EP1511810A1 - Procede pour ameliorer les proprietes physico-chimiques de compositions de bitume ces compositions et leurs utilisations - Google Patents

Procede pour ameliorer les proprietes physico-chimiques de compositions de bitume ces compositions et leurs utilisations

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Publication number
EP1511810A1
EP1511810A1 EP03757122A EP03757122A EP1511810A1 EP 1511810 A1 EP1511810 A1 EP 1511810A1 EP 03757122 A EP03757122 A EP 03757122A EP 03757122 A EP03757122 A EP 03757122A EP 1511810 A1 EP1511810 A1 EP 1511810A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bitumen
weight
polymer powder
acid
bitumen composition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03757122A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Orange
Daniel Joubert
Francisco Reig Sanchez-Giron
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.)
Innophos Inc
Original Assignee
Rhodia Consumer Specialties Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Consumer Specialties Ltd filed Critical Rhodia Consumer Specialties Ltd
Publication of EP1511810A1 publication Critical patent/EP1511810A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch

Definitions

  • the present invention relates to a process for improving the physicochemical properties of bitumen compositions as well as to new bitumen compositions with improved properties and their uses in a process for the preparation of hot bituminous mixes or in a process for the preparation of bituminous mixes with cold.
  • bitumen-type materials such as asphalt and malthe for pavements, roofing materials, various coatings, mortar and bending.
  • Bitumen compositions have been prepared by adding suitable additives such as aggregates or fillers to the bitumen-like materials mentioned above.
  • suitable additives such as aggregates or fillers
  • Such compositions have numerous drawbacks when they are used as such for different applications: there may be mentioned in particular a high sensitivity to temperature, poor adhesion with respect to aggregates, poor properties at low temperatures, low resistance to abrasion, low impact resistance.
  • the main constituents are bituminous mixes which consist of 95% by mass of granules and 5% by mass of bitumen which serves as a binder.
  • this binder is predominant on the properties of the road which is subject to three types of mechanical stress: thermal fracture, fatigue and rutting.
  • thermal fracture ie bitumen
  • the binder vitrifies and becomes brittle. It can then form long transverse cracks due to thermal stresses (thermal fractures) which are microcracks due to the heterogeneity of the material.
  • thermal fractures thermal stresses
  • microcracks due to the heterogeneity of the material.
  • the roadway can still crack under the effect of fatigue. This results in a multitude of mainly longitudinal interconnected cracks.
  • the binder also ensures the waterproofing of the roadway, thus protecting the foundations of the road.
  • the main characteristics required of the road and therefore of the composition of bitumen which serves as a binder are therefore: good resistance to cracking at low temperature (typically - 30 ° C),
  • the temperature sensitivity is reduced and the adhesion of the binder to aggregates and the resistance to abrasion are greater; moreover, the properties of the bitumen are remarkably improved at low temperature, thus flexibility is provided for example, likewise, the properties at high temperatures are improved: thus the shape stability and the impact resistance are improved.
  • the present invention has been developed to solve the problems mentioned above.
  • One of the aims of the present invention is to provide a method for improving the properties of bitumen compositions which does not have the drawbacks mentioned above.
  • Another object of the present invention is to provide a method for improving the rheological and mechanical properties of bitumen compositions.
  • Another object of the present invention is to provide a method for improving the mechanical properties of bitumen compositions at low temperatures.
  • Another object of the present invention is to provide a process for improving the properties of bitumen compositions which is easier to use and less risky from a safety point of view both in the preparation of bitumen mixes hot and in the preparation of cold bitumen emulsions.
  • Another object of the present invention is to provide a method for improving the properties of bitumen compositions which exhibits storage facilities and good redispersibility of the additives used in bitumen compositions.
  • the present invention which in fact relates to a process for improving the physicochemical properties of bitumen characterized in that a sufficient quantity of polymer powder is added whose particle size is between 1 and 150 ⁇ m to the composition of bitumen.
  • the present invention also relates to a bitumen composition capable of being obtained by the process.
  • the present invention also relates to a hot mix preparation process which implements the bitumen composition of the invention.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of cold mixes which implements the bitumen composition of the invention.
  • the present invention firstly relates to a process for improving the physicochemical properties of bitumen, characterized in that a sufficient quantity of polymer powder is added, the particle size of which is between 1 and 150 ⁇ m to the bitumen composition.
