La présente invention concerne des membranes d'étanchéité pour toitures, formées d'un mat non-tissé de fibres minérales liées par un liant organique, ledit mat étant enduit sur au moins une de ses faces d'une couche de bitume.

Les membranes d'étanchéité pour terrasses ou toitures bitumineuses, généralement des toitures horizontales ou à faible pente, sont des membranes en bitume renforcées par des fibres, en particulier par des fibres minérales se présentant généralement sous forme de mats non-tissés.

Ces mats non-tissés de fibres minérales sont des mats de renforcement qui ont principalement deux fonctions, à savoir

- prévenir la déformation plastique des membranes bitumineuses suite au ramollissement de la phase bitumineuse en cas d'exposition à des températures élevées,

- augmenter la résistance mécanique des membranes, notamment la résistance à la rupture en traction, mais aussi la résistance à la propagation de déchirure, lorsque les membranes sont fixées par des clous ou agrafes, comme c'est le cas par exemple de bardeaux découpés à partir de telles membranes bitumineuses.

Pour renforcer efficacement les membranes bitumineuses à chaud et à froid, les mats non-tissés doivent être liés par un liant non thermofusible. Il est connu d'utiliser des résines thermodurcissables à base de formaldéhyde, par exemple des résines mélamine-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde ou urée-formaldéhyde en tant que liants organiques pour des mats non-tissés destinés à renforcer des membranes bitumineuses d'étanchéité.

Le brevet US 6 993 876 divulgue des membranes bitumineuses pour toitures, formées d'un mat en fibres de verre lié par une résine urée- formaldéhyde, et d'une phase bitumineuse. Ces membranes contiennent un agent de modification de l'adhésion entre le mat et la phase bitumineuse. Cet agent, un polydiméthylsiloxane, en réduisant l'adhésion entre les fibres de verre du mat et la phase bitumineuse permet à cette dernière de « glisser » sur les fibres de verre, ce qui - en cas de déchirure - donne lieu à l'apparition de fibres « pull-out », terme anglais que l'on pourrait traduire par fibres « sorties ou dénudées par traction », qui freinent la propagation de la déchirure amorcée. Ce document mentionne uniquement l'effet du PDMS sur la résistance à la propagation d'une déchirure {tear strength, ASTM D-1362) mais ne traite pas l'aspect de la résistance à la rupture en traction (tensile strength) des membranes, ce qui est cohérent avec une utilisation des membranes sous forme de bardeaux de petite taille, fixés sur la toiture par des moyens mécaniques tels que des clous.

La Demanderesse, dans le cadre de ses recherches visant à améliorer la résistance à la rupture en traction de membranes bitumineuses renforcées par des mats non-tissés en fibres de verre, avait obtenu des résultats intéressants en associant une résine mélamine-formaldéhyde à différents polymères organiques tels que les homopolymères d'acide acrylique, les résines alkyde, les copolymères éthylène-acide acrylique (voir FR 3023283, WO2016/001606, WO2016/001607). Malheureusement les résultats expérimentaux exposés dans ces demandes se sont avérés insuffisamment reproductibles pour permettre la fabrication de membranes bitumineuses à l'échelle industrielle et la Demanderesse a dû poursuivre ses recherches visant à améliorer la résistance à la rupture en traction de membranes bitumineuses.

La présente invention est basée sur la découverte qu'une proportion relativement faible - de l'ordre de quelques pourcents seulement - d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) dans le liant organique à base de résine formaldéhyde d'un mat non-tissé de fibres minérales, permettait d'augmenter significativement, la résistance à la rupture en traction d'une membrane d'étanchéité bitumineuse renforcée par un tel mat non-tissé.

Cette augmentation est assez surprenante car la résistance à la rupture en traction du mat lui-même ne se trouve pas augmentée par la présence de l'EVA dans le liant. Sans vouloir être liée par une théorie particulière, la Demanderesse pense que la meilleure résistance à la rupture en traction des membranes bitumineuses pourrait être due à une meilleure adhésion de la phase bitumineuse au mat de fibres de verre. La phase bitumineuse a un caractère hydrophobe et l'EVA, également assez hydrophobe, pourrait améliorer l'affinité de la phase bitumineuse pour le liant enrobant les fibres de verre du mat.

