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DISPERSIONS AQUEUSES A BASE BITUMINEUSE.
La présente invention a pour objet des dispersions à base bitumineuse ayant, après séchage, des caractéristiques particulièrement bonnes.
Par dispersion, au sens de l'invention, il faut entendre un système collol- dal dans lequel existent des constituants de phases solides et liquides.
Les constituants solides du système sont insolubles? aussi bien dans la phase bitumineuse liquide que dans la phase aqueuse, et ont une grosseur de particules très faible.
On utilise souvent, contre la corrosion, des enduits protecteurs à base de brai de goudron de houille. Il est connu de mettre en dispersion dans de l'eau ces brais de goudron de, houille, en présence de matières solides, telles, par exemple, des acides humiques? des acides ligniques, de la lignite broyée, de l'argile colloïdale?etc... Lorsque les dispersions ainsi obtenues sont appliquées sur une surface, il se produit une évaporation superficielle de l'agent de dispersion aqueux, la matière bitumineuse restante pouvant former avec la matière solide minérale un film dur et résistant.
Pour de multiples emplois,? la dispersion finale présente l'inconvénient de tendre à déposer au stockage, des dépôts minéraux se formant fréquemment,que l'on peut à peine agiter. En outre, la matière en dispersion produit souvent, lors de l'application, du fait de la matière solide minérale dure, des traits de pinceau qui constituent,. comme l'expérience l'a prouvé, des points d'attaque particuliers pour les agents ,de corrosion.
En outre, il est à remarquer que parmi les matières solides minérales d'une même espèce et de finesses de grain sensiblement égales, mais d'origines différentes., certaines peuvent ne pas remplir leur rôle d'agent de dispersion, quoique toutes aient une bonne mouillabilité à l'eau.
La demanderesse a trouvé que la présence d'hydrocarbures solides polycycliques contenus dans les produits de distillation de la houille à point d'ébullition élevé, tels que le naphtalène brut, le naphtalène, l'an-
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thracène brut, l'antracène, le phénantrène brut, le phénanthrène, le carbazol brut, le carbazol, et les produits analogues, empêche la formation de dépôts gênants que l'on observe autrement lors des stockages de longue durée, et facilite le travail au pinceau lors de l'enduction. On doit encore remarquer que le naphtalène brut et l'anthracène brut peuvent contenir jusqu'à environ 30% de phénanthrène et de carbazol.
Il est avantageux d'introduire dans la dispersion, ou dans un des éléments de la dispersion, jusqu'à 4 % de l'hydrocarbure cyclique indiqué précédemment comportant au maximum trois noyaux cycliques. Comme support de tels composés hydrocarbures, on peut aussi utiliser le produit de condensation des gaz provenant de l'épuration de gaz de cokerie, ou bien on peut élever la teneur de ce produit de condensation en hydrocarbures cycliques de ce genre par addition de produits dérivés des goudrons de houil- le à point d'ébullition élevé du type indiqué ci-dessus.
Ce produit de condensation de gaz est obtenu dans les cokeries, lors de la production de la matière précieuse du charbon, par refroidissement du gaz après élimination de l'ammoniaque, et plus précisément dans les cokeries du type où l'on débarrasse, sous pression, de son benzol le gaz désulfuré. A la sortie du gaz de désulfuration, qui s'effectue à faible pression dans des caisses ou des tours, le gaz saturé d'eau, qui se trouve à une température de 30 à 35 C, est dirigé dans un compresseur qui le comprime à une pression de 7 à 9 atmosphères.
Par la compression, la température du gaz s'élève à une valeur comprise entre environ 75 et 850 C. Le gaz est dirigé alors à cette pression dans un réfrigérant sous pression dans lequel il est refroidi à environ 20 C par réfrigération indirecte, et on recueille le produit de condensation de gaz indiqué précédemment. Le gaz perd jusqu'aux derniè- res traces d'eau et de naphtalène qu'il contient. Le gaz est envoyé alors dans la laverie de benzol où le lavage se déroule également à la pression indiquée ci-dessus. De là, le gaz est dirigé, en maintenant la pression dans la conduite d'utilisation pour le gaz.
Le produit de condensation de gaz contient jusqu'à environ 0,20 % de naphtalène et des traces accessoires d'huiles légère, est laiteux, et est à une température d'environ 20 à 23 C. Il est constitué, pour la majeure partie, d'eau de condensation.
