ES2260130T3

ES2260130T3 - Procedimiento par ala regulacion del indice de ruptura de emulsiones bituminosas.

Info

Publication number: ES2260130T3
Application number: ES01118505T
Authority: ES
Inventors: Joaquin Dr. Bigorra Llosas; Maria Escoda; Rafael Dr. Pi Subirana
Original assignee: Cognis IP Management GmbH
Current assignee: Cognis IP Management GmbH
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: DE50109199D1; DE10039029A1; EP1179570B1; EP1179570A2; EP1179570A3

Abstract

Procedimiento para el ajuste del índice de ruptura de emulsiones bituminosas, caracterizado por el hecho de que se añaden emulsionantes de amidoaminas de ácido graso cuaternizado con alquilo C1-C4 en forma de haluros o alquilsulfatos con diferentes grados de cuaternización.

Description

Procedimiento para la regulación del índice de ruptura de emulsiones bituminosas.

Ámbito de la invención

La presente invención se encuentra en el ámbito de las emulsiones bituminosas y trata de un nuevo procedimiento para la regulación del índice de ruptura y de la aplicación de tensioactivos catiónicos especiales como emulsionante para la fabricación de emulsiones bituminosas con un índice de ruptura definido.

Estado de la técnica

El material bituminoso es una mezcla de hidrocarburos de elevado peso molecular de color oscuro, de semisólido a quebradizo y fusible, que se obtiene del procesamiento meticuloso del crudo. Por lo general se trata de sistemas coloidales, especialmente de soles, que contiene partículas resinosas o de tipo carbón con masas molares en el intervalo de alrededor de 300 a 3000 en un material base (malteno) oleaginoso, los cuales se conocen como asfaltenos. Las emulsiones bituminosas acuosas se utilizan principalmente en la construcción de carreteras. Como emulsionantes resultan adecuados para este fin la diamina, como la N-estearilpropilendiamina, o las amidoaminas de ácidos grasos, como, por ejemplo, la amidopropilamina de ácidos grasos de sebo. En la fabricación de las emulsiones bituminosas se distinguen fundamentalmente dos formas de procesamiento diferentes: en el caso de que el material bituminoso se debe elaborar de manera directa in situ, resulta de interés que el tiempo abierto, es decir, el tiempo que transcurre hasta el endurecimiento, sea tan corto como sea posible. En la práctica esto quiere decir que la emulsión bituminosa, en contacto con los materiales de relleno, se debe separar tan rápido como sea posible; en este caso se habla también de un elevado índice de ruptura.

En el segundo caso, la fabricación de la emulsión bituminosa se lleva a cabo en el lugar de trabajo, en cuyo caso, al contrario, resulta de interés un mayor tiempo abierto, de manera que el material bituminoso no se endurezca en el transcurso de su transporte. En este caso resulta deseable un índice de ruptura tan bajo como sea posible. Para la determinación del índice de ruptura de una emulsión bituminosa se ha establecido uno sencillo procedimiento de comprobación: para ello se añaden materiales de relleno en constante cizallamiento a 100 g de una emulsión bituminosa hasta que la emulsión se rompe, es decir, hasta que se produce la separación del agua. El índice de ruptura se calcula a partir de la relación de peso entre el material de relleno añadido respecto a la emulsión multiplicado por el factor 100. Cuanto mayor sea la proporción de material de relleno, más "lenta" será la emulsión, es decir, menor será el índice de ruptura.

En la práctica se desean emulsionantes que permitan un ajuste a medida del índice de ruptura, de manera que las emulsiones se puedan adaptar a los respectivos fines. Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste en mejorar los procedimientos existentes en esta dirección.

Descripción de la invención

El objeto de la presente invención es el de un procedimiento para el ajuste del índice de ruptura de emulsiones bituminosas, caracterizado por el hecho de que se añaden emulsionantes de amidoaminas de ácido graso cuaternizado con alquilo C_{1}-C_{4} en forma de haluros o alquilsulfatos con diferentes grados de cuaternización. Otro objeto de la invención trata de la utilización de amidoaminas de ácido graso cuaternizado con alquilo C1-C4 en forma de haluros o alquilsulfatos con diferentes grados de cuaternización como emulsionantes para la fabricación de emulsiones bituminosas.

