g de polyuréthane ne contenant aucun groupe isocyanate réactif ont été chargés dans un réacteur et agités à une vitesse de 300 tr/min. 50 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont été ajoutés dans le réacteur, donnant une suspension blanche après agitation pendant 5 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, puis séchée dans un four à une température de 60 C pendant 120 minutes, de 80 C pendant 120 minutes, de 100 C pendant 120 minutes, et, enfin, moulée à une température de 120 C pendant 360 minutes. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a carbonisé de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 secondes. Le papier a enfin brûlé après chauffage pendant 60 secondes, dû à la majorité des fissures. Suivant le présent exemple comparatif, la plaque n'a pas pu résister à une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C, puisque le polyuréthane n'avait pas de groupe fonctionnel réactif pour réagir avec le groupe ùOH d'hydroxyde d'aluminium pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques. Exemple Comparatif 7 50 g de poly(vinyl alcool) contenant des groupes ùOH ont été dissous dans de l'eau, puis agités à une vitesse de 300 tr/min. 50 g de poudre d'hydroxyde d'aluminium ont ensuite été ajoutés au poly(vinyl alcool), donnant une suspension blanche après agitation à une température comprise entre 70 et 90 C pendant 20 minutes. La suspension a été chargée dans un moule en téflon de 100*100*2 mm, et placée ensuite dans un four, séchée à une température de 60 C pendant 60 minutes, de 80 C pendant 60 minutes, de 100 C pendant 60 minutes, de 120 C pendant 30 minutes, de 140 C pendant 30 minutes, de 160 C pendant 30 minutes, de 180 C pendant 30 minutes, et, enfin, moulée à une température de 200 C pendant 240 minutes. Une plaque moulée d'une épaisseur de 2 mm a été retirée du moule en téflon, et placée sur un morceau de papier de format A4. Un essai à la flamme a été conduit sur la surface de la plaque résistant au feu au moyen d'un chalumeau oxhydrique au gaz butane, avec une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C pendant une durée allant de 30 secondes à 3 minutes. Le résultat du phénomène de brûlage du morceau de papier de format A4 est récapitulé dans le Tableau 2. Lorsque la flamme est entrée en contact avec la surface de la couche échantillon, le composite a fondu rapidement en l'espace de plusieurs secondes, puis a carbonisé de manière irrégulière en 30 secondes. Le produit de carbonisation non uniforme avait perdu son intégrité structurale, en raison de la formation de fissures. Un morceau de papier de format A4 a légèrement roussi après chauffage pendant 30 secondes ; et après chauffage pendant 60 secondes. Le papier a enfin brûlé après chauffage pendant 120 secondes, dû à la majorité des fissures. Suivant le présent exemple comparatif, la plaque n'a pas pu résister à une température de la flamme comprise entre 1000 et 1200 C, puisque les groupes ùOH d'hydroxyde d'aluminium ne pouvaient pas réagir avec des groupes ùOH de poly(vinyl alcool) pour former un composite bien structuré par la formation de liaisons chimiques.
Tableau 2. Résultats de l'essai à la flamme des plaques résistant au feu Etats du papier après chauffage direct Particule à une température comprise entre 1000 Polymère organique s et 1200 C pendant minérales 30 s 1 min 2 min 3 min Exemple poly(éthylène-co-acide inchang Légèrement Al(OH)3 inchangé inchangé acrylique) é roussi Exemple poly(éthylène-co-acide inchang Légèrement Al(OH)3 inchangé inchangé 6 acrylique) é roussi Exemple acrylique- inchang Légèrement poly(acide Al(OH)3 inchangé inchangé 7 co-acide maléique) é roussi Exemple polyuréthane réactif inchang Légèrement 8 (poly isocyanate) Al(OH)3 inchangé é inchangé roussi Exemple polyuréthane réactif Mg(OH)2 inchang Légèrement 9 (poly isocyanate) Clay(OH) inchangé inchangé roussi é Exemple polyuréthane réactif inchang Légèrement 11 (poly isocyanate) TiOZ inchangé é inchangé roussi polyuréthane Exemple réactif inchang Légèrement 12 PPG400 TiO2 inchangé é inchangé roussi (poly isocyanate) polyuréthane Exemple réactif TiO2 inchang Légèrement PPG400 inchangé inchangé 13 (poly Clay(OH) é roussi isocyanate) Exemple E4221/MeHHPA inchang 14 (2 Al(OH)3 inchangé inchangé Légèrement mm) (époxy/anhydride) é roussi Exemple E4221/MeHHPA inchang Légèremen 14 (4 A1(OH)3 inchangé roussi mm) (époxy/anhydride) é t roussi ----- Exemple polyuréthane réactif Légèremen roussi brûlé SiO2 Comp. 5 (poly isocyanate) t roussi Exemple polyuréthane A1(OH)3 roussi brûlé Comp.
6 Exemple poly(vinyl alcool) Al(OH)3 Légèremen roussi brûlé 7 t roussi Bien que l'invention ait été décrite au moyen d'exemples et 5 par rapport à un mode de réalisation préféré, il doit être entendu que l'invention n'y est pas limitée. Au contraire, elle est destinée à couvrir différentes modifications et agencements similaires (tel que cela pourrait apparaître à l'homme du métier). Par conséquent, le cadre des revendications jointes doit être conforme à l'interprétation 39 la plus large, de manière à englober toutes ces modifications et agencements similaires.
