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RESEARCH PRODUCTS CORPORATION, résidant à MADISON, Wisconsin (E.U.A.) .
PROCEDE D'OBTENTION DE PRODUITS DE VISCOSITE ELEVEE A BASE D'HUILE DE PETROLE ET PRODUITS OBTENUS PAR CE PROCEDE.
La présente invention est relative à un procédé d'obtention de produits de viscosité élevée à base d'une huile de pétrole de viscosité re- lativement faible, ce procédé permettant d'obtenir des produits dont la con- sistance peut aller de celle d'un liquide fortement visqueux à celle d'un solide pâteux et plastique. Une application particulière de l'invention réside dans la formation d'une composition adhésive, pâteuse et plastique à appliquer aux surfaces d'un filtre à air du type à impacto Une autre ap- plication de la présente invention réside dans la fabrication de pommades, d'onguents et de crèmes cosmétiques. L'invention concerne également les produits de viscosité élevée obtenus par le procédé en question.
L'invention a pour objet un procédé de formation de produits de viscosité élevée par épaississement d'huile de pétrole, ce procédé étant simple, peu coûteux et permettant un contrôle aisé de la viscosité du.pro- duit.
L'invention a encore pour objet un procédé, tel que défini dans le paragraphe précédent, dans lequel on n'a besoin que d'une faible quantité d'agent épaississant.
L'invention a encore pour objet, dans le cas de la fabrication d'un adhésif pour filtre à air, un procédé d'obtention d'un produit de vis - cosité élevée, présentant les caractéristiques mentionnées plus haut et possédant d'excellentes propriétés de captation des poussières.
D'autres objets de l'invention apparaîtront au cours de la des- cription suivante.
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En bref, l'invention consiste à dissoudre du polyéthylène dans l'huile de pétrole servant de base et à refroidir rapidement la solution dans une gamme de températures, dans laquelle la solution,constituée par un liquide transparent sensiblement clair, se transforme en un liquide trouble. Conformément à l'invention, on a découvert qu'un tel refroidis- sement rapide donne lieu à un effet d'épaississement remarquable, tel qu'une huile fluide est transformée en une pâte épaisse, lorsqu'elle con- tient du polyéthylène à raison de 2% seulement par rapport à la composi- tion.
On peut utiliser, comme base, une huile de pétrole présentant n'importe quelle viscosité désirée. Pour l'obtention de pommades, de crè- mes cosmétiques, etc.., on utilise, de préférence, une huile blanche for- tement raffinée, comme base. Comme agent épaississant, on peut faire usa- ge d'un produit de polymérisation de l'éthylène, dont le poids moléculaire est de 3500 ou davantage, ce poids moléculaire étant déterminé par le pro- cédé au plastomètre de Williams, décrit dans "Journal of Industrial and Engineering Chemistry", volume 16, n 4, page 362 (1924). On a constaté que, lorsqu'on utilise la même proportion de polymère, l'effet d'épaissis- sement augmente, lorsque le poids moléculaire du polymère augmente.
Il est souhaitable d'utiliser un polymère, dont le poids moléculaire est d'au moins 3500 et les polymères, dont le poids moléculaire va de 7000 à plus de 26.000 ont donné, comme on l'a constaté, d'excellents résultats.
La proportion de polyéthylène, qui est mélangée à l'huile de pétrole, peut varier dans de larges limites, selon la viscosité que l'on désire conférer à la composition finale. L'effet d'épaississement augmen- te à mesure qu'augmente la proportion de polyéthylène. Etant donné que la viscosité augmente aussi, lorsque le poids moléculaire croît, comme on l'a noté plus haut, les proportions requises pour produire le même ef- fet épaississant sont moindres qu'avec du polyéthylène de poids moléculai- re plus élevé. Une quantité minime de polyéthylène produit un certain ef- fet d'épaississement, bien que cet effet puisse être difficile à mesurer.
Lorsque le polyéthylène utilisé présente un poids moléculaire d'au moins 3500, on a constaté qu'une quantité de 1% seulement de la composition pro- duit un effet d'épaississement important. Bien que l'on puisse, si on le désire, utiliser n'importe quelle quantité de polyéthylène, il n'est pas nécessaire d'en employer plus de 10 % par rapport à la composition, pour obtenir une masse solide rigide avec une huile de pétrole de faible visco- sité.
