Ecran perméable à la vapeur d'eau et imperméable à l'eau et son procédé de fabrication

La présente invention concerne le domaine des produits sous forme d'écrans légers et souples, utilisés dans le bâtiment, le génie civil et les travaux publics en tant que revêtement ou couverture de protection, et a pour objet un écran perméable à la vapeur d'eau et imperméable à l'eau, notamment écran de sous-toiture, écran pare -pluie, écran pare-air ou analogue, et son procédé de fabrication.

Jusqu'à récemment, les écrans du type précité étaient généralement réalisés sous la forme de membranes bitumineuses de faible épaisseur, consistant en une armature non tissée de fibres synthétiques, enduite de bitume.

Toutefois, ces écrans bitumineux sont actuellement de plus en plus fréquemment remplacés par des écrans synthétiques dits HPV, pour Haute Perméabilité à la Vapeur d'eau.

Les deux types de réalisation d'écran perméable à la vapeur et imperméable à l'eau évoqués ci-dessus, présentent plusieurs inconvénients puisqu'ils utilisent des matériaux dérivés des matières premières fossiles et non renouvelables, nécessitent des quantités d'énergie importantes pour leur obtention et leur transformation et/ou sont difficilement, voire non recyclables. Ces différents facteurs négatifs sont particulièrement pénalisants dans le cadre de l'ICV (Inventaire du Cycle de Vie) de produits, et confèrent à ces derniers un résultat d'ACV (Analyse du Cycle de Vie) très peu favorable.

De plus, un tel écran devra répondre aux critères et exigences des normes EN 13859.

Par les documents EP-A-I 010 801, US-A-2002/0071944 et US-A-2006/0160453, on connaît déjà des membranes susceptibles de former un écran perméable à la vapeur d'eau et imperméable à l'eau.

Toutefois, ces membranes connues présentent toutes des structures composites complexes (laminats), lesquelles comprennent au moins une première composante réalisant la fonction de tenue mécanique et au moins une seconde composante distincte réalisant la fonction d'imperméabilité à l'eau et de perméabilité aux gaz. De plus, les deux

fonctions précitées doivent être combinées lors d'une étape supplémentaire du procédé de fabrication telle qu'une étape de laminage, contrecollage, pulvérisation ou analogue.

Il existe, par conséquent, un besoin pour un écran du type précité surmontant les inconvénients mentionnés ci-dessus, tout en présentant sensiblement les mêmes performances et propriétés et en étant d'un prix de revient sensiblement équivalent et relativement simple à fabriquer.

Pour répondre à ce besoin, la présente invention propose un écran perméable à la vapeur d'eau et imperméable à l'eau, notamment écran de sous-toiture, écran pare -pluie, écran pare-air ou analogue, caractérisé en ce qu'il est principalement (c'est-à-dire essentiellement ou uniquement) constitué par un non tissé formé d'une nappe ou d'un voile majoritairement de fibres naturelles, préférentiellement d'origine végétale, ayant au moins subi une opération de liage par jets liquides sous pression, ou hydroliage, et un traitement d'hydrophobation.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un écran perméable à la vapeur et imperméable à l'eau, caractérisé en ce qu'il consiste à fournir des fibres naturelles, préférentiellement d'origine végétale, à former, éventuellement après cardage, un voile ou une nappe non tissé(e) avec ces fibres par nappage mécanique ou pneumatique, à soumettre ensuite ledit voile à une opération de consolidation par hydroliage ou liage par jets de liquide sous pression et, enfin, à soumettre le voile non tissé consolidé à un traitement d'hydrophobation. Ainsi, l'invention fournit une solution permettant de répondre à la demande exprimée ci-dessus et permettant de surmonter les inconvénients précités. En effet, l'écran selon l'invention présente une constitution monocomposante puisque le voile consolidé, dont les fibres ont été rendues hydrophobes, assure simultanément les fonctions de tenue mécanique et d'imperméabilité à l'eau/perméabilité aux gaz.