Sorprendentemente, se ha averiguado que el índice de ruptura se puede ajustar de la manera deseada, de muy rápido a extremadamente lento, dependiendo del grado de cuaternización de las amidoaminas de ácido graso.

Amidoaminas de ácido graso cuaternizadas

Preferiblemente se utilizarán como emulsionantes los productos de cuaternización de amidoaminas de ácido graso que se corresponden a la fórmula general (I)

(I)R^{1}CO-NH-[(CH_{2})_{n}NR^{2}]_{m}R^{3}

en la que R^{1}CO representa un radical acilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, R^{2} y R^{3}, independientemente el uno del otro, representa hidrógeno o un resto alquilo con 1 a 3 átomos de carbono, n representa un número de 1 a 10 y m representa un número de 1 a 5. La sustancia de partida, así como las amidoaminas de ácido graso, son materias grasas conocidas que se pueden obtener según los pertinentes procedimientos de la química orgánica. Ejemplos típicos son las amidoaminas de ácido graso, cuyos componentes del ácido graso se derivan del ácido caproico, el ácido caprílico, el ácido 2-etilcaproico, el ácido cáprico, el ácido láurico, el ácido tridecanoico, el ácido mirístico, el ácido palmítico, el ácido palmoleínico, el ácido esteárico, el ácido isoesteárico, el ácido oleico, el ácido elaidínico, el ácido petroselínico, el ácido linólico, el ácido linolénico, el ácido elaeoesteárico, el ácido aráquico, eñ ácido gadoleínico, el ácido behénico y el ácido erúcico, así como sus mezclas industriales. Para la condensación con los ácidos grasos entran en consideración, por ejemplo, la dietilentriamina, la trietilentriamina y la tetraetilenpentamina, así como sus mezclas. Preferiblemente se utilizan las amidoaminas del ácido graso de la fórmula (I), en la que R^{1}CO representa el radical acilo del ácido graso de coco, el ácido graso de sebo y el ácido graso de sebo parcialmente templado, R^{2} y R^{3} representan hidrógeno, y n y m representan 1,2 ó 3. La fabricación de las amidoaminas se efectúa mediante la condensación directa de las poliaminas con el ácido graso o mediante la transaminación mediante la utilización de los metilésteres del ácido graso o triglicéridos.

Para la introducción de los centros catiónicos, se cambian las amidoaminas del ácido graso con agentes de cuaternización adecuados como, por ejemplo, haluros de alquilo o sulfatos de dialquilo de cadena corta, donde la reacción se desvía exclusivamente a los átomos de nitrógeno, los cuales no están enlazados amídicamente. Los emulsionantes preferentes son las amidoaminas del ácido graso cuaternizado con alquilo C_{1}-C_{4}, especialmente aquellas que se presentan en forma de haluros o sulfatos de alquilo. De manera especialmente preferente resultan las amidoaminas del ácido graso cuaternizado con metilo en forma de cloruro o metosulfato, así como los productos de transformación de las amidoaminas del ácido graso con cloruro de metilo o sulfato de dimetilo. Las reacciones correspondientes son lo de la suficiente confianza para el especialista en el estado de la técnica. El grado de cuaternización Q de las amidoaminas del ácido graso cuaternizadas puede encontrar en el ámbito del 5 al 95% de la teoría; preferiblemente oscila entre un 10 y un 50%. Con esto queda claro que la naturaleza de la presente invención consiste en proporcionar la utilización de mezclas definidas de amidoaminas del ácido graso cuaternizado o no cuaternizado, donde la relación se determina mediante el grado de cuaternización. También cabe la posibilidad, no obstante, de mezclar productos completamente cuaternizados o cuaternizados prácticamente por completo con el material de partida no cuaternizado, lo que es de especial importancia si se pretende utilizar productos con diferentes radicales acilo. En este caso, el material de partida no cuaternizado puede actuar como coemulsionantes.

