FR3145939A1 - Amélioration de l’adhésion entre l’isolant et l’enduit dans des systèmes d’isolation thermique par l’extérieur de bâtiments - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d’isolation thermique par l’extérieur de bâtiments comprenant (a) la fixation d’un matériau isolant sur la face extérieure du mur extérieur du bâtiment à isoler, et (b) la formation d’une couche de primaire par application d’un primaire d’adhésion sur la face extérieure du matériau isolant, ces deux étapes (a) et (b) pouvant être mises en œuvre dans n’importe quel ordre, (c) l’application d’un enduit de mortier sur la couche de primaire, et (d) le séchage de l’enduit de mortier, caractérisé par le fait que la couche de primaire comprend un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux et une charge minérale, et par le fait qu’elle présente un grammage sec inférieur à 200 g/m2.
Description
La présente invention concerne les systèmes d’isolation thermique de bâtiments par l’extérieur (ITE) sous enduit, et en particulier l’utilisation d’un primaire particulier à base de coacervats de polyélectrolytes pour améliorer l’adhésion entre le panneau isolant à base de laine minérale et la première couche d’enduit.
Les systèmes d’isolation thermique de bâtiments par l’extérieur comprennent toujours une couche d’un matériau isolant thermique, par exemple en polystyrène expansé ou en laine minérale, fixée au mur extérieur du bâtiment, par collage ou, le plus souvent, par des moyens mécaniques. Cette couche de matériau isolant est ensuite couverte d’une première couche d’enduit qui peut recevoir une armature de renfort, une deuxième couche d’enduit et une couche de finition.
Dans un tel système, l’interface entre le matériau isolant, plutôt hydrophobe et poreux, et la première couche d’enduit à base de mortier hydrophile constitue généralement un point de fragilité. Il s’est ainsi révélé utile d’enduire la surface extérieure de la couche de matériau isolant d’un primaire d’adhésion, à base de silicates ou de polymères acryliques.
Les primaires d’adhésion utilisés sont des produits liquides et sont généralement appliqués au rouleau, par nébulisation (spray), par râclage ou au pinceau.
Lorsque le matériau isolant thermique est en laine minérale, sa porosité importante fait qu’une amélioration significative de l’adhésion de la première couche d’enduit à la laine minérale n’est obtenue qu’à partir d’un grammage assez élevé de la couche de primaire, de l’ordre de 200 g/m2.
La présente invention est basée sur la découverte que la quantité de primaire peut être réduite de manière significative par remplacement des primaires connus à base de silicates ou de polymères acryliques par des adhésifs utilisés jusqu’ici principalement dans le domaine biomédical.
La présente invention est basée plus particulièrement sur l’idée d’utiliser des adhésifs à base de polyélectrolytes à polarités de charge opposées, connus depuis plusieurs années dans le domaine médical et biomédical sous la dénomination de complexes/coacervats de polyélectrolytes (PEC) (WO2011/149907A1, WO2011/106595, WO2012/065148, WO2016/011028, WO2019/172764), pour améliorer l’adhésion de la première couche d’enduit au matériau isolant à base de laine minérale dans un système d’isolation thermique par l’extérieur (ITE) sous enduit.
Lorsqu'une solution aqueuse d'un polyélectrolyte anionique (également appelé ci-après "polyanion") et une solution aqueuse d'un polyélectrolyte cationique (également appelé ci-après "polycation") sont mélangées, les polyélectrolytes vont immédiatement s'associer par attraction électrostatique et former un complexe solide (complexe polyélectrolyte) qui se sépare de la phase aqueuse. Lorsque les solutions aqueuses de polymères contiennent des sels solubles dans l'eau en une quantité suffisante pour masquer au moins partiellement les charges opposées des polymères, l'attraction entre le polyanion et le polycation est réduite et la formation d'un complexe solide empêchée. Lors du mélange des solutions, on observera cependant une séparation de phases avec, d'une part, une phase concentrée riche en polymère, appelée « coacervat », et, d'autre part, un surnageant appauvri en polymère. Une description détaillée de ce phénomène peut être trouvée par exemple dans Wanget al, « The Polyelectrolyte Complex/Coacervate Continuum »,Macromolecules, 2014, 47, 3108-3116.
Les Demanderesses ont découvert qu’en utilisant des primaires à base de tels coacervats de polyélectrolytes à charges opposées, additionnés de quantités significatives de charges minérales, il était possible de réduire significativement la quantité de primaire d’adhésion nécessaire et d’obtenir une amélioration satisfaisante de l’adhésion de l’enduit au matériau isolant pour des grammages secs inférieurs à 200 g/m2, et même inférieurs à 150 g/m2, voire inférieurs à 100 g/m2. Un aspect intéressant du faible grammage efficace du primaire d’adhésion réside dans la faible quantité de polymère organique (polyélectrolytes) nécessaire pour obtenir une bonne adhésion de l’enduit. En effet, c’est la fraction organique de la couche de primaire, c’est-à-dire la quantité de polymère présent à la surface du matériau isolant, qui est principalement responsable de l’amélioration de l’adhésion de l’enduit. Le grammage en polyélectrolytes est généralement inférieur à 20 g/m2, en particulier inférieure à 15 g/m2et idéalement inférieure à 10 g/m2.
La présente demande a donc pour objet un procédé d’isolation thermique par l’extérieur de bâtiments, ledit procédé comprenant
(a) la fixation d’un matériau isolant sur la face extérieure du mur extérieur du bâtiment à isoler, et
(b) la formation d’une couche de primaire par application d’un primaire d’adhésion sur la face extérieure du matériau isolant,
ces deux étapes (a) et (b) pouvant être mises en œuvre dans n’importe quel ordre,
(c) l’application d’un enduit de mortier sur la couche de primaire, et
(d) le séchage de l’enduit de mortier,
caractérisé par le fait que la couche de primaire comprend un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux et une charge minérale, et par le fait qu’elle présente un grammage sec inférieur à 200 g/m2.