Dans la descriptionsuivante et dans les revendications qui la terminent, lorsqu'il est question des proportions de polyéthylène, celles-ci sont basées sur le poids de la composition formée par l'huile et le polyé- thylène.
Dans le premier stade du procédé d'obtention d'un produit de viscosité élevée, le polyéthylène est dispersé dans l'huile de pétrole.
Bien qu'il soit possible d'obtenir cette dispersion, en malaxant un mélange de l'huile et du polymère à température ordinaire, cette dispersion est obte- nue plus facilement, en mélangeant l'huile et le polymère et en chauffant le mélange, tout en agitant, à température élevée, par exemple à 75 C ou davantage et, de préférence, à 110 - 130 C. Le polymère se dissout graduel- lement dans l'huile, jusqu'à disparaître complètement, à tel point qu'on ob- tient un liquide transparent et claire A ce moment, on présume que la solu- tion est sensiblement complète.
Dans le mode opératoire décrit ci-avant, les proportions fina- les désirées d'huile et de polymère sont mélangées initialement et agitées jusqu'à obtention d'une solution claire. Selon un mode opératoire préféré, on prépare d'abord un mélange d'huile et de polyéthylène, contenant une con- centration en polyéthylène plus élevée que celle que l'on désire obtenir
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dans le produit final, et on chauffe le mélange à température élevée, tout en agitant, jusqu'à ce que tous les morceaux et particules de polyéthylène solide aient disparu et jusqu'à ce qu'une masse homogène fortement visqueuse soit obtenue. On ajoute alors de l'huile, de manière à former une solution présentant les proportions finales requises des deux constituants.
Dans ce mode opératoire, des mélanges de certaines proportions donnent assez aisément lieu à la formation d'une masse homogène fortement visqueuse. Avec de l'hui- le de pétrole présentant une viscosité Saybolt de 300 à 38 G et avec du polyéthylène dont le poids moléculaire va de 18000 à 20.000, on obtient une masse fortement visqueuse à l'aide d'un mélange contenant 20 à 50 % de poly- éthylène. Après formation de la masse visqueuse, on y ajoute de l'huile, tout en agitant, jusqu'à ce que les proportions finalesdésirées soient attein- tes. A ce moment, on arrête l'addition d'huile. Une dissolution complète est obtenue plus facilement de cette manière que par le procédé consistant à mélanger initialement les proportions finales d'huile et de polymère.
La température nécessaire pour la formation de la masse homogène visqueuse est supérieure à 75 C et, de préférence, de 110 - 130 C. Pendant l'addition de l'huile à la masse, la température ne doit pas être élevée, mais peut pré- senter n'importe quelle valeur désirée.
Après la formation de la solution, de la manière décrite, cette solution se présente sous la forme d'un liquide, dont la viscosité n'est que légèrement supérieure à celle que présente à la même température le consti- tuant huileux seul qui y est contenu. Cette solution est alors refroidie rapidement dans la gamme de températures voulue, pour obtenir l'accroisse- ment marqué de viscosité, qui constitue l'objet de la présente invention.
L'augmentation de viscosité s'accompagne de la formation d'un trouble, c'est- à-dire que la solution, constituée par un liquide clair, devient carrément trouble. Il existe une relation entre l'effet d'épaississement et l'effet de formation de trouble, les deux phénomènes se produisant simultanément et l'effet de formation de trouble pouvant être employé comme un moyen convena- ble de contrôle pour obtenir l'augmentation voulue de viscosité. La tempéra- ture à laquelle la formation d'un trouble commence à se manifester, varie selon le poids moléculaire du polyéthylène, de la manière indiquée dans le tableau suivant.
EMI3.1
<tb>
Poids <SEP> moléculaire <SEP> Température <SEP> C
<tb>
<tb> 3.700 <SEP> 55
<tb> 7.000 <SEP> 63
<tb> 18.000 <SEP> à <SEP> 20. <SEP> 000 <SEP> 78
<tb> 24.000 <SEP> à <SEP> 26.000 <SEP> 80
<tb>
La formation du trouble se poursuit et le trouble augmente lorsque le refroidissement s'opère sur une gamme de plusieurs degrés. On suppose que la cause de ce phénomène réside dans le fait que le poids molé- culaire du polyéthylène n'est pas exact, mais constitue plutôt la moyenne d'une série de poids moléculaires. Lorsqu'on utilise un mélange de poly- éthylènes de poids moléculaires différents, le trouble se forme dans une gamme de températures. Ainsi, si on fait usage d'un mélange de polyéthy- lènes dont les poids moléculaires sont de 3700 et 20. 000, la formation du trouble a lieu dans la gamme de températures allant de 78 C à 55 C.
