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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION
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SEZLL DEVNLOFMNT COHPANT "Huiles d'hydrocarbure émulsionables et émulsions de oes huiles".
Priorité d'une demande de brevet déposés aux Etats-Unis d'Amé- rique le 7 octobre 1944. dro
Cette invention est relative à des huiles d'hy/carbures émulsionnables perfectionnées et à leurs émulsions, et traite de telles huiles contenant des substances émulsionnantes dissou- tes et un polyphosphate d'un métal alcalin,
L'invention est particulièrement applicable à des huiles destinées à la coupe èt au polissage spontanément émulsionna- bles (appelées huiles "solubles")bien qu'elle soit pleinement en rapport avec d'autres huiles émulsionnables ou leurs émul- sions telles que les huiles textiles, les huiles pour arroser les plantes et les insectes, les émulsions d'asphalte, les @
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boues émulsions de @ et d'huile employées dans les forages de puits.
Les huiles destinées à la coupe et au polissage servent à un certain nombre de buts. Elles doivent lubrifier la surface qui est coupée ou polie de telle manière qu'on évite le grippage; elles doivent produire le refroidj.ssement et elles doivent éli- miner les particules de métal coupées de façon telle que ces dernières ne se placent pas sur le chemin de l'outil coupant, ou ne "chargent" pas la roue de polissage. Le "chargement" de la roue de poliss ge est un problème particulièrement sérieux, par exemple quand on polit du chrome ou des alliages riches en'9 chrome. Comme résultat du chargement, la surface polissante devient tendre et vernissée et ne récusait pas à polir convena- blement. Dans le polissage de précision, ceci présente une e quantité de difficultés.
Kn addition, les huiles dites solubles de coupe et de po- ge doivent se mler spontanément avec de l'eau sous agita- tion faible ou nulle, et l'émulsion ainsi formée doit être sta- ble et ne doit pas déposer après un repos raisonnablement long.
De plus, par un mouvement rapide, une 'émulsion d'huile soluble dans l'eau ne moussera pas excessivement.
Dans les huiles textiles, la possibilité d'enlever l'hui- le du textile par lavage à l'eau est une de ses propriétés les plus importantes.
Dans les huiles d'arrosage, les problèmes communs sont 1'écumage et la floculation de l'émulsion et l'adhésion de l'hui- le aux parois du récipient.
Dans les émulsions d'asphalte, il est très désirable de produire une division des particules d'asphalte aussi fine que possible. Ceci a deux avantages importants : il réduit le danger de formation de boules, un trouble ordinaire dû à und séparation partielle; et il rend possible une pénétration plus profonde de l'émulsion d'asphalte à travers le terrain auquel elle est appliquée. Ce dernier avantage est particulièrement
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important dans le procédé de fixation du sol dans lequel l'émulsion d'asphalte est injectée dans les couches inférieur res par des tuyaux.
0'est donc un but de l'invention de produire des hui- les améliorées de polissage et de coupe qui, quand émulsion- nées avec l'eau, montrent une meilleure aptitude dans l'éli- mination des partioules de métal. Un autre but est de produire des huiles minérales solubles dont les émulsions avec l'eau ont amélioré la stabilité d'emmagasinnage. Un but ultérieur est de produire des émulsions de la phase discontinue ayant des particules de grosseur moindre. Encore un autre but est de réduire les tendances à écumer des huiles émulsionnées.
L'invention comprend une huile minérale émulsionnable ou une émulsion de celle-ci dans l'eau, la dite huile minérale suffisantepour produire une émulsion contenant une substance émulsionnante en quantité/relativement stable.
En addition est également présente une faible quanti- té d'un polyorthophosphate d'un métal aloalin, de préférence un tétraphosphate,,
On connaît différents polyorthophosphates ayant la formule générale Nan Pn-2 O3n-5; les pyrophosphates, les tri- phosphates, les tétraphosphates, les heptaphosphates et plus haut comprenant divers thiopolyphosphates comme les thiopyro- phosphates, les pentathiopyrophosphates, les trithiopyrophos- phates, les thiotétraphosphates, etc.. On peut en utiliser un quelconque ou une combinaison de ceux-ci. On obtient les meil- leurs résultats avec un tétraphosphate (exempt de sulfure) et des phosphates supérieurs.
Les quantités convenables du polyphosphate qui devraient être présentes dans l'huile ou son émulsion s'échelonnent à partir d'environ 0,1 % en poids de huile jusqu'à sa limite de solubilité dans l'huile ou dans l'émulsion, et de préférence entre environ 0,3 jusqu'à 5 % en poids d'huiler Selon les con- venanoes ou les exigences, on peut introduire le polyphosphate dans l'huile avant l'émulsionnement ou bien d'une autre façon
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dans l'émulsion.
