EP0374205A1 - Compositions cationactives perfectionnees; application aux emulsions bitumineuses - Google Patents

Compositions cationactives perfectionnees; application aux emulsions bitumineuses

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EP0374205A1
EP0374205A1 EP89904093A EP89904093A EP0374205A1 EP 0374205 A1 EP0374205 A1 EP 0374205A1 EP 89904093 A EP89904093 A EP 89904093A EP 89904093 A EP89904093 A EP 89904093A EP 0374205 A1 EP0374205 A1 EP 0374205A1
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EP
European Patent Office
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general formula
weight
oxyalkylated
composition
integer equal
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Pending
Application number
EP89904093A
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German (de)
English (en)
Inventor
René Louis Auguste BROUARD
Luc Etienne André NAVASCUES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
Original Assignee
Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA filed Critical Carbonisation et Charbons Actifs CECA SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C217/00—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C217/02—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having etherified hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C217/50—Ethers of hydroxy amines of undetermined structure, e.g. obtained by reactions of epoxides with hydroxy amines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/17—Amines; Quaternary ammonium compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K23/00—Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents
    • C09K23/16—Amines or polyamines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2395/00—Bituminous materials, e.g. asphalt, tar or pitch
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S516/00—Colloid systems and wetting agents; subcombinations thereof; processes of
    • Y10S516/01—Wetting, emulsifying, dispersing, or stabilizing agents
    • Y10S516/07—Organic amine, amide, or n-base containing

Definitions

  • the present invention relates to liquid compositions of fatty amines and similar products with cationic properties.
  • Amines represented by the general formula R-NH 2 , where R is a hydrocarbon radical containing at least 10 carbon atoms, develop in addition to the ordinary chemical properties which characterize the class of amines, and in particular a basic force comparable to that of l 'ammonia, surfactant properties, especially at the water / hydrocarbon liquid interfaces and very marked adsorption properties on mineral surfaces.
  • Z a inopropyl
  • Z oxypropyl
  • Z a idoethyl
  • Fluid compositions were made at room temperature using solvents. Apart from the banal effect of loss of relative efficiency by dilution, other disadvantages of the use of solvents are well known: heavy solvents are found, unnecessary or undesirable, in the final products; light solvents are, of course, removable, but thereby also sources of flammability and / or pollution. In addition, solvent formulations of long chain cationic compounds generally do not exhibit satisfactory low temperature storage behavior, as will be discussed shortly.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks. Its object is to provide compositions of cationic non-flammable amino active derivatives, which are absolutely liquid at room temperature, which fully retain their liquidity when they remain indefinitely exposed to the atmosphere, which do not give rise to the formation of gels, of precipitates. or deposits when they have been maintained for a prolonged period at temperatures close to zero degrees centigrade or which do not give rise to the formation of such gels, precipitates or deposits which persist for a long time by return to ambient temperature.
  • compositions by combining fatty amines, diamines or polyamines partially substituted for nitrogen by an alkylene oxide such as ethylene oxide, propylene, butylene oxide, (which for the sake of convenience will hereinafter simply be called amines oxyalkylees), alkyl etheramines of general formula
  • n is an integer equal to 2 or 3
  • m is an integer equal to 2 or 3
  • p is a number which can take any value from 0 to 3
  • R is a branched alkyl chain, of the type
  • the weight ratio between the oxyalkylated amines and the etheramines is between 20/80 and 80/20.
  • Such compositions according to the invention are obtained without major difficulty by simple mixing at room temperature of the compounds of the oxyalkylated amine type and of the compounds of the etheramine type, the operation being all the easier when these substances are liquid at room temperature or at least easily fusible at temperatures not exceeding 50 ° C, and that in the liquid state, they are soluble in each other in all proportions.
  • alkyloxypropyl-N-propylenediamines which are compounds corresponding to the general formula are preferred
  • Q 1 # Q 2 , Q 3 are hydrogen or a hydroxyethyl group -C ⁇ -CH- j -OH. or a hydroxyethyloxyethyl group -CH 2 -CH 2 -0-C__ -C__ -0H 2, identical or different, under the sole condition that they are not all hydrogen.
  • the object of the invention is also to apply these cationactive compositions, in particular to the manufacture of bituminous emulsions based on amino emulsifiers.
  • the use of the compounds according to the invention gives this manufacture a new and original character, in that the emulsifiers can be prepared, stored and used for emp re. particularly troublesome in this industry, in particular those of the automation of installations which require liquid phases, those of the physical or chemical alteration of the emulsifiers, as they are or formulated, during their storage or their handling.
  • the use at room temperature of aqueous phases based on the compositions according to the invention also makes it possible to successfully emulsify hard bitumens in industrial installations working at atmospheric pressure, thanks to the reduction in the supply of calories by the phase aqueous.
  • the physical behavior of the various compounds and products according to the invention is compared here after exposure to low temperatures.
  • a so-called freeze-freeze test is carried out, during which the product contained in a test tube is subjected to intense cooling by immersing it in a cold acetone-dry ice bath. The temperature reduction within the product is followed, and the temperature Tf at which the product freezes is noted. The tube is spontaneously warm up to the atmosphere. the temperature Tdf is then noted at which a start of melting is observed.
  • the appearance of the product stored under normal laboratory temperature conditions is observed, after exposure of 12 hours at 0 ° C, and after prolonged exposure of 7 days at this temperature of 0 ° C.
  • the behavior of some representative cationic compositions is described.