Pour la simplicité de la description, l'intervalle, dans lequel se forme le trouble, sera désigné dans le présent mémoire comme étant le point de trou- ble.
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La solution est d'abord amenée à une température supérieure au point de trouble et est ensuite refroidie rapidement par n'importe quelle méthode appropriée d'échange thermique, jusqu'à une température inférieure au moint de trouble. Pour obtenir des résultats satisfaisants, le refroidis- sement doit se faire à raison d'au moins 1 C par minute. L'effet d'épaissis- sement est remarquable dans ces conditions et est d'autant plus prononcé que la gamme de températures, dans laquelle la dispersion est refroidie, s'é- largit. Un épaississement substantiel a été obtenu en refroidissant la so- lution de 100C. Lorsqu'on utilise du polyéthylène de poids moléculaire al- lant jusqu'à 26.000, un épaississement marqué a été obtenu en refroidissant la solution d'une température de 81 C ou davantage jusqu'à une température de 35 C ou moins.
Lerefroidissement se fait, de préférence, jusqu'à la température ambiante, c'est-à-dire jusqu'à 20 C environ. L'effet d'épaissis- sement est également accru, lorsque la vitesse de refroidissement augmente.
Un épaississement appréciable a été obtenu en opérant un refroidissement à raison d'l C par minute et un épaississement de plus en plus important a été obtenu en opérant le refroidissement à raison de 3, 5, 9 C et davantage par minute. Des résultatsremarquables ont été obtenus en opérant le refroi- dissement à raison d'un millier de degrés centigrade par minute ou davantage et des vitesses de refroidissement de l'ordre de 80000C par minute ont été utilisées avec succès. En suivant le procédé selon l'invention, des résul- tats satisfaisants ont été obtenus en refroidissant depuis une température de 80 C ou davantage jusqu'à une température de 35 C ou moins, en l'espa- ce d'une minute ou moins, et un refroidissement de 85 C à 35 C a été opéré en moins de 0,1 minute.
Ce procédé donne une vitesse de refroidissement d'au moins 45 C par minute.
Dans un mode satisfaisant de refroidissement, on fait couler la solution chauffée, sous la forme d'une couche mince, sur une surface d'une mince feuille en une matière fortement conductrice de la chaleur, notamment en métal, la surface opposée de cette feuille étant refroidie par un agent refroidissant approprié, tel que l'eau.
On donnera ci-après quelques exemples illustrant le procédé suivant l'invention. Le premier exemple se rapporte à la fabrication d'un adhésif pour des filtres servant à filtrer de l'air ou d'autres gaz, tandis que le second exemple concerna la fabrication d'une base pour pommades, on- guents et crèmes cosmétiques. Il est évident que le mode de préparation de produits de viscosité élevée, à partir d'huile de pétrole de faible viscosi- té, pour la préparation des produits particuliers susmentionnés, n'est pas limité aux stades opératoires décrits dans les exemples.
EXEMPLE I
On prépare un mélange contenant 80 % d'huile de pétrole présen- tant une viscosité Saybolt de 300 secondes à 38 C et 20 % d'un polyéthylè- ne présentant un poids moléculaire de 18.000 à 20.000. Le mélarge est chauffé à une température de 130 C, tout en agitant, jusqu'à obtention d'une masse homogène fortement visqueuse, sensiblement sans excès d'huile li- quide. On ajoute une quantité supplémentaire d'huile à la masse, en agitant, jusqu'à ce que la concentration de polyéthylène ait été réduite à environ 2 % de la composition. L'agitation est poursuivie jusqu'à obtention d'un liquide transparent et clair. Cette solution liquide peut ensuite être sto- ckée ou soumise immédiatement à l'opération de refroidissement rapide.
Pour cette opération, sa température est ajustée à 110 - 130 C, après quoi la solution est versée, sous la forme d'une mince couche, sur la surface exté- rieure d'un cylindre rotatif en tôle métallique. Un courant d'eau froide, par exemple à une température de 35 C ou moins, est dirigé sur la surface intérieure du cylindre, de façon à refroidir efficacement ce dernier. En s'étalant sur la surface du cylindre, la composition se refroidit soudaine- ment, sensiblement jusqu'à la température du cylindre. Dans ce procédé, on
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a constaté que la chute de température s'opère en l'espace de moins de 0,1 minute. La concentration du polyéthylène dans l'huile de pétrole dans la composition reste sensiblement inchangée pendant le refroidissement.
