<Desc/Clms Page number 1>
" Prooédé pour le traitement de matières dispersibles dans l'eau et pour la produotion de dispersions aqueuses de oes matières".
La présente invention oonoerne un procédé pour le traite- ment de matières qui sont insolubles ou presque insolubles dans l'eau tout en étant dispersibles dans l'eau, spécialement de matières bitumineuses ou hydrooarbonées telles qu'on obtient par la distillation ou le traitement d'huiles de pétrole brutes, ainsi que les résidus d'une telle distillation ou traitement, asphaltes, goudrons, poix , graisses, huiles , oires, résines et analogues, en vue d'en obtenir des disper- sions aqueuses aveo des viscosités relativement élevées.
L'invention comprend é-alement la produotion de dispersions aqueuses relativement Visqueuses de matières traitées d'après l'invention.
Pour beauooup d'usages, par exemple dans l'application des dispersions aqueuses dans la construction de routes,l'em- ploi de dispersions très visqueuses est souvent très désira-
<Desc/Clms Page number 2>
ble. Les prooédés usuels pour la production de telles disper- sions oonsistent à augmenter le pourcentage de la phase disper- se, ce qui revient à une augmentation du ooût du produit, ou ou à ajouter à la phase continue à la dispersion un agent épais- sissant, dont la présenoe peut être très xxxx indésirable. Si, toutefois, la matière bitumineuse ou autre peut être traitée de telle façon qu'un pourcentage déterminé de matière produit une visoosité plus considérable dans la dispersion, il n'est plus nécessaire d'augmenter le pourcentage de bitume ou d'ajou- ter un agent épaississant.
Il est connu que les dispersions aqueuses de certaines matières bitumineuses, telles que les asphaltes, présentent des viscosités très oonsidérables et la demanderesse a trouvé que oelles-oi sont dues à la présenoe dans la phase disperse de certains constituants, qui ont pour effet d'absorber de l'eau de la phase continue. Il a été trouvé également que l'équilibre obtenu après l'absorption de l'eau de la phase continue est réglé par les pressions osmotiques existant dans l'eau oontenu dans la matière dispersée et dans la phase oonti- nue. A l'état d'équilibre ces pressions osmotiques sont égales.
Il est connu que la viscosité d'une dispersion aqueuse dans desonditions déterminées est régie par la concentration de la phase disperse dans le système. Si maintenant cette pha- se disperse peut être amenée à enfermer de l'eau qui normale- ment constituerait une partie de la phase oontinue, la concen- tration de la phase disperse sera augmentée et il en résultera une augmentation de la visoosité.
D'après la présente invention le procédé pour le traite- ment de matières dispersibles, qui produisent normalement des dispersions aqueuses à visoosité relativement basse, en vue d'en obtenir des dispersions aqueuses à visoosité relativement plus élevée, est caractérisé par l'incorporation dans les ma- tières en question, avant leur dispersion, de substances susoep- tibles de produire une absorption d'eau de la phase continue
<Desc/Clms Page number 3>
ou aqueuse dans la phase disperse, oe qui peut être effectué spécialement en formant dans les particules dispersées de la matière des solutions présentant des pressions osmotiques qui sont originalement plus élevées que oelles présentées par la phase oontinue.
Des substances appropriées pour l'exécution du présent procédé sont en général les substances solubles dans l'eau, telles que les sels, p. ex. les chlorures , sulfates, nitra- tes, acétates, eto. des métaux alcalins, les aoides, les hydroxydes, ou en général les éleotrolytes, en outre des com- posés organiques, tels les hydrates de carbone, p. ex. le sucre de canne, les alcools , comme la glycérine ou le glyool les phénols, comme le orésol, eto. Une autre classe de substarr ces appropriées sont les oolloides lyophiles, qui, tout en n'étant pas proprement solubles dans l'eau, peuvent produire une absorption importante d'eau dans la phase disperse par le fait qu'ils gonflent ou forment un gel avec l'eau.
Dans ce cas l'équilibre osmotique résultant ne sera pas de la même na- ture que celui qui se produit lorsqu'on emploie des substances solubles dans l'eau, telles que les éleotrolytes ou hydrates de carbone, mais ressemblera plutôt à celui oonna sous le nom d'équilibre de Donnan.