  • crusty compounds are observed here by exposure to air. These compounds are mainly due to the formation of carbamates and incidentally hydrates by reaction with carbon dioxide and humidity of the atmosphere. These are substances of ill-defined composition, and which are both solid and insoluble in the amine from which they come.
  • arss ance a ra on the atmosphere is the property of oxyalkylated amines and branched chain etheramines, and that the compositions containing significant proportions of unstable cationic products remain unstable in the atmosphere.
  • solutions have been made, as is often done in the cationic bitumen emulsion industry, titrating 5 kg of the amino derivative per m of solution, starting by dispersing the cationactive composition in the water previously carried at about 60 ° C, then adding commercial hydrochloric acid in sufficient quantity for the pH to be fixed at 2, then abandoning the solution on ambient cooling.
  • the solutions are observed after standing for 24 hours.
  • alkyldiamines of the SPDA or OPDA type always give, after cooling, moire solutions, which allow their active material to deposit in the form of insoluble chlohydrates; that SPDA-2.0P gives cloudy solutions with slight deposit.
  • composition according to the invention such as consisting of 60% of OPDA-1, 5.0E and 40% of iC 13 0PPDA, gives a stable emulsion which does not change significantly when the operation is continued .
  • Preparation cold hydrochlorides solutions alkylaminées substances as dispersing phase for the preparation of bitumen emulsions 1 routiers.Dans This example presents the results obtained in achieving solutions of cation-active compositions at a concentration of 5 kg of active compound per ton or m 3 of solution; Such solutions are commonly used as dispersing phase 1 for the preparation of road bitumen emulsions. But here instead of proceeding to 60 "C as is usual in this industry, one proceeds in the absence of any heating: one cationactive in water taken at room temperature, then slowly add the appropriate amount of commercial hydrochloric acid so that the pH is fixed at 2.
  • N-ALKIZ With N-ALKIZ, dispersion in cold water is difficult and incomplete. The appearance of the mass improves slowly after addition of 11.25 liters of hydrochloric acid per m 3 . An acceptably homogeneous and clear aqueous phase is obtained only after about twenty minutes of stirring.
  • composition according to the invention comprising 50% of OPDA-2.0E and 50% of iC 13 -0PPDA, the dispersion in cold water is immediate, and after addition of 7.5 liters of commercial hydrochloric acid by m 3 , an absolutely clear aqueous phase is obtained almost instantaneously.
  • Concentrated aqueous solutions There are various indisputable advantages in preparing the most concentrated possible aqueous solutions of cationic active amino derivatives, which are and remain homogeneous, all the more so, which show no sign of gelation, and are therefore instantly pumpable, and instantly dilutable. Cold.
  • the solutions thus obtained are stored indefinitely. They can be diluted, for example, with 24 volumes of acidified water at the same pH of 2: a solution titrating 0.5% of cationic compounds, which is identical in appearance, is very easily obtained. to the solution of composition close to example 5 obtained by direct route.
  • solutions with the same concentration of 12.5% are made with SPDAM, the solution produced when hot is clear when it returns to ambient temperature; it remains so for 24 hours after its preparation, but a deposit forms after 48 hours.
  • the cold solution encounters some difficulties due to the start of gelation, which vanish as soon as the acid is added; however, only a cloudy solution is obtained, which deposits in less than 24 hours xemp e
  • the products according to the invention can be used for the manufacture of road bitumen emulsions.
  • the example relates to conventional emulsions for surface coatings, titrating 60% of bitumen, and which is obtained according to a process well known to those skilled in the art which consists in forcing together in a turbomixer the bitumen at a temperature of 1 'order of 140 ° C and a dispersing phase consisting of a hydrochloric solution of an emulsifier suitably chosen.
  • Example 7 The procedure is as in Example 7 for the comparison of emulsions produced with SPDA and with the composition C_- according to the invention, but unlike the previous example, aqueous phases are used which have been left standing for 48 hours and only the supernatant was removed. This simulates an industrial manufacture made from aqueous phases prepared in advance and which could have aged by separation of insoluble salts from the emulsifier.
  • the manufacture of the emulsion using equipment working at atmospheric pressure requires that the aqueous phase is at the maximum at a temperature of 30 ° C.
  • the attempt made in this direction with an aqueous phase made with SPDA fails totally.
  • the emulsion produced with composition C ⁇ according to the invention provides an emulsion with good characteristics, comparable to those obtained from SPDA under pressure. The results are presented below.
  • An emulsion is produced with an aqueous phase obtained by diluting a concentrated preparation.
  • the targeted emulsion is an emulsion with 60% of bitumen turbinated under the usual conditions, bitumen 180-220 at 135 ° C for 60%, and aqueous phase at 55 ° C with 0.5% of composition Cl made, ie normally by dissolution of the necessary quantity of the cationactive composition in water and acidification, either by dilution of a concentrated composition prepared as in Example 6, and resumed seven days later.
  • a 0.2% emulsion of the composition C 2 as cold produced in Example 5 and similarly used cold is compared for this purpose, the bitumen remaining as previously used at its normal temperature of 135 °, and a emulsion of the same composition produced under standard conditions.

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Abstract

On décrit de nouvelles compositions aminées cationactives liquides à température ambiante, ne formant pas de concrets par maintien prolongé à des températures voisines de 0°C, ni par exposition à l'air libre, et ne contenant pas de solvants, comprenant de 20 à 80 % d'alkylétheramines à chaîne ramifiée et de 80 à 20 % d'alkylpolyamines oxyalkylées. Application de leurs solutions aqueuses acides comme phases émulsionnantes des bitumes routiers et procédé amélioré de fabrication des émulsions de bitumes routiers.