Polímeros catiónicos

En una forma de realización preferida de la invención, se pueden utilizar las amidoaminas del ácido graso cuaternizado junto con polímeros catiónicos. Los polímeros catiónicos adecuados son, por ejemplo, los derivados catiónicos de la celulosa como, por ejemplo, una hidroxietilcelulosa cuaternizada, disponible bajo la denominación Polymer JR 400® de la compañía Amerchol, almidones catiónicos, copolímeros de las sales de amonio de dialilo y de acrilamidas, polímeros cuaternizados de vinilpirrolidona/vinilimidazol como, por ejemplo, Luviquat® (BASF), productos de condensación de poliglicoles y aminas, polipéptidos cuaternizados de colágeno como, por ejemplo, hidroxipropilcolágeno hidrolizado de laurildimonio (Lamequat®L/Grünau), polipéptido cuaternizado de trigo, polietilenimina, polímeros catiónicos hidrolizadoa como, por ejemplo, amidometicona, copolímeros del ácido adipínico y dimetilaminohidroxipropildietilentriamina (Cartaretine®/Sandoz), copolímeros del ácido acrílico con cloruro de dimetildialilamonio (Merquat® 550/Chemviron), colinatos, poliaminopoliamidas como, por ejemplo, las que se describen en el documento FR 2252840 A, así como sus polímeros reticulados hidrosolubles, derivados catiónicos de quitina como, por ejemplo, quitosán cuaternizado, opcionalmente distribuidos de manera microcristalina, productos de condensación de dihalogenalquileno como, por ejemplo, dibromobutano con bisdialquilaminas como, por ejemplo, bis-dimetilamino-1,3-propano, goma guar catiónica como, por ejemplo, Jaguar® CBS, Jaguar® C-17, Jaguar® C-16 de la compañía Celanese, polímeros cuaternizados de sal de amonio como, por ejemplo, Mirapol® A-15, Mirapol® AD-1, Mirapol® AZ-1 de la compañía Miranol. También se pueden utilizar polímeros a base de ácido adipínico y dietilentriamina, los cuales se encuentran en el mercado con sulfato de dimetilo, cloruro de metilo o cloruro de bencilo cuaternizado y bajo la denominación de Fibrabon®. Preferiblemente se emplean polímero catiónicos, que se contienen como monómeros o comonómeros del ácido acrílico y/o el ácido metacrílico o sus amidas. En la finalidad de la invención cabe la posibilidad de utilizar amidoaminas de ácido graso y los polímeros catiónicos, respectivamente basados en el contenido de materias sólidas, en una proporción en peso de 99,9:0,1 a 50:50, preferiblemente de 95:5 a 65:35 y en especial de 90:10 a 75:25.

Aplicabilidad industrial

Por lo general, los emulsionantes se utilizan en cantidades del 0,1 al 5% y, preferentemente, del 0,15 al 1% en peso, basado en las emulsiones bituminosas. Si se utilizan también coemulsionantes, estos se pueden haber añadido ya a la masa bituminosa o utilizarse junto con los emulsionantes. por otra parte, también resulta viable utilizar los nuevos emulsionantes en pequeñas cantidades para la modificación de la masa bituminosa y para producir la emulsión mediante la adición de otros emulsionantes.

Para la fabricación de las emulsiones se añaden preferentemente las soluciones acuosas de emulsionantes y el material bituminoso en tanques separados en un dispositivo de mezclado, en la que tiene lugar la homogeneización bajo continuo cizallamiento. Para este fin resultan adecuados, por ejemplo, un molino coloidal o un Ultra-Turrax. Los emulsionantes se mantienen habitualmente a una temperatura moderada de 50 a 70ºC, mientras que el material bituminoso, a razón de la procesabilidad y de la bombeabilidad, muestra temperaturas de más de 120ºC, preferiblemente de 140 a 150ºC.

Ejemplos

Para la fabricación de la la fase emulsionante acuosa, se dispersan las amidoaminas de ácido graso con diferentes grados de cuaternización, de manera opcional en mezcla con amidoaminas de ácido graso no cuaternizado a alrededor de 45ºC en una fase acuosa, que mediante la adición de ácido clorhídrico cambia de un valor pH de 2,5 a un valor pH de 3. La fabricación de las emulsiones bituminosas se llevó a cabo en una fábrica experimenta de la compañía Atomix. Para ello, los emulsionantes acuosos (56ºC) y el material bituminoso (140º) se introdujo en dos tanques diferentes y se mezclaron continuadamente, bajo un cizallamiento continuado (9000 rpm), con la ayuda de un molino coloidal (temperatura de la mezcla: 75ºC). Los resultados se resumen en la tabla 1.