Les polyphosphates sont en substance insolubles dans les huiles hydrooarbonées. Cependant, des substances émulsion- nantes contenues dans des huiles émulsionnables peuvent rendre possible la dissolution de faibles quantités de polyphosphates dans l'huile minérale. Dépendant de le nature et de la concen- tration de la substance émulsionnante, ces quantités peuvent être ou peuvent ne pas être suffisantes pour le but de cette invention.
Si c'est insuffisant, un solvant réciproque ou un produit augmentant la solubilité peut être additionné en quan- tités allant de 2 à 50 ).; en poids de l'huile.-Des solvants
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con.!.pfe le¯61J!.rs on ethers tMnoaikyles -!le réciproques'oonvenaFié%'môrioôü"detygIßô2; wtemesquels les radicaux alkyles peuvent contenir environ 1 - 6 atomes de cerbone; le diéthylène dioxyde, la morpholine, l'alcool isopropylique, les alcools butyliques, l'acétone, la méthyl- ethyl-oétone, les amines butylique ou amylique, la pyridine, etc...
On peut utiliser différents types de substances émulsion- nantes qui quand dissoutes dans l'huile forment des émulsions d'huile dans l'eau. En général, ce sont des composés organi- ques à surface active. On préfère ordinairement des substances, donnant des émulsions, du type du savon. Elles devraient, si possible, être solubles dans l'huile quoiqu'ici on puisse de nouveau augmenter leur solubilité dans les huiles minérales par la présence de solvants réciproques comme ceux décrits ci- dessus.
Parmi les substances du type du savon, produisant des
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émulsions on peut mentionner les sels due métaux e1Ains dace- des gras, les acides résiniques (en anglais, les "tall oil aci- des"), les xxxxx acides produits par oxydation de la cire de paraffine, les acides naphténiques, les acides sulfoniques so- lubles dans l'huile tels que ceux produits dans le traitement des huiles de lubrification par l'acide sulfurique, les acides sulfoniques des esters de l'acide dicarboxylique, les acides alkyl-naphtalène sulfoniques, les acides mono alkyl sulfuri-
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ques ayant au moins 10 atomes de carbone par radical alkyle, etc...
Des substances produisant des émulsions autres que le type du savon comprennent les monoesters du polyéthylène glycol de différents acides organiques tels que les acides gras, les aci- des nphténiques, les acides résiniques (en gnglais, les tall oil acides"), les acides gras de la laine, les acides produits par l'oxydation de la cire de paraffine, etc..; les éthers monoalkyles du polyéthylène glycol, dans lesquels le radical alkyle contient au moins huit atomes de carbone. Encore d'autres substances donnant des émulsions sont enregistrées dans une liste de Industriel and Engineering Chemistry, Vol.
31,pp. 66-69; Vol. 33, pp. 16-22; Vol. 35, pp.125-130.
Les quantités employées des substances donnant des émul- sions sont au moins suffisantes pour permettre un émulsionne- ment spontané sans aide spéciale et pour communiquer à l'émul- sion une stabilité d'emmagasinnage raisonnable. Ces quantités varieront entre des limites extrêmement larges, dépendant de la substance émulsionnante spécifique, de la nature de l'hui- le, etc. On peut utiliser des quantités variant de environ 0.2 à 50 % en poids de l'huile. Donc, avec la quantité conve- nable, les huiles qui sont liquides à la température d'émul- sion s'émulsionnent par une agitation faible ou nulle.
De l'autre coté, les asphaltes dont les points de fusion sont voi- vins de la température d'ébullition de l'eau ou sont situés plus haut que oelle-oi, doivent être divisés mécaniquement dans un moulin convenable tel qu'un moulin à colloïde, mais après cela s'émulsionneront sous un faible effort additionnel.
En addition, l'huile peut contenir diverssubstanoes supplémentaires pour des usages spécifiques. Donc des huiles pour la coupe peuvent comprendre des composés de pression ex- tréme, contenant un halogène ou un sulfure, en addition au phosphore ou une combinaison de ces éléments..Les huiles d'ar- rosage peuvent contenir différents insecticides. Les émulsions
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d'asphalte peuvent contenir des agents de réglage tel que du formate de methyle qui oblige l'émusion à se séparer après une certaine période de temps. Les huiles peuvent aussi conte- nir des antioxydants, des substances anti-corrosives, etc....