L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels les figures 1 et 2 sont des vues partielles en coupe d'un écran selon deux modes de réalisation de l'invention, les figures 2A, 2B et 2C illustrant trois variantes du second mode de réalisation.

Comme le montrent les figures 1 et 2, l'écran 1 est essentiellement (figures 2) ou uniquement (figure 1) constitué par un non tissé formé d'une nappe ou d'un voile majoritairement de fibres naturelles 2, à répartition sensiblement homogène et à orientation aléatoire, préférentiellement d'origine végétale, ayant au moins subi une opération de liage par jets liquides sous pression, ou hydroliage, et un traitement d'hydrophobation.

De manière avantageuse, le non tissé sous forme de nappe fibreuse est formé à au moins 75 % en poids de fibres naturelles, préférentiellement d'origine végétale. Ledit non tissé peut également être formé exclusivement de telles fibres.

Préférentiellement, la nappe fibreuse non tissée présente une masse surfacique comprise entre 75 g/m ² et 500 g/m ² , avantageusement entre 100 g/m ² et 300 g/m ² , préférentiellement de l'ordre de 150 g/m ² , et une épaisseur inférieure à 2,5 mm, préférentiellement de l'ordre de 1,0 mm.

Selon une première variante de réalisation, les fibres naturelles

2, formant exclusivement ou majoritairement ledit non tissé, sont des fibres végétales, traitées ou non, choisies dans le groupe formé par les fibres de lin, de coton, de jute, de chanvre, de bambou, de kénaf et de sisal, ainsi que les mélanges de telles fibres.

Avantageusement, les fibres végétales 2 (traitées ou non) sont principalement ou uniquement constituées de fibres de lin, sous forme d'étoupes de lin et/ou de fibres de lin affinées.

Selon une seconde variante de réalisation, les fibres naturelles 2, formant entièrement ou majoritairement ledit non tissé, sont des fibres en matériau(x) synthétique(s) d'origine végétale, choisies dans le groupe formé par les fibres en viscose, les fibres synthétiques dérivées de la cellulose (par exemple du type LYOCELL (nom déposé) de la société LENZING) et les mélanges possibles de ces fibres. Le traitement d'hydrophobation doit conférer à la nappe sa propriété d'imperméabilité à l'eau (les fibres végétales cellulosiques sont naturellement hydrophiles) tout en n'affectant pas, et en tout cas pas de manière notable, sa perméabilité aux gaz, et plus particulièrement à la vapeur d'eau, résultant de sa structure discontinue. II y a donc lieu d'éviter en tant que traitement d'hydrophobation ou d'imperméabilisation de la nappe ou du voile, les traitements par enduction, imprégnation ou revêtement avec apport de réactif hydrophobant

ou de substance imperméabilisante en quantité non négligeable, susceptible d'aboutir à une structure surfacique continue ou quasi-continue imperméable aux gaz.

Toutefois, si un tel traitement devait s'avérer nécessaire ou recommandable, les substances et matériaux choisi(e)s devront présenter des propriétés intrinsèques suffisantes de perméabilité à la vapeur d'eau.

Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, le traitement d'hydrophobation de la nappe ou du voile est tel que les fibres naturelles 2 traitées présentent des chlorures d'acide gras greffés sur leur structure, résultant d'un greffage chimique par chromatogénie et conférant auxdites fibres un caractère hydrophobe, ces chlorures d'acide gras étant avantageusement choisis dans le groupe formé par les chlorures d'acide palmitique et les chlorures d'acide stéarique.

La nappe non tissée présente, de manière naturelle, du fait du type de fibres utilisé, une consolidation sans apport d'agent liant ou adhérent, lesdites fibres 2 étant reliées entre elles par les pectines réticulées libérées lors de l'hydroliage.

Cette liaison pectique des fibres 2 entre elles peut, le cas échéant en fonction de la nature des fibres mises en œuvre, de l'intensité de l'hydroliage et des propriétés et caractéristiques minimales recherchées, être suffisante à elle seule pour assurer les performances mécaniques de l'écran

1.