(a) la fixation d’un matériau isolant sur la face extérieure du mur extérieur du bâtiment à isoler, et
(b) la formation d’une couche de primaire par application d’un primaire d’adhésion sur la face extérieure du matériau isolant,
ces deux étapes (a) et (b) pouvant être mises en œuvre dans n’importe quel ordre,
(c) l’application d’un enduit de mortier sur la couche de primaire, et
(d) le séchage de l’enduit de mortier,
caractérisé par le fait que la couche de primaire comprend un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux et une charge minérale, et par le fait qu’elle présente un grammage sec inférieur à 200 g/m2.
Le primaire d’adhésion est un produit, de consistance liquide, contenant, comme ingrédients de base, de l’eau, un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux. Il peut être commercialisé tel quel, c’est-à-dire sous forme de produit monocomposant, et être appliqué sous forme d’une fine couche sur le matériau isolant avant ou après fixation du matériau isolant au mur à isoler.
La couche de primaire est formée par simple application du primaire d’adhésion sur au moins une face du matériau isolant. La couche de primaire a donc une composition identique au primaire d’adhésion, à ceci près qu’elle contient généralement moins d’eau que le primaire d’adhésion, une partie ou la totalité de l’eau s’étant évaporée au cours du séchage partiel ou complet de la couche de primaire.
Dans un mode de réalisation avantageux du procédé d’isolation thermique de la présente invention, la couche de primaire subit un séchage complet avant de recevoir l’enduit de mortier.
Une couche de primaire peut être formée sur une seule des deux faces principales du produit isolant. Cette face principale portant l’unique couche de primaire est alors la face dite « extérieure » du matériau isolant. Cette face extérieure n’est pas tournée vers le mur à isoler et recevra l’enduit de mortier.
Dans un autre mode de réalisation, une couche de primaire est formée sur les deux faces principales du matériau isolant. Une des deux couches de primaire pourra alors servir à améliorer la fixation du matériau isolant au mur à isoler, par exemple par collage, l’autre couche de primaire, appliquée sur la face extérieure du matériau isolant, servant à améliorer l’adhésion de l’enduit de mortier.
Le matériau isolant portant sur une seule de ses faces principales ou sur ses deux faces principales une couche de primaire, de préférence complètement séchée, est susceptible d’être fabriqué en usine et être transporté jusqu’au site où s’effectuent les travaux d’isolation thermique.
A la connaissance des Demanderesses, un tel produit n’a jamais été décrit et constitue par conséquent un autre objet de la présente demande. Autrement dit, la présente demande a également pour objet un panneau de laine minérale revêtu sur au moins une de ses faces principales d’une couche de primaire comprenant un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, la couche de primaire présentant un grammage sec inférieur à 200 g/m2.
Le matériau isolant utilisé dans le procédé d’isolation thermique est de préférence un panneau de laine minérale, en particulier en laine de roche ou laine de verre, ayant une masse volumique comprise entre 40 et 180 kg/m3, en particulier entre 60 et 160 kg/m3et idéalement entre 70 et 150 kg/m3. Lorsque la laine minérale est de la laine de roche, sa masse volumique est de préférence comprise entre 80 et 180 kg/m3.
Ce matériau isolant peut être fixé au mur à isoler par n’importe quel moyen approprié, par exemple par collage (colle ou mortier colle) ou par ancrage au moyen de chevilles à frapper, ou par une combinaison collage/ancrage.
Comme déjà mentionné, lorsqu’une seule des faces du matériau isolant est enduite d’une couche de primaire, c’est la face non-enduite de la couche de primaire qui sera tournée vers le mur à isoler et sera en contact avec ce dernier.
La couche de primaire, appliquée sur une seule face ou sur les deux faces du matériau isolant présente de préférence un grammage sec inférieur à 150 g/m2, en particulier un grammage sec inférieur à 100 g/m2. Les essais effectués par les inventeurs ont en effet montré que de si faibles grammages de la couche de primaire étaient suffisants pour améliorer sensiblement l’adhésion de l’enduit de mortier au matériau isolant.
Les inventeurs ont également constaté que, pour un même grammage, les primaires à base de coacervats de polyélectrolytes de la présente invention étaient significativement plus efficaces que des primaires à base de silicates de l’état de la technique.
Le primaire d’adhésion et la couche de primaire contiennent en outre une quantité significative d’une charge minérale. Cette charge minérale est de préférence choisie dans le groupe constitué de carbonate de calcium, de sulfate de baryum, d’argile, de talc, de dolomite, de mica, de sable de silice, de basalte broyé, de kaolin, de wollastonite et de laponite, le talc étant particulièrement préféré. La charge minérale représente généralement de 10 à 80 % du poids sec du primaire d’adhésion ou de la couche de primaire.
Dans un mode de réalisation avantageux du procédé de l’invention, la couche de primaire contient
de 0,1 à 30 % en poids, de préférence de 0,5 % à 20 % en poids de polyélectrolyte cationique,
de 0,1 % à 30 % en poids, de préférence de 0,5 à 20 % en poids de polyélectrolyte anionique,
de 1 à 50 % en poids, de préférence de 10 à 40 % en poids de sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, et
de 10 à 80 % en poids, de préférence de 15 à 70 % en poids de charge minérale,
ces pourcentages étant exprimés par rapport au poids sec total de la couche de primaire.
de 0,1 à 30 % en poids, de préférence de 0,5 % à 20 % en poids de polyélectrolyte cationique,
de 0,1 % à 30 % en poids, de préférence de 0,5 à 20 % en poids de polyélectrolyte anionique,
de 1 à 50 % en poids, de préférence de 10 à 40 % en poids de sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, et
de 10 à 80 % en poids, de préférence de 15 à 70 % en poids de charge minérale,
ces pourcentages étant exprimés par rapport au poids sec total de la couche de primaire.