Dans beaucoup de cas, il est très désirable d'avoir disponible une huile d'hydrocarbure émulsionnable mais en substance exempte d'eau, contenant tous les produits autres que l'eau, nécessaires pour l'émulsionnement. Cela facilite les de 1' problèmes du commerce, emmagasinnage et du transport et rend non nécessaire le mesurage et ke mélange dans un autre but que l'addition d'eau. Cependant dans d'autres cas, comme dans le cas d'émuslions d'asphalte, ce rapprochement n'est pas pratique, étant donné qu'un équipement spécial est requis pour produire l'émulsion, sans égard au fait que tous les nroduits sont ou ne sont pas contenus dans l'asphalte. Dans ce but, dans de tels cas, le mélange des différents produits est normalement effectué à l'endroit où l'émulsion est produire.
En conséquence il n'est pas nécessaire que ces produits comprenant la substan- ce émulsionnante soient solubles dans l'huile.
Alors que des huiles "solubles" sont normalement émul- sionnées avec de l'eau pour l'usage dans certains buts, parti- culièrement pour l'emploi dans le domaine textile et dans la coupe et le forage des métaux, elles peuvent être employées directement, c'est-à-dire non diluées avec de l'eau. Dans les émulsions, le rapport eau-huile peut varier entre de très lar- ges limites, à partir de moins que 1 : 1 jusqu'à eu-dessus de
100; 1. Donc, des émulsions d'asphalte peuvent contenir de
50 jusqu'à environ 75 d'eau en poids.
Des émulsions d'huile pour la coupe peuvent être employées avec des rapports eau - huile allant de 1 : 1 jusqu'à 10 :1 en volume; des huiles pour le polissage de 10 : 1 jusqu'à 100 : 1; et des huiles pour arro- ser les insectes à environ 100 : et méme à des rapports eau- huile plus élevés. Dans ces rapports les substances d'addition solubles dans l'huile comprenant la substance émulsionnante
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sont considérées comme faisant partie de l'huile.
Les huiles d'hydrocarbure employées dans la préparation des huiles émulsionnables ou de leurs émulsions varieront naturellement considérablement dépendant de l'usage du produit.
Les huiles de coupe et de polissage, aussi bien que les huiles textiles, font appel à des huiles minérales de lubrification de différentes viscosités; les huiles à arroser les insectes impliquaient l'usage d'une huile à partir d'un kérozène léger jusqu'à une huile moyenne de lubrification; les émulsions d'as- phalte employant clairement de l'asphalte sous certaine forme ou d'autres produits en dérivant directement, oréqué (en anglais: cu tback"), les albino aphaltes, etc...'; les huiles employées d ns les émulsions d'huile et de boue sont ordinairement du type d'hyile à gaz.
Quand on compare des émulsions d'huiles de distallats, qui diffèrent seulement par la présence ou l'absence respecti- vement d'un tétraphosphate drun métal alcalin, on peut noter deux distinctions principales.
Dans les premières émulsions, les gouttelettes d'huile semblent être plus fines, et l'apparence générale est une appa- rence de transparence, alors que les dernières sont décidément plus laiteuses. Par repos, l'émulsion ne contenant pas le tetra- phosphate se sépare ordinairement ou "écrème" lentement, alors que l'émulsion qui en contient reste émulsionnée pour de beau- coup plus longues périodes de temps et on ne peut discerner aucune précipitation après des jours ou des semaines.
Les essais suivants servent d'illustration ai l'on consi- dère la capacité d'hne huile,typique de polissage d'éliminer les particules de métal.
On diluait une huile de coupe émulsiommable consistant en 50 % d'huile minérale de lubrification et 50 % en poids de sulfonate de sodium soluble dans l'huile avec 75 volumes d'eau.
On utilisait l'émulsion résultante au polissage d'un alliage de chrome. La roue de polissage était chargée de particules métalli-
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ques après environ une heure, pendant impossible un polissage correct ultérieur. L'addition d'hexamétaphosphate de sodium l'émulsion ne produisait aucune amélioration. On ajoutait alors du phosphate tétresodique (du pyrophosphate de sodium) en une quantité de 0,01 % en poids de l'émulsion (0,75 %) en poids de la solution d'huile sulfonée et le polissage était repris avec une roue propre.
Cette fois, il était impossible de continuer sans le polissage au-delà de environ six heures @ que le char- gement ne se produisit. L'essai était alors contins/avec une émulsion fraîche de la même huile à laquelle on avait ajouté 0,01 % de tétraphosphate de sodium en poids d'émulsion (0,75 % en poids de la solution du sulfonate dans l'huile minérale).
Après une période d'opération de plusieurs jours, il ne se pro- duisait pas de chargement, ni vernissage ou enduisage de la roue.
Ayant maintenant décrit particulièrement et précisé la nature de la dite invention, et de quelle manière elle peut être perfectionnée, on revendique.