Après s'être étalée sous la forme d'une couche, la composition s'épaissit sous la forme d'une masse pâteuse et plastique et est ensuite détachée du cylindre à l'aide d'un outil approprié et amenée dans un récipient. La composition résultante estthixotropique et présente à 20 C une viscosité d'environ 900 poises, mesurée par le viscosimètre à rotation de Brookfield tournant à une vitesse de 1 tour par minute.
Lorsqu'on laisse la même solution de poly- éthylène dans de l'huile de pétrole se refroidir lentement à partir d'une température de 110 - 130 G, c'est-à-dire en laissant la solution chauffée au repos dans une atmosphère à une température de 20 C, jusqu'à ce qu'elle atteigne cette dernière température, on constate que cette solution présente une viscosité d'approximativement 30 poises, mesurée par le même procédé.
Ceci constitue la viscosité normale de la composition, c'est-à-dire la vis- cosité qu'elle présente, lorsqu'elle n'est pas soumise au processus de re- froidissement rapide.
Le produit pâteux épaissi constitue un excellent adhésif pour un filtre du type à impact pour filtrer de l'air ou d'autres gaz. Les fil- tres de ce type sont bien connus et consistent en un corps interstitiel per- méable aux gaz en une matière filtrante, qui peut se composer de fibres vé- gétales ou minérales, de poils d'animaux ou d'une autre matière intersti- tielle, tel que le corps, formé d'une matière en feuille déployée, décrit dans le brevet UoS.A n 2.070.073. L'adhésif est appliqué aux surfaces de la matière filtrante interstitielle par des procédés bien connus et, lors- qu'il est ainsi appliqué, cet adhésif ne se détache pas de la matière fil- trante pendant le stockage et l'utilisation de celle-ci. Au surplus, l'ad- hésif possède d'excellentes propriétés de captage des poussières.
Pour ce produit adhésif, l'huile de métrole de base doit avoir une viscosité Say- bolt n'excédant pas 2. 000 secondes à 38 C.
EXEMPLE II.
Un mélange contenant 80 % d'huile blanche de pétrole fortement raffinée, présentant une viscosité Saybolt de 80 secondes à 38 C, et 20 % de polyéthylène, présentant un poids moléculaire de 18.000 à 20.000, est chauffé, en agitant, à une température de 130 C, comme dans l'exemple I, jusqu'à obtention d'une masse homogène fortement visqueuse. A cette masse, on ajoute un supplément d'huile blanche, jusqu'à ce que la concentration en polyéthylène ait été ramenée à 5 % de la composition. L'addition se fait en agitant, cette agitation étant poursuivie jusqu'à obtention d'un liquide transparent et clair. La température du liquide est ajustée à 110 - 130 C et le liquide est soumis à une opération de refroidissement similaire à celle décrite dans l'exemple I.
Le produit résultant est une masse pâteuse plastique, convenant comme base pour onguents, pommades, crèmes cosmétiques et analogues. On peut y incorporer les médicaments voulus. Ce produit pré- sente une viscosité de 90000 poises, mesurée par le procédé décrit dans l'exemple I,tandis que le même mélange admis à se refroidir lentement, a une viscosité ne dépassant pas 100 poises, mesurée par le même procédé. Pour un produit de ce type, l'huile blanche de base doit avoir une viscosité Say- bolt ne dépassant pas 350 secondes à 38 C.
La viscosité du produit de viscosité élevée suivant la présente invention est réduite en élevant la température de ce produit à partir d'une température initiale à laquelle il a été rapidement refroidi jusqu'à une tem- pérature plus élevée. En d'autres termes, la viscosité élevée produite par le refroidissement rapide est réduite en élevant la température du produit épaissi. La viscosité n'est accrue que dans une faible mesure et n'atteint pas la valeur élevée qu'elle présentait primitivement, en refroidissant à nouveau le produit lentement jusqu'à la température initiale, par exemple en
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le laissant au repos dans une atmosphère où règne cette température.