Toutefois, lorsque l'application envisagée l'exige ou lorsque leur type n'entraîne pas naturellement une liaison entre elles, lesdites fibres naturelles 2 sont reliées entre elles, le cas échéant de manière supplémentaire, par un agent liant rapporté 3, appliqué lors d'une opération de liage ou activé lors d'une opération de traitement thermique subie par la nappe de fibres naturelles hydroliées.

En vue d'éviter un impact négatif sur l'ACV de l'écran selon l'invention, il peut être avantageusement prévu que l'agent liant rapporté, solidarisant les fibres végétales 2 entre elles, est un liant d'origine naturelle, par exemple végétale ou éventuellement animale, par exemple un liant choisi dans le groupe formé par les liants à base de gluten ou d'amidon, notamment de maïs (par exemple kératine ou protéine analogue). En plus des exemples de liant d'origine végétale précités, un tel liant peut également être choisi parmi l'ester de collophane (polymère de l'acide abiétique - résine en dispersion aqueuse), la colle de soja (de nature

protéinique), la caséine (de nature protéinique - matière sèche en phase aqueuse) et le latex de caoutchouc naturel (polyisoprène + protéines - en phase aqueuse).

Selon une autre variante de consolidation de la nappe, limitant sensiblement l'impact négatif en terme d'ACV, l'agent liant rapporté, solidarisant les fibres végétales 2 entre elles, est un liant thermofusible d'origine organique à bas point de fusion, notamment avec un point de fusion compris entre 100 ⁰ C et 230 ⁰ C, par exemple résultant de la fusion de fibres synthétiques thermoplastiques mélangées aux fibres naturelles d'origine végétale de manière sensiblement homogène, avant ou lors de la formation de la nappe non tissée et présent avec un pourcentage pondéral inférieur à 25 %, préférentiellement de l'ordre de 15 %.

Enfin, lorsque l'application envisagé exige des caractéristiques augmentées de résistance et/ou de tenue mécanique, en particulier une amélioration de la tenue à la déchirure au clou, l'écran peut également comprendre une structure de renfort 4, intégrée dans l'épaisseur de la couche de fibres naturelles 2 durant le procédé de fabrication (fig. 2A et 2B) ou rapportée sur cette dernière (fig. 2C), cette structure de renfort 4 pouvant consister en une grille en verre ou en polyester ou en une grille en un matériau naturel, notamment à base de fibres végétales, préférentiellement du coton, cette dernière solution préservant entièrement le résultat positif en terme d'ACV.

Afin d'augmenter la durée de vie de l'écran 1 résultant et la conservation de ses caractéristiques dans le temps, la nappe non tissée est formée de fibres naturelles 2 ayant subi un traitement par pulvérisation ou imprégnation, avec des agents aptes à modifier au moins certaines de leurs caractéristiques mécaniques, chimiques et/ou physiques, en augmentant notamment leur résistance au feu et au pourrissement, leur caractère hydrophobe et/ou leur résistance aux UV, et/ou en améliorant leur résistance aux animaux et/ou insectes nuisibles.

Un tel traitement pourra notamment viser à libérer les fibres végétales 2 de leurs composantes organiques aisément dégradables tout en préservant les composantes à durée de vie longue et sans affecter sensiblement les caractéristiques mécaniques desdites fibres, ou à imprégner ou enrober ces fibres.

