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"PROCEDE D'EMULSIFICATION DE GOUDRONS"
La présente invention est relative à un procédé perfectionné d'obtention d'émulsions stables de goudron de houille, de brai, de bitume etc. dans de l'eau, émulsions qui conviennent particulièrement bien pour application sur les routes.
Un des buts principaux de la présente invention est de réaliser un procédé d'émulsification de goudrons ou autres produits, grâce auquel l'émulsification peut se faire par simple agitation ou mélange et qui, par suite, présente l'important avantage pratique et industriel que l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé est relativement simple et peu coûteux.
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Certains réglements relatifs aux émulsions de goudron pour les routes spécifient que le pourcentage d'agent émulsifiant dans l'émulsion ne dépasse pas 2 % en poids, (comptés à l'état sec) et le procédé selon l'invention conduit à l'obtention d'émulsions qui satisfont à ces prescriptions. On a constaté que, dans certains cas, l'application du procédé selon l'invention permet de préparer des émulsions en utilisant beaucoup moins d'agent émulsifiant que cette quantité, suivant la nature du goudron et de l'agent émulsifiant et le degré de stabilité requis pour l'émulsion finale requis.
Avant de décrire en détail la présente invention, il est nécessaire de définir certaines des expressions qui seront utilisées ci-dessous. Dans ce qui suit, par l'expression "inversion" ou bien "émulsion inversée", il faut entendre une émulsion du type "eau dans huile" dans laquelle le goudron, bitume ou matière analogue forme la phase continue et l'eau forme la phase dispersée, ce qui est le type d'une émulsion produite dans la première étape du procédé selon l'invention ; lerécipient dans lequel cette émulsion est produite est appelé "bac d'inversion".
Par l'expression "réversion" ou bien "émulsion réversée", il faut entendre une mulsion du type "huile dans eau" dans laquelle l'eau forme la phase continue et le goudron, bitume ou matière analogue forme la phase dispersée et qui est le type d'émulsion que l'on désire finalement obtenir; le récipient dans lequel cette émulsion est produite est appelé "bac de réversion".
Dans ses grandes lignes, la présente invention consiste en un procédé en deux étapes pour la préparation
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d'émulsions aqueuses stables de goudron, brai, bitume etc. pour routes, la première étape du procédé consistant dans la préparation d'une émulsion inversée du type eau dans huile à partir du goudron ou matière analogue à émulsifier et d'une certaine quantité d'eau et, dans la deuxième étape du procédé, cette émulsion inversée est alors dispersée dans une nouvelle quantité d'eau, en présence d'un agent émulsifiant, grâce à quoi l'émulsion inversée est réversée en donnant une émulsion du type requis : dans eau.
Une autre caractéristique importante de l'invention que l'on vient de décrire est que l'émulsion inversée de la première étape du procédé est également préparée à l'aide d'un agent émulsifiant.
Une autre caractéristique importante de l'invention est que les agents émulsifiants qui y sont employés sont solubles dans l'eau, ceux utilisés dans une méthode préférée de préparation de l'émulsion inversée comprenant une solution alcaline contenant une proportion sensible d'eau par rapport à la quantité de goudron ou corps analogues avec soit un savon, une protéine soluble dans un alcali, un sel alcalin d'un sel relativement faible, soit un mélange de deux ou plusieurs de ces substances tandis que les agents émulsifiants utilisés de préférence pour la réversion de l'émulsion inversée sont des solutions alcalines contenant au moins un savon et une protéine soluble dans un alcali ou une substance telle que l'alginate de sodium.
D'autres détails et particularités de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre.
On va décrire la présente invention et la méthode permettant de la mettre en pratique à l'aide de différents
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exemples spécifiques.
Un appareil convenant pour la mise en oeuvre du procédé consiste essentiellement en deux bacs de capacités appropriées, disposés de façon que l'on puisse faire couler le contenu du premier bac (le bac d'inversion) dans le second bac (le bac de réversion), avec des moyens permettant de retirer du second bac l'émulsion terminée. Chacun des deux bacs est pourvu d'un agitateur actionné par force motrice de nature à assurer un malaxage effectif du contenu des bacs, mais tournant à vitesse relativement faible. Le bac d'inversion est muni d'un système de chauffage à la vapeur de façon à maintenir le contenu fluide et le bac de réversion peut également être pourvu d'un chauffage à la vapeur en vue de faciliter la préparation des agents émulsifiants qui y sont utilisés.