Un autre exemple de substances appropriées est un compo- sé qui est soluble ou facilement dispersible dans la matière traitée et qui en contact avec l'eau produit une substance soluble dans l'eau. Ainsi, par exemple, lorsque le trichloré- thylène est mis en contact avec l'eau, ilse produira de l'aci- de ohlorhydrique. Il a été trouvé que par l'incorporation de 1% de trichloréthyléne dans des matières bitumineuses, la visoosité des dispersions aqueuses de oes matières est oonsi- dérablement augmentée.
En résumé, toute substance, qui en solution aqueuse donne lieu à une pression osmotique sensible, pourra être employée d'après l'invention.
<Desc/Clms Page number 4>
Les substances peuvent être incorporées dans la matière trn traitée à l'état solide ou en solution. Si les substances sont ajoutées à la matière en solution, le mélange peut avant d'être dispersé être soumis à un traitement, tel que dessiooation ou distillation, jusqu'à ce que le degré requis de pénétration est atteint ou que le solvant est évaporé. Toutefois, le mélange peut aussi être mis en dispersion sans subir une dessiccation au distillation.
D'après l'invention le procédé de production de disper- sions aqueuses très visqueuses dematiéres traitées comme dé- orit ci-dessus est effectué d'après n'importe quelle méthode normalement employée pour produire des dispersions de ce genre et avec ou sans l'aide d'agents émulsionnants ou dispersants et/ou stabilisants connus.
D'après l'invention il a été trouvé également que la substan- oe soluble dans l'eau, pour être effeotive, doit être disper- sée dans des partioules de telle grosseur qu'elles sont mini- mes en comparaison aveo la grosseur des particules dispersées de la matière dans la dispersion aqueuse. Su les particules de la sbbstanoe soluble dans l'eau approchantla grandeur des par- tioules dispersées de la matière, il a été trouvé qu'après l'absorption de l'eau la grosseur des globules d'eau deviendra en général trop grande pour maintenir la stabilité des parti- oules dispersées, d'où résulte une dislocation des particules dispersées, la substance soluble dans l'eau étant par suite déchargée dans la masse de la phase aqueuse oontinue, où elle aura un effet opposé à celui qui est désiré.
Dans certains cas l'incorporation de la substance soluble dans l'eau dans un état de distribution suffisamment fine est effectuée par simple mélange de la substance aveo la matière qu'il s'agit de disperser. Lorsque cette dernière est normale- ment solide, elle peut de préférence être transformée à l'état liquide ou semi-liqùide, p. ex. par chauffage.
Si une distribu- tion suffisamment fine ne se laisse pas obtenir faoilement par
<Desc/Clms Page number 5>
simple mélange de la substance soluble dans l'eau aveo la ma- tière liquéfiée, des méthodes spéciales peuvent être appliquées pour l'incorporation, Ainsi, par exemple, lorsqu'il s'agit de préparer un asphalte de distillation d'huile en.vue de la produotion de dispersions très visqueuses, une quantité appro- priée de ohlorure de sodium ou autre éleotrolyte peut être in- corporée dans l'huile brute, ou dans une huile dont les frao- tions légères sont éliminées, l'asphalte étant obtenu ensuite comme résidu de la distillation de cette huile.
Le cas éohéant, la substance soluble dans l'eau peut être mélangée d'abord à une portion de 1 a matière à disperser, et on mélange ensuite cette portion aveo le reste de la matière.Ainsi, par exemple, lorsqu'un bitume d'une pénétration 300 doit être préparé pour être mis en dispersion en mélangeant de l'huile lourde de ohauffage avec un bitume plus dur, on peut d'abord traiter l'huile de ohauffage ou une partie de oelle-oi aveo la substance soluble dans l'eau, et cette huile est alors ajoutée au bitume dur, ou au bitume dur qui est fluxé aveo la portion non-traitée de l'huile de chauffage%
En vue de l'obtention d'une distribution suffisamment fine de la substance soluble dans l'eau dans la matière à traiter,
on peut ajouter à la matière avant sa dispersion dans l'eau une quantité minima d'un agent dispersant propre à la produotion d'une dispersion du type eau-dans-huile, à la suite de quoi il devient possible d'incorporer dans la matière une certaine quantité de la substance soluble dans l'eau sous forme d'une dispersion eau-dans-huile. En d'autres mots, lanatière telle que finalement dispersée dans l'eau contient la substance solu- ble dans un état dispersé, la dispersion en question étant pro- duite par l'addition d'un agent facilitant la dispersion eau- dans-huile de la substance soluble.