La présente invention a donc pour objet une membrane d'étanchéité pour toitures, formée par

- un mat non-tissé de fibres minérales liées par un liant organique et

- une phase bitumineuse imprégnant le mat non-tissé de fibres minérales,

la membrane étant caractérisée par le fait que le liant organique comprend de 15 % à 95 % en poids d'un polymère thermodurci obtenu à partir d'une résine à base de formaldéhyde et de 1 à 15 % en poids d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), ces pourcentages étant exprimés par rapport au poids sec total du liant organique.

Les mats non-tissés de fibres minérales, aussi appelés « intissés » ou « voiles », peuvent être fabriqués selon les procédés connus par voie sèche ou par voie humide.

Dans le procédé par voie sèche, de la matière minérale fondue contenue dans un four est acheminée vers un ensemble de filières à partir desquelles des filaments s'écoulent par gravité et sont étirés par un fluide gazeux. Les filaments minéraux sont récoltés sur un convoyeur où ils s'entremêlent en formant un mat.

Sur la face supérieure du mat ainsi formé, on applique à l'aide d'un dispositif adapté un liant organique, le plus souvent par dépôt par rideau, et on élimine l'excès de liant organique par aspiration au niveau de la face opposée. Le mat entre ensuite dans un dispositif contenant de l'air chaud dont la température, de l'ordre de 200 à 250 °C, est adaptée pour éliminer l'eau et réticuler le liant organique en un temps très court, de l'ordre d'une dizaine de secondes à 1 minute, puis le mat de fibres minérales lié est collecté sous la forme d'un enroulement. Dans le procédé par voie humide, le mat est obtenu à partir d'une dispersion aqueuse de fibres minérales coupées qui est déposée au moyen d'une tête de formage sur un convoyeur muni de perforations et l'eau est extraite à travers le convoyeur grâce à un caisson d'aspiration. Les fibres minérales coupées restant sur le convoyeur forment un mat qui est traité dans les mêmes conditions que celles décrites pour le procédé par voie sèche.

Les fibres minérales formant un mat non-tissé fabriqué par voie humide ont typiquement une longueur comprise entre 20 et 150 mm, avantageusement entre 30 et 100 mm et en particulier entre 50 et 70 mm. Leur diamètre peut varier dans une large mesure, par exemple entre 5 et 30 μιτι.

Lorsque la membrane d'étanchéité de la présente invention doit résister à de fortes contraintes mécaniques, il peut être utile de renforcer le mat non-tissé par un réseau de fils minéraux, en particulier des fils de verre, disposés de préférence parallèlement les uns aux autres. Chaque fils est composé d'une multitude de filaments très fins. Ces fils minéraux sont généralement déposés sur le dispositif de convoyage du mat dans le sens d'avancement du mat et répartis sur tout ou partie de la largeur du mat. Elles sont de préférence déposées entre deux couches de fibres minérales.

Dans un mode de réalisation le mat non-tissé comprend donc des fils minéraux, en particulier des fils de verre, disposés parallèlement les uns aux autres, et de préférence dans le sens machine, entre deux couches de fibres minérales disposées aléatoirement.

Dans les procédés précités, le liant organique a pour fonction de lier les fibres minérales entre-elles et de conférer au mat qui les contient des propriétés mécaniques adaptées à l'usage désiré, notamment une rigidité suffisante pour pouvoir être manipulé facilement et une résistance mécanique suffisante pour recevoir la phase bitumineuse sans se déchirer.

Le poids surfacique du mat non-tissé de fibres minérales lié est avantageusement compris entre 20 et 500 g/m ² , de préférence entre 25 et 350 g/m ² , en particulier entre 30 et 150 g/m ² . Sa teneur en liant organique est avantageusement comprise entre 5 et 40 % en poids, de préférence entre 10 et 35 % en poids, en particulier entre 15 et 30 % en poids. Cette teneur en liant organique est égale à la différence entre le poids sec du mat non-tissé avant application du liant et le poids sec du mat non-tissé lié, rapportée au poids sec du mat non-tissé lié.