Un appareil de ce type a été utilisé dans chacun des exemples ci-dessous, les agitateurs tournant à environ trente tours par minute.
On va d'abord décrire la préparation de certains agents dispersants ou émulsifiants utilisés dans le procédé.
(a) Savon de sodium d'une résine liquide.
On prépare le savon à partir de résines liquides commerciales en y ajoutant de la soude caustique (par exemple en solution concentrée à 20 %) s'élevant à 10 % de NaOH en poids de résine liquide. La quantité d'eau est réglée de façon que le mélange contienne 50 % de savon en poids. Si ce savon est dilué à une concentration de 2 % avec de l'eau distillée, la valeur du pH de la solution doit être comprise entre 8 1/2 et 9 1/2, la phenolphtaléine étant utilisée comme indicateur. En pratique, onconsidère souvent
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comme utile de diluer ce savon et les savons décrits cidessous avec de l'eau, jusqu'à par exemple une concentration de 25 % de façon à faciliter le pompage.
(b) Mélange de caséine et de savon résine sodium.
Suivant le poids de caséine à ajouter à un poids donné de savon résine sodium à 50 %, il peut être nécessaire d'ajouter une nouvelle quantité d'alcali en vue d'effectuer la solution de la caséine. Cet alcali supplémentaire peut être ajouté au savon de façon à former une matière de base ou bien on peut l'ajouter à la caséine. Par exemple, le savon de (a) ci-dessus, ayant une valeur de pH de 8 1/2 à 9 1/2 lorsqu'on l'essaie de la façon indiquée ci-dessus, absorbe environ 15 ks de caséine par 100 ks de savon à 50 %.
Une telle proportion de ce genre entre la caséine et le savon résine sodium convient pour l'.émulsification de certains goudrons, (voir exemple 4), mais il est préférable d'utiliser un rapport voisin de 1 de caséine pour 1 de savon résine sodium à 50 %, étant donné qu'un mélange de ce genre est d'application générale dans le procédé et, pour obtenir ces proportions dans le mélange, il faut ajouter un supplément d'alcali, comme on l'a dit ci-dessus.
On prépare un mélange approprié en mélangeant des poids égaux de caséine soluble en poudre (par exemple, celle vendue dans le commerce sous la marque "Laitzo") et du savon résine sodium à 50 % obtenu suivant (a) ci-dessus, avec la quantité supplémentaire d'une solution alcaline qui peut être nécessaire pour effectuer la solution de la caséine.
Les alcalis appropriés sont la soude caustique, le phosphate de sodium tribasique, l'hydroxyde d'ammonium, la potasse
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caustique ou le borax. L'exemple suivant indique des quantités appropriés dtalcali. Le mélange de caséine et de savon résine sodium est dilué avec de l'eau chaude de façon à avoir une concentration de 15 à 25 % rapportée aux poids à sec.
Lorsque l'on utilise de l'alcali supplémentaire pour effectuer la solution de la caséine, il est nécessaire d'éviter un trop grand excès si l'on utilise un alcali fort tel que la soude caustique et le pH du mélange résultant, lorsqu'on le mesure comme décrit ci-dessus sous forme diluée, doit être compris dans l'intervalle de 8 1/2 à 9 1/2. Lorsque l'alcali supplémentaire est un alcali faible, tel que l'ammoniaque, il est possible d'avoir une plus grande latitude en ce qui concerne sa quantité puisque des excédents (dans une mesure raisonnable) n'ont pas un grand effet sur la valeur du pH du mélange. Ces considérations s'appliquent aux exemples suivants dans lesquels il est fait mention d'ammoniaque.
(c) Savon d'ammonium d'une résine liquide.
