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CA 02934559 2016-06-20
WO 2015/101742 PCT/FR2014/053525
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MATERIAU A BASE DE PLATRE RENFERMANT UN COMPLEXE
METALLIQUE D'EDTA
L'invention se rapporte à un matériau à base de plâtre apte à réduire la
quantité de composés organiques volatils présents dans l'air ambiant, en
particulier une plaque de plâtre destinée à l'aménagement intérieur de
bâtiments d'habitation.
Des matériaux composites très divers sont utilisés dans le domaine de
la construction et de l'agencement de bâtiments en général, notamment des
immeubles d'habitation ou de bureaux et des bâtiments publics (musées,
écoles, cinémas, salles de concert, ...). Certains de ces matériaux tels que
les
isolants acoustiques et/ou thermiques, les panneaux de bois, les éléments de
mobilier et de décoration, utilisent des adhésifs, des peintures et des vernis
à
base de résines qui renferment ou libèrent dans le temps des composés
organiques volatils. Ces composés se retrouvent dans l'air ambiant et, même si
leur quantité paraît faible, ils peuvent à la longue incommoder voire affecter
la
santé des personnes qui y sont exposées.
Ces dernières années, la proportion de composés organiques volatils
dans les résines précitées a fortement diminué du fait d'une réglementation
plus
stricte. Pour autant, les tentatives pour remplacer ces résines par d'autres
sans
composés organiques volatils n'ont pas abouti car les résines de substitution
proposées ont un coût plus élevé et les produits obtenus ont un niveau de
performance plus faible.
La présente invention a pour but de réduire la teneur en composés
organiques volatils à l'intérieur des bâtiments, en particulier à usage
d'habitation ou de bureau, et de bâtiments publics afin d'améliorer la qualité
de
l'air ambiant. Les composés organiques volatils visés sont plus
particulièrement
des aldéhydes, des cétones et des composés aromatiques.
Pour atteindre ce but, la présente invention propose un matériau à base
plâtre, notamment une plaque de plâtre, qui renferme un complexe métallique
d'acide éthylène diamine tétraacétique (ci-après dénommé complexe
métallique d'EDTA ).
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Un autre objet de l'invention concerne l'utilisation dudit matériau à base
de plâtre pour réduire la quantité de composés organiques volatils dans l'air
intérieur de bâtiments, en particulier des composés aromatiques et des
cétones.
Dans la présente demande, l'expression composé organique volatil
désigne un composé contenant du carbone et au moins un des éléments
suivants : hydrogène, halogène, oxygène, soufre, phosphore, silicium et azote,
à l'exception des oxydes de carbone et des carbonates et bicarbonates
inorganiques, qui possède une pression de vapeur au moins égale à 0,01 kPa à
une température de 293,15 K. Les composés organiques volatils tout
particulièrement visés par la présente invention sont des composés contenant
du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, notamment les composés
aromatiques et les cétones.
Dans le complexe métallique d'EDTA conforme à l'invention, le métal
est de préférence choisi parmi le sodium, le potassium, le calcium, le cérium,
le
fer, le cuivre et le zinc, et avantageusement le zinc.
La quantité totale de complexe métallique d'EDTA à utiliser varie
généralement de 0,0001 à 40 parts en poids pour 100 parts en poids de plâtre,
de préférence de 0,001 à 10 parts et avantageusement de 0,05 à 5 parts.