Lorsque le liant organique est constitué uniquement de composants organiques combustibles, cette teneur en liant organique est identique à ce qu'on appelle habituellement dans le domaine technique des textiles de verre la perte au feu (LOI, de l'anglais loss on ignition). Le liant organique peut toutefois contenir une certaine fraction de composants minéraux, par exemples des charges particulaires minérales. Cette fraction n'excède généralement pas 20 % en poids du liant organique. Lorsque le liant organique contient une telle charge minérale sa perte au feu (LOI) sera donc inférieure à la teneur en liant organique du mat non-tissé de fibres minérales.

Le liant organique du mat non-tissé de fibres minérales comprend de

15 % à 95 % en poids, de préférence de 15 à 40 % en poids, et plus préférentiellement de 20 à 30 % en poids, de polymère thermodurci obtenu par réticulation d'une résine à base de formaldéhyde. La résine formaldéhyde est choisie avantageusement dans le groupe constitué des résines mélamine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde ou d'un mélange de telles résines. La Demanderesse a obtenu d'excellents résultats avec une résine mélamine-formaldéhyde.

Le liant organique du mat non-tissé contient en outre de 1 à 15 % en poids, de préférence de 2 à 12 % en poids, et plus préférentiellement de 4 à 10 % en poids d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA).

Les teneurs en polymère thermodurci et en EVA indiquées ci-dessus sont rapportées au poids sec total du liant organique, ce dernier pouvant comprendre une charge minérale ou un autre composant organique.

Il est connu, par exemple des demandes FR 3023283, WO2016/001606 et WO2016/001607 déjà mentionnées en introduction, d'incorporer dans le liant organique une fraction assez importante d'au moins un polysaccharide. Ce polysaccharide diminue considérablement le coût du liant organique sans affecter négativement les propriétés mécaniques du mat lié.

Dans un mode de réalisation préféré, le liant organique comprend par conséquent en outre jusqu'à 75 % en poids, rapporté au poids sec total du liant, d'un polysaccharide.

Le polysaccharide est constitué d'une pluralité de motifs saccharidiques comprenant de préférence plus de 50 % en poids de motifs de glucose. La masse molaire du polysaccharide peut varier dans une large mesure de manière à englober les dextrines et les amidons, notamment les amidons de masse molaire au moins égale à 10 ⁵ g/mole et pouvant aller jusqu'à 10 ⁹ g/mole.

Le polysaccharide est de préférence de l'amidon ou un dérivé d'amidon, par exemple un ester d'amidon tel que l'amidon acétylé, ou un éther d'amidon tel que l'amidon hydroxyalkylé. Lorsque l'amidon est un amidon natif, c'est-à-dire non modifié par voie chimique, il est utilisé avantageusement sous forme prégélatinisée par chauffage à une température au moins égale à 60 °C.

La teneur en polysaccharide du liant organique, exprimée en poids sec, est de préférence comprise entre 20 et 75 % en poids, en particulier entre 50 et 70 % en poids.

Le copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) utilisable dans la présente invention peut être un copolymère thermoplastique ou bien un copolymère thermodurcissable. Il s'agit de préférence d'un copolymère thermodurcissable. Le terme « copolymère » englobe dans la présente demande des polymères comportant deux, trois ou plus de trois comonomères différents.

Les copolymères thermoplastiques peuvent être des copolymères constitués exclusivement d'éthylène et d'acétate de vinyle, ou bien des copolymères formés majoritairement d'éthylène et d'acétate de vinyle et d'une faible fraction d'un ou plusieurs comonomères apportant des fonctionnalités particulières, par exemple une meilleure résistance au feu (comonomères halogénés) ou une aptitude à former des dispersions stables dans l'eau (comonomères ionisés ou ionisables).

Les EVA thermodurcissables contiennent, outre les motifs éthylène et acétate de vinyle, des comonomères de réticulation tels que le N-méthylolacrylamide ou un mélange de N-méthylolacrylamide et d'acrylamide. Bien entendu, les EVA thermodurcissables peuvent également contenir des comonomères ionisés, halogénés etc. apportant des propriétés spécifiques.

Des EVA thermodurcissables se présentant sous forme de latex et qui sont utilisables en tant que liant de matériaux fibreux sont connus depuis longtemps et décrits, entre autres, dans les demandes EP1777241 , EP1905878 et US 4044197. Ils sont disponibles sur le marché par exemple sous la dénomination Vinnapas ^® (Wacker).