Description

COMPOSITIONS CATIONACTIVES PERFECTIONNEES ; APPLICATION AUX
EMULSIONS BITUMINEUSES.
1. DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte à des compositions liquides d'aminés grasses et de produits analogues, à propriétés cationactives.
Les aminés, représentées par la formule générale R-NH2, où R est un radical hydrocarboné comportant au moins 10 atomes de carbone, développent outre les propriétés chimiques ordinaires qui caractérisent la classe des aminés, et notamment une force basique comparable à celle de l'ammoniac, des propriétés tensioactives, notamment aux interfaces eau/liquide hydrocarboné et des propriétés d'adsorption très marquées sur les surfaces minérales. L'industrie fait largement appel à ces propriétés, par exemple pour la mise en emulsion aqueuse de liquides divers, en particulier les liants noirs pour la construction des routes, l'enrichissement des minerais par flottation des minerais, et d'une façon générale pour le traitement des surfaces minérales les plus diverses comme par exemple développement d'un effet antistatique sur les polymères ou sur les fibres, démouillage des surfaces métalliques et réduction de leur corrosion, dispersion des pigments dans les huiles, hydrophobation des sols, réduction de la capacité d'agglomération des grains d'engrais, etc.. (voir l'ouvrage Cationic Surfactants par Eric Jungermann, M. De ker éditeur, 1970) .
En fait, on trouve ces propriétés, qui pour la commodité du langage seront par la suite qualifiées de propriétés cationactives, développées au plus haut niveau dans des composés qui comportent au moins un azote aminé, et au moins un" groupe hydrophobe comportant une chaîne hydrocarbonée à au moins 10 atomes de carbone. Ces composés- répondent à une formule plus large que la formule-type des aminés grasses au sens strict, et que l'on peut représenter par R-Z-NH2, où Z est un groupe polaire divalent. A 1*énumération de quelques exemples pour le groupe Z, l'homme du métier reconnaîtra sans hésitation des produits très usuels. Avec Z = a inopropyl, ce sont les alkylaminopropylamines, comme la suif-N-prσpylène- diamine très connue de l'industrie routière ; avec Z = oxypropyl, ce sont les alkyloxypropylamines, dites éther- amines, utilisées en flottation ; avec Z = a idoéthyl, ce sont les amidoamines, et leurs produits de cyclisation, les imidazolines, largement utilisées comme dopes d'adhésivité des matériaux pour le revêtement des routes ; etc...
2. TECHNIQUE ANTERIEURE
Cependant, du fait de l'existence d'une chaîne longue, nécessaire pour que se développent ces propriétés particulières, ces produits ont un point de fusion relativement élevé, et les produits industriels correspondants ont très généralement une consistance pâteuse à température ambiante. Il s'agit là d'une caractéristique fâcheuse à divers égards.
En premier lieu, les transferts de ces produits sous cette forme sont limités à des manipulations manuelles, au demeurant non exemptes de dangers. Ils sont en effet très aggressifs pour la peau et les muqueuses et non dénués de toxicité générale.
La fusion de ces produits s'opère à des températures relativement basses, et les formes fondues dès 40-60βC sont certes très fluides, donc pompables et dosables avec des dispositifs précis et évitant tout contact corporel. Mais à ces températures, ils émettent souvent des produits volatils caustiques (ammoniac, méthyla ine, propylamine, etc..) provenant soit d'impuretés industrielles quasi obligatoires dans ce genre de composés, soit de produits de dégradation dûs à leur chauffage et à leur conservation même de courte durée aux températures auxquelles on les a portés pour qu'ils soient suffisamment liquides. Il faut ajouter à cela que cette fusion à relativement basse température est difficile à réaliser dans la pratique industrielle sans risque de surchauffe, et qu'en tout état de cause, de telles opérations de fusion sont fort longues du fa t de la mauva se capac change erm que bien connue des composés gras.
On a réalisé des compositions fluides à température ambiante en utilisant des solvants. Mis à part l'effet banal de perte d'efficacité relative par dilution, d'autres désavantages de l'emploi des solvants sont bien connus : les solvants lourds se retrouvent, inutiles ou indésirables, dans les produits finals ; les solvants légers sont, certes, éli inables, mais par là même sources d'inflammabilité et/ou de pollution. De plus, les formulations solvantees de composés cationactifs à longue chaîne n'ont généralement pas un comportement satisfaisant au stockage à basse température, comme on 1'exposera bientôt.
Le chimiste sait mettre en oeuvre certaines modifications de ces molécules pour abaisser leur point de fusion. C'est ainsi que l'on a eu recours à l'oxyalkylation des alkylamines et des alkylpropylènediamines, comme il est décrit par exemple dans le brevet américain USP 2 930 701, où l'on réalise des compositions concentrées pour shampooings à l'aide de solutions chlorhydriques d'oléylpropylènediamines totalement oxyéthylées. Mais on sait aussi que par oxyalkylation on sacrifie une partie des propriétés cationactives. On y remédie plus ou moins bien par un choix judicieux de la nature du substituant oxyalkylène et du rapport molaire d1oxyalkylation (voir par exemple, le brevet français N° 1 462 981 qui divulgue des alkylpropylènediamines oxyéthylées sur l'azote interne, le brevet français Nβ 1 266 909 qui divulgue des suif- ou soja-propylènediamines oxyéthylées ou encore le brevet français N° 80 22932 qui divulgue des compositions basées sur les suifpropylènediamines oxypropylées) . A vrai dire, ces modifications, même effectuées à bon escient, peuvent concourir à une liquidité acceptable à température ambiante, mais celle-ci ne se maintient pas lors de la conservation à des températures négatives. Or il arrive que ces produits soient stockés en fûts en plein air ou sous abris non climatisés. Il apparaît alors des concrets, qui résistent longtemps au retour de températures plus clémentes. Il en résulte une ségrégation des produits avec des différences importantes de composition entre les produits fondus et les concrets. Ces phénomènes indésirables surviennent également dans les présentations solvantees dont il a été question plus haut, et aussi dans les formulations résultant de l'association d'une aminé sous forme liquide avec une aminé pâteuse ou solide, comme les compositions divulguées dans le brevet US N° 3 975 295, de suifdiamines avec des aminés alkylamines oxyéthylées en présence ou non de solvants alcooliques.