Comme le montrent les figures 2B et 2C des dessins annexés, et lorsqu'une étanchéité renforcée aux liquides est souhaitée (par exemple

étanchéité renforcée à l'eau : classe Wl selon la norme EN 13859-1 ou EN 13859-2), l'écran 1 peut présenter une structure composite et le voile non tissé comporter sur l'une de ses faces, destinée à former la face apparente, un film 5 étanche à l'eau liquide mais perméable à la vapeur d'eau, réalisé en un matériau polymère naturel, tel qu'un polymère d'origine végétale ou un agro-polymère, ledit film 5 présentant par exemple une épaisseur comprise entre 10 et 100 μm et étant par exemple solidarisé avec le non tissé par calandrage ou extrusion couchage. On notera que l'ajout d'un tel film n'est aucunement pénalisant en terme d'ACV. En variante, et en accord avec une solution légèrement plus pénalisante en terme d'ACV, le voile peut comporter sur l'une de ses faces, destinée à former la face apparente, un film 5 étanche à l'eau liquide mais perméable à la vapeur d'eau, réalisé en un matériau polymère synthétique ou plastique, préférentiellement recyclable, tel que du polyéthylène, du polypropylène, du polyuréthane ou analogue, ledit film présentant par exemple une épaisseur comprise entre 10 et 50 μm et étant par exemple solidarisé avec le non tissé par calandrage.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un écran 1 du type décrit ci-dessus, ledit procédé consistant essentiellement à fournir des fibres naturelles 2, préférentiellement d'origine végétale, à former, éventuellement après cardage, un voile ou une nappe non tissé(e) avec ces fibres par nappage mécanique ou pneumatique, à soumettre ensuite ledit voile à une opération de consolidation par hydroliage ou liage par jets de liquide sous pression et, enfin, à soumettre le voile non tissé consolidé à un traitement d'hydrophobation.

La nappe peut être formée par un procédé de formation connu du type mécanique, pneumatique ou hydraulique.

Selon une caractéristique de l'invention, la densité de nappage est réglée de telle manière que le grammage ou la masse surfacique de la nappe résultante est compris(e) entre 75 et 500 g/m ² , avantageusement entre 100 et 300 g/m ² , préférentiellement de l'ordre d'environ 150 g/m ² , l'opération de consolidation réduisant l'épaisseur de la nappe de telle manière que son épaisseur au repos, en l'absence de contrainte, est inférieure à 2,5 mm, préférentiellement de l'ordre de 1 ,0 mm. Le type des fibres naturelles 2 formant la nappe ressort des possibilités indiquées précédemment.

Avantageusement, l'opération d'hydroliage est réalisée dans des conditions telles, notamment en termes de durée et d'intensité, qu'elle réalise une libération au moins partielle des pectines contenues dans les fibres végétales 2, ces pectines libérées étant ensuite autorisées à réticuler. En accord avec un mode de réalisation préféré de l'invention, le traitement d'hydrophobation consiste à greffer des chlorures d'acide(s) gras sur les structures des fibres naturelles du voile non tissé, par une opération de greffage chimique par chromatogénie, préférentiellement après consolidation, les chlorures d'acide(s) gras étant choisis dans le groupe formé par les chlorures d'acide palmitique et les chlorures d'acide stéarique. Les quantités de chlorures d'acide(s) gras greffés sont avantageusement inférieurs à 1 % du poids des fibres 2 formant le voile, préférentiellement de l'ordre de 0,2 à 0,3 % en poids, le chromatogénie permettant le greffage homogène en aussi faible quantité. L'opération de greffage précitée peut, par exemple, être dérivée de celle décrite dans le brevet européen n° 1 007 202 et dans le brevet

US n° 6 342 268, dont les contenus sont intégrés à la présente par référence.

La figure 3 représente de manière schématique une possibilité de réalisation d'un tel traitement d'hydrophobation, ainsi qu'une installation pour sa mise en œuvre.

Comme le montre cette figure, le chlorure d'acide gras est déposé par des techniques d'imprimerie standards à raison d'environ 5g/m .

Le passage sur le cylindre chauffant vaporise le chlorure d'acide qui se greffe (il est en phase gazeuse) sur les fonctions hydroxyles (OH) des fibres naturelles.

Cette réaction se déroule en 1 à 2 secondes et dégage comme résidu de réaction très faibles quantités d'acide chlorhydrique qui sont aspirées puis condensées.

En variante, le caractère hydrophobe des fibres naturelles 2 peut également être atteint par exemple par un traitement au fluor.