On prépare le savon en agitant 30 kg de résine liquide avec 30 kg d'eau et 4,4 kg d'ammoniaque (densité 0,88), en ajoutant ensuite 65 kg d'eau, le mélange ainsi obtenu contenant approximativement 25 % en poids de savon résine ammonium.
(d) Mélange de caséine et de savon résine ammonium.
On mélange 20 kg de savon résine ammonium à 25 %, obtenu conformément à (c), avec 10 kg de caséine soluble en poudre (comme indiqué dans (b) ci-dessus) et 30 kg d'eau chaude, par exemple à environ 85 et on ajoute 0,95 kg d'am-
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moniaque (densité 0,88).
(e) Savons d'acide oléique.
On prépare d'autres savons ou agents émulsifiants que l'on peut utiliser dans la présente invention à la place des agents ci-dessus en prenant de l'acide oléique au lieu de résine liquide, en modifiant de façon appropriée les quantités d'alcali. On incorpore ensuite la caséine comme précédemment.
(f) Alginate de sodium.
Celui-ci est utilisé dans la forme où il est couramment mis sur le marché c'est-à-dire en concentration à 10% (par exemple celui qui est vendu dans le commerce sous la marque "LISSOM") ou bien on peut l'obtenir en traitant de l'acide alginique par de la soude caustique.
(g) Mélange de caséine et d'alginate de sodium.
On mélange 12 kg 1/2 d'alginate de sodium à 10 %, 12 kg 1/2 de caséine soluble (tous les deux comme indiqué ci-dessus), et 50 kg,d'eau chaude (par exemple à 85 ) et l'on ajoute 0 kg 95 d'ammoniaque (densité 0,88).
(h) D'autres savons qui peuvent être utilisés pour la présente invention à la place de ceux mentionnés ci-dessus comprennent l'huile pour rouge turc et l'oléate et le stéarate de triéthanolamine. On y dissout la caséine à l'aide de quantités appropriées d'alcali supplémentaire et d'eau comme ci-dessus.
Lorsque les mélanges de caséine ci-dessus décrits ont été convenablement préparés, ils se mettent à l'état de gel lorsqu'on les laisse reposer et/ou refroidir. Cet état de gel est une caractéristique intéressante, quoique
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non indispensable, dans la préparation des émulsions conformément à la présente invention.
Dans l'un quelconque des exemples ci--dessus, on peut effectuer la préparation des mélanges savon caséine dans le bac approprié (d'inversion ou de réversion), avant d'ajouter le goudron ou corps analogue.
Exemple 1
Le procédé d'émulsification décrit dans cet exemple a été appliqué aux bitumes et à un certain nombre de différents goudrons, par exemple au goudron de cornue horizontale, au goudron de cornue verticale, au goudron de chambre verticale intermittente, au goudron de four à coke métallurgique et aux mélanges de ces corps. Les qualités de goudron émulsifié allaient depuis le goudron pour route fluide (ayant une viscosité de 10 secondes mesurée à 30 C dans le viscosimètre de la "BRITISH ROAD TAR ASSOCIATION") jusqu'au brai à briquette. Dans la plupart des cas, on a traité des masses contenant 750 kg de goudron et, dans les différents exemples, les chiffres sont basés sur cette quantité de goudron.
Préparation de l'inversion.
L'agitateur est mis en rotation dans les deux bacs et, dans le bac d'inversion, on met successivement 20 kg de savon résine ammonium à 25 % (préparé comme décrit sous (c) ci-dessus) et 75 kg d'eau chaude (à une température d'environ 85 ) et on mélange les ingrédients. On ajoute alors dans le bac 750 kg du goudron choisi, à une température suffisante pour le rendre fluide (par exemple entre 50 et 100 ) pendant une durée d'environ trois minutes. L'inversion
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est complètement formée sensiblement au moment où les dernières parties du goudron sont ajoutées quoique l'agitateur puisse être maintenu en action pendant l'évacuation de l'inversion qui suit.
Formation de la réversion.
L'opération suivante a lieu dans le bac de réversion dont on suppose que l'agitateur est en action. Dans le bac de réversion, on met successivement 20 kg de savon résine ammonium à 25 %, 10 kg de caséine soluble en poudre, 30 kg d'eau chaude à environ 85 et 0,95 kg d'ammoniaque (densité 0,88). Il se forme alors un mélange de caséine et de savon résine ammonium comme décrit ci-dessus sous (d).