La demanderesse a en outre établi que l'emploi de matières solides comme agents de dispersion nécessite, outre une finesse de grains et une bonne mouillabilité à l'eau, encore une autre caractéristique, à savoir, une forme de grains appropriés, lorsque la dispersion doit être utilisée pour des peintures, ou enduits, où il s'agit d'obtenir une qualité particulièrement bonne. L'analyse d'agents de dispersion de ce genre à base minérale, effectuée par spectrométrie aux rayons X, à montré qu'une teneur assez élevée en quartz était nuisible pour l'utilisation comme enduit, ou peinture, de haute qualité.
Les produits minéraux contenus dans l'argile possèdent une structure en forme de lamelles qui, du fait de la grande surface, se prêtent bien à la production de dispersions et à la formation de pellicules après étalement de la dispersion sur une surface.
Cette structure à lamelles disposées les unes sur les autres est troublée par l'existence de grains de quartz du fait de la forme anguleuse de ce corps minéral.
Comme, matière première goudronneuse ou bitumineuse pour les dispersions, on peut envirosager du goudron, ou brai de goudron de houille qui peut être obtenu à partir des matières suivantes : goudron de four à coke à haute température, goudron à basse température, goudron de gazogène goudron de cornues horizontales et verticales, goudron de gaz d'huile, goudron de gaz à l'eau. Ces goudrons peuvent être traités isolément et/ou simultanément à du brai de goudron.
Les brais utilisés doivent avoir avantageusement un point de ramollissement de, au maximum, 60 C selon Krämer-Sarnow, ou, pour un point de ramollissement plus élevé, être "fluxés" pour que leur point de . ramollissement soit inférieur à 60 C selon Krämer-Sarnow. Par point de ramollissement selon Krämer-Sarnow (en abrégé K.S.), on doit entendre la température à laquelle une colonne de mercure d'un poids de 5 g dans
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un petit tube de 6 mm de diamètre intérieur traverse une couche de bitume ou de brai de goudron de 5 mm de hauteur logé dans un petit tube de même ouverture.
La demanderesse a en outre établi que l'on peut utiliser avec le même effet favorable, au lieu de goudron, ou brai de goudron, de houille les produits dénommés brais spéciaux de goudron de houille, en entendant, sous cette dénomination,les produits qui sont obtenus partir de goudron ou de brai de goudron de houille par "fluxage" avec des huiles de goudron en combinaison avec une dissolution de houille, ou bien par soufflage d'air.
Comme produit de départ pour la production de brais spéciaux à qualités plastiques élevées, on utilise des brais de goudron de houille qui possèdent un point de ramollisement élevé d'environ 130 à 140 C selon K.S. et dont la teneur en carbone libre est d'environ 50%. Ces brais durs sont "fluxés" au moyen d'huiles de goudron à point d'ébullition élevé et on obtient ainsi des masses du genre des brais mous qui peuvent être ame- nées au point de ramollissement voulu selon la quantité d'huile de "fluxage" ajoutée.
Ces masses peuvent encore être combinées, pour augmenter davan- tage leurs qualités plastiques, avec une dissolution de charbon. Par dis- solution de charbon, au sens de l'invention, il faut entendre le produit obtenu par traitement, pendant plusieurs heures (par exemple six heures) sous agitation, dans un récipient à la pression atmosphérique, à environ 200 C, de par exemple, 80% de la masse obtenue comme indiqué précédemment avec 10 à 20 % de poussier de charbon provenant d'un charbon vitrifié.
Les brais à haute plasticité obtenus de cette manière peuvent être amenés au point de ramollissement voulu par addition d'huiles de goudron à point d'ébullition élevé. En outre, des brais spéciaux à zone de plasti- cité élargie peuvent être obtenus par l'opération dite de "soufflage", de goudron ou de brai de goudron, par de l'air, la température à laquelle s'effectue ce soufflage étant comprise entre, environ 200 et 300 C.
On obtient ainsi une élévation du point de ramollissement. Les masses soufflées obtenues peuvent être amenées à un point de ramollissement voulu par addition d'huiles de goudron à point d'ébullition élevé.
On peut encore envisager, selon l'invention, d'autres matériaux de départ du genre brai de nature aromatique, à savoir, par exemple, du brai d'huile de lavage qui est obtenu comme suit. Pour le lavage du benzol et de ses homologues provenant du gaz de four à coke, on utilise une huile de goudron débarrassée des huiles carboliques et., dans une large mesure, du naphtalène, huile qui bout entre 200 et 3000,, et qui ne doit contenir qu'une faible quantité d'eau.