  • the powdery composition of water-insoluble film-forming polymer used in the process of the invention can be prepared by any of the methods for preparing redispersible polymer powders known to those skilled in the art in the field of construction.
  • the film-forming polymer is prepared from at least one ethylenically unsaturated monomer, which can be chosen from: styrene, butadiene, acrylic esters and / or methacrylic esters of C j -C j2 alkyl, esters vinyl, acrylamide and / or methacrylamide, and their C j -C 12 alkyl derivatives.
  • the composition can comprise, as ethylenically unsaturated monomers, styrene and butadiene.
  • a monomer having one or more functional group (s) can be included as an additional monomer.
  • film-forming polymers in the form of an aqueous dispersion (latex) or in the form of redispersible powders are not stable to polymerization or to storage if they do not have anionic hydrophilic groups on the surface of the particles.
  • Examples of functional groups include carboxy, acid anhydride, hydroxy, amide, amino and glycidyl groups, and among these, carboxy groups are preferred.
  • Examples of monomers having one or more carboxy group (s) include ethylenically unsaturated mono- or polycarboxylic acids. Mention may be made, among ethylenically unsaturated carboxylic monoacids, of acrylic acid, methacrylic acid, or a mixture thereof. By way of example of polycarboxylic acid with ethylenic unsaturation, mention may be made of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids, in particular fumaric acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, mesaconic acid, glutaconic acid or mixtures thereof.
  • Examples of monomers having one or more amide group (s) include the alkylamides of ethylenically unsaturated carboxylic acids, such as methacrylamide, N-methylol methacrylamide, diacetone acrylamide, ethacrylamide, crotonamide, Pitaconamide, methylitaconamide and maleic acid monoamide;
  • examples of monomers having one or more amino groups include aminoethyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, ⁇ -aminoethyl vinyl ether and dimethylaminoethyl vinyl ether;
  • examples of monomers having one or more glycidyl groups include glycidyl esters of ethylenic unsaturated carboxylic acids, such as glycidyl (meth) acrylate;
  • examples of monomers having both an amino group (s) and an amide group (s) include aminoalkylamides of ethylen
  • the film-forming polymer used in the invention is prepared from the monomers styrene, butadiene, and acrylic acid.
  • the film-forming polymer is prepared by polymerization of a mixture of monomers, comprising 92 to 99.9% by weight of at least one ethylenically unsaturated monomer, and 0.1 to 8%, and more particularly 2 to 5 % by weight of at least one monomer with a carboxylic function.
  • the proportions and the nature of the ethylenically unsaturated monomers used in the polymerization are chosen by a person skilled in the art so as to obtain a glass transition temperature suitable for the intended use.
  • the proportions and the nature of the monomers used are chosen so as to obtain a glass transition temperature of the polymer obtained between -40 ° C and 35 ° C.
  • the proportions and the nature of the monomers used are chosen so as to obtain a glass transition temperature of between -40 ° C. and 5 ° C.
  • the proportions and the nature of the monomers used are chosen so as to obtain a glass transition temperature of between -40 ° C. and 1 ° C.
  • the reason for this selection comes from the fact that the cold mechanical properties, that is to say at a temperature close to -30 ° C., of the bitumen composition in which a sufficient quantity of polymer powder has been incorporated according to the process. of the invention are clearly improved when said polymer has a glass transition temperature within the target temperature range.
  • the polymer powder of the present invention can be obtained by carrying out an emulsion polymerization of the above-mentioned monomers in an aqueous medium, which leads to the production of an aqueous dispersion of polymer (latex), then by eliminating the humidity of the latex obtained. Such polymerization is usually carried out in the presence of an emulsifier and a polymerization initiator.
  • the monomers can be introduced as a mixture, or separately and simultaneously, into the reaction medium, either before the start of the polymerization in one go, or during the polymerization by successive fractions or continuously.
  • emulsifying agent use is generally made of the conventional anionic agents represented in particular by fatty acid salts, alkylsulfates, alkylsulfonates, alkylarylsulfates, alkylarylsulfonates, arylsulfates, arylsulfonates, sulfosuccinates, and alkylphosphates of alkali metals. They are used in an amount of 0.01 to 5% by weight relative to the total weight of the monomers.