La réduction de viscosité est proportionnelle au degré auquel la température est élevée et un chauffage à une température à laquelle le produit devient plus fluide qu'on le désire doit, dès lors, être évité.
Bien qu'on ait décrit ci-dessus deux exemples d'un procédé pour l'obtention d'un produit de viscosité élevée, ces exemples n'ont été donnés qu'à titre illustratif et des modifications peuvent être apportées aux modes opératoires décrits dans ces exemples, tout en restant dans le ca- dre de la présente invention, tel qu'il est défini dans les revendications suivantes. Ainsi, des modes d'échange thermique différents de celui décrit peuvent être utiliséso Par ailleurs, il n'est pas nécessaire d'effectuer le refroidissement extrêmement rapide décrit dans les exemples, étant donné qu'on a constaté qu'une vitesse de refroidissement de 1 C ou davantage par minute produit un effet d'épaississement substantiel.
De même, alors que deux produits pâteux plastiques sont obtenus dans les exemples, l'invention n'est pas limitée à ces seuls produits et d'autres produits peuvent tout aussi bien être obtenus. Des produits de viscosité moindre peuvent être préparés, lorsque de tels produits sont désirés. Ainsi, on peut préparer, par exemple, un produit constituant un liquide visqueux, dont la viscosité peut être élevée ou faible, comme on le désire. L'invention porte sur un procédé pour obtenir une gamme étendue de viscosités et une gamme importante de produits.
REVENDICATIONS.
1. Procédé d'obtention d'une composition thixotropique contenant de l'huile de pétrole et du polyéthylène présentant un poids moléculaire moyen d'au moins 3500, ledit procédé consistant à préparer une solution du- dit polyéthylène dans l'huile de pétrole à une température supérieure au point de trouble de ladite solution, ce polyéthylène constituant de 1 à 10 % environ du poids global de polyéthylène et d'huile de pétrole, et à refroi- dir cette solution de manière uniforme et sans agitation à une vitesse d'au moins 45 degrés centigrade environ par minute, dans une gamme de températu- res comprenant le point de trouble de ladite solution, tout en maintenant sensiblement inchangée la concentration du polyéthylène dans l'huile de pé- trole, dans ladite solution.
2. Procédé d'obtention d'une composition thixotropique contenant de l'huile de pétrole et du polyéthylène présentant un poids moléculaire moyen d'au moins 3500, ledit procédé consistant à préparer une solution dudit polyéthylène dans l'huile de pétrole à une température supérieure au point de trouble de ladite solution. ce polyéthylène constituant de 1 à 20 % en- viron du poids global de polyéthylène et d'huile de pétrole, et à refroidir cette solution de manière uniforme et sans agitation à une vitesse d'au moins 45 degrés centigrade environ par minute, dans une gamme de températures comprenant le point de trouble de ladite solution, tout en maintenant sen- siblement inchangée la concentration du polyéthylène dans l'huile de pétrole, dans ladite solution.
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RESEARCH PRODUCTS CORPORATION, residing in MADISON, Wisconsin (E.U.A.).
PROCESS FOR OBTAINING PRODUCTS OF HIGH VISCOSITY BASED ON PETROLEUM OIL AND PRODUCTS OBTAINED BY THIS PROCESS.
The present invention relates to a process for obtaining products of high viscosity based on a petroleum oil of relatively low viscosity, this process making it possible to obtain products whose consistency can range from that of. a highly viscous liquid to that of a pasty, plastic solid. A particular application of the invention resides in the formation of an adhesive, pasty and plastic composition to be applied to the surfaces of an air filter of the impact type. Another application of the present invention resides in the manufacture of ointments, cosmetic ointments and creams. The invention also relates to products of high viscosity obtained by the process in question.
The invention relates to a process for forming products of high viscosity by thickening petroleum oil, this process being simple, inexpensive and allowing easy control of the viscosity of the product.
A further subject of the invention is a process, as defined in the preceding paragraph, in which only a small amount of thickening agent is needed.
A further subject of the invention, in the case of the manufacture of an adhesive for an air filter, is a process for obtaining a product with a high viscosity, having the characteristics mentioned above and having excellent properties. dust collection.
Other subjects of the invention will emerge from the following description.
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In short, the invention is to dissolve polyethylene in the petroleum oil used as a base and to rapidly cool the solution in a range of temperatures, in which the solution, consisting of a substantially clear transparent liquid, turns into a liquid. trouble. In accordance with the invention, it has been found that such rapid cooling gives rise to a remarkable thickening effect, such that a fluid oil is transformed into a thick paste, when it contains polyethylene in proportion. only 2% compared to the composition.