Cette huile de lavage, après enrichissement avec des hydrocarbures benzèniques contenus dans le gaz de four à coke, en est débarrassée par entraînement à la vapeur et réutilisée en circuit pour le lavage dell'hydrocarbure benzènique. Au bout d'un certain temps, l'huile de lavage subit un épaississement qui est provoqué par l'hydrogène sulfuré et l'oxygène contenus simultanément dans le gaz.
Si l'épaississement se poursuit trop, l'huile de lavage épaisse est régénérée à nouveau par distillation, un résidu, le brai d'huile de lavage, demeurant dans la cornue de distillation.
Il est donc possible, grâce à l'invention, d'utiliser outre les brais de goudron de houille employés jusqu'à présent et d'origines diverses, également d'autres brais tels que les brais spéciaux obtenus par "fluxage" avec une huile de goudron en combinaison avec une dissolue tion de charbon, ou bien par soufflage à l'air, ainsi que le brai d'huile de lavage obtenu à partir d'huile de lavage. L'invention propose encore d'exclure l'emploi d'agents de dispersion minéraux inappropriés à l'obtention d'une pellicule continue et homogène., du fait de leur trop. forte teneur en quartz.
La stabilité au stockage et l'enductabilité de la matière en dispersion sont améliorées considérablement par le processus selon l'invention, par traitement du produit de condensation de gaz qui est additionné de naphtalène ou corps analogues.
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exemple
3,0 kg de produit de condensation de gaz (additionné d'une quantité allant jusqu'à 2 % en poids, calculé sur la dispersion finale, de naphtalène ou d'anthracène) sont traités intimement, dans un mélangeur à dispositif de chauffage, avec 3,9 kg de kaolin lavé, et on y fait couler progressivement, en mélangeant bien, 7,5 kg d'un brai de goudron de houille fondu (point de ramollissement selon K.S. :35 à la température de l'appareil mélangeur est, pendant ce temps, maintenue à une température de 60 #40C 80 C.
Pendant et après l'addition de brai de goudron de houille on ajoute encore 6 kg du produit de condensation de gaz. Comme appareil mélangeur, c'est une machine du type mélangeur-malaxeur, dont le bac destiné à recevoir le mélange de dispersion est susceptible d'être chauffé et refroidi, qui convient le mieux. Le mélange intime de la matière est obtenu au moyen de larges palettes qui sont également agencées pour être chauffées ou refroidies. Ces palettes peuvent être à vitesse de rotation variable grâce à un dispositif de réglage progressif. A l'aide d'un piston de pressè commandé pneumatiquement, la matière en dispersion est maintenue dans la zone d'action des palettes malaxeuses.
Le produit obtenu possède les caractéristiques suivantes : il est gris-ardoise et de consistance crémeuse, La durée d'écoulement dans un viscosimètre pour goudron routier (5 mm d'ajutage/20 C) est de 12 à 14 secondes. Même après un stockage de plusieurs mois dans un récipient clos, on ne constate qu'un dépôt faible et facilement agitable. Par addition de naphtalène le matériau de dispersion devient plus "gras", l'enduction s'effectue mieux et de manière plus coulante, la couleur de la matière étendue et sèche est plus claire que sans emploi de naphtalène.
Exemple
41,5 kg de produit de condensation de gaz, additionnés de 2,0 kg de naphtalène brut finement réparti, sont brassés, de façon intensive , à une température de 60 à 80 C, avec 19,5 kg de kaolin lavé ayant une teneur de 10 % en quartz et, ensuite, 37,0 kg de brai de goudron de houille (point de ramollissement selon k.s.:35 à 40 C) à l'état chaud (température jusqu'à 120 C) sont ajoutés dans l'appareil mélangeur. Il en résulte une dispersion homogène qui, après application et séchage, laisse une pellicule de constitution homogène.
Exemple 3 38,0 kg de produit de condensation de gaz, ayant été additionnés de 2,0 kg de naphtalène,sont bien mélangés, à une température de 60 à 80 C, avec 20,7 kg de kaolin lavé,et sont, à cette température, mélangés, à l'état chaud, avec 39,3 kg de brai spécial qui a été précédemment fondu.
Il en résulte une dispersion homogène d'une bonne brossabilité.
Exemple 4
41,0 kg de produit de condensation de gaz, auxquels ont été ajoutés 2,0 kg d'anthracène brut, sont bien mélangés, à une température de 60 à 80 C, avec 19,0 kg de kaolin lavé, puis intimement mélangés avec 40,0 kg de brai d'huile de lavage, chaud, fondu. Il en résulte une dispersion homogène de couleur gris foncé.