  • the emulsion polymerization initiator which is water-soluble, is more particularly represented by hydroperoxides such as hydrogen peroxide, tert-butyl hydroperoxide, and by persulfates such as sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate. It is used in amounts of between 0.05 and 2% by weight relative to the total weight of the monomers.
  • the reaction temperature is generally between 0 and 100 ° C, preferably between 50 and 80 ° C.
  • a transfer agent can be used in proportions ranging from 0 to 3% by weight relative to the total weight of the monomers, generally chosen from mercaptans such as n-dodecylmercaptan, tertiododecylmercaptan, tertiobutylmercaptan, and their esters such as methylmercaptopropionate , cyclohexene, halogenated hydrocarbons such as chloroform, bromoform, and carbon tetrachloride.
  • the particle size of the film-forming polymer emulsion can be between 0.02 and 5 ⁇ m, and preferably between 0.08 and 1 ⁇ m.
  • the emulsion polymerization process and the conditions thereof there is no particular limit and the emulsion polymerization can be carried out using conventional methods and conditions known to those skilled in the art.
  • a chelating agent, a pH adjuster, an electrolyte or the like additionally be used, if necessary.
  • Spray drying is generally carried out at 50-170 ° C, preferably at 70-120 ° C, using an apparatus, such as a double hydraulic nozzle atomizer, a pressure nozzle atomizer or a rotating disc.
  • Spray drying conditions such as inlet temperature, outlet temperature, air flow and flow rate, are appropriately selected depending on the type, composition, glass transition temperature and of the ratio to the total solid content of the latex.
  • the particle diameter is between 1 and 150 ⁇ m, and preferably between 50 and 150 ⁇ m.
  • the particle diameter of the polymer powder is less than 1 ⁇ m, the handling of the powder becomes difficult, which leads to poor maneuverability during application.
  • the diameter is greater than 150 ⁇ m, it demonstrates a lower redispersibility.
  • this process consists in removing water from an aqueous dispersion of particles of film-forming polymer insoluble in water (B) as described above, further comprising suitable amounts of polypeptide (A), optionally of acid. amino (D), partially or completely water-soluble protein (E) or a mixture thereof, water-soluble compound (C) and mineral filler (F), said film-forming polymer being prepared from at least one ethylenically unsaturated monomer and from at least one ethylenically unsaturated monomer having a carboxylic function.
  • the dry residue thus obtained can, optionally, be ground or deagglomerated into a powder of desired particle size.
  • the polypeptide (A) is incorporated in an amount between 2 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of water-insoluble film-forming polymer powder prepared from at least one ethylenically unsaturated monomer and at least an ethylenically unsaturated carboxylic-functional monomer, said polypeptide (A) containing from 2 to 100 amino acids.
  • polypeptide By polypeptide is meant a molecule formed from the chain of at least two amino acids.
  • the polypeptide (A) contains from 2 to 100 amino acids, and preferably from 4 to 50 amino acids.
  • the polypeptide (A) forming part of the composition according to the invention is at least partially water-soluble.
  • the water-soluble part of the polypeptide (A) can represent at least 2 parts by weight relative to the polymer.
  • the constituent amino acids of the polypeptide can be chosen from all natural and or synthetic amino acids.
  • alanine arginine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, and their derivatives.
  • the term “derivatives of the amino acids constituting the polypeptide” denotes more particularly the water-soluble or water-alkali-soluble salts of the amino acids. They may, for example, be sodium, potassium, and ammonium salts. Mention may be made, for example, of sodium glutamate, sodium aspartate, and sodium hydroxyglutamate.
  • the polymer powder can optionally also comprise at least one water-soluble compound (C). This compound can be chosen from sugars and their derivatives, and polyelectrolytes belonging to the family of weak polyacids. More particularly, compound (C) is a solid.
  • the pulverulent composition according to the invention may comprise from 5 to 20 parts by weight , preferably from 5 to 15 parts by weight, and even more preferably between 2 and 10 parts by weight of water-soluble compound (C).
  • the polyelectrolytes can be of organic nature, resulting from the polymerization of monomers which have the following general formula:
  • R 2 3 formula in which R i5 identical or different, represent H, CH 3 , CO 2 H, (CH 2 ) n CO 2 H with n 0 to 4.
  • copolymers obtained from the monomers corresponding to the preceding general formula and those obtained using these monomers and other monomers in particular vinyl derivatives such as vinyl alcohols and copolymerizable amides such as acrylamide and methacrylamide.