Plus récemment (voir le brevet français N° 80 07091) , on a réussi à abaisser fortement le point de fusion des N-suifpropylènediamines sans altérer sensiblement leur comportement cationactif par méthylation de l'azote secondaire, mais ces N-alkyl-N-méthylpropylènediamines présentent une fâcheuse aptitude à absorber très rapidement le gaz carbonique et l'eau de l'atmosphère en donnant d'abondants concrets, si bien que ces produits perdent leur liquidité par simple exposition ou manipulation à l'air libre.
3. EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Son objet est de fournir des compositions de dérivés cationactifs aminés non inflammables, qui soient absolument liquides à température ambiante, qui conservent intégralement leur liquidité lorsqu'elles restent indéfiniment exposées à l'atmosphère, qui ne donnent pas lieu à formation de gels, de précipités ou de dépôts lorsqu'elles ont été maintenues de façon prolongée à des températures voisines de zéro degré centigrade ou qui ne donnent pas lieu à formation de tels gels, précipités ou dépôts persistant longtemps par retour à la température ambiante.
La demanderesse a trouvé qu'il était possible de réaliser de telles compositions en associant à des aminés, diamines ou polya ines grasses partiellement substituées à l'azote par un oxyde d'alkylène tel que l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, l'oxyde de butylène, (que pour la commodité de 1'exposé on appellera simplement par la suite aminés oxyalkylees) , des alkylétheramines de formule générale
R-O-(CH2)n-[NH-(CH2)m-]p-NH2
où n est un nombre entier égal à 2 ou 3, où m est un nombre entier égal à 2 ou 3, où p est un nombre pouvant prendre toutes valeurs de 0 à 3, où R est une chaîne alkyle ramifiée, du type
CH3-[-CH-CH2-] -CH2-
CH3
avec q valant de 2 à 5 ; les produits industriels étant souvent des mélanges d'homologues, leur formule centésimale peut s'interpréter par des valeurs de q non entières. (Dans la suite du texte et pour la commodité de l'exposé, on entendra par étheramines, les alkylétheramines au sens qu'on vient de donner ci-dessus) .
Dans les compositions selon l'invention, le rapport pondéral entre les aminés oxyalkylees et les étheramines est compris entre 20/80 et 80/20. De telles compositions selon l'invention s'obtiennent sans difficulté majeure par simple mélange à température ambiante des composés de type aminés oxyalkylees et des composés du type étheramines, l'opération étant d'autant plus aisée que ces substances sont liquides à température ambiante ou tout au moins aisément fusibles à des températures n'excédant pas 50°C, et qu'à l'état liquide, elles sont solubles les unes dans les autres en toutes proportions.
Parmi les étheramines au sens de l'invention, on préfère les alkyloxypropyl-N-propylènediamines qui sont des composés répondant à la formule générale
R-0-CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-CH2-NH2
Le procédé le plus courant pour leur obtention consiste à condenser un alcool avec le nitrile acrylique, à hydrogéner l'éther-nitrile formé en éthermonoamine, puis à condenser une
FEU, e DE REMPLACEMENT nouvelle fois ce produit avec le nitrile acrylique et hydrogéner 1*étheraminonitrile en étherdiamine. Ce mode de préparation dérive simplement de celui qu'a divulgué American Cyanamid Co dans "The Chemistry of Acrylonitrile", (NY 1956, pp.216) . Pour l'obtention des étheramines selon l'invention, on a recours à des alcools à chaîne ramifiée, industriellement accessibles par hydroformylation d'oligopolypropylènes, en particulier de tétrapropène (voir l'ouvrage Chimie Organique Industrielle, K. Weissermel et H.-J. Arpe, Masson éd., 1981, p. 191) . Les composés préférés du type aminés oxyakylées selon 1*invention sont choisis dans la famille des alkylpropylène diamines oxyalkylees.
On peut les représenter selon la formule générale :
R*-NQ1-CH2-CH2-CH2-NQ2Q3
où Q1# Q2, Q3 sont l'hydrogène ou un groupe hydroxyéthyle -C^-CH-j-OH. ou encore un groupe hydroxyéthyloxyéthyle -CH -CH2-0-C__2-C__2-0H, identiques ou différents, sous la seule condition que ce ne soient pas tous des hydrogènes.
On les obtient de façon très classique par réaction de l'oxyde d'éthylène sur les alkylpropylènediamines correspondantes. On utilise selon l'invention des dérivés munis d'une chaîne alkyle R' , linéaire, saturée ou insaturée, comprenant de 10 à 22 atomes de carbone. Dans la pratique, on part de diamines constituées par des mélanges industriels de composés dont les chaînes ont environ 18 atomes de carbone, et qui contiennent une proportion notable de chaînes mono-insaturées ; on les dénomme communément composés oléiques.