Des exemples de oes agents sont les savons insolubles dans l'eau, tels q e les oléates, stéarates, résinates, sulfonates d'aluminium: de magnésium, ou de
<Desc/Clms Page number 6>
calcium ou substances analogues, qui sont solubles ou dispersi- bles dans la matière à traiter.
Dans la pratique de cette forme d'exécution de l'inven- tion, la substance soluble dans l'eau et l'agent dispersant eau-dans-huile peuventêtre ajoutés séparément. la matière à dis- perser; ou bien on peut d'abord préparer une dispersion de la substance soluble dans cet agent dispersant et cette disper- sion peut ensuite être ajoutée à la matière à traiter, qui au besoin peut'ensuite être soumise à un traitement tel que dessio- oation ou distillation, avant d'être mise en dispersion.
Tel qu'il est dit oi-dessus, la substance soluble dans l'eau peut seulement exercer son action d'augmenter la visoosi- té aussi longtemps qu'elle reste incorporée dans les particules dispersées de la matière; lorsqu'elle est déchargée dans la phase continue elle aura un effet oontraire à l'effet requis. IL est par conséquent important d'exécuter le procédé de telle façon que la dispersion de la substance soluble dans l'eau dans les partioules de la matière reste intaote pendant un tenps utile.
Le prooédé d'aprés l'invention per met un contrôle très avantageux des viscosités à produire dans les dispersions finales. Ainsi, par exemple, dans la fabrication de disper- sions bitumineuses, telles que pour la construction de rouies, par des procédés connus, il sera possible dans beaucoup de cas d'augmenter la viscosité de la dispersion finale jusqu'à 2 et! à 3, ou même 4 à 5 fois la visoosité obtenue dans l'opération normale sans l'application du procédé d'après l'invention.
Les dispersions obtenues avec des matières bitumineuses ou autres traitées d'après l'invention, en commun aveo le. s dis- persions de visoosité comparable mais non-préparées de cette façon, présentent une augmentation de viscosité dans la période suivant imnédiatement la fabrication de la dispersion, de sorte que la viscosité atteint un maximum pour descendre ensuite à une
<Desc/Clms Page number 7>
valeur moins élevée qui reste plus ou moins constante.
En général lorsque le présent prooédé est exéouté de façon appropriée, les viscosités produites seront relative- ment stables, o.à.d. il n'y aura pas de rétrogression anor- male de la visoosité pendant la période normale de oonserva- tion de la dispersion. Il a été trouvé que la rétrogression éventuelle peut être plus minima que celle qui se produit normalement dans les dispersions visqueuses fabriquées sans l'application de la présente invention.
Dans la pratique de l'invention il a été trouvé que les substances employées pour la production d'une dispersion eau-dans-huile de la substance soluble dans l'eau dans la matière à traiter ont également pour effet de produire une visoosité très stable. Dans des cas spéciaux il peut être avantageux d'ajouter une substance agissant spécialement comme stabilisateur de la viscosité, ce stabilisateur étant ajouté de préférence ensemble avec la substance soluble dans l'eau. Des exemples de stabilisateurs de ce genre sont les sulfonates alcalins, la gomme dammair et autres substan- oes agissant de la même façon.
Les exemples suivants servent pour illustrer davantage le traitement de matières dispersibles et la production de dispersions de ces matières d'après l'invention :
1. Dans une huile brute asphalteuse ou dans une huile, dont les fractions légères sont déjà séparées, on introduit 1,75 % en poids d'une solution aqaause contenant 0,57 % de chlorure de sodium, par passages successifs par un désin- tégrateur à rotation rapide du type généralement désigné comme moulin à colloïdes, ou autre appareil produisant un mélange intime.