Ces valeurs sont bien entendu également valables pour le primaire d’adhésion.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la couche de primaire ou le primaire d’adhésion contient de 1 à 3 % de polyélectrolyte cationique, de 1 à 3 % de polyélectrolyte anionique, de 25 à 35 % de sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins, et de 60 % à 70 % en poids de charge minérale, ces valeurs étant rapportées au poids sec total de la couche de primaire ou du primaire d’adhésion.
La teneur en eau du primaire d’adhésion est de préférence suffisante pour conférer à ce dernier une viscosité suffisamment basse pour permettre une application par pulvérisation (spray), au rouleau, à la brosse ou au pinceau. Elle ne doit toutefois pas dépasser une certaine limite inférieure afin d’éviter qu’une partie importante du primaire d’adhésion s’écoule vers l’intérieur du matériau isolant fibreux et/ou afin de garantir que l’application du grammage visé puisse être faite en une seule application, tout au plus en deux applications.
La teneur en eau du primaire d’adhésion est avantageusement comprise entre 5 et 90% en poids, de préférence entre 30 et 70 % en poids. Les teneurs élevées en eau servent principalement en cas d’application par pulvérisation (spray).
Le procédé selon l’invention englobe un premier mode de réalisation où l’application du primaire d’adhésion sur le matériau d’isolation se fait sur site, de préférence sur le matériau d’isolation préalable fixé au mur à isoler. Dans ce mode de réalisation il peut être avantageux de faire suivre l’application du primaire d’adhésion par une étape de séchage du primaire d’adhésion avant l’application de l’enduit de mortier. Une telle étape de séchage n’est toutefois pas indispensable et les inventeurs ont constaté que la couche de primaire améliore l’adhésion de l’enduit de mortier au matériau isolant, même si la couche de primaire n’est pas préalablement séchée.
Le procédé selon l’invention englobe également un deuxième mode de réalisation où l’application du primaire d’adhésion sur le matériau d’isolation ne se fait pas sur le site du bâtiment à isoler mais par exemple en usine où le primaire d’adhésion est appliqué sur une ou les deux faces du matériau isolant par un procédé industriel utilisant des dispositifs automatisés. Dans ce mode de réalisation, la couche de primaire est bien entendu séchée avant que le matériau isolant enduit ne soit éventuellement emballé et stocké, puis expédié jusqu’au site des travaux d’isolation.
La présente demande a par conséquent également pour objet un procédé d’isolation thermique par l’extérieur de bâtiments comprenant la fixation d’un panneau de laine minérale revêtu sur au moins une de ses faces principales d’une couche de primaire comprenant un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, la couche de primaire présentant un grammage sec inférieur à 200 g/m2. Dans ce procédé le panneau de laine minérale est fixé sur la face extérieure du mur extérieur du bâtiment à isoler, de manière à ce que la face principale du panneau de laine minérale qui porte la couche de primaire soit tournée vers l’extérieur du bâtiment. Cette étape de fixation est suivie de l’application d’un enduit de mortier sur la couche de primaire et du séchage de l’enduit de mortier.
Dans ce qui suit le terme « coacervat de polyélectrolytes » désignera une composition aqueuse fluide ou visqueuse contenant, dissous dans de l’eau, un polyanion, un polycation et un sel minéral hydrosoluble en une concentration suffisante pour empêcher la formation d’un complexe de polyélectrolytes solide.
Le terme « polyélectrolyte » désigne un polymère comportant ou étant constitué de monomères ioniques, c’est-à-dire portant des charges positives ou négatives.
Le terme « polyélectrolyte cationique » ou « polycation » englobe dans la présente demande un seul type de polymère cationique ou bien un mélange de deux ou plusieurs polyélectrolytes cationiques différents et le terme « polyélectrolyte anionique » ou « polyanion » englobe un seul type de polymère anionique ou bien un mélange de deux ou plusieurs polyélectrolytes anioniques.
Le polyélectrolyte cationique (polycation) et le polyélectrolyte anionique (polyanion) sont de préférence présents en des quantités similaires, les quantités respectives des polyélectrolytes anioniques et cationiques étant exprimées en termes de quantités de charges. Ainsi, les quantités respectives des polyélectrolytes anioniques et cationiques sont telles que le rapport du nombre de charges positives présentes sur le polyélectrolyte cationique au nombre de charges négatives sur le polyélectrolyte anionique est compris entre 0,5 et 2, de préférence entre 0,6 et 1,8, en particulier entre 0,7 et 1,6, plus préférentiellement entre 0,8 et 1,4, et idéalement entre 0,9 et 1,2.
Les polyélectrolytes peuvent être des polyélectrolytes forts ou faibles. Un polyélectrolyte fort est un polymère dont la charge nette, positive ou négative, est essentiellement indépendante du pH de la composition. On peut citer à titre d’exemples de polyélectrolytes cationiques forts des polymères comprenant une pluralité de groupes de type amine quaternisée. Des polyélectrolytes anioniques forts sont par exemple des polymères comportant une multitude de groupes sulfonate (-SO3 -). Le poly(acide acrylique) est un exemple de polyélectrolyte anionique faible et des polyamines non quaternisées sont des exemples de polyélectrolytes cationiques faibles, car la charge nette de ces polymères dépend du pH de la solution.
Dans la présente demande, un polyélectrolyte anionique est un polymère présentant, à pH 7, une charge nette négative et un polyélectrolyte cationique est un polymère présentant, à pH 7, une charge nette positive. Cela ne signifie pas qu’un polyélectrolyte anionique comprend uniquement des charges négatives et est exempt de charges positives. Par analogie, des polyélectrolytes cationiques peuvent porter à la fois des charges positives et négatives du moment qu’à pH 7 la charge nette globale est positive.
Par conséquent, la définition des polyélectrolytes anioniques englobe des polyélectrolytes zwitterioniques ayant un point isoélectrique (pI) < 7, de préférence < 6, et la définition des polyélectrolytes cationiques englobe des polyélectrolytes zwitterioniques ayant un point isoélectrique > 7, de préférence > 8. Les polyélectrolytes zwitterioniques les plus connus sont les protéines ou polypeptides comprenant à la fois des groupes latéraux carboxylate (-COO-) et des groupes latéraux amino (-NH2).