On ajoute alors continuellement le contenu du bac d'inversion au mélange qui se trouve dans le bac de réversion, la vitesse d'addition étant relativement rapide dans le cas d'une inversion faite à l'aide d'un goudron à faible viscosité et moins rapide dans le cas d'inversions faites à partir de goudron plus visqueux, le temps d'addition variant approximativement de 45 minutes à 3 heures et demie, à la vitesse d'agitation utilisée.
Lorsque la réversion de l'émulsion inversée, pour donner l'un des types désirés, s'effectue normalement, on peut voir une traînée d'inversion paraissant noirâtre, s'étalant à partir de l'entrée de l'inversion (qui se fait au-dessus du niveau le plus élevé du liquide dans le bac de réversion) sur le pourtour du bac, au-dessus de la surface de la réversion, mais la trace disparaît sensiblement avant d'avoir fait un tour complet dans le bac. En outre, au début de l'addition de l'inversion, on constate que le mélange
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dans le bac de réversion devient plus visqueux.
Lorsque l'on a ajouté toute l'inversion, et que la réversion en une émulsion du type "goudron dans eau" est terminée, on ajoute 95 lit. d'eau froide ou tiède en continuant à agiter de façon à obtenir un produit contenant 75 % en poids de goudron. On peut faire passer l'émulsion dans un bac d'emmagasinage où on la laisse refroidir, puis, on la met en barils.
Lorsque l'on désire réduire le pourcentage de goudron dans l'émulsion ci-dessus (par exemple à 65 %), on ajoute une solution de bichromate de potassium dans de l'eau grâce à quoi on peut diluer l'émulsion avec une nouvelle quantité d'eau. Par exemple, on ajoute une solution de 0,5 kg de bichromate de potassium dans 5 lit. d'eau, à un mélange de caséine et de savon résine ammonium avant d'y ajouter l'inversion. En ce cas, il faut, pour diluer, 242,5 lit. d'eau au lieu des 95 lit. indiqués ci-dessus, de façon à donner une émulsion contenant 65 Si en poids de goudron.
Exemple 2
On a émulsifié une grande gamme de goudrons sur une échelle de laboratoire en utilisant le procédé du présent exemple qui est décrit en se référant en particulier à un type spécifique de goudron qui, entre autres, a été traité sur une grande échelle.
Préparation de l'inversion.
On met en marche l'agitateur dans les deux bacs d'inversion et de réversion et, dans le bac d'inversion, on met 20 kg d'un savon résine sodium à 25 % comme décrit dans (a) ci-dessus et ayant un pH d'environ 9, 70 lit. d'eau
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chaude (à environ 85 ) et 0,625 kg de phosphate trisodique (cristaux contenant 12 molécules d'eau) dissous dans 5 lit. d'eau, puis 750 kg de goudron, le goudron en ce cas étant du goudron pour route provenant d'une cornue verticale continue, ayant une viscosité de 900 sec. à 30 , mesurée au viscosimètre de la BRITISH ROAD TAR ASSOCIATION. Ces ingrédients forment l'inversion.
Formation de la réversion.
Dans le bac de réversion, on met 20 kg de savon résine sodium à 25 % préparé comme décrit dans (a) cidessus, 10 kg de caséine soluble, 65 lit. d'eau chaude à environ 85 , un demi..litre d'une solution de soude caustique 5 X normale et 0,5 kg de phosphate trisodique (cristaux contenant 12 molécules d'eau) dissous dans 5 lit. d'eau.
Ces ingrédients forment le mélange de caséine et de savon résine sodium. La réversion de l'émulsion inversée s'effectue comme décrit dans l'exemple 1. L'émulsion goudron dans eau ainsi obtenue a été diluée avec 207,5 lit. d'eau froide ou tiède de façon à donner une émulsion de goudron aqueuse stable, contenant 65 % en poids de goudron.