L'huile ainsi traitée est soumise à une distilla- tion nonnale de façon à produire un asphalte résiduaire ap- proprié pour la couverture de routes et la distillation est poussée jusqu'à ce que le résidu a une pénétration de 200,
<Desc/Clms Page number 8>
déterminée par la méthode généralement adoptée. Cet asphalte est alors dispersé aveo une solution aqueuse de 1,5 % d'oléate de potassium à l'aide d'un moulin Hurrel de façon à produire une dispersion oontenant 58 % de bitume. La visoosité de cette dis- persion est de 0,37 poises.
A titre de comparaison une dispersion est faite dans des conditions analogues aveo l'asphalté obtenu par distillation de la même huile ( non-traitée au chlorure desodium) au même degré de pénétration, et cette dispersion présente une, visoosi- té de 0.25 poises.
2. Dans un asphalte résiduaire de pétrole originaire du Venézuela, qui a été distillé jusqu'à la pénétration 300, 3.4 % en poids xx d'une solution oontenant 0,57 % de ohlorure de so- dium est introduit comme dans l'exemple 1, l'asphalte étant liquéfié par ohauffage à environ 90-120 C. Unedisperson est préparée comme dans l'exemple 1 aveo une teneur en bitume de 58 % et présente une viscosité de 0,44 poises.
Une dispersion préparée à titre de comparaison aveo al même asphalte non-traité au ohlorure de sodium à une viscosité de 0,12 poises.'
3. Dans les mêmes conditions générales oonme oi-dessus 0,2 % d'une solution aqueuse de 20 % de nitrate de soude est introduit moyennant agitation intime dans la matière à disper- ser après quoi cette de mière est dispersée dans une quantité sensiblement égale d'une solution aqueuse oontenant un 1 % d'oléate de potassium et 0.05 % d'hydroxyde de potassium.
4. Dans les mêmes conditions générales comme ci-dessus 0,1 % d'une solution oonoentrée d'aoide ohlorhydrique est in- troduit moyennant agitation intime dans la matière à disper- ser, après quoi cette dernière est dispersée dans environ la même quantité d'une, solution aqueuse oontenant 1 % d'oléate de potassium et un excès suffisant d'aloali pour neutraliser l'aoide ohlorhydrique et maintenir une légère alcalinité dans la dispersion finale.
<Desc/Clms Page number 9>
5. Un asphalte provenant de la distillation d'une hui- le du Venezuela est traité aveo un mélange homogène préalable- ment préparé de 0,2 % d'oléate ou stéarate d'aluminium; 0,05 % de chlorure de potassium, 0,1 à 0,5 % de kérosene ou autre huile minérale et 0,4 % d'eau, oes pourcentages étant en poids de la matière asphaltique. Le mélange est dispersé dans une quantité sensiblement égale d'une solution aqueuse contenant 1 % d'oléate de potassium et 0,05 % d'hydro- xyde de potassium.
6. La même matière comme dans l'exemple 5, est traitée avec 0,6 % en poids d'un mélange homogène oontenant 50 % de sulfonate de magnésium ( provenant de la sulfonation d'une huile minérale) , 25 % d'huile de spindle, 10 % de chlorure de sodium et 15 % d'eau, et ensuite dispersée oomme dans l'exemple 5.
7. 0.3 - 0.5 % de glycérine est mélangé intimement dans un asphalte du genre mentionné dans l'exemple 2, liquéfié par chauffage à 90-120 C et la matière est alors dispersée comme dans l'exemple 5.
8. Dans l'exemple 7 une partie de la glycérine est remplacée par un sel alcalin, employant p. ex. 0,2 % de glyoérine et 0,02 % de chlorure de sodium (en poids de la ma- tière à traiter), les dits ingrédients étant mélangés inti- mement avant leur incorporation dans la matière à disperser.
9. Dans un des exemples 7 ou 8, la glycérine, aveo ou sans addition de sel, est mélangée aveo une quantité de sulfo- nate de sodium soluble dans l'huile dans la proportion de 0,01 % en poids de la matière à disperser.
10. Des quantités égales d' ne solution aqueuse de 20 % d'acétate de sodium et d'nne solution de 4 % de gomme dammar dans l'huile sont émulsionnées ensemble et 1 % de ce mélange est ajouté avec agitation intime à un asphalte de distillation d'huile chauffé à 90-120 C. , qui est alors dispersécomme
<Desc/Clms Page number 10>
dans l'exemple 5.