  • vinyl derivatives such as vinyl alcohols
  • copolymerizable amides such as acrylamide and methacrylamide.
  • the preferred polyelectrolytes have a low degree of polymerization.
  • the molecular mass by weight of the polyelectrolytes is more particularly less than 20,000 g / mole. Preferably, it is between 1000 and 5000 g / mole.
  • the water-soluble compound (C) can also be chosen from sugars and their derivatives, alone or as a mixture. As such, the oses (or monosaccharides), the osides and the highly depolymerized polyholosides are suitable. Compounds are understood to have a molecular weight by weight which is more particularly less than 20,000 g / mole.
  • aldoses such as glucose, mannose, galactose, ribose, and ketoses such as fructose.
  • Osides are compounds which result from the condensation, with elimination of water, of daring molecules between them or even of daring molecules with non-carbohydrate molecules.
  • the holosides which are formed by the combination of exclusively carbohydrate units are preferred, and more particularly the oligoholosides (or oligosaccharides) which contain only a limited number of these units, that is to say a number generally lower. or equal to 10.
  • oligoholosides mention may be made of sucrose, lactose, cellobiose, maltose, and trehalose.
  • the highly depolymerized polyholosides (or polysaccharides) suitable are described for example in the work of P.
  • polyholosides whose molecular mass are used weight is more particularly less than 20,000 g / mole.
  • highly depolymerized polyholosides mention may be made of dextran, starch, xanthan gum and galactomannans such as guar or locust bean. These polysaccharides preferably have a melting point above 100 ° C. and a solubility in water of between 50 and 500 g / l.
  • the pulverulent composition can comprise from 7 to 50 parts by weight, and preferably from 8 to 25 parts by weight of water-soluble compound (C).
  • the redispersible pulverulent composition can optionally also comprise at least one amino acid (D), or one of its derivatives.
  • the amino acid (D) is chosen from:
  • the amino acid (D) has a side chain with acid-base properties, chosen in particular from arginine, lysine, histidine, glutamic acid, aspartic acid, and hydroxyglutamatic acid .
  • the aforementioned amino acids (D) can also be in the form of derivatives of these and in particular in the form of water-soluble or water-alkali-soluble salts. They may, for example, be sodium, potassium, and ammonium salts. Mention may be made, for example, of sodium glutamate, sodium aspartate, and sodium hydroxyglutamate.
  • the redispersible pulverulent composition may optionally, in addition, comprise at least one protein which is partially or completely water-soluble (E), or a protein which is made at least partially water-soluble by known methods, which are often commercial products. It could be for example:
  • proteins from protein seeds especially those of peas, faba beans, lupins, beans, and lentils
  • proteins from cereal grains especially those from wheat, barley, rye, corn, rice, oats, and millet
  • proteins from oil seeds especially those from soybeans, peanuts, sunflowers, rapeseed, and coconuts
  • proteins from the leaves especially alfalfa, and nettles
  • proteins from plant organs of buried reserves notably that of potatoes and beets
  • muscle proteins in particular stroma proteins, and gelatin
  • proteins from milk in particular casein, lactoglobulin
  • fish protein fish protein
  • Proteins produced by microorganisms and preferably those which can use in particular starch, cellulose, carbon dioxide, hydrocarbons, and alcohols, as carbon source.
  • the partially or completely water-soluble protein (E) is more particularly of animal origin, preferably lactoglobulin.
  • a redispersible pulverulent composition comprising a mixture of amino acid (D) and protein (E). It will then be necessary to ensure beforehand the compatibility between the various components of the pulverulent composition of the invention.
  • a second possible variant from document R98015 consists in using a pulverulent composition comprising a polypeptide (A) obtained by chemical or enzymatic hydrolysis of proteins originating from soybeans or wheat, and a polymer (B) prepared from styrene monomers, butadiene, acrylic acid, and a protein (E) which is lactoglobulin.
  • the pulverulent composition may optionally also include a mineral filler (F), with a particle size of less than 20 ⁇ m.
  • a mineral filler (F) it is recommended to use a filler chosen in particular from silica, calcium carbonate, kaolin, barium sulphate, titanium oxide, talc, hydrated alumina, bentonite, and calcium sulfoaluminate (satin white).