4. POSSIBILITES D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention a également pour but l'application de ces compositions cationactives, notamment à la fabrication d'emulsions bitumineuses à base d'emulsifiants aminés. L'utilisation des composés selon l'invention donne à cette fabrication un caractère nouveau et original, en ce que les emulsifiants peuvent être préparés, stockés et utilisés à emp re . particulièrement gênants dans cette industrie, notamment ceux de l'automatisation des installations qui réclament des phases liquides, ceux de l'altération physique ou chimique des emulsifiants, tels quels ou formulés, au cours de leur stockage ou de leur manipulation. L'utilisation à température ambiante de phases aqueuses à base des compositions selon 1'invention permet également de réussir la mise en emulsion de bitumes durs dans des installations industrielles travaillant à pression atmosphérique, grâce à la réduction de l'apport de calories par la phase aqueuse.
5. EXEMPLES
Les exemples suivants, qui ne sont pas limitatifs feront mieux comprendre 1•invention et en montreront les multiples avantages.
On y a représenté les composés exemplifies par des symboles qui sont explicités dans le tableau ci-après. Les produits exemplifies sont soit des produits issus de fabrications de laboratoire, soit des produits présents sur le marché ; dans ce dernier cas, on a précisé les noms commerciaux des produits qui ont été utilisés.
Exemple 1
On compare ici le comportement physique des divers composés et des produits selon 1'invention après exposition à des températures basses. On effectue d'une part un essai dit de figeage-défigeage, au cours duquel on soumet le produit contenu dans un tube à essai à un refroidissement intense en le plongeant dans un bain froid d'acétone-carboglace. On suit l'abaissement de température au sein du produit, et on note la température Tf à laquelle le produit se fige. Le tube est réchauffer spontanément à l'ambiance . on note alors la température Tdf à laquelle on observe un début de fusion. D'autre part, on observe l'aspect du produit conservé dans les conditions normales de température du laboratoire, après exposition de 12 heures à 0° C, et après exposition prolongée de 7 jours à cette température de 0° C. Dans le tableau suivant, on relate le comportement de quelques compositions cationactives représentatives.
On constate à la lecture du tableau que seules 1'étheramine et les compositions à base d'étheramine et d'aminés oxyalkylees, non seulement sont liquides à température ambiante et apparemment liquides à des températures inférieures à 0° C, mais conservent de façon imprévue leur fluidité après exposition prolongée à cette température de 0°C.
E DE REMPLACEMENT Exemple 2
Comportement des produits par exposition à l'atmosphère.
On observe ici la formation de composés crouteux par exposition à l'air. Ces composés sont dûs pour l'essentiel à la formation de carbamates et accessoirement d'hydrates par réaction avec le gaz carbonique et l'humidité de l'atmosphère. Ce sont des substances de composition mal déterminée, et qui sont à la fois solides et insolubles dans l'aminé dont elles proviennent.
Dans le tableau qui suit, on décrit l'aspect de quelques compositions cationactives après une exposition d'une durée de 24 heures à l'air libre.
n cons a e c que a r s s ance a ra on l'atmosphère est la propriété des aminés oxyalkylees et des étheramines à chaîne ramifiée, et que les compositions contenant des proportions notables de produits cationactifs instables restent instables à l'atmosphère.
Exemple 3
Homogénéité des formulations aqueuses de composés aminés cationactifs.
L'emploi industriel des aminés cationactives impose très généralement leur mise en solution aqueuse. Ces composés étant insolubles dans l'eau, on fait appel à des solutions de sels d'aminés, très généralement des chlorhydrates, qui eux-mêmes n'offrent qu'une solubilité très limitée.
Dans le présent exemple, on a réalisé, comme on le fait souvent dans l'industrie des emulsions cationiques de bitume, des solutions titrant 5 kilogrammes du dérivé aminé par m de solution, en commençant par disperser la composition cationactive dans l'eau préalablement portée à environ 60°C, en ajoutant ensuite de l'acide chlorhydrique commercial en quantité suffisante pour que le pH se fixe à 2, puis en abandonnant la solution au refroidissement à l'ambiante. On observe les solutions après un repos de 24 heures.
On constate que les alkyldiamines de type SPDA ou OPDA donnent toujours, après refroidissement, des solutions moirées, qui laissent déposer en partie leur matière active sous forme de chlohydrates insolubles ; que la SPDA-2.0P donne des solutions troubles avec léger dépôt. En revanche, les solutions réalisées à partir des compositions selon l'invention ainsi que de leurs composants individuels, à savoir les aminés oxyalkylees et les étheramines avec la définition au sens de l'invention que l'on a donnée plus haut, restent toujours limpides et donc absolument homogènes
FΞU.LLE DE REM PLACEMENT Exemple 4
Comme on l'a vu dans l'exemple précédent, la pratique industrielle est de disperser le dérivé aminé dans 1*eau chaude préalablement à sa neutralisation par un acide.
Certains de ces dérivés aminés présentent dans ces conditions un grave défaut, qui résulte de phénomènes d'hydratation à chaud et qui se manifeste par la formation de produits gommeux, qui ne se dispersent plus dans l'eau chaude, et qui par la suite ne se dissolvent que fort lentement par addition d'acide. On met en évidence ce comportement fort gênant par un essai très simple qui consiste à ajouter à 500 ml d'eau à 60° C disposés dans un vase de Bêcher d'une contenance d'un litre, et sous agitation lente, 5 g du dérivé aminé, et à observer l'évolution du système. On a relevé : - que la SPDA fond en donnant une emulsion instable qui, dès cessation de l'agitation, se résoud en gouttes huileuses qui viennent flotter à la surface . - que l'OPDA forme une emulsion instable, au sein de laquelle se rassemblent rapidement des grumeaux d'apparence caoutchouteuse, qui ne se dispersent plus, même sous forte agitation ;
- qu'une composition selon l'invention, telle que constituée de 60% d'0PDA-l,5.0E et 40% de iC130PPDA, donne une emulsion stable qui n'évolue sensiblement plus lorsque l'on poursuit l'opération.