A petroleum oil having any desired viscosity can be used as the base. In order to obtain ointments, cosmetic creams, etc., a highly refined white oil is preferably used as the base. As the thickening agent, there can be used an ethylene polymerization product having a molecular weight of 3500 or more, this molecular weight being determined by the Williams plastometer method, described in "Journal". of Industrial and Engineering Chemistry ", Vol. 16, No. 4, page 362 (1924). It has been found that when the same proportion of polymer is used, the thickening effect increases as the molecular weight of the polymer increases.
It is desirable to use a polymer, the molecular weight of which is at least 3500, and polymers, the molecular weight of which is from 7000 to over 26,000 have given excellent results, as has been found.
The proportion of polyethylene, which is mixed with petroleum oil, can vary within wide limits, depending on the viscosity which is desired to impart to the final composition. The thickening effect increases as the proportion of polyethylene increases. Since the viscosity also increases as the molecular weight increases, as noted above, the proportions required to produce the same thickening effect are less than with higher molecular weight polyethylene. A small amount of polyethylene produces some thickening effect, although this effect may be difficult to measure.
When the polyethylene used has a molecular weight of at least 3500, it has been found that only 1% of the composition produces a strong thickening effect. Although one can, if desired, use any amount of polyethylene, it is not necessary to employ more than 10% of it, based on the composition, to obtain a rigid solid mass with an oil. of low viscosity petroleum.
In the following description and in the claims which conclude it, when it comes to the proportions of polyethylene, these are based on the weight of the composition formed by the oil and the polyethylene.
In the first stage of the process for obtaining a product of high viscosity, the polyethylene is dispersed in petroleum oil.
Although it is possible to obtain this dispersion, by kneading a mixture of the oil and the polymer at room temperature, this dispersion is obtained more easily, by mixing the oil and the polymer and by heating the mixture, while stirring, at elevated temperature, for example at 75 ° C or more and, preferably, at 110-130 ° C. The polymer gradually dissolves in the oil, until it completely disappears, so that obtains a transparent and clear liquid At this time, it is assumed that the solution is substantially complete.
In the procedure described above, the desired final proportions of oil and polymer are mixed initially and stirred until a clear solution is obtained. According to a preferred procedure, a mixture of oil and polyethylene is first prepared, containing a concentration of polyethylene higher than that which is desired.
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in the final product, and the mixture is heated to elevated temperature, while stirring, until all lumps and particles of solid polyethylene have disappeared and until a homogeneous highly viscous mass is obtained. Oil is then added, so as to form a solution having the required final proportions of the two constituents.
In this procedure, mixtures of certain proportions give rise quite easily to the formation of a highly viscous homogeneous mass. With petroleum oil having a Saybolt viscosity of 300 to 38 G and with polyethylene with a molecular weight of 18,000 to 20,000, a highly viscous mass is obtained using a mixture containing 20 to 50 % polyethylene. After formation of the viscous mass, oil is added thereto, with stirring, until the desired final proportions are reached. At this time, the addition of oil is stopped. Complete dissolution is achieved more easily in this manner than by the process of initially mixing the final proportions of oil and polymer.
The temperature required for the formation of the viscous homogeneous mass is greater than 75 C and preferably 110 - 130 C. During the addition of the oil to the mass, the temperature should not be high, but can pre - feel any desired value.
After the solution has been formed, as described, this solution is in the form of a liquid, the viscosity of which is only slightly higher than that exhibited at the same temperature by the oily component alone present therein. content. This solution is then cooled rapidly within the desired temperature range, to obtain the marked increase in viscosity which constitutes the object of the present invention.
The increase in viscosity is accompanied by the formation of a cloudiness, ie the solution, consisting of a clear liquid, becomes downright cloudy. There is a relation between the thickening effect and the clouding effect, the two phenomena occurring simultaneously and the clouding effect can be employed as a suitable means of control to achieve the increase. desired viscosity. The temperature at which clouding begins to occur varies with the molecular weight of the polyethylene, as shown in the following table.