  • the amount of mineral filler (F) can be between 0.5 and 60 parts by weight, preferably between 10 and 20 parts by weight.
  • the mineral filler (F) can be added to the aqueous dispersion of starting polymer. All or part of the mineral filler can also be introduced during the spraying step into the spray drying process. It is also possible to add the mineral filler directly to the final pulverulent composition, for example, in a rotary mixer.
  • all or part of the mineral filler can also be introduced during the spraying step into the spray drying process.
  • sufficient quantity is meant within the meaning of the present invention, an amount sufficient to substantially improve the physicochemical properties of the bitumen compositions.
  • the amount of polymer powder introduced into the bitumen composition is between 0.5 and 20% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen composition. Preferably, this amount is between 0.5 and 10% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen composition. Even more preferably, this amount is between 0.5 and 3% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen composition.
  • bitumens to which the polymer powder of the present invention can be added include natural bitumens, pyrobitumes and artificial bitumens. Particularly preferred bitumens are those used for pavements, such as asphalt or malthe. Even more preferably, asphalt is used.
  • Two embodiments are possible for incorporating the polymer powder into the bitumen composition.
  • the first embodiment relates to a method for improving the physicochemical properties of the bitumen composition comprising the following steps: 1-the bitumen composition is heated to a temperature between 140 and 190 ° C; 2 — a sufficient quantity of polymer powder, the particle size of which is between 1 and 150 ⁇ m, is added to the bitumen composition of step 1 with stirring.
  • the present invention also relates to a bitumen composition capable of being obtained by the process described above.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of hot mixes which implements the bitumen composition capable of being obtained by the above process.
  • This process comprises a step additional to the previous process which consists in adding, with stirring and at a temperature between 140 and 190 ° C., the aggregates in the bitumen composition.
  • the second possible embodiment for incorporating the polymer powder into the bitumen composition is carried out at room temperature. It is a “cold” mix preparation process
  • This process includes the following steps:
  • a sufficient quantity of polymer powder is incorporated into a bitumen emulsion with stirring at room temperature; 2-the emulsion obtained in step 1 is spread on a road to obtain a uniform layer of the mixture obtained in step 1;
  • step 3 the aggregates and fillers are spread over the layer obtained in step 2 in the form of a uniform layer;
  • sufficient quantity is meant within the meaning of the present invention, an amount sufficient to substantially improve the physicochemical properties of the bitumen compositions.
  • the amount of polymer powder introduced into the bitumen composition is between 0.5 and 20% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen composition. Preferably, this amount is between 0.5 and 10% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen composition. Even more preferably, this amount is between 0.5 and 3% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen composition.
  • Example A Preparation of a bitumen composition
  • a liquid phase is prepared having the following composition: -76% by dry weight of Latexia300 relative to the total weight of the dry powder; -9% by weight of glutamate relative to the total weight of the dry powder; -1% water.
  • Latexia300 is a latex sold by the company RHODIA which was synthesized according to the method described in document WO 99/38917.
  • the main monomers used are styrene, butadiene and acrylic acid in proportions such that the glass transition temperature obtained (Tg) is 0 ° C.
  • the liquid phase is then pumped and sprayed into a drying tower (atomizer) into which the following ingredients are introduced in the dry state: - 12% by weight of kaolin relative to the total weight of the dry powder - 1% by weight of Sipernat D17 (silica) relative to the total weight of the dry powder - 1% by weight of lime relative to the total weight of the dry powder
  • a powder is obtained, the particles of which have a diameter of between 70 and 150 ⁇ m. It has good free-flowing qualities, it does not clot under normal storage conditions.
  • the amount of powder of Example A-1 used is 1.5% by weight of dry powder relative to the weight of the bitumen.
  • bitumen compositions of the invention tests are carried out on the bitumen composition of Example A-2, on a bitumen composition without addition of powder (control), on bitumen compositions in which an aqueous polymer (latex) dispersion was incorporated, and on bitumen compositions in which solid polymer was incorporated.
  • the mixtures made are prepared from Shell 70-100 bitumen, representative of European mid-range bitumens.
  • bitumen A mass of 50 g of bitumen is taken from a barrel and then placed in a 250 ml beaker. This beaker is heated to 170 ° C, until the bitumen is completely liquid. The addition of polymer in the form of powder or solid is then carried out, and the bitumen is kept under stirring for 20 minutes while maintaining the temperature between 165 and 175 ° C. Very slow stirring is then carried out for 10 minutes in the same temperature range in order to remove the bubbles.