Exemple 5
Préparation à froid de solutions de chlorhydrates de substances alkylaminées comme phase dispersante pour la préparation d1emulsions de bitumes routiers.Dans cet exemple, on expose les résultats obtenus dans la réalisation de solutions de compositions cationactives à la concentration de 5 kg de composé actif par tonne ou m3 de solution ; de telles solutions sont couramment utilisées comme phases dispersantes pour la préparation d1emulsions de bitume routier. Mais ici au lieu de procéder à 60"C comme il est habituel dans cette industrie, on procède en l'absence de tout chauffage : on cationactive dans l'eau prise à la température ambiante, puis on ajoute lentement la quantité convenable d'acide chlorhydrique commercial pour que le pH se fixe à 2.
Avec la SPDA, l'opération est impossible : la diamine ne se disperse pas, et l'introduction ultérieure d'acide chlorhydrique n'est suivie dans l'immédiat d'aucune amélioration de l'hétérogénéité du mélange.
Avec la SPDA-2.0P, on obtient une dispersion acceptable de la composition aminée sous forme d'une emulsion ; après addition d'acide chlorhydrique commercial (d=l,18), à raison de 7,5 litres par m3 de dispersion, le pH se fixe à 2 et on obtient une phase aqueuse apparemment dépourvue de particules solides ou semi-solides, mais néanmoins très trouble.
Avec la N-ALKIZ, la dispersion dans l'eau froide est difficile et incomplète. L'aspect de la masse s'améliore lentement après addition de 11,25 litres d'acide chlorhydrique par m3. On n'obtient une phase aqueuse acceptablement homogène et claire qu'après une vingtaine de minutes d'agitation.
Avec une composition selon l'invention, comprenant 50% d'OPDA-2.0E et 50% de iC13-0PPDA, la dispersion dans l'eau froide est immédiate, et après addition de 7,5 litres d'acide chlorhydrique commercial par m3, on obtient de façon pratiquement instantanée une phase aqueuse absolument limpide.
Cette possibilité nouvelle et inattendue d'obtenir à partir des compositions selon l'invention des solutions cationactives prêtes à l'emploi par opérations de dispersion et de salification conduites à froid et dans de très brefs délais constitue un gros avantage industriel. Exemple 6
Solutions aqueuses concentrées. Il y a divers avantages incontestables à préparer des solutions aqueuses de dérivés aminés cationactifs les plus concentrées possibles, qui soient et restent homogènes, à plus forte raison, qui ne présentent aucun signe de gélification, et soient de ce fait instantanément pompables, et instantanément diluables à froid.
On montre ici qu'il est possible de réaliser de telles solutions concentrées avec des compositions cationactives selon l'invention. On a visé une solution contenant 125 kg par m de solution, de la composition formée de 60% d'OPDA-2.0E et de 40% de iC13-OPPDA. A cette fin, on place dans un vase de Bêcher 50 g de la composition cationactive ci-dessus, puis on y verse 400 ml d'eau à 50°C. Sous agitation douce, on obtient une dispersion homogène quasi instantanée. On ajoute alors 21,5 ml d'acide chlorhydrique commercial (d=l,18), et on obtient immédiatement une solution limpide dont le pH est 2.
On répète la même opération, cette fois avec de l'eau à température ambiante : on aboutit au même résultat.
Les solutions ainsi obtenues se conservent indéfiniment. On peut les diluer par exemple avec 24 volumes d'eau acidifiée au même pH de 2 : on obtient ainsi très facilement à partir d'une solution de stock, une solution titrant 0,5% de composés cationactifs, qui est d'aspect identique à la solution de composition voisine de l'exemple 5 obtenue par voie directe. A titre de comparaison, si on fabrique des solutions à même concentration de 12,5 % avec de la SPDAM, la solution réalisée à chaud est limpide lors de son retour à la température ambiante ; elle le reste encore 24 heures après sa préparation, mais un dépôt se forme après 48 heures. La solution réalisée à froid rencontre quelques difficultés dues à un début de gélification, qui s'évanouissent dès qu'on ajoute l'acide ; on n'aboutit cependant ainsi qu'à une solution trouble, qui dépose en moins de 24 heures xemp e
Les produits selon l'invention sont utilisables pour la fabrication d'emulsions de bitumes routiers. L'exemple porte sur des emulsions classiques pour revêtements superficiels, titrant 60% de bitume, et que l'on obtient selon un procédé bien connu de l'homme du métier qui consiste à forcer ensemble dans un turbomalaxeur le bitume à une température de 1'ordre de 140°C et une phase dispersante constituée d'une solution chlorhydrique d'un émulsifiant convenablement choisi.
On s'intéresse aux caractéristiques suivantes de l'emulsion obtenue :
- pH ; - viscosité (en mm2/s, mesurée selon le norme AFNOR T 66-020) ;
- retenue au tamis de 0,630 mm, exprimée en pour mille par rapport à l'emulsion (selon la norme du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, RLE-AC.2.1965) ; - diamètre moyen des particules de bitume en micromètre (mesure au granulomètre à laser, appareil SILAS, modèle 715) ;
- la stockabilité à 7 jours (mesurée par la différence de la teneur en bitume % entre deux prélèvements effectués respectivement en surface et au fond du vase de stockage, selon la norme AFNOR T 66-022) ;
- l'indice de rupture (selon la norme AFNOR T 66-017) ;
- l'adhésivité sur gravillons siliceux (selon la norme AFNOR T 66-018) .