La résine à base de formaldéhyde, généralement en solution dans l'eau et l'EVA, généralement sous forme de latex, sont simplement mélangés l'une avec l'autre et éventuellement avec des ingrédients additionnels, tels que des polysaccharides, des charges minérales, des agents retardateurs de flamme, des tensio-actifs, des modificateurs de rhéologie, des agents antimousse. La teneur en solides de la composition aqueuse de liant est avantageusement comprise entre environ 5 % et 40 %, de préférence entre 7 % et 25 %. La composition aqueuse de liant est utilisée pour l'imprégnation du mat non-tissé brut, par exemple par immersion, enduction ou pulvérisation, puis le liant est séché et réticulé (durci) dans une étuve.

Le liant organique du mat non-tissé ne contient de préférence pas de colophane ni de résine alkyde.

La phase bitumineuse est appliquée sur le mat non-tissé lié par n'importe quelle technique appropriée, par exemple par enduction à l'état ramolli ou fondu, par pulvérisation (spray coating) d'une émulsion de bitume, ou encore par immersion (dip-coating) dans un bain de bitume fondu ou dans une émulsion de bitume.

La composition de bitume appliquée peut contenir, outre le bitume proprement dit, des additifs tels que des huiles et résidus de pétrole, des polymères, notamment des élastomères thermoplastiques tels que les styrène-butadiène-styrène (SBS) ou des polymères thermoplastiques tels que le polypropylène atactique (APP), des agents de stabilisation minéraux, des agents anti-UV ou des agents antistatiques. Ces additifs peuvent représenter jusqu'à 15 % en poids du bitume.

La composition bitumineuse est appliquée sur le mat non-tissé en une quantité telle que la masse surfacique de la phase bitumineuse est comprise entre 500 et 10.000 g/m ² , de préférence entre 1000 et 7500 g/m ² , en particulier entre 1500 et 6000 g/m ² .

Des granules minéraux peuvent être appliqués sur une face de la membrane bitumineuse de la présente invention.

La membrane bitumineuse de la présente invention se présente de préférence sous forme de rouleaux qui peuvent être déroulés sur des toitures, en particulier des toitures-terrasses horizontales, et collées par chauffage.

La membrane d'étanchéité de la présente invention englobe toutefois également des bardeaux {shingles), c'est-à-dire des membranes de plus petite taille découpées à partir de membranes en rouleau.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une membrane d'étanchéité telle que décrite ci-avant, comprenant,

- la mise à disposition d'un mat non-tissé de fibres minérales brut,

- l'imprégnation du mat non-tissé brut avec une composition aqueuse de liant comprenant une résine à base de formaldéhyde, de préférence sous forme dissoute dans l'eau, et un latex d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA),

- la cuisson du mat non-tissé imprégné avec la composition aqueuse de liant par chauffage de manière à obtenir un mat non-tissé lié,

- l'imprégnation du mat non-tissé de fibres minérales lié avec une composition bitumineuse chauffée ou sous forme d'émulsion,

- refroidissement ou séchage de la composition bitumineuse. Exemple 1

Fabrication du mat non-tissé de fibres minérales

On fabrique un mat non-tissé de fibres de verre par voie humide. Pour cela on disperse 5 g de fibres de verre coupées (diamètre 13 μιτι, longueur 18 mm) dans 25 litres d'eau contenant 3,75 g d'un agent tensioactif (Aérosol C61 de la société Cytex), 62,5 g d'un épaississant (Tylose H 100000 YP2 de la société Shin-Etsu) et 0,87 g d'un agent anti-mousse (Agitan 295 de la société Munzing).

La dispersion de fibres est versée dans un récipient dont le fond est pourvu d'un tamis et le milieu de dispersion est éliminé par simple écoulement à travers le tamis. Les fibres de verre, uniformément réparties sur le tamis, sont récupérées sous la forme d'un mat non-tissé brut.

Le mat non-tissé brut est immergé dans un bain de liant organique se présentant sous forme de latex. La teneur en solides des deux bains de liant est d'environ 7,5% en poids.

Le tableau 1 montre la composition (en matières sèches) du bain de liant selon l'invention contenant de l'EVA et d'un bain de liant comparatif exempt d'EVA.