  • test pieces intended for mechanical tests are prepared by pouring the mixture hot into a silastene mold. 3 test pieces are poured at the same time to avoid reheating the same sample several times and thus changing its thermal history. Once the bitumen has been poured into the mold, it is placed in the refrigerator in order to stiffen the test pieces to allow demoulding without risk of deformation at a temperature below -10 ° C for about 30 minutes. The stiffened test pieces are then removed from the mold.
  • the rubber powders used come from tires (cryogenic grinding). A particle size was tested: Powder of 500 ⁇ m
  • the cold mechanical behavior of a bitumen-type material at low temperatures is a behavior of fragile elastic type.
  • the fragile behavior is characterized by a sudden rupture of the material.
  • the bitumen test pieces were poured hot in a silicone mold, and stiffened at low temperature before demolding.
  • the tests are carried out in an enclosure at a temperature of - 30 ° C reproducing extreme conditions of use of bitumen. In addition, this temperature is slightly lower than the glass transition temperature of the bitumen.
  • test pieces are stabilized at -30 ° C for 15 minutes then the bending test is started.
  • the values of the maximum force reached are compared for each type of modified bitumen.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé pour améliorer les propriétés physico-chimiques de compositions de bitume ainsi que de nouvelles compositions de bitume aux propriétés améliorées et leurs utilisations dans un procédé de préparation d'enrobés bitumeux à chaud ou dans un procédé de préparation d'enrobés bitumeux à froid.

Description

PROCEDE POUR AMELIORER, LES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DE COMPOSITIONS DE BITUME, CES COMPOSITIONS ET LEURS UTILISATIONS
La présente invention concerne un procédé pour améliorer les propriétés physicochimiques de compositions de bitume ainsi que de nouvelles compositions de bitume aux propriétés améliorées et leurs utilisations dans un procédé de préparation d'enrobés bitumeux à chaud ou dans un procédé de préparation d'enrobés bitumeux à froid.
II est connu d'utiliser les matériaux de type bitume, tels que l'asphalte et la malthe pour les chaussées, les matériaux de toitures, divers revêtements, le mortier et le coudage.
Des compositions de bitume ont été préparées en ajoutant des additifs adéquats tels que des agrégats ou des charges aux matériaux de type bitume mentionnés ci-dessus. Toutefois, de telles compositions présentent de nombreux inconvénients lorsqu'elles sont utilisées en tant que telles pour différentes applications : on peut citer notamment une sensibilité importante à la température, adhérence faible vis à vis des agrégats, propriétés médiocres à basses températures, faible résistance à l'abrasion, faible résistance aux chocs. Ainsi dans le cas d'une chaussée de route, les constituants principaux sont des enrobés bitumineux qui sont constitués de 95 % en masse de granulés et de 5 % en masse de bitume qui sert de liant.
Le rôle de ce liant est prépondérant sur les propriétés de la route qui est soumise à trois types de contraintes d'origine mécanique : fracture thermique, fatigue et orniérage. A basse température (environ -20° C), le liant, c'est à dire le bitume, vitrifie et devient cassant. Il peut alors de former de longues fissures transversales dues aux contraintes thermiques (fractures thermiques) qui sont des microfissures à cause de l'hétérogénéité du matériau. A plus haute température (environ 0° C), la chaussée peut toujours se fissurer sous l'effet de la fatigue. Il en résulte une multitude de fissures principalement longitudinales interconnectées.
Enfin, à des températures plus élevées (environ 50°C), les charges répétées créées par les véhicules sur la chaussée contribuent à former des ornières.
Le liant assure en outre l'imperméabilisation de la chaussée, protégeant ainsi les soubassements de la route.
Les principales caractéristiques demandées à la route et donc à la composition de bitume qui sert de liant sont donc : une bonne résistance aux fissurations à basse température (typiquement - 30° C),
- une faible déformation à haute température (typiquement + 60° C).
- une bonne résistance à la fatigue pour améliorer la durabilité.
Il est aussi connu d'améliorer les propriétés du bitume en effectuant des ajouts appropriés.