EMI3.1
<tb>
Molecular <SEP> weight <SEP> Temperature <SEP> C
<tb>
<tb> 3.700 <SEP> 55
<tb> 7.000 <SEP> 63
<tb> 18.000 <SEP> to <SEP> 20. <SEP> 000 <SEP> 78
<tb> 24,000 <SEP> to <SEP> 26,000 <SEP> 80
<tb>
Haze formation continues and haze increases as cooling occurs over a range of several degrees. It is believed that the cause of this phenomenon is that the molecular weight of polyethylene is not exact, but rather is the average of a series of molecular weights. When a mixture of polyethylenes of different molecular weights is used, cloudiness forms over a range of temperatures. Thus, if a mixture of polyethylenes with molecular weights of 3,700 and 20,000 are used, cloud formation takes place in the temperature range of 78 C to 55 C.
For simplicity of description, the range within which cloudiness forms will be referred to herein as the cloudiness point.
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The solution is first brought to a temperature above the cloud point and is then cooled rapidly by any suitable method of heat exchange, to a temperature below the cloud point. To obtain satisfactory results, cooling should take place at a rate of at least 1 ° C per minute. The thickening effect is remarkable under these conditions and is all the more pronounced as the temperature range, in which the dispersion is cooled, widens. Substantial thickening was obtained by cooling the solution to 100C. When using polyethylene of molecular weight up to 26,000, marked thickening was obtained by cooling the solution from a temperature of 81 ° C or more to a temperature of 35 C or less.
The cooling is preferably carried out to room temperature, that is to say to about 20 ° C. The thickening effect is also increased as the cooling rate increases.
Appreciable thickening was obtained by carrying out cooling at the rate of 1 ° C. per minute and increasing thickening was obtained by operating the cooling at the rate of 3, 5, 9 C and more per minute. Remarkable results have been obtained by operating the cooling at a rate of one thousand degrees centigrade per minute or more and cooling rates on the order of 80000C per minute have been used successfully. By following the process according to the invention, satisfactory results have been obtained by cooling from a temperature of 80 C or more to a temperature of 35 C or less, within one minute or less. , and cooling from 85 C to 35 C was performed in less than 0.1 minute.
This process gives a cooling rate of at least 45 ° C. per minute.
In a satisfactory mode of cooling, the heated solution is made to flow, in the form of a thin layer, on one surface of a thin sheet of a highly heat-conducting material, in particular of metal, the opposite surface of this sheet. being cooled by a suitable cooling agent, such as water.
A few examples will be given below illustrating the process according to the invention. The first example relates to the manufacture of an adhesive for filters for filtering air or other gases, while the second example relates to the manufacture of a base for cosmetic ointments, ointments and creams. It is evident that the mode of preparing high viscosity products from low viscosity petroleum oil for the preparation of the particular products mentioned above is not limited to the process steps described in the examples.
EXAMPLE I
A mixture is prepared containing 80% petroleum oil having a Saybolt viscosity of 300 seconds at 38 ° C. and 20% of a polyethylene having a molecular weight of 18,000 to 20,000. The mixture is heated to a temperature of 130 ° C., while stirring, until a highly viscous homogeneous mass is obtained, substantially without excess liquid oil. An additional amount of oil is added to the mass, with stirring, until the concentration of polyethylene has been reduced to about 2% of the composition. Stirring is continued until a transparent and clear liquid is obtained. This liquid solution can then be stored or immediately subjected to the rapid cooling operation.
For this operation, its temperature is adjusted to 110-130 C, after which the solution is poured, in the form of a thin layer, on the outer surface of a rotating sheet metal cylinder. A stream of cold water, for example at a temperature of 35 ° C or less, is directed over the inner surface of the cylinder, so as to effectively cool the latter. As it spreads over the surface of the cylinder, the composition suddenly cools, substantially to cylinder temperature. In this process, we
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found that the temperature drop takes place in less than 0.1 minutes. The concentration of polyethylene in petroleum oil in the composition remains substantially unchanged during cooling.
After spreading out in the form of a layer, the composition thickens in the form of a pasty and plastic mass and is then detached from the cylinder using a suitable tool and brought into a container. The resulting composition is thixotropic and exhibits at 20 ° C. a viscosity of about 900 poise, measured by the Brookfield rotating viscometer rotating at a speed of 1 revolution per minute.
When the same solution of polyethylene in petroleum oil is allowed to cool slowly from a temperature of 110 - 130 G, that is, leaving the heated solution to stand in an atmosphere at a temperature of 20 ° C., until it reaches the latter temperature, this solution is found to have a viscosity of approximately 30 poises, measured by the same method.