Dans un mode de réalisation préféré du procédé de la présente invention le polyélectrolyte anionique comprend uniquement des charges négatives et est exempt de charges positives et le polyélectrolyte cationique comprend uniquement des charges positives et est exempt de charges négatives.
Les groupes cationiques du polyélectrolyte cationique sont par exemple des groupes amine primaire, amine secondaire, amine tertiaire ou ammonium quaternisé, situés dans la chaîne principale du polymère ou sur les groupes latéraux.
Le polyélectrolyte cationique est choisi de préférence dans le groupe constitué de
- poly(chlorure de diallyldiméthylammonium),
- poly[chlorure de (2-hydroxypropyl)diméthylammonium],
- polyamidoamine-épichlorhydrine (PAAE),
- polyéthylèneimine,
- poly(acrylamide-co-diallyldiméthylammonium chlorure),
- copolymère d’hydroxyéthylcellulose et de poly(chlorure de diallyldiméthylammonium) (Polyquaternium-4),
- copolymère d’acrylamide et de méthacrylate de diméthylaminoéthyl quaternisé par sulfate de diméthyle (Polyquaternium-5, CAS 26006-22-4),
- copolymère de méthacrylate de diméthylaminométhyle et de méthacrylate d’alkyle,
- chitosan,
- poly(méthacrylate de N,N-(diméthylamino)éthyle quaternisé),
- chlorure d’hydroxypropyltrimonium de guar,
- poly(chlorure de N,N-diméthyl-3,5-diméthylène pipéridinium),
- poly(chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium),
- poly[chlorure de 3-(méthacryloylamino)propyl-triméthylammonium],
- poly(chlorure de [2-(méthacryloloxy)éthyl]-triméthylammonium),
- polyvinylamine (PVA),
- poly(N,N-dimethyl-3,5-diméthylène piperidinium chloride) (PDDPC),
- poly(chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium) (PVBTAC),
- poly(chlorure d’allylamine) (PAH), et
- poly[chlorure de 3-(methacryloylamino)propyltriméthylammonium] (PMAPTAC),
- dextrane cationique.
- poly(chlorure de diallyldiméthylammonium),
- poly[chlorure de (2-hydroxypropyl)diméthylammonium],
- polyamidoamine-épichlorhydrine (PAAE),
- polyéthylèneimine,
- poly(acrylamide-co-diallyldiméthylammonium chlorure),
- copolymère d’hydroxyéthylcellulose et de poly(chlorure de diallyldiméthylammonium) (Polyquaternium-4),
- copolymère d’acrylamide et de méthacrylate de diméthylaminoéthyl quaternisé par sulfate de diméthyle (Polyquaternium-5, CAS 26006-22-4),
- copolymère de méthacrylate de diméthylaminométhyle et de méthacrylate d’alkyle,
- chitosan,
- poly(méthacrylate de N,N-(diméthylamino)éthyle quaternisé),
- chlorure d’hydroxypropyltrimonium de guar,
- poly(chlorure de N,N-diméthyl-3,5-diméthylène pipéridinium),
- poly(chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium),
- poly[chlorure de 3-(méthacryloylamino)propyl-triméthylammonium],
- poly(chlorure de [2-(méthacryloloxy)éthyl]-triméthylammonium),
- polyvinylamine (PVA),
- poly(N,N-dimethyl-3,5-diméthylène piperidinium chloride) (PDDPC),
- poly(chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium) (PVBTAC),
- poly(chlorure d’allylamine) (PAH), et
- poly[chlorure de 3-(methacryloylamino)propyltriméthylammonium] (PMAPTAC),
- dextrane cationique.
Les groupes anioniques du polyélectrolyte anionique sont par exemple choisis dans le groupe constitué des résidus carboxyle, sulfonate, phosphonate, boronate, sulfate, borate et phoshate. Ils peuvent être situés dans la chaîne principale du polymère ou sur les groupes latéraux.
Dans un mode de réalisation avantageux, le polyélectrolyte anionique est choisi dans le groupe constitué de poly(acide acrylique), poly(acide acrylique-co-acrylamido), poly(4-styrènesulfonate de sodium), lignosulfonate, humate de sodium, alginate, poly(2-acrylamido-2-méthyl-1-propanesulfonate de sodium), acide hyaluronique, dextrane-sulfate et poly(vinylsulfonate de sodium).
Dans un mode de réalisation préféré, au moins un des polyélectrolytes est un polymère linéaire, l’autre polyélectrolyte, de charge opposée pouvant être linéaire ou ramifié. Autrement dit, le polyélectrolyte anionique et/ou le polyélectrolyte cationique peuvent être des polymères linéaires, exempts de ramifications.
Les polyélectrolytes anionique et cationique ont une masse moléculaire moyenne en poids (déterminée par diffusion de la lumière) comprise entre 1.000 et 2.000.000, de préférence entre 50 000 et 700.000 Da, en particulier entre 100 000 et 400 000 Da.
La masse moléculaire moyenne en poids du polyélectrolyte anionique est avantageusement similaire à celle du polyélectrolyte cationique. Plus précisément le rapport de la masse moléculaire moyenne en poids du polyélectrolyte anionique à la masse moléculaire moyenne en poids du polyélectrolyte cationique est de préférence compris entre 0,4 et 1,6, plus particulièrement entre 0,7 et 1,3 et idéalement entre 0,8 et 1,2.
La couche de primaire formée sur le matériau d’isolation thermique peut être renforcée par un système de renforcement à base de polyphénols et de métaux de transition.