11. 1 % d'une solution de 20 % de gélatine dans l'eau est incorporé dans la matière bitumineuse liquéfiée, qui est alors dispersée d'une façon oonnue.
Il est entendu que quoique les exemples oi-dessus se rap- portent spécialement à des résidus de distillation d'huile, l'invention est applicable d'une façon analogue à d'autres ma- tières dispersibles, comme mentionnées dans l'introduction de la présente desoription .
L'invention oomprend également comme un de ses éléments le oontrôle des viscosités des dispersions aqueuses de matières diipersibles, aussi bien les dispersions qui présentent naturel- lement une visoosité élevée que oelles qui sont préparées de matières traitées d'après la présente invention. Ce oontrôle est basé sur la différence entre les pressions osmotiques ré- gnant dans les partioules dispersées de la matière et dans la phase oontinue. Aussi, si une dispersion a une haute viscosité qu'il s'agit de diminuer, il suffit d'introduire une quantité de substance soluble dans la phase oontinue. Lorsque l'équilibre des pressions osmotiques est troublé, de l'eau passera des par- tioules de matière dispersée dans la phase continue jusqu'à ce que cet équilibre est rétabli. Il en résultera une diminution de la visoosité de la dispersion.
Le réglage des viscosités mentionné dans le paragraphe préoédent est d'une grande importanoe pratique, parce que dans l'exécution pratique des prooédés de dispersion il est dans bien des cas très diffioile de prévoir exactement le degré de viscosité qui sera obtenu dans la dispersion finale. Aussi, par exemple, si on emploie comme matière à disperser une oertai- ne sorte d'asphalte, il peut fréquemment arriver en pratique que deux quantités successives d'asphalte de la même origine donnent des dispersions de viscosités différentes, par suite de la présente de pourcentages différents des constituants qui
<Desc/Clms Page number 11>
affeotent les pressions osmotiques.
De même lorsque on traite des)matières à disperser d'après l'invention en y inooxporant des substances solubles dans l'eau, l'effet de ce traitement pet peut être qu'un degré exoessif de viscosité est produit dans la dispersion aqueuse préparée aveo la matiére % ainsi trai- tée. Dans tous oes cas il sera possible de régler la visoosité à un degré convenable, en ajoutant une quantité appropriée de substance soluble dans l'eau.
Des substances utilisables pour produire une réduction de visoosité sont par exemple des éleotrolytes qui sont exempts d'une aotion ooagulante marquée, tels que les hydroxydes ou les sels alcalins, ou des composés organiques. Ces substances peu- vent être ajoutées à la phase continue avant ou après la dispersion.
<Desc / Clms Page number 1>
"Process for the treatment of water dispersible materials and for the production of aqueous dispersions of such materials".
The present invention provides a process for the treatment of materials which are insoluble or nearly insoluble in water while being dispersible in water, especially bituminous or hydro-carbonaceous materials as obtained by the distillation or treatment of water. crude petroleum oils, as well as the residues of such distillation or treatment, asphalts, tars, pitch, fats, oils, blacks, resins and the like, to obtain aqueous dispersions thereof with relatively high viscosities .
The invention also includes the production of relatively viscous aqueous dispersions of materials treated according to the invention.
For many purposes, for example in the application of aqueous dispersions in road construction, the use of highly viscous dispersions is often much desired.
<Desc / Clms Page number 2>
corn. The usual methods for the production of such dispersions consist in increasing the percentage of the dispersed phase, which amounts to an increase in the cost of the product, or or in adding to the continuous phase to the dispersion a thickening agent. , the presence of which can be very unwanted xxxx. If, however, the bituminous or other material can be treated in such a way that a determined percentage of material produces a greater viscosity in the dispersion, it is no longer necessary to increase the percentage of bitumen or to add. a thickening agent.
It is known that the aqueous dispersions of certain bituminous materials, such as asphalts, have very oonsiderable viscosities and the Applicant has found that these are due to the presence in the dispersed phase of certain constituents, which have the effect of absorb water from the continuous phase. It has also been found that the equilibrium obtained after absorption of water from the continuous phase is controlled by the osmotic pressures existing in the water contained in the dispersed material and in the continuous phase. At equilibrium these osmotic pressures are equal.