Ainsi, une nappe non tissée constituée à 100 % de fibres de lin

(Etoupe E2) et consolidée par hydroliage, est imprégnée, par exemple par foulardage, avec une solution aqueuse de PHOBOTEX JVA de la Société

HUNTSMANN, de manière à déposer environ 8g/m ² de PHOBOTEX sur les fibres de la nappe.

Une telle nappe remplit les conditions d'un classement W2 selon la norme EN 18859-1 à condition que le diamètre des pores médian

mesurés au poromètre PSM 165 soit de l'ordre de 25 μm et en aucun cas supérieur à 75 μm.

Quel que soit le mode de traitement d'hydrophobation des fibres, l'invention vise à aboutir à un compromis au niveau du diamètre moyen des pores de la nappe pour que cette dernière présente simultanément une imperméabilité à l'eau et une perméabilité à la vapeur d'eau en accord avec des valeurs attendues pour le type de produits visé par l'invention. Un tel résultat peut être atteint par approximation successive dans le cadre de tests de fabrication mettant en œuvre l'une ou l'autre des variantes précitées et en fonction des degrés respectifs de perméabilité et d'imperméabilité recherchés.

En outre, la nappe obtenue selon l'invention en accord avec les procédés ci-dessus présente les caractéristiques mécaniques requises pour l'application visée, ces caractéristiques n'étant pas affectées de manière sensible par le traitement d'hydrophobation.

En accord avec une ou des caractéristiques additionnelles possibles pour le procédé selon l'invention, ce dernier peut en outre consister :

- à associer au voile non tissé une structure de renfort 4 supplémentaire, en l'intégrant dans ledit voile, lors du nappage ou lors de la consolidation, ou en le rapportant sur l'une des faces de ce dernier, cette structure 4 étant choisie dans le groupe formé par les grilles en verre, les grilles en polyester et les grilles en un matériau naturel, par exemple à base de fibres végétales, telles que coton ou analogue ; - à soumettre les fibres naturelles 2, avant nappage ou après obtention du voile non tissé consolidé, à un traitement par pulvérisation ou imprégnation, avec des agents aptes à modifier au moins certaines de leurs caractéristiques mécaniques, chimiques et/ou physiques, en augmentant notamment leur résistance au feu et au pourrissement, leur caractère hydrophobe et leur résistance aux UV ;

- à soumettre le voile non tissé, après hydroliage, à une opération de consolidation supplémentaire, soit par pulvérisation ou imprégnation avec un agent liant d'origine naturelle, par exemple végétale ou éventuellement animale, par exemple un agent liant choisi dans le groupe formé par les liants à base de gluten ou d'amidon, notamment de maïs, soit par un traitement thermique sous pression, par exemple par calandrage à chaud, le voile non tissé étant alors constitué par un mélange

sensiblement homogène de fibres naturelles et de fibres thermofusibles d'origine organique à bas point de fusion, préférentiellement compris entre 100 ⁰ C et 230 ⁰ C, le pourcentage pondéral desdites fibres thermofusibles dans le mélange étant inférieur à 25 %, préférentiellement de l'ordre d'environ 15 %.

- à rapporter sur l'une des faces du voile non tissé un film 5 étanche à l'eau liquide mais perméable à la vapeur d'eau, réalisé en un matériau polymère naturel, tel qu'un polymère d'origine végétale ou un agro-polymère, ledit film présentant par exemple une épaisseur comprise entre 10 et 100 μm et étant par exemple solidarisé avec le non tissé par calandrage.

- à rapporter sur l'une des faces du voile non tissé un film 5 étanche à l'eau liquide mais perméable à la vapeur d'eau, réalisé en un matériau polymère synthétique ou plastique, préférentiellement recyclable, tel que du polyéthylène, du polypropylène, du polyuréthane ou analogue, ledit film présentant par exemple une épaisseur comprise entre 10 et 50 μm et étant par exemple solidarisé avec le non tissé par calandrage.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.