En effet, les performances mécaniques de la couche de primaire sèche sont généralement améliorées lorsqu’on ajoute au coacervat de polyélectrolytes de charges opposées de faibles quantités de polyphénol(s) hydrosoluble(s). Le polyphénol hydrosoluble agit comme un agent de renforcement et son efficacité est encore augmentée lorsqu’il est associé à de très faibles quantités d’un métal de transition. Les mécanismes en cause dans cet effet de renforcement sont probablement des liaisons hydrogène, associées éventuellement à des liaisons de coordination ligand-métal. Ces deux types de liaisons ne sont pas des liaisons covalentes et leur existence ou leur force dépend des conditions du milieu telles que le pH et/ou la force ionique.
Le primaire d’adhésion et la couche de primaire peuvent par conséquent contenir en outre au moins un polyphénol hydrosoluble comportant au moins un cycle aromatique polyhydroxylé, de préférence au moins deux et en particulier au moins trois cycles aromatiques polyhydroxylés.
Le terme « polyphénol » désigne un composé organique comprenant au moins un cycle aromatique polyhydroxylé, c’est-à-dire portant au moins deux groupes hydroxyle (-OH) sur une même structure cyclique. Un « polyphénol hydrosoluble » est un polyphénol ayant une solubilité dans l’eau distillée à 20°C au moins égale à 100 g/L.
La quantité de polyphénol hydrosoluble est avantageusement comprise entre 0,0001 et 0,1 % en poids, de préférence entre 0,01 % et 0,05 % en poids, plus préférentiellement entre 0,05 % et 0,10 % en poids, rapporté au poids total sec de la couche de primaire ou au poids total sec du primaire d’adhésion.
Dans un mode de réalisation préféré, au moins une partie des polyphénols utilisés comportent au moins deux, de préférence au moins trois et plus préférentiellement au moins quatre cycles aromatiques polyhydroxylés.
Les cycles aromatiques polyhydroxylés sont de préférence choisis dans le groupe constitué de catéchol, pyrogallol et de cycles aromatiques tétrahydroxylés ou pentahydroxylés.
Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant le polyphénol est l’acide tannique (CAS n° 1401-55-4) qui comporte cinq structures cycliques aromatiques trihydroxylées. C’est un ingrédient assez peu coûteux, biosourcé présentant une concentration élevée de cycles aromatiques polyhydroxylés.
Plus récemment, des polymères organiques synthétiques faits à partir de monomères comportant des cycles aromatiques polyhydroxylés ont été décrits (voir par exemple les travaux de Cheng et al. dansNature Communications, 13, article n° 1892 (2022)). Ils pourraient renforcer très efficacement la couche de primaire de la présente invention.
Par conséquent, dans un autre mode de réalisation avantageux du procédé de la présente invention, le polyphénol utilisé en tant qu’agent de renforcement est un copolymère synthétique comprenant des comonomères à structures aromatiques polyhydroxylées, de préférence un copolymère de styrène et d’un comonomère choisi dans le groupe constitué de dihydroxystyrène, trihydroxystyrène, tétrahydroxystyrène et pentahydroxystyrène.
Les performances mécaniques de la couche de primaire séchée peuvent être améliorées encore davantage si l’on associe aux polyélectrolytes renforcés par du polyphénol, des ions polyvalents de métaux de transition. Le primaire d’adhésion et la couche de primaire comprend donc avantageusement en outre au moins un sel hydrosoluble d’un métal de transition, de préférence un sel de fer, de zinc, de cobalt, de cuivre ou de vanadium.
Le ou les sels hydrosolubles d’un métal de transition sont avantageusement utilisés en une quantité totale comprise entre 0,0001 et 0,1 %, de préférence entre 0,005 et 0,05 %, ces pourcentages étant exprimés par rapport au poids total sec de la couche de primaire ou par rapport au poids sec du primaire d’adhésion.
Le rapport en poids du sel de métal de transition au polyphénol(s) hydrosolubles est typiquement compris entre 0,1 et 0,2, de préférence entre 0,12 et 0,18.
Les métaux de transition sont de préférence choisis dans le groupe constitué de fer (Fe), zinc (Zn), cobalt (Co), cuivre (Cu) et de vanadium (V). Les halogénures, en particulier chlorures et bromures, sont des anions préférés des sels de métaux de transition utilisés en association avec les polyphénols.
Le sel hydrosoluble d’un métal de transition est le trichlorure de fer (FeCl3).
Les inventeurs ont obtenu des résultats particulièrement intéressants en utilisant l’association d’acide tannique (polyphénol) et de trichlorure de fer pour renforcer les propriétés mécaniques de la couche de primaire.
Pour préparer le primaire d’adhésion, on prépare tout d’abord un coacervat de polyélectrolytes auquel sont ajoutés ensuite la ou les charges minérales et éventuellement d’autres additifs.
On peut préparer la composition de coacervat de polyélectrolytes en dissolvant chacun des polyélectrolytes cationique et anionique séparément dans une solution aqueuse d’un sel minéral d’un métal alcalin ou alcalino-terreux, de préférence d’un halogénure d’un métal alcalin ou alcalino-terreux. La concentration en sel de la solution aqueuse est typiquement comprise entre 0,05 et 6 mol/L, de préférence entre 0,2 et 2,5 mol/L, et en particulier entre 0,5 et 2,0 mol/L. Plus la masse moléculaire moyenne des polyélectrolytes est élevée, plus la force ionique de la solution saline doit être importante. Ainsi, pour des masses moyennes en poids inférieures à 100.000 Da, des concentrations de sel comprises entre 0,2 et 1 mol/L sont généralement suffisantes. Pour dissoudre des polyélectrolytes ayant des masses moyennes en poids supérieures à 400.000 en vue de la formation d’un coacervat de polyélectrolytes, des salinités supérieures à 1,8 mol/L sont nécessaires.
Le pH des deux solutions salines de polyélectrolytes est avantageusement acide, de préférence compris entre 1 et 3, mieux entre 1 et 2.