It is known that the viscosity of an aqueous dispersion under determined conditions is governed by the concentration of the phase dispersed in the system. If now this dispersed phase can be made to enclose water which would normally constitute part of the continuous phase, the concentration of the dispersed phase will be increased and there will be an increase in visoosity.
According to the present invention the process for treating dispersible materials which normally produce relatively low viscosity aqueous dispersions to obtain relatively higher viscosity aqueous dispersions is characterized by the incorporation into the materials in question, before their dispersion, of substances liable to produce water absorption of the continuous phase
<Desc / Clms Page number 3>
or aqueous in the dispersed phase, which can be carried out especially by forming in the dispersed particles of the material solutions having osmotic pressures which are originally higher than those exhibited by the continuous phase.
Substances suitable for carrying out the present process are generally water-soluble substances, such as salts, e.g. ex. chlorides, sulphates, nitrates, acetates, eto. alkali metals, aoids, hydroxides, or in general electrolytes, in addition organic compounds, such as carbohydrates, eg. ex. cane sugar, alcohols, such as glycerin or glyool, phenols, such as oresol, eto. Another class of suitable substances are the lyophilic oolloids, which, while not properly soluble in water, can produce significant water absorption in the dispersed phase by swelling or forming a gel. with water.
In this case the resulting osmotic equilibrium will not be of the same nature as that which occurs when water-soluble substances, such as electrolytes or carbohydrates, are employed, but will rather resemble that oonna under the equilibrium name of Donnan.
Another example of suitable substances is a compound which is soluble or readily dispersible in the material being treated and which in contact with water produces a water soluble substance. Thus, for example, when trichlorethylene is contacted with water, it will produce hydrochloric acid. It has been found that by the incorporation of 1% trichlorethylene in bituminous materials the viscosity of aqueous dispersions of these materials is significantly increased.
In summary, any substance which in aqueous solution gives rise to a substantial osmotic pressure can be used according to the invention.
<Desc / Clms Page number 4>
The substances can be incorporated into the treated material in solid state or in solution. If the substances are added to the material in solution, the mixture may before being dispersed be subjected to treatment, such as desioation or distillation, until the required degree of penetration is reached or the solvent is evaporated. However, the mixture can also be dispersed without undergoing desiccation during distillation.
According to the invention the process for producing highly viscous aqueous dispersions of materials treated as above is carried out by any method normally employed to produce such dispersions and with or without the invention. using known emulsifying or dispersing and / or stabilizing agents.
According to the invention it has also been found that the water soluble substance, in order to be effective, must be dispersed in particles of such size that they are minimal in comparison with the size of the particles. dispersed particles of the material in the aqueous dispersion. As the particles of the water soluble sbbstanoe approach the size of the dispersed particles of the material, it has been found that after the absorption of water the size of the water globules will in general become too large to maintain. the stability of the dispersed particles, which results in dislocation of the dispersed particles, the water soluble substance being consequently discharged into the bulk of the continuous aqueous phase, where it will have an effect opposite to that desired.
In some cases the incorporation of the water-soluble substance in a sufficiently fine state of distribution is effected by simple mixing of the substance with the material to be dispersed. When the latter is normally solid, it can preferably be processed in the liquid or semi-liquid state, e.g. ex. by heating.
If a sufficiently fine distribution cannot be easily obtained by
<Desc / Clms Page number 5>
By simply mixing the water-soluble substance with the liquefied material, special methods can be applied for the incorporation, Thus, for example, when it comes to preparing an asphalt for oil distillation in. In view of the production of highly viscous dispersions, an appropriate amount of sodium chloride or other electrolyte can be incorporated into the crude oil, or into an oil from which the light fractions are removed, the asphalt being obtained. then as a residue from the distillation of this oil.