This constitutes the normal viscosity of the composition, that is to say the viscosity which it exhibits, when it is not subjected to the rapid cooling process.
The thickened pasty product is an excellent adhesive for an impact type filter for filtering air or other gases. Filters of this type are well known and consist of a gas permeable interstitial body of filter material, which may consist of vegetable or mineral fibers, animal hair or other interstitial material. - tielle, such as the body, formed of an expanded sheet material, described in UoS.A Patent No. 2,070,073. The adhesive is applied to the surfaces of the pore filter material by well known methods and, when so applied, this adhesive does not come off the filter material during storage and use thereof. this. In addition, the adhesive has excellent dust collection properties.
For this adhesive product, the base petroleum oil must have a Say-bolt viscosity not exceeding 2,000 seconds at 38 C.
EXAMPLE II.
A mixture containing 80% highly refined white petroleum oil, having a Saybolt viscosity of 80 seconds at 38 C, and 20% polyethylene, having a molecular weight of 18,000 to 20,000, is heated, with stirring, to a temperature of 130 C, as in Example I, until a homogeneous, highly viscous mass is obtained. To this mass, an additional white oil is added, until the polyethylene concentration has been reduced to 5% of the composition. The addition is carried out while stirring, this stirring being continued until a transparent and clear liquid is obtained. The temperature of the liquid is adjusted to 110 - 130 C and the liquid is subjected to a cooling operation similar to that described in Example I.
The resulting product is a plastic pasty mass, suitable as a base for ointments, ointments, cosmetic creams and the like. You can incorporate the drugs you want. This product exhibits a viscosity of 90,000 poise, measured by the method described in Example I, while the same mixture allowed to cool slowly, has a viscosity not exceeding 100 poise, measured by the same method. For such a product, the white base oil should have a Say-bolt viscosity not exceeding 350 seconds at 38 C.
The viscosity of the high viscosity product of the present invention is reduced by raising the temperature of this product from an initial temperature at which it has been rapidly cooled to a higher temperature. In other words, the high viscosity produced by the rapid cooling is reduced by raising the temperature of the thickened product. The viscosity is only increased to a small extent and does not reach the high value it originally had, by slowly cooling the product again to the initial temperature, for example by
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leaving it at rest in an atmosphere where this temperature prevails.
The reduction in viscosity is proportional to the degree to which the temperature is raised and heating to a temperature at which the product becomes more fluid than desired should therefore be avoided.
Although two examples of a process for obtaining a product of high viscosity have been described above, these examples have been given only by way of illustration and modifications can be made to the procedures described in these examples, while remaining within the scope of the present invention, as defined in the following claims. Thus, different heat exchange modes from that described can be used. Furthermore, it is not necessary to perform the extremely rapid cooling described in the examples, given that it has been found that a cooling rate of 1 C or more per minute produces a substantial thickening effect.
Likewise, while two plastic pasty products are obtained in the examples, the invention is not limited to these only products and other products can just as easily be obtained. Products of lower viscosity can be prepared, when such products are desired. Thus, for example, a product constituting a viscous liquid, the viscosity of which can be high or low, as desired, can be prepared. Disclosed is a method for obtaining a wide range of viscosities and a wide range of products.
CLAIMS.
A process for obtaining a thixotropic composition containing petroleum oil and polyethylene having an average molecular weight of at least 3500, said process comprising preparing a solution of said polyethylene in petroleum oil. a temperature above the cloud point of said solution, this polyethylene constituting from 1 to 10% of the total weight of polyethylene and petroleum oil, and in cooling this solution uniformly and without stirring at a rate of at least about 45 degrees centigrade per minute, over a range of temperatures including the cloud point of said solution, while maintaining substantially unchanged the concentration of polyethylene in petroleum oil, in said solution.
2. A process for obtaining a thixotropic composition containing petroleum oil and polyethylene having an average molecular weight of at least 3500, said process comprising preparing a solution of said polyethylene in petroleum oil at a temperature. greater than the cloud point of said solution. this polyethylene constituting from 1 to 20% of the total weight of polyethylene and petroleum oil, and in cooling this solution uniformly and without stirring at a rate of at least about 45 degrees centigrade per minute, in a range of temperatures comprising the cloud point of said solution, while maintaining substantially unchanged the concentration of polyethylene in petroleum oil, in said solution.
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