Ainsi, en ajoutant un composant de caoutchouc, la sensibilité à la température est réduite et l'adhérence du liant vis à vis des agrégats et la résistance à l'abrasion sont plus grandes; de plus on améliore remarquablement les propriétés du bitume à basse température, ainsi on fournit par exemple de la flexibilité, de même, les propriétés à hautes températures sont améliorées : ainsi on améliore la stabilité de forme et la résistance aux chocs.
De manière conventionnelle, à titre de caoutchouc pour obtenir une telle composition de bitume modifiée, on utilise principalement du caoutchouc naturel ou un caoutchouc de copolymère styrène-butadiène à l'état solide ou à l'état de latex. Toutefois, lorsqu'on utilise un caoutchouc à l'état solide, la fusion au sein d'un matériau de type bitume nécessite de chauffer pendant une longue période, et des problèmes surviennent, comme la dégradation du composant de caoutchouc et du matériau de bitume. En revanche, un caoutchouc à l'état de dispersion aqueuse de polymère (latex) peut facilement être mélangé avec un matériau de type bitume. Du point de vue de la maniabilité et du temps de mélange, les latex de caoutchouc sont généralement utilisés. Toutefois, lorsqu'on ajoute une dispersion aqueuse de polymère (latex) de caoutchouc naturel à de l'asphalte, la viscosité s'accroît dans le temps comme si tout le système se gélifiait, entraînant des problèmes de mise en oeuvre.
De plus, lorsqu'une dispersion aqueuse de polymère (latex) de caoutchouc est ajoutée à du bitume qui a été fondu à haute température, dans le cas le plus fréquent de réalisation d'enrobés bitumeux à chaud, qui consiste à épandre à chaud un mélange des divers constituants (gravier et bitume), on observe une génération brutale de vapeur, laquelle peut présenter un danger pour les utilisateurs.
De plus, lorsqu'une dispersion aqueuse de polymère (latex) de caoutchouc est ajouté à du bitume dans une émulsion de bitume dans l'eau (60-70 % de bitume) qui est épandue sur la route avant d'épandre les granulats comme c'est le cas dans la réalisation d'enrobés « à froid », le latex apporte une quantité d'eau supplémentaire qui perturbe la réalisation de l'enrobé à froid.
La présente invention a été mise au point afin de résoudre les problèmes mentionnés plus haut. Un des buts de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer les propriétés des compositions de bitume qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer les propriétés rhéologiques et mécaniques des compositions de bitume.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer les propriétés mécaniques des compositions de bitume aux basses températures.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer les propriétés des compositions de bitume qui soit plus facile à mettre en oeuvre et moins risqué d'un point de vue sécurité à la fois dans la préparation d'enrobés de bitume à chaud et dans la préparation des émulsions de bitume à froid . Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer les propriétés des compositions de bitume qui présente des facilités de stockage et une bonne redispersibilité des additifs utilisés dans les compositions de bitume.
Ces buts et d'autres sont atteints par la présente invention qui concerne en effet un procédé pour améliorer les propriétés physico-chimiques du bitume caractérisé en ce qu'on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère dont la granulométrie est comprise entre 1 et 150 μm à la composition de bitume. La présente invention concerne également une composition de bitume susceptible d'être obtenue par le procédé.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d'enrobés à chaud qui met en œuvre la composition de bitume de l'invention. La présente invention concerne également un procédé de préparation d'enrobés à froid qui met en œuvre la composition de bitume de l'invention.
La présente invention concerne tout d'abord un procédé pour améliorer les propriétés physico-chimiques du bitume, caractérisé en ce qu'on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère dont la granulométrie est comprise entre 1 et 150 μm à la composition de bitume.
La composition pulvérulente de polymère filmogène insoluble dans l'eau utilisée dans le procédé de l'invention peut être préparée par toutes les méthodes de préparation de poudres redispersables de polymères connues par l'homme de l'art dans le domaine de la construction.
Ainsi, le polymère filmogène est préparé à partir d'au moins un monomère à insaturation éthylénique , qui peut être choisi parmi : le styrène, le butadiène, les esters acryliques et/ou méthacryliques d'alkyle en Cj-Cj2, les esters vinyliques, l'acrylamide et/ou le méthacrylamide, et leurs dérivés alkyle en Cj-C12. De préférence, la composition peut comprendre, à titre de monomères à insaturation éthylénique, le styrène et le butadiène. De plus, un monomère ayant un ou des groupe(s) fonctionnel(s) peut être inclus à titre de monomère additionnel. D'une manière générale, les polymères filmogènes sous forme de dispersion aqueuse (latex) ou sous forme de poudres redispersables ne sont pas stables à la polymérisation ou au stockage si elles ne présentent pas de groupements hydrophiles anioniques à la surface des particules.