If so, the water soluble substance can be mixed first with a portion of the dispersing material, and then this portion is mixed with the remainder of the material. Thus, for example, when a bitumen dries up. 'A 300 penetration must be prepared for dispersion by mixing heavy heating oil with harder bitumen, one can first treat the heating oil or part of it with the soluble substance in water, and this oil is then added to the hard bitumen, or to the hard bitumen which is fluxed with the untreated portion of the heating oil%
In order to obtain a sufficiently fine distribution of the water-soluble substance in the material to be treated,
a minimum quantity of a dispersing agent suitable for the production of a dispersion of the water-in-oil type can be added to the material before its dispersion in water, as a result of which it becomes possible to incorporate in the material a quantity of the water soluble substance as a water-in-oil dispersion. In other words, the material as finally dispersed in water contains the soluble substance in a dispersed state, the dispersion in question being produced by the addition of a water-in-oil dispersion facilitating agent. of the soluble substance.
Examples of these agents are soaps insoluble in water, such as oleates, stearates, resinates, aluminum sulphonates: of magnesium, or of
<Desc / Clms Page number 6>
calcium or similar substances which are soluble or dispersible in the material to be treated.
In the practice of this embodiment of the invention, the water soluble substance and the water-in-oil dispersing agent may be added separately. the material to be dispersed; or a dispersion of the soluble substance can first be prepared in this dispersing agent and this dispersion can then be added to the material to be treated, which if necessary can then be subjected to a treatment such as desiccation or distillation, before being dispersed.
As stated above, the water soluble substance can only exert its action of increasing the viscosity as long as it remains incorporated into the dispersed particles of the material; when discharged in the continuous phase it will have an effect contrary to the required effect. It is therefore important to carry out the process such that the dispersion of the water soluble substance in the portions of the material remains intact for a useful time.
The prooédé according to the invention allows very advantageous control of the viscosities to be produced in the final dispersions. Thus, for example, in the manufacture of bituminous dispersions, such as for the construction of wheels, by known methods, it will in many cases be possible to increase the viscosity of the final dispersion up to 2 and! to 3, or even 4 to 5 times the visoosity obtained in normal operation without the application of the process according to the invention.
The dispersions obtained with bituminous or other materials treated according to the invention, together with the. s dispersions of comparable viscosity, but not prepared in this way, show an increase in viscosity in the period immediately following the manufacture of the dispersion, so that the viscosity reaches a maximum and then drops to a
<Desc / Clms Page number 7>
lower value which remains more or less constant.
In general, when the present process is carried out properly, the viscosities produced will be relatively stable, o.a.d. there will be no abnormal retrogression of visoosity during the normal period of retention of dispersion. It has been found that the possible retrogression can be less than that which normally occurs in viscous dispersions made without the application of the present invention.
In the practice of the invention it has been found that the substances employed for the production of a water-in-oil dispersion of the water-soluble substance in the material to be treated also have the effect of producing a very stable viscosity. . In special cases it may be advantageous to add a substance which acts especially as a viscosity stabilizer, this stabilizer preferably being added together with the water soluble substance. Examples of such stabilizers are alkali sulphonates, air gum and other substances acting in the same way.
The following examples serve to further illustrate the processing of dispersible materials and the production of dispersions of such materials according to the invention:
1. Into a crude asphalt oil or in an oil, the light fractions of which are already separated, 1.75% by weight of an aqaause solution containing 0.57% of sodium chloride is introduced by successive passes through a disinfectant. Fast rotating tegrator of the type generally referred to as a colloid mill, or other apparatus producing an intimate mixture.
The oil thus treated is subjected to a standard distillation so as to produce a tailings asphalt suitable for the covering of roads and the distillation is carried out until the residue has a penetration of 200,
<Desc / Clms Page number 8>
determined by the method generally adopted. This asphalt is then dispersed with an aqueous solution of 1.5% potassium oleate using a Hurrel mill so as to produce a dispersion containing 58% bitumen. The visibility of this dispersion is 0.37 poises.
For comparison, a dispersion is made under similar conditions with the asphalt obtained by distillation of the same oil (not treated with sodium chloride) at the same degree of penetration, and this dispersion has a viscosity of 0.25 poise.
2. In a residual petroleum asphalt originating in Venézuela, which has been distilled to penetration of 300, 3.4% by weight xx of a solution containing 0.57% sodium chloride is introduced as in the example. 1, the asphalt being liquefied by heating to about 90-120 C. Unedisperson is prepared as in Example 1 with a bitumen content of 58% and has a viscosity of 0.44 poises.
A dispersion prepared for comparison with the same asphalt untreated with sodium chloride at a viscosity of 0.12 poises.