Claims (37)
1. Composite à matrice organique/minérale comprenant : un polymère, un copolymère, ou un oligomère ayant un premier groupe fonctionnel réactif ; et des particules minérales ayant un second groupe fonctionnel réactif ; dans lequel les particules minérales sont liées chimiquement au polymère, au copolymère, ou à l'oligomère par une réaction entre les premier et second groupes fonctionnels réactifs.
2. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 1, qui comprend 10 à 90 % en poids du polymère, du copolymère, ou de l'oligomère, et 90 à 10 % en poids des particules minérales.
3. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 1, qui comprend 30 à 70 % en poids du polymère, du copolymère, ou de l'oligomère, et 70 à 30 % en poids des particules minérales.
4. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 1, dans lequel les premier et second groupes fonctionnels réactifs comprennent respectivement un groupe - OH, -00OH, -NCO, -NH3, -NH2, -NH, ou époxy.
5. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 1, dans lequel le composant organique comprend un polyacide, un polyuréthane, un époxy, une polyoléfine, ou une polyamine.
6. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 1, dans lequel les particules minéralescomprennent un hydroxyde, un nitrure, un oxyde, un carbure, un sel métallique, ou un matériau stratifié minéral.
7. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 6, dans lequel l'hydroxyde comprend un hydroxyde métallique.
8. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 7, dans lequel l'hydroxyde métallique comprend de l'Al(OH)3 ou du Mg(OH)2.
9. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 6, dans lequel le nitrure comprend du BN ou du Si3N4.
10. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 6, dans lequel l'oxyde comprend du SiO2, du TiO2, ou du ZnO.
11. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 6, dans lequel le carbure comprend du SiC.
12. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 6, dans lequel le sel métallique comprend du CaCO3.
13. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 6, dans lequel le matériau stratifié minéral comprend de l'argile, du talc, ou de l'hydroxyde double stratifié (LDH).
14. Composite à matrice organique/minérale selon la revendication 1, capable de résister à des températures de la flamme comprises entre 1000 et 1200 C pendant plus de 3 minutes.
15. Plaque résistant au feu, comprenant : un composite à matrice organique/minérale comprenant :un polymère, un copolymère, ou un oligomère ayant un premier groupe fonctionnel réactif ; et des particules minérales ayant un second groupe fonctionnel réactif ; dans lequel les particules minérales sont liées chimiquement au polymère, au copolymère, ou à l'oligomère par une réaction entre les premier et second groupes fonctionnels réactifs.
16. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, dans laquelle le composite à matrice organique/minérale comprend 10 à 90 % en poids du composant organique, et 90 à 10 % en poids des particules minérales.
17. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, dans laquelle le composite à matrice organique/minérale comprend 30 à 70 % en poids du composant organique, et 70 à 30 % en poids des particules minérales.
18. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, dans laquelle les premier et second groupes fonctionnels réactifs comprennent un groupe -OH, -COOH, -NCO, -NH3, -NH2, -NH, ou époxy.
19. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, dans laquelle le composant organique comprend un polyacide, un polyuréthane, un époxy, une polyoléfine, ou une polyamine.
20. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, dans laquelle les particules minérales comprennent un hydroxyde, un nitrure, un oxyde, un carbure, un sel métallique, ou un matériau stratifié minéral.
21. Plaque résistant au feu selon la revendication 20, dans laquelle l'hydroxyde comprend un hydroxyde métallique.
22. Plaque résistant au feu selon la revendication 21, dans laquelle l'hydroxyde métallique comprend de l'Al(OH)3 ou du Mg(OH)2.
23. Plaque résistant au feu selon la revendication 20, dans laquelle le nitrure comprend du BN ou du Si3N4.
24. Plaque résistant au feu selon la revendication 20, dans laquelle l'oxyde comprend du SiO2, du TiO2, ou du ZnO.
25. Plaque résistant au feu selon la revendication 20, dans laquelle le carbure comprend du SiC.
26. Plaque résistant au feu selon la revendication 20, dans laquelle le sel métallique comprend du CaCO3.
27. Plaque résistant au feu selon la revendication 20, dans laquelle le matériau stratifié minéral comprend de l'argile, du talc, ou de l'hydroxyde double stratifié (LDH).
28. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, comprenant, en outre, un additif.
29. Plaque résistant au feu selon la revendication 28, dans laquelle l'additif comprend un agent retardateur de la flamme, du silane, du siloxane, du sable siliceux, ou de la fibre de verre.
30. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, ayant une épaisseur de moins de 0,5 mm.
31. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, ayant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 2 mm.
32. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, ayant une épaisseur de plus de 2 mm.
33. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, comprenant, en outre, une plaque inflammable ouininflammable sur le composite à matrice organique/minérale pour former une structure multi-couches.
34. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, utilisée comme plaque intermédiaire résistant au feu.
35. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, utilisée comme papier peint résistant au feu.
36. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, qui est une plaque résistant au feu flexible.
37. Plaque résistant au feu selon la revendication 15, capable de résister à des températures de la flamme comprises entre 1000 et 1200 C pendant plus de 3 minutes.
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| FR0700168A FR2911146B1 (fr) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Composite a matrice organique/minerale et plaque resistant au feu utilisant celui-ci. |
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2007
- 2007-01-10 FR FR0700168A patent/FR2911146B1/fr active Active
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| EP1215685A1 (fr) * | 2000-12-12 | 2002-06-19 | Sumitomo Wiring Systems, Ltd. | Conducteur électrique isolé |
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