Exemple 3
On a également émulsifié une grande gamme de goudrons sur une échelle de laboratoire par le procédé du présent exemple. L'application du procédé sur une grande échelle va être décrite en se référant à deux types spécifiques de goudron, à savoir, des goudrons pour route provenant de cornue verticale continue ayant des viscosïtés de 220 et 3.000 sec. respectivement (mesurées comme indiqué ci-dessus).
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Préparation de l'inversion.
Dans le bac d'inversion, on met 10 kg d'alginate de sodium, qualité commerciale (concentré à 10 %), 85 lit. d'eau chaude (à environ 85 ) et 750 kg de goudron. Ces ingrédients forment l'inversion.
Formation de la réversion.
Dans le bac de réversion, on met 12,5 kg d'alginate de sodium de qualité commerciale (concentré à 10 %), 12,5 kg de caséine soluble, 50 lit. d'eau chaude (à environ 85 ) et 0,95 kg d'ammoniaque (densité 0,88) de façon à former un mélange de caséine et d'alginate de sodium comme décrit sous (g) ci-dessus. La réversion se fait à la façon normale sauf que dans le cas du goudron à 3.000 sec. la viscosité du mélange augmente considérablement lorsqu'un peu plus de la moitié de l'inversion a été ajoutée. Par suite, dans le cas de ce goudron, on arrête l'addition de l'inversion et on ajoute environ 20 kg d'eau tiède pour diluer. On continue alors à ajouter l'inversion.
Pour diluer l'émulsion goudron dans eau, ainsi obtenue, on ajoute 232,5 lit. d'eau (ou 212,2 lit. d'eau dans le cas du goudron à 3. 000 sec. ) de façon à donner une émulsion contenant 65 % de goudron en poids. Il est possible de diluer ces émulsions avec encore 95 lit. d'eau de façon à donner des émulsions stables contenant 60 % en poids de goudron.
Les exemples ci-dessus indiquent les méthodes préférées de fabrication d'émulsions conformément à la présente invention, mais on a également constaté que l'on peut faire l'émulsion inversée d'une quantité d'autres façons et
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qu'on peut la réverser en se servant d'un agent de réversion approprié, comme décrit ci-dessus.
Comme exemples d'agents d'inversion qui ont donné des résultats satisfaisants avec différentes espèces de goudrons, on peut mentionner les suivants, les quantités étant exprimées en fonction de 750 kg de goudron, la solution d'inversion consistant dans tous les cas en 1,75 kg (ou autre quantité indiquée) de réactif dissous dans 85 lit. d'eau.
(i) acétate, formiate, borate, stéarate de sodium ou phosphate tribasique; (ii) chromate, bichromate ou oléate de potassium; (iii) oléate ou stéarate de triéthanolamine; (iv) huile pour rouge turc; (v) colle, empois ou amidon en quantités allant de
0,5 à 5 kg en différentes circonstances; (vi) 0,175 kg de soude caustique.
Finalement, on peut donner un exemple d'une forme de réalisation du procédé dans lequel des matières analogues sont utilisées pour la préparation de l'inversion comme de la réversion.
Exemple 4 Préparation de l'inversion.
On met dans le bac d'inversion 750 kg de goudron pour route, 44 kg d'un mélange de caséine et de savon ré- sine sodium (contenant 3 1/2 % de caséine et 11 1/2 % de savon rapportés à l'état sec) et 87,5 lit. d'eau chaude et on agite le mélange pour former l'émulsion inversée.
Formation de la réversion.
On met dans le bac de réversion 110 kg d'un mélange
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de caséine et de savon résine sodium comme utilisé pour la préparation de l'inversion et on y verse l'inversion graduellement en continuant à agiter. On ajoute 162,5 lit. d'eau pour diluer en donnant finalement une émulsion goudron dans eau contenant 65 % en poids de goudron.
La présente invention permet de faire des émulsions aqueuses, de goudron, bitume ou matière analogue dans un appareil agitateur simple sans qu'il soit nécessaire d'employer un moulin à colloïde ou un homogéhéiseur. Les émulsions ainsi préparées sont pratiquement stables pendant l'emmagasinage et se séparent avec une rapidité suffisante lorsqu'on les applique sur la surface d'une route.