3. Under the same general conditions as above 0.2% of a 20% aqueous solution of sodium nitrate is introduced with intimate agitation into the material to be dispersed after which this material is dispersed in a substantially equal to an aqueous solution containing 1% potassium oleate and 0.05% potassium hydroxide.
4. Under the same general conditions as above 0.1% of an input solution of hydrochloric acid is introduced with intimate agitation into the material to be dispersed, after which the latter is dispersed in about the same amount. of an aqueous solution containing 1% potassium oleate and sufficient excess of aloali to neutralize the hydrochloric acid and maintain a slight alkalinity in the final dispersion.
<Desc / Clms Page number 9>
5. An asphalt obtained from the distillation of a Venezuelan oil is treated with a previously prepared homogeneous mixture of 0.2% aluminum oleate or stearate; 0.05% potassium chloride, 0.1 to 0.5% kerosene or other mineral oil and 0.4% water, these percentages being by weight of the asphaltic material. The mixture is dispersed in a substantially equal amount of an aqueous solution containing 1% potassium oleate and 0.05% potassium hydroxide.
6. The same material as in Example 5 is treated with 0.6% by weight of a homogeneous mixture containing 50% of magnesium sulfonate (from the sulfonation of mineral oil), 25% oil. of spindle, 10% sodium chloride and 15% water, and then dispersed as in Example 5.
7. 0.3-0.5% of glycerin is intimately mixed in an asphalt of the kind mentioned in Example 2, liquefied by heating at 90-120 C and the material is then dispersed as in Example 5.
8. In Example 7 part of the glycerin is replaced by an alkali salt, employing p. ex. 0.2% of glyoerin and 0.02% of sodium chloride (by weight of the material to be treated), the said ingredients being mixed thoroughly before their incorporation into the material to be dispersed.
9. In one of Examples 7 or 8, the glycerin, with or without the addition of salt, is mixed with an amount of oil-soluble sodium sulfonate in the proportion of 0.01% by weight of the material to be disperse.
10. Equal amounts of a 20% aqueous solution of sodium acetate and a 4% solution of dammar gum in oil are emulsified together and 1% of this mixture is added with thorough stirring to an asphalt. distillation of oil heated to 90-120 C., which is then dispersed as
<Desc / Clms Page number 10>
in example 5.
11. 1% of a 20% solution of gelatin in water is incorporated into the liquefied bituminous material, which is then dispersed in a known manner.
It is understood that although the above examples relate especially to oil distillation residues, the invention is analogously applicable to other dispersible materials, as mentioned in the introduction to. the present description.
The invention also includes as one of its elements the control of the viscosities of aqueous dispersions of diipersible materials, both those dispersions which naturally exhibit a high viscosity and those which are prepared from materials treated according to the present invention. This control is based on the difference between the osmotic pressures prevailing in the dispersed particles of the material and in the continuous phase. Also, if a dispersion has a high viscosity which it is a question of reducing, it suffices to introduce a quantity of soluble substance into the continuous phase. When the equilibrium of osmotic pressures is disturbed, water will pass from the dispersed material parts in the continuous phase until this equilibrium is reestablished. This will result in a decrease in the visibility of the dispersion.
The adjustment of the viscosities mentioned in the previous paragraph is of great practical importance, because in the practical execution of the dispersion procedures it is in many cases very difficult to predict exactly the degree of viscosity which will be obtained in the final dispersion. . Also, for example, if one employs as the material to be dispersed a certain kind of asphalt, it may frequently happen in practice that two successive quantities of asphalt of the same origin give dispersions of different viscosities, as a result of the present invention. different percentages of the constituents which
<Desc / Clms Page number 11>
affect osmotic pressures.
Likewise, when the materials to be dispersed according to the invention are treated by inoxorating therein with substances soluble in water, the effect of this treatment may be that an excessive degree of viscosity is produced in the aqueous dispersion prepared. with the material% thus treated. In any case it will be possible to adjust the visoosity to a suitable degree by adding an appropriate amount of water soluble substance.
Substances which can be used to produce a reduction in visosity are, for example, electrolytes which are free from a marked ooagulant action, such as hydroxides or alkali salts, or organic compounds. These substances can be added to the continuous phase before or after the dispersion.