Le matériau à base de plâtre peut contenir en outre des additifs qui
améliorent les propriétés physico-chimiques du produit final et permettent
d'obtenir de bonnes conditions de fabrication et d'application. Ledit matériau
peut ainsi comprendre les additifs suivants dans les proportions pondérales
suivantes, exprimées pour 100 parts en poids de plâtre :
- 0,1 à 15 parts d'un agent d'adhésion dont la fonction est d'augmenter
l'adhésion du revêtement en papier avec le plâtre, par exemple un amidon,
notamment préalablement traité avec un acide, une dextrine ou une farine
végétale, notamment de blé ou de maïs,
- 0,001 à 10 parts d'un accélérateur de prise, par exemple le sulfate de
calcium hydraté ou le sulfate de potassium,
-0 à 10 parts d'un biocide, par exemple le sodium omadine,
- 0,0001 à 1 part d'un agent moussant qui a pour rôle de créer des pores
afin de diminuer la densité du produit final, en particulier de plaques de
plâtre. A
titre d'exemple, on peut citer le laurylsulfate de sodium,
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- 0 à 10 parts d'au moins un agent hydrofugeant, par exemple un
siloxane ou un polysiloxane,
- 0 à 20 parts d'au moins un agent anti-feu, par exemple la vermiculite, la
silice, notamment de dimension micrométrique, une argile ou des fibres
métalliques,
- 0 à 20 parts d'au moins un agent de renforcement, par exemple des
fibres de polymère, des fibres minérales, notamment en verre, et des fibres
animales ou végétales,
- 0 à 20 parts d'au moins un agent apte à piéger le formaldéhyde, par
exemple l'acétoacétamide, le dihydrazide d'acide adipique et une protéine, et
- 0 à 20 parts d'un matériau présentant une surface spécifique élevée,
par exemple un charbon actif ou une zéolithe.
La fabrication de panneaux de plâtre, en particulier une plaque de plâtre,
est connue en soi.
Bien que l'invention soit plus particulièrement décrite au regard de
panneaux de plâtre, elle n'est pas limitée à ce type de matériau et comprend
les
matériaux à base de plâtre sous quelque forme que ce soit (poudre, enduit,
mortier, mastic, carreau).
La plaque de plâtre est formée selon un procédé en continu qui consiste
à mélanger du gypse calciné en poudre (hémihydrate de sulfate de calcium)
avec de l'eau pour former une pâte qui est déposée en continu entre deux
feuilles de papier. Le produit formé est pressé pour obtenir l'épaisseur
désirée,
puis il est transporté en continu sur un convoyeur sur une distance permettant
à
la pâte d'atteindre un niveau de durcissement suffisant pour pouvoir être
découpé en plaques de longueur déterminée. Les plaques sont ensuite
séchées dans un four afin d'éliminer l'excès d'eau.
Classiquement, les composants en poudre de la pâte comprennent
l'hémihydrate de sulfate de calcium (CaSO4.0,5 H20; gypse calciné) et les
éventuels additifs décrits plus haut. Le gypse calciné subit une réaction
d'hydratation en présence d'eau et se transforme en dihydrate de sulfate de
calcium (CaSO4.2 H20 : gypse).
La quantité de gypse calciné mis en oeuvre pour former la pâte varie
selon la nature du panneau à fabriquer, généralement de 40 à 150 parts en
poids pour 100 parts en poids d'eau et de préférence de 60 à 120 parts.
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L'épaisseur du panneau peut varier dans une large mesure, par exemple
de 6 à 25 millimètres.
Le complexe métallique d'EDTA peut être introduit dans la plaque de
plâtre de différentes manières.
Selon un premier mode de réalisation, préféré, on ajoute le complexe
métallique d'EDTA dans la pâte de gypse calciné avant que celle-ci soit
déposée entre les feuilles de papier.
L'ajout du complexe métallique d'EDTA peut se faire pendant la
fabrication de la pâte, par exemple en introduisant simultanément ou
successivement le gypse calciné et les composés précités dans l'eau, ou après
que la pâte ait été obtenue. L'ajout simultané des constituants est avantageux
car plus facile à mettre en oeuvre.
Ce mode de réalisation permet d'avoir une répartition homogène du
complexe métallique d'EDTA dans la pâte. Selon un deuxième mode de
réalisation, on dépose sur la première feuille de papier (inférieure) une
couche
de faible épaisseur, généralement inférieure à 2 mm, de préférence inférieure
à
1 mm, une pâte de gypse calciné contenant le complexe métallique d'EDTA,
puis la pâte de gypse calciné, et enfin la deuxième feuille de papier
(supérieure). L'application de la pâte contenant le complexe métallique d'EDTA
peut se faire par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple par la
technique d'enduction au rouleau (roller coating). Cette manière de procéder
permet l'application du complexe d'EDTA sur une face de la plaque de plâtre et
sur une partie seulement de l'épaisseur.
Selon un troisième mode de réalisation, on ajoute le complexe
métallique d'EDTA dans ou sur la ou les feuilles de papier servant de
revêtement. L'ajout peut se faire lors de la fabrication du papier, par
exemple
dans la suspension de fibres de cellulose, ou sur au moins une face de la
feuille
de papier, par exemple par pulvérisation.