On prend pour références les emulsions de bitume de pénétration 180/220, réalisées à l'aide d'une phase aqueuse de SPDA neutralisée à pH2 par l'acide chlorhydrique, et titrant 600 kg de bitume et respectivement 1,5 et 2 kg de SPDA par tonne d'emulsion. Ces emulsions sont des produits de fabrication très courante. Des fabrications de laboratoire ont les caractéristiques suivantes :
FEUILLE DE REMPLACEMENT
Des emulsions réalisées avec des compositions telles que par
C = 60% d'0PDA-2.0E + 40% de iC13-OPPDA, et
C2 = 50% d'0PDA-2.0E + 50% de iC13-OPPDA, montrent à la fois qu'il est possible de réaliser à l'aide de compositions selon l'invention de correctes emulsions bitumineuses pour repandage et que les propriétés cationactives de telles compositions se comparent excellemment à celles des alkylproprylènes diamines traditionnelles.
Les caractéristiques de ces emulsions figurent au tableau ci-après.
Exemple 8
On procède comme dans l'exemple 7 à la comparaison d'emulsions réalisées avec de la SPDA et avec la composition C_- selon l'invention, mais à la différence de l'exemple précédent, on met en oeuvre des phases aqueuses qui ont été laissées au repos pendant 48 heures et dont on n'a prélevé que la partie surnageante. On simule ainsi une fabrication industrielle faite à partir de phases aqueuses préparées à 1•avance et qui auraient pu vieillir par séparation de sels insolubles de l'emulsifiant.
Les résultats sont consignés dans le tableau ci-après.
On observe que l'emulsion obtenue avec le produit selon l'invention est pratiquement identique à celle de l'exemple 7. En revanche, la fabrication de l'emulsion à la SPDA a été fortement perturbée, et 1*emulsion produite présente des signes manifestes d'instabilité : retenue importante à 0,63 mm, une forte décantation au stockage avec traces de rupture, un fort diamètre moyen, et un faible indice de rupture, qui sont autant d'indications que la phase aqueuse s'est fortement appauvrie en matière active par sédimentation.
ILLE DE REMPLACEMENT Exemple 9
On a effectué à titre de comparaison une emulsion de bitume dur, de pénétration 40/50. Les exigences habituelles pour émulsionner ce genre de bitume imposent qu'il soit porté à une température de 160 °C. Dans ces conditions, pour pouvoir utiliser les phases aqueuses ordinaires aux températures habituellement utilisées, soit environ 55"C, il est obligatoire d*émulsionner sous pression de 2 bars, sous peine d'incidents dans le moulin colloïdal même, par ébullition de 1*emulsion en formation.
La fabrication de l'emulsion à l'aide d'un équipement travaillant à pression atmosphérique exige que la phase aqueuse soit au maximum à la température de 30° C. La tentative réalisée en ce sens avec une phase aqueuse faite avec de la SPDA échoue totalement. En revanche, 1*emulsion réalisée avec la composition C^ selon l'invention fournit une emulsion de bonnes caractéristiques, comparables à celles obtenues à partir de SPDA sous pression. Les résultats en sont présentés ci-après.
Exemple 10
On fabrique une emulsion avec une phase aqueuse obtenue par dilution d'une préparation concentrée. On simule ici des conditions de préparation difficile d'emulsions dans des unités où les possibilités de préparation des emulsifiants dans leur forme d'emploi sont limitées à de simples dilutions de préparations extemporanées approvisionnées sous forme concentrée. L'emulsion visée est une emulsion à 60% de bitume turbinée dans les conditions habituelles, bitume 180-220 à 135°C pour 60%, et phase aqueuse à 55°C à 0,5% de composition Cl faite, soit normalement par dissolution de la quantité nécessaire de la composition cationactive dans l'eau et acidification, soit par dilution d'une composition concentrée préparée comme dans l'exemple 6, et reprise sept jours plus tard.
On constate ci-après que les résultats obtenus selon l'une ou l'autre méthode sont très équivalents. La méthode de déconcentration du savon est, il va sans dire, extrêmement avantageuse pour la fabrication d'emulsions à l'aide d'unités mobiles ou dans des installations situées sur des sites déshérités.
FEUILLE DE REMPLACEMENT Exemple 11
On simule une fabrication à l'aide d'une phase aqueuse réalisée dans une installation où il est difficile de chauffer à basse température : on a opté pour la fabrication et la réalisation à froid de l'emulsifiant.
On compare à cet effet une emulsion à 0,2% de la composition C2 telle que réalisée à froid dans l'exemple 5 et utilisée de même à froid, le bitume restant comme précédemment utilisé à sa température normale de 135°, et une emulsion de même compsition réalisée dans les conditions standards.
On constate que l'opération réalisée dans ces conditions, fort inhabituelles mais très séduisantes par leur commodité, de basse température de la phase aqueuse conduit à une emulsion de repandage de qualité tout-à-fait acceptable.