Exemple 5- 19,0 kg de kaolin obtenu par lavage, et contenant peu d'acide silicique libre, sont mélangés le plus intimement possible avec 39,5 kg d'eau et ajoutés, en agitant bien, à une température de 60 à 80 C, à un mélange chaud de 39,5 kg d'un brai spécial, tel que décrit ci-dessus, et de 2,0 kg de naphtalène. Le produit obtenu est de structure tout à fait homogène et constitue un enduit, ou peinture, de haute valeur.
Les dispersions, obtenues selon le;procédé décrit, contien-
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nent, au lieu du solvant utilisé habituellement pour l'obtention des pro- duits de revêtement, une forte quantité d'eau (environ 40 %) . Il en ré- sulte que la dispersion est d'un prix de revient plus faible et d'un em- ploi plus satisfaisant du fait que le danger d'incendie est réduit.
Il existe toutefois le danger que, dans le cas d'un support, ou subjectile ferreux, celui-ci, après application de la dispersion, réagisse avec l'eau qui s'y trouve, avant que cette eau ne soit évaporée. Il se produit alors une formation de rouille sous le revêtement,ce qui en provoque l'éclate- ment. Ce danger peut toutefois être évité lorsque le subjectile est revêtu avant application de la dispersion, d'un enduit préalable (,par exemple de vernis bitumineux approprié).
L'utilisation de produits de condensation de gaz pour l'obten- tion de la dispersion n'est pas, comme le montre l'exemple 5, absolument nécessaire. On peut parfaitement procéder aussi en ajoutant la quantité nécessaire de naphtalène à la masse de brai fondu juste avant la prépara- tion de la dispersion; le naphtalène est dissous rapidement.
Les dispersions selon l'invention, à base de brais de goudron de houille et de brais spéciaux, peuvent être utilisées, éventuellement en coopération avec des matières minérales, comme masses de remplissage, mor- tier, et mastic, ou comme produits de gâchage pour des revêtements routiers, ou comme masses de jointoyage pour les constructions. Dans ces différents cas,il n'est pas nécessaire d'utiliser de l'argile de haute qualité comme constituant solide de la dispersion.
Exemple 6
En vue d'obtenir une couche intermédiaire entre fondation et réservoir, par exemple de réservoir pour huiles de goudron, on mélange soigneusement, juste avant son emploi, une dispersion, obtenue selon un des exemples 1 à 5, avec du sable fin (grosseur de grains de 0 à 0,2 mm) dans la proportion d'une partie en poids de dispersion pour 4 parties en poids de sable. Ce mortier ainsi obtenu est destiné à servir de couche intermédiaire durcie et se transforme en une semelle solide, mais pourtant souple qui ne se fendille pas, même sous la charge lorsque le réservoir est rempli.
Exemple 7
En vue de son utilisation comme masse de jointoyage d'une construction, une dispersion, obtenue selon un des exemples 1à 5, est, tout d'abord, colorée en vue de lui donner la même couleur rouge que la construction, par addition, sous bonne agitation,d'environ 5% en poids de rouge d'oxyde de fer servant de pigment. Cette dispersion colorée en rouge est ensuite mélangée à du sable fin (grosseur de grains de 0 à 0,2 mm) en rapport de poids de 1à 5.
Le matériau ainsi obtenu est d'un emploi facile pour le revêtement des joints de construction, et constitue, après évaporation de la partie aqueuse de la dispersion, une masse résistante qui n'ab-. sorbe plus d'humidité et qui est insensible aux acides, alcalis et huiles
Exemple 8
En vue de son emploi comme matériau de revêtement pour routes, sols d'usines, places, etc... une dispersion obtenue par mélange et chauffage de 38 % de brai mou (350 K.S.)., 2 % d'anthracène brut, 19 % d'argile, et le reste d'eau, est additionnée de ciment ou de chaux, ou d'un mélange de ciment et de chaux, en combinaison avec du sable fin selon la dureté voulue. La quantité de ces matières ajoutées à la dispersion, doit rester inférieure à 30 % en poids.
Sur la surface du revêtement ainsi obtenu, on peut, avant son durcissement, aplanir du cailloutis, ou gravillon, par cylindrage, lorsqu'on veut obtenir une surface rugueuse.
Les dispersions selon 1'invention se caractérisent, notamment, en ce qu'elles se laissent étendre facilement, en ce qu'elles possèdent, après séchage, une dureté sans fragilité, et en ce qu'elles possèdent une thermostabilité et une résistance à l'eau élevées. Lors de l'application
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de la dispersion, il ne se produit aucune floculation. Le processus de prise s'effectue au contraire par évaporation de l'eau en surface et il est terminé lorsque la totalité de l'eau est éliminée de la dispersion par séchage.