TABLA 1 Índice de ruptura de emulsiones bituminosas (cantidades en % en peso)

Ejemplo	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Emulsionante A1 [% peso]	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
-Grado de cuaternización [%]	10	15	25	50	95	10	15	15	15
Coemulsionante B1 [% peso]	-	-	-	-	-	-	0,05	0,1	-
Coemulsionante B2 [% peso]	-	-	-	-	-	0,1	-	-	0,05
Índice de ruptura	12	14	30	15	8	84	46	120	40
Ejemplo	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Emulsionante A1 [% peso]	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
-Grado de cuaternización [%]	15	25	25	25	25	50	50	50	50
Coemulsionante B1 [% peso]	-	0,05	0,1	-	-	0,05	0,1	-	-
Coemulsionante B2 [% peso]	0,1	-	-	0,05	0,1	-	-	0,05	0,1
Índice de ruptura	60	39	90	32	60	60	180	75	120
Ejemplo	19	20	21	22	23
Emulsionante A1 [% peso]	0,75	0,75	0,75	0,75	2,0
-Grado de cuaternización [%]	25	50	25	50	15
Coemulsionante B1 [% peso]	0,05	0,1	-	-	-
Coemulsionante B2 [% peso]	-	-	0,1	0,1	-
Índice de ruptura	60	140	150	180	180
\begin{minipage}[t]{158mm}Emulsionante A1: Dimetilaminopropilamida de ácido graso de coco de metilo cuaternizado, metosulfato.\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{158mm}Coemulsionante A3: Dimetilaminopropilamida de ácido graso de coco de metilo cuaternizado, metosulfato, (Q = 95%)\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{158mm}Coemulsionante A4: Dimetilaminopropilamida de ácido graso de sebo de coco de metilo cuaternizado, metosulfato, (Q = 95%)\end{minipage}
Coemulsionante B1: Dimetilaminopropilamida de ácido graso de coco
Coemulsionante B2: Dimetilaminopropilamida de ácido graso de sebo

Claims

1. Procedimiento para el ajuste del índice de ruptura de emulsiones bituminosas, caracterizado por el hecho de que se añaden emulsionantes de amidoaminas de ácido graso cuaternizado con alquilo C_{1}-C_{4} en forma de haluros o alquilsulfatos con diferentes grados de cuaternización.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los productos de cuaternización de amidoaminas de ácido graso que se corresponden a la fórmula general (I)

(I)R^{1}CO-NH-[(CH_{2})_{n}NR^{2}]_{m}R^{3}

: en la que R^{1}CO representa un radical acilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, R^{2} y R^{3}, independientemente el uno del otro, representa hidrógeno o un resto alquilo con 1 a 3 átomos de carbono, n representa un número de 1 a 10 y m representa un número de 1 a 6.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y/o 2, caracterizado porque se utilizan amidoaminas de ácido graso metilcuaternizado en forma de cloruro o de metosulfato.

4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado porque se utilizan amidoaminas de ácido graso cuaternizado con un grado de cuaternización en el rango del 5 al 95% de la teoría.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado porque se utilizan amidoaminas de ácido graso cuaternizado en cantidades del 0,1 al 5% en peso, basado en las emulsiones bituminosas.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones de la 1 a la 5, caracterizado porque se utilizan amidoaminas de ácido graso cuaternizado junto con polímeros catiónicos.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se utilizan amidoaminas de ácido graso cuaternizado y polímeros catiónicos en una proporción en peso de 99,9:0,1 a 50:50.

8. Utilización de amidoaminas de ácido graso cuaternizado con alquilo C_{1}-C_{4} en forma de haluros o alquilsulfatos con diferentes grados de cuaternización como emulsionantes para la fabricación de emulsiones bituminosas.