Après dissolution complète des polyélectrolytes anionique et cationique, les deux solutions sont simplement mélangées l’une avec l’autre. Une phase inférieure, dense, riche en polymères, appelée « coacervat », se sépare alors d’une phase supérieure, appauvrie en polymères, appelée « surnageant ». Les deux phases peuvent être facilement séparées l’une de l’autre, éventuellement après centrifugation du mélange.
A l’échelle industrielle il est bien entendu intéressant de réduire le plus possible la fraction volumique de la phase de surnageant, voire de préparer un coacervat sans formation d’une phase surnageant. Cela peut être obtenu par augmentation de la concentration en polyélectrolytes et de la concentration en sels (halogénure d’un métal alcalin ou alcalino-terreux) des deux solutions avant mélange.
La fraction de matières solides (polyélectrolytes, sels et additifs) de la composition de coacervat est typiquement comprise entre 20 % et 35 % en poids, de préférence entre 25 % et 30 % en poids.
La concentration en sel de la composition de coacervat de polyélectrolytes est avantageusement comprise entre 10 % et 50 % en poids, de préférence entre 15 % et 45 % en poids.
La teneur en polyélectrolytes de la composition de coacervat de polyélectrolytes est comprise entre 1 % et 30 % en poids, de préférence entre 3 % et 20 % en poids, en particulier entre 4 % et 15 % en poids
Lorsque des polyphénols sont utilisés pour renforcer le complexe de polyélectrolytes, ils sont ajoutés avantageusement à la solution du polyélectrolyte cationique, avant ou après dissolution du polyélectrolyte. L’ajout des polyphénols à la solution de polyélectrolyte anionique aboutit souvent à la formation indésirable d’un gel. Les polyphénols peuvent être ajoutés tels quels ou bien on peut les dissoudre préalablement dans une solution aqueuse du sel minéral d’un métal alcalin ou alcalino-terreux.
Lorsqu’on utilise en outre un sel hydrosoluble d’un métal de transition, ce dernier est de préférence ajouté à la solution contenant le polyélectrolyte cationique et le polyphénol.
Le pH du coacervat peut ensuite être ajusté à une valeur comprise entre 5 et 9, de préférence entre 6 et 8.
La charge minérale est de préférence ajoutée au coacervat après ajustement du pH à une valeur proche de la neutralité. Pour cela on disperse la charge minérale soit directement dans le coacervat ou bien d’abord dans une solution aqueuse d’un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, ayant de préférence une force ionique similaire à celle du coacervat, la suspension ainsi obtenue étant ensuite ajoutée au coacervat. Un agent dispersant de type polymère ou agent tensioactif est avantageusement utilisé pour faciliter cette étape de dispersion.
On peut ajouter au coacervat en outre divers additifs tels que des pigments, colorants, agents biocides, agents anti-mousse, agents ignifugeants, agents hydrophobes en une quantité totale maximale égale à 20 % en poids, de préférence 20 % en poids et idéalement 5 % en poids, rapportée au poids des polyélectrolytes et sels minéraux de métal alcalin ou alcalino-terreux.
Préparation de la solution saline du polycation :
On prépare une solution concentrée aqueuse d’acide tannique ayant une concentration de 0,14 g/mL. On ajoute à l’aide d’une micropipette 48 µL de la solution concentrée d’acide tannique à 15,9 mL d’eau, on acidifie par ajout d’HCl (1 M) jusqu’à pH = 1, puis on ajoute 5,45 g de KBr. Ensuite on ajoute à la composition aqueuse obtenue 3,4 g de EVA 462 (poly(chlorure de diallyldiméthylammonium), PDADMAC) et on agite jusqu’à dissolution complète du polyélectrolyte. Après dissolution du polycation, on ajoute, sous agitation 1,1 mg de FeCl3.
On prépare une solution concentrée aqueuse d’acide tannique ayant une concentration de 0,14 g/mL. On ajoute à l’aide d’une micropipette 48 µL de la solution concentrée d’acide tannique à 15,9 mL d’eau, on acidifie par ajout d’HCl (1 M) jusqu’à pH = 1, puis on ajoute 5,45 g de KBr. Ensuite on ajoute à la composition aqueuse obtenue 3,4 g de EVA 462 (poly(chlorure de diallyldiméthylammonium), PDADMAC) et on agite jusqu’à dissolution complète du polyélectrolyte. Après dissolution du polycation, on ajoute, sous agitation 1,1 mg de FeCl3.
Préparation de la solution saline du polyanion :
On ajoute à 16,7 ml d’eau préalablement acidifié à pH 1 avec du HCl, 5,45 g de KBr. A la solution acide saline obtenue, on ajoute 2,42 g de Versal TL 130, ayant une teneur en poly(styrène sulfonate) (PSS) d’environ 30 % (Nouryon).
On ajoute à 16,7 ml d’eau préalablement acidifié à pH 1 avec du HCl, 5,45 g de KBr. A la solution acide saline obtenue, on ajoute 2,42 g de Versal TL 130, ayant une teneur en poly(styrène sulfonate) (PSS) d’environ 30 % (Nouryon).
Préparation du coacervat :
Après dissolution complète des polyélectrolytes, la solution de polyanion (poly(styrène sulfonate, PSS) est versée dans la solution de polycation (poly(chlorure de diallyldiméthylammonium, PDADMAC) sous forte agitation. On laisse le mélange reposer pendant quelques minutes. Si l’on constate une séparation de phases, la phase supérieure (surnageant) est éliminée. La phase inférieure (coacervat) est de couleur verte et change de couleur (rouge) lorsqu’on neutralise par ajout de 0,3 mL de AMP 95 (ANGUS Chemical Company) jusqu’à pH > 5.
Après dissolution complète des polyélectrolytes, la solution de polyanion (poly(styrène sulfonate, PSS) est versée dans la solution de polycation (poly(chlorure de diallyldiméthylammonium, PDADMAC) sous forte agitation. On laisse le mélange reposer pendant quelques minutes. Si l’on constate une séparation de phases, la phase supérieure (surnageant) est éliminée. La phase inférieure (coacervat) est de couleur verte et change de couleur (rouge) lorsqu’on neutralise par ajout de 0,3 mL de AMP 95 (ANGUS Chemical Company) jusqu’à pH > 5.
