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" 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-
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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
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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.
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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
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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
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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
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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,
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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.
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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
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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
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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.