Le matériau à base de plâtre conforme à la présente invention peut se
présenter sous la forme d'une poudre (plâtre, enduit, mortier), d'une pâte
(mastic, matériau de jointement), d'un carreau ou d'un panneau de plâtre.
S'agissant plus particulièrement du panneau de plâtre, celui-ci peut être une
plaque nue ou revêtue sur au moins une de ses faces d'une feuille de papier,
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un panneau acoustique comportant des perforations, un panneau de plâtre et
de laine minérale ou de bois, une plaque renforcée par des fibres ou un tissu.
Le matériau à base de plâtre conforme à l'invention peut être utilisé sur
les murs, les plafonds et les sols, notamment pour revêtir ou jointer des
5 panneaux de plâtre ou de ciment ou, s'agissant de panneaux, pour former
des
parements, des cloisons et des faux-plafonds.
L'utilisation du matériau à base de plâtre à l'intérieur d'un bâtiment sur
un lieu d'habitation, public ou de travail permet de réduire la quantité de
composés organiques volatils présents dans l'atmosphère qui de ce fait se
trouve ainsi assainie.
Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention sans toutefois
la limiter.
EXEMPLE 1
a) fabrication du matériau à base de plâtre
Dans un mélangeur, on introduit 995 g d'hémihydrate de sulfate de
calcium, 5,2 g d'amidon, 0,1 g de gypse broyé, 1,2 g de complexe zinc-EDTA
(commercialisé par la société Synthron) et 850 g d'eau.
Le mélange est agité pendant 60 secondes afin d'obtenir une pâte.
La pâte est versée dans un moule en laiton (250 mm x 200 mm) revêtu
intérieurement sur sa face inférieure d'une feuille de papier, puis une
deuxième
feuille de papier découpée aux dimensions du moule est appliquée sur la pâte.
Après la prise en masse, la plaque de plâtre est sortie du moule. Elle
est ensuite séchée dans une étuve dont l'atmosphère est saturée en eau dans
les conditions suivantes : à 180 C jusqu'à ce que 80% de l'eau soit éliminée,
à
100 C jusqu'à ce que 95 % de l'eau soit éliminée et à 40 C pendant 24 heures.
La plaque est emballée dans un sac étanche à l'air et aux rayons
ultraviolets.
A titre de comparaison, on a préparé dans les mêmes conditions une
plaque ne contenant pas de complexe zinc-EDTA (exemple comparatif).
b) aptitude à piéger les composés organiques volatils
La mesure de l'aptitude à piéger les composés organiques volatils
(benzène, xylène et cyclohexanone) est effectuée dans une chambre de test
étanche aux gaz.
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La plaque de plâtre (100 mm x 20 mm; 125 g) est placée dans la
chambre de test, puis la chambre est fermée hermétiquement. On fait circuler
dans la chambre un flux continu d'air (humidité relative : 50 %) contenant 20
ppb du composé organique volatil à tester à raison de 250 ml/min.
La mesure de la quantité de composé organique volatil est effectuée en
temps réel au moyen d'un spectromètre de masse FTICR (Fourier Transform
Ion Cyclotron Resonance) pourvu d'un aimant de 1 Tesla. Le principe de la
mesure est le suivant : on utilise une membrane plate semi-poreuse en
polydiméthylsiloxane (PDMS) faisant office de barrière entre la pression à la
sortie de la chambre (pression atmosphérique) et le vide du spectromètre de
masse. La différence de pression de part et d'autre de la membrane et le
caractère semi-poreux de la membrane font que les composés organiques
volatils migrent plus rapidement à travers la membrane que les autres
molécules contenues dans l'air injecté (oxygène, azote, argon, gaz carbonique
et eau). Il en résulte un enrichissement en composés organiques volatils d'où
une plus grande sensibilité de la détection par le spectromètre de masse.
Les résultats donnés dans le tableau suivant correspondent à une
valeur moyenne établie sur une série de trois échantillons d'une même plaque
de plâtre. Le tableau indique le pourcentage de réduction de la teneur des
composés organiques volatils ci-après :
Benzène Xylène Cyclohexanone
(`)/0) (`)/0) (`)/0)
Ex. 1 52 52 70 25
Ex. comparatif 0 0 0