Préparation du primaire d’adhésion :
On disperse à l’aide d’un disperseur (Dispermat®) 70 g de talc dans 10 mL d’une solution aqueuse de KBr (1,8 mol/L) contenant en outre 10 % en poids d’un agent dispersant (Disperbyk 191, polyacrylate).
On disperse à l’aide d’un disperseur (Dispermat®) 70 g de talc dans 10 mL d’une solution aqueuse de KBr (1,8 mol/L) contenant en outre 10 % en poids d’un agent dispersant (Disperbyk 191, polyacrylate).
On mélange ensuite la dispersion aqueuse de talc obtenue avec 120 g de coacervat et on agite pendant 10 min a 3000 tours/minute jusqu’à obtention d’une composition de primaire d’adhésion ayant la composition suivante : 46% d'eau, 17% de sel, 0,79% de polycation, 0,85% de polyanion, 0,008% d’acide tannique, 0,0013% de FeCl3et 35% de talc.
Le primaire d’adhésion est ensuite appliqué au moyen d’une brosse sur une face d’un panneau de laine minérale (Clima 34, Saint-Gobain Isover) ayant une masse volumique d’environ 55 kg/m3. La surface d’application est délimitée par un pochoir rectangulaire. Le grammage de la couche de primaire varie d’environ 70 g/m2à environ 300 g/m2. La couche de primaire est séchée pendant 24 h à température ambiante.
On applique ensuite une couche d’enduit de mortier d’une épaisseur d’environ 3 mm à travers le même pochoir rectangulaire. L’adhésion de l’enduit au matériau d’isolation est testée immédiatement après application (adhésion à l’état frais) et après 14 jours de durcissement.
Adhésion à l’état frais :
On mesure l’adhésion de l’enduit frais en plaçant pendant 10 secondes un disque d’aluminium (diamètre 6 cm) alourdi par un poids de 5 kg. Après avoir retiré le disque d’aluminium, on détermine par pesée la quantité d’enduit emportée par le disque. Plus la masse d’enduit emportée par le disque est élevée, plus l’adhésion à l’état frais est médiocre.
On mesure l’adhésion de l’enduit frais en plaçant pendant 10 secondes un disque d’aluminium (diamètre 6 cm) alourdi par un poids de 5 kg. Après avoir retiré le disque d’aluminium, on détermine par pesée la quantité d’enduit emportée par le disque. Plus la masse d’enduit emportée par le disque est élevée, plus l’adhésion à l’état frais est médiocre.
Le tableau 1 montre la masse d’enduit emportée par le disque pour différents grammages (à sec) de la couche de primaire. La deuxième colonne montre la teneur en polyélectrolytes (poids sec) des différents primaires d’adhésion utilisés et la troisième colonne le grammage en polyélectrolytes obtenu.
Chaque essai a été réalisé deux fois et la dernière colonne montre le masse moyenne (deux échantillons) d’enduit emporté par le disque.
| Grammage de la couche de primaire séchée (g/m2) | Teneur en polyélectrolytes de la couche de primaire (% poids sec) | Grammage en polyélectrolytes (g/m2) |
Masse moyenne d’enduit emporté par le disque en aluminium |
| - | - | 0 | 8,92 |
| 72,7 | 2,9% | 2,1 | 2,65 |
| 111,4 | 5,1% | 5,7 | 2,45 |
| 124,4 | 2,9% | 3,6 | 2,34 |
| 214,0 | 4,2% | 8,9 | 2,1 |
| 197,9 | 5,5% | 10,9 | 0,8 |
On peut constater que l’application d’une couche de primaire à base de coacervat de polyélectrolytes permet de réduire significativement la quantité d’enduit frais emportée par le disque d’aluminium, c’est-à-dire d’améliorer l’adhésion de l’enduit frais au matériau d’isolation, même pour un grammage inférieur à 100 g/m2.
A titre de comparaison, lorsqu’on remplace le primaire d’adhésion à base de coacervat de polyélectrolyte par un primaire d’adhésion contenant une quantité équivalente de polymère acrylique (Weber.prim Universel), la quantité d’enduit frais emporté est d’environ 7 g pour un grammage en primaire de 200 g/m2.
Adhésion de l’enduit durci
Après durcissement complet de l’enduit (14 jours) on découpe des échantillons carrés de 20 cm de côté jusqu’à une profondeur de 2 – 3 mm environ. Les échantillons sont ensuite collés, par leur face non traitée, sur un panneau de contreplaqué (18 mm) au moyen d’une colle époxy (SABA Wellfix®). On mesure la force d’adhésion de l’enduit durci au matériau d’isolation en soumettant les échantillons à un essai d’arrachage de la couche d’enduit au moyen d’un adhésimètre portable (M2015, BPS Wennigsen). Les résultats obtenus montrent que la couche de primaire n’améliore ni ne dégrade significativement l’adhésion de l’enduit sec au matériau d’isolation.
Après durcissement complet de l’enduit (14 jours) on découpe des échantillons carrés de 20 cm de côté jusqu’à une profondeur de 2 – 3 mm environ. Les échantillons sont ensuite collés, par leur face non traitée, sur un panneau de contreplaqué (18 mm) au moyen d’une colle époxy (SABA Wellfix®). On mesure la force d’adhésion de l’enduit durci au matériau d’isolation en soumettant les échantillons à un essai d’arrachage de la couche d’enduit au moyen d’un adhésimètre portable (M2015, BPS Wennigsen). Les résultats obtenus montrent que la couche de primaire n’améliore ni ne dégrade significativement l’adhésion de l’enduit sec au matériau d’isolation.