Claims

REVENDICATIONS
1) Compositions de dérivés cationactifs aminés non inflammables, absolument liquides à température ambiante, qui conservent intégralement leur liquidité lorsqu'elles restent indéfiniment exposées à l'atmosphère, qui ne donnent pas lieu à formation de gels, de précipités ou de dépôts lorsqu'elles ont été maintenues de façon prolongée à des températures voisines de zéro degré centigrade ou qui ne donnent pas lieu à formation de tels gels, précipités ou dépôts persistant longtemps par retour à la température ambiante, caractérisées en ce qu'elles contiennent de 20 à 80% en poids d'alkylétheramines de formule générale
R-0-(CH2)n-[-NH-(CH2)m-]p-NH2
où R est une chaîne alkyle ramifiée, du type
avec q valant de 2 à 5, où n est un nombre entier égal à 2 ou 3, où m est un nombre entier égal à 2 ou 3, où p est un nombre pouvant prendre toutes valeurs de 0 à 3, et de 80 à 20% en poids d'aminés ou polyamines grasses oxyalkylees selon la formule générale .
R«-[-N-(CH2 2)'_m'-]J np'-~N"Q«1ιQ«2
V où R' est une chaîne hydrocarbonée linéaire, saturée ou insaturée, comprenant de 10 à 22 atomes de carbone, où m' est un nombre entier égal à 2 ou 3, où p' est un nombre pouvant prendre toutes valeurs de 0 à
3, où Q_', Ql f Q2 sont l'hydrogène ou un groupe hydroxyéthyle -CH2-CH2-0H ou un groupe hydroxyéthyloxyéthyle
-CH2-CH2-0-CH2-CH2-0H, identiques ou différents, sous la seule condition que ce ne soient pas tous des hydrogènes. 2) Compositions selon la revendication 1 caractérisées en ce les alkylétheramines sont des N-alkyloxypropyl- propylènediamines répondant à la formule générale
R-0-CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH-,-CH2-NH2
3) Compositions selon la revendication 2 caractérisées en ce que les polyamines grasses oxyalkylees sont des alkylpropylène diamines oxyalkylees selon la formule générale :
R1-NQ3-CH2-CH2-CH2-NQ^
où Q1# Q2, Q3 sont l'hydrogène ou un groupe hydroxyéthyle -CH2-CH2-0H ou encore un groupe hydroxyéthyloxyéthyle -CH2-CH2-0-CH2-CH2-0H, identiques ou différents, sous la seule condition que ce ne soient pas tous des hydrogènes.
4) Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend de 20 à 80% en poids de N-isotridécyloxypropyl-propylènediamine et de 80 à 20% en poids d'oléylpropylènediamine dioxyéthylée.
5) Procédé pour l'obtention d'emulsions de bitume routier dans lequel on fait passer dans un turbomalaxeur un bitume fondu et une phase dispersante constituée d'une composition aqueuse émulsifiante, caractérisée en ce que la composition aqueuse contient une composition cationactive constituée de 20 à 80% en poids d' lkylétheramines de formule générale
R-O-(CH2)n-[-NH-(CH2)__-]p-NH2
où R est une chaîne alkyle ramifiée, du type
avec q valant de 2 à 5, où n est un nombre entier égal à 2 ou 3,
FEUILLE DE REMPLACEMENT ou m est un nombre entier égal à 2 ou 3 , où p est un nombre pouvant prendre toutes valeurs de 0 à 3, et de 80 à 20 % en poids d'aminés ou polyamines grasses oxyalkylees selon la formule générale .
R>-[-N-(CH2)m'-]p>-NQ1Q2
V où R' est une chaîne hydrocarbonée linéaire, saturée ou insaturée, comprenant de 10 à 22 atomes de carbone, où m' est un nombre entier égal à 2 ou 3 , où p' est un nombre pouvant prendre toutes valeurs de 0 à 3, où Q_', QT^, Q2 sont l'hydrogène ou un groupe hydroxyéthyle -CH2-CH2-0H ou un groupe hydroxyéthyloxyéthyle -CH2-CH2-0-CH2-CH2-OH, identiques ou différents, sous la seule condition que ce ne soient pas tous des hydrogènes.
6) Procédé d'obtention d*emulsions bitumineuses selon la revendication 5 caractérisé en ce que les alkylétheramines sont des N-alkyloxypropyl-propylènediamines répondant à la formule générale
R-0-CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-CH2-NH2
7) Procédé d'obtention d1emulsions bitumineuses selon la revendication 5 caractérisé en ce que que les polyamines grasses oxyalkylees sont des alkylpropylène diamines oxyalkylees selon la formule générale :
'-NQ3-CH2-CH2-CH2-NQ _Q2
où Q^, Q2, Q3 sont l'hydrogène ou un groupe hydroxyéthyle -CH2-CH2-0H ou encore un groupe hydroxyéthyloxyéthyle -CH2-CH2-0-CH2-CH2-0H, identiques ou différents, sous la seule condition que ce ne soient pas tous des hydrogènes.
8) Procédé d'obtention d'emulsions bitumineuses selon les revendications 5, 6 ou 7 caractérisé en ce que la phase aqueuse émulsionnante est mise en oeuvre à la température ambiante.
9) Procédé d'obtention d'emulsions bitumineuses selon les revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la phase aqueuse est préalablement préparée à une concentration en composition aminée cationactive supérieure à 100 kg par m3, puis diluée à la concentration d'usage au moment de l'emploi.
10) Procédé d'obtention d'emulsions bitumineuses selon les revendications 5, 7, 8 et 9, caractérisé en ce que la phase aqueuse émulsionnante contient une composition constituée de 20 à 80% en poids de N-isotridécyloxypropyl-propylènediamine et de 80 à 20% en poids d'oléylpropylènedia ine dioxyéthylée.
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