Tableau 1

CML038 commercialisée par Momentive

²⁾ Tackidex G076 (Roquette) - (CAS 9045-28-7)

³⁾ Euroflex 6032 (EOC)

⁴⁾ Euroflex 61 19 (EOC)

5 ⁾ Vinnapas EN1024 (Wacker) Après immersion, le mat imprégné est séché pendant une minute dans une étuve thermostatée à 210 °C. Le taux de liant du mat non-tissé lié est de 20 % exprimé par rapport au poids du mat lié.

Fabrication de la membrane bitumineuse

Les mats non-tissés liés obtenus respectivement avec le liant comparatif et avec le liant selon l'invention sont immergés dans une composition bitumineuse chauffée à 180 °C, puis retirés et refroidis jusqu'à température ambiante. La masse surfacique de la phase bitumineuse est d'environ 2000 g/m ² .

La résistance à la rupture en traction (valeur moyenne déterminée sur dix bandelettes découpées de 25 cm x 5 cm) est déterminée conformément à la norme ISO 9073-3 :1989. Elle est de 210 ± 28 N/5cm pour la membrane selon l'invention (liant contenant environ 10 % en poids d'EVA) et de 169 ± 27 N/5cm) pour la membrane comparative ne contenant pas d'EVA. On constate donc qu'en présence d'EVA, la résistance à la rupture en traction de la membrane bitumineuse est améliorée d'environ 24 %. Exemple 2

Fabrication du mat non-tissé de fibres minérales

Dans une installation industrielle on forme par voie sèche un mat non- tissé de fibres de verre C renforcé par des fils de verre. Les fils de renforcement sont déposés, parallèlement les uns aux autres à des intervalles d'environ 12 mm, dans le sens machine (chaîne) sur une première partie de fibres minérales formant un mat non-tissé. L'ensemble est ensuite couvert par une deuxième partie de fibres minérales disposées aléatoirement, de manière à ce que les fils de renforcement soient pris en sandwich entre deux mats non-tissés en fibres minérales. Cette nappe non- tissée reçoit ensuite une composition de liant comparative ou une composition de liant selon l'invention (voir Tableau 2 ci-dessous), déposée par enduction au rideau. L'excédent de composition de liant est éliminé par un dispositif d'aspiration sous la structure textile non-tissée.

La teneur pondérale en matières solides des deux compositions de liant est d'environ 22%.

La nappe non-tissée imprégnée avec la composition de liant est ensuite transportée avec une vitesse de 125 m/minute à travers une étuve d'une longueur de 50 m, chauffée à une température de 260 °C à l'entrée et de 180 °C à la sortie. Le mat non-tissé lié est enroulé. Sa teneur en liant est de 28 % exprimé par rapport au poids total du mat lié.

Tableau 2

Vywica MW-44 (Lerg, République Tchèque)

²⁾ Tackidex G076 (Roquette) - (CAS 9045-28-7)

³⁾ Mowiol 40-88 (Clariant)

4 ^, Synexil F1 1 (Synthos)

⁵⁾ Vinnapas EN1024 (Wacker)

Fabrication de la membrane bitumineuse

Les mats non-tissés liés obtenus respectivement avec le liant comparatif et avec le liant selon l'invention sont immergés dans une composition bitumineuse chauffée à 180 °C, puis retirés et refroidis jusqu'à température ambiante.

Le tableau 3 montre la masse surfacique et la résistance à la rupture en traction, déterminée conformément à la norme ISO 9073-3 :1989 selon une direction perpendiculaire aux fils de renforcement (valeur moyenne sur dix échantillons de 5 cm x 25 cm) des mats liés et des membranes bitumineuses fabriquées à partir de ceux-ci. Tableau 3

On peut constater que le remplacement des PVOH et PVAc par l'EVA n'augmente pas la résistance à la rupture en traction du mat non-tissé en lui- même, mais accroît significativement, à savoir de 23 %, la résistance à la rupture en traction des membranes bitumineuses fabriquées à partir de ces mats non-tissés. Cette amélioration est attribuée à une meilleure adhésion entre le mat non-tissé lié et la phase bitumineuse. L'EVA peut donc être considéré comme un promoteur d'adhésion.