Claims (15)
- Procédé d’isolation thermique par l’extérieur de bâtiments comprenant
(a) la fixation d’un matériau isolant sur la face extérieure du mur extérieur du bâtiment à isoler, et
(b) la formation d’une couche de primaire par application d’un primaire d’adhésion sur la face extérieure du matériau isolant,
ces deux étapes (a) et (b) pouvant être mises en œuvre dans n’importe quel ordre,
(c) l’application d’un enduit de mortier sur la couche de primaire, et
(d) le séchage de l’enduit de mortier,
caractérisé par le fait que la couche de primaire comprend un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique et un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux et une charge minérale, et par le fait qu’elle présente un grammage sec inférieur à 200 g/m2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau isolant est un panneau de laine minérale, en particulier de laine de roche ou laine de verre, ayant une masse volumique comprise entre 40 et 180 kg/m3.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche de primaire présente un grammage sec inférieur à 150 g/m2, de préférence un grammage sec inférieur à 100 g/m2.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications, caractérisé par le fait que la couche de primaire contient de 0,1 à 30 % en poids, de préférence de 0,5 % à 20 % en poids de polyélectrolyte cationique, de 0,1 % à 30 % en poids, de préférence de 0,5 à 20 % en poids de polyélectrolyte anionique, de 1 à 50 % en poids, de préférence de 10 à 40 % en poids de sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, et de 10 à 80 % en poids, de préférence de 15 à 70 % en poids de charge minérale, ces pourcentages étant exprimés par rapport au poids sec total de la couche de primaire.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la couche de primaire contient de 1 à 3 % de polyélectrolyte cationique, de 1 à 3 % de polyélectrolyte anionique, de 25 à 35 % de sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins, et de 60 % à 70 % en poids de charge minérale.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le primaire d’adhésion présente une teneur en eau comprise entre 5 et 90 % en poids, de préférence entre 30 et 70 % en poids.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la charge minérale est choisie dans le groupe constitué de carbonate de calcium, de sulfate de baryum, d’argile, de talc, de dolomite, de mica, de sable de silice, de basalte broyé, de kaolin, de wollastonite et de laponite.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le polyélectrolyte cationique est choisi dans le groupe constitué de
- poly(chlorure de diallyldiméthylammonium),
- poly[chlorure de (2-hydroxypropyl)diméthylammonium],
- polyamidoamine-épichlorhydrine (PAAE),
- polyéthylèneimine,
- poly(acrylamide-co-diallyldiméthylammonium chlorure),
- copolymère d’hydroxyéthylcellulose et de poly(chlorure de diallyldiméthylammonium) (Polyquaternium-4),
- copolymère d’acrylamide et de méthacrylate de diméthylaminoéthyl quaternisé par sulfate de diméthyle (Polyquaternium-5, CAS 26006-22-4),
- copolymère de méthacrylate de diméthylaminométhyle et de méthacrylate d’alkyle,
- chitosan,
- poly(méthacrylate de N,N-(diméthylamino)éthyle quaternisé),
- chlorure d’hydroxypropyltrimonium de guar,
- poly(chlorure de N,N-diméthyl-3,5-diméthylène pipéridinium),
- poly(chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium),
- poly[chlorure de 3-(méthacryloylamino)propyl-triméthylammonium],
- poly(chlorure de [2-(méthacryloloxy)éthyl]-triméthylammonium),
- polyvinylamine (PVA),
- poly(N,N-dimethyl-3,5-diméthylène piperidinium chloride) (PDDPC),
- poly(chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium) (PVBTAC),
- poly(chlorure d’allylamine) (PAH), et
- poly[chlorure de 3-(methacryloylamino)propyltriméthylammonium] (PMAPTAC),
- dextrane cationique. - Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le polyélectrolyte anionique est choisi dans le groupe constitué de poly(acide acrylique), poly(acide acrylique-co-acrylamido), poly(4-styrènesulfonate de sodium), lignosulfonate, humate de sodium, alginate, poly(2-acrylamido-2-méthyl-1-propanesulfonate de sodium), acide hyaluronique, dextrane-sulfate et poly(vinylsulfonate de sodium).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de primaire contient en outre un polyphénol hydrosoluble comportant au moins un cycle aromatique polyhydroxylé, de préférence au moins deux et en particulier au moins trois cycles aromatiques polyhydroxylés, en une quantité comprise entre 0,0001 et 0,1 % en poids, de préférence entre 0,01 et 0,05 % en poids, plus préférentiellement entre 0,05 et 0,10 % en poids, rapporté au poids total sec de la couche de primaire.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les cycles aromatiques polyhydroxylés du polyphénol hydrosoluble sont des résidus catéchol ou pyrogallol, ou des structures cycliques aromatiques tétrahydroxylées ou pentahydroxylées.
- Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que le polyphénol hydrosoluble comportant au moins un cycle aromatique polyhydroxylé est l’acide tannique.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche de primaire contient en outre au moins un sel hydrosoluble d’un métal de transition, de préférence un sel de fer, de zinc, de cobalt, de cuivre ou de vanadium, en une quantité comprise entre 0,0001 % et 0,1 % en poids, de préférence entre 0,005 et 0,05 % en poids, rapporté au poids total sec de la couche de primaire.
- Panneau de laine minérale ayant de préférence une masse volumique comprise entre 40 et 180 kg/m3, ledit panneau de laine minérale étant revêtu sur au moins une de ses faces principales d’une couche de primaire comprenant un polyélectrolyte cationique, un polyélectrolyte anionique, un sel minéral choisi parmi les halogénures de métaux alcalins et alcalino-terreux, et une charge minérale, la couche de primaire présentant un grammage sec inférieur à 200 g/m2.
- Procédé d’isolation thermique par l’extérieur de bâtiments comprenant la fixation d’un panneau de laine minérale selon la revendication 14 sur la face extérieure du mur extérieur du bâtiment à isoler, de manière à ce que la face principale du panneau de laine minérale qui porte la couche de primaire soit tournée vers l’extérieur du bâtiment, l’application d’un enduit de mortier sur la couche de primaire et le séchage de l’enduit de mortier.
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Also Published As
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