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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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