C'est la raison pour laquelle on introduit ces groupements pendant la polymérisation en émulsion en ajoutant des monomères fonctionnalisés.
Des exemples de groupes fonctionnels comprennent les groupes carboxy, anhydride d'acide, hydroxy, amide, amino et glycidyle, et, parmi ceux-ci, on préfère les groupes carboxy.
Des exemples de monomères ayant un ou des groupe(s) carboxy comprennent les acides mono- ou poly- carboxyliques à insaturation éthylénique. Parmi les monoacides carboxyliques à insaturation éthylénique, on peut citer l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, ou leur mélange. A titre d'exemple d'acide polycarboxylique à insaturation éthylénique, on peut citer les diacides carboxyliques à insaturation éthylénique notamment l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide crotonique, l'acide maléique, l'anhydride maléique, l'acide mésaconique, l'acide glutaconique ou leurs mélanges. Des exemples de monomères ayant un ou des groupe(s) amide comprennent les alkylamides d'acides carboxyliques insaturés éthyléniques, tel que le méthacrylamide, le N-méthylol méthacrylamide, le diacétone acrylamide, l'éthacrylamide, le crotonamide, Pitaconamide, le méthylitaconamide et le monoamide d'acide maléique ; des exemples de monomères ayant un ou des groupe(s) aminé comprennent l'aminoéthyle (méth)acrylate, le diméthylaminoéthyle (méth)acrylate, le β-aminoéthyle éther de vinyle et le diméthylaminoéthyle éther de vinyle ; des exemples de monomères ayant un ou des groupe(s) glycidyle comprennent les esters de glycidyle d'acides carboxyliques insaturés éthyléniques, tel que le (méth)acrylate de glycidyle ; des exemples de monomères ayant à la fois un ou des groupe(s) aminé et un ou des groupe(s) amide comprennent les aminoalkylamides d'acides carboxyliques insaturés éthyléniques, tel que Parninoéthylacrylamide, le diméthylaminométhyl-méthacrylamide et le méthylaminopropylméthacrylamide ; et des exemples de monomères ayant un ou des groupe(s) glycidyle comprennent les esters de glycidyle d'acides carboxyliques insaturés éthyléniques, tel que le (méth)acrylate de glycidyle. Ces monomères ayant un ou des groupe(s) fonctionnels peuvent être utilisés seuls, ou bien deux ou plusieurs monomères peuvent être utilisés en combinaison.
Parmi ces monomères additionnels, les acides carboxyliques insaturés éthyléniques sont préférés. Avantageusement, le polymère filmogène utilisé dans l'invention est préparé à partir des monomères styrène, butadiène, et acide acrylique.
De préférence, le polymère filmogène est préparé par polymérisation d'un mélange de monomères, comportant 92 à 99,9 % en poids d'au moins un monomère à insaturation éthylénique, et 0,1 à 8 %, et plus particulièrement 2 à 5 % en poids d'au moins un monomère à fonction carboxylique.
Les proportions et la nature des monomères à insaturation éthylénique utilisés dans la polymérisation sont choisies par l'homme du métier de façon à obtenir une température de transition vitreuse adaptée à l'utilisation visée.
Ainsi, dans la présente invention, les proportions et la nature des monomères utilisés sont choisies de façon à obtenir une température de transition vitreuse du polymère obtenu comprise entre -40°C et 35°C. De préférence, les proportions et la nature des monomères utilisées sont choisies de façon à obtenir une température de transition vitreuse comprise entre -40°C et 5°C. De manière encore plus préférentielle, les proportions et la nature des monomères utilisées sont choisies de façon à obtenir une température de transition vitreuse comprise entre -40°C et 1°C.
La raison de cette sélection vient du fait que les propriétés mécaniques à froid, c'est à dire à une température voisine de -30°C, de la composition de bitume dans laquelle on a incorporé une quantité suffisante de poudre de polymère selon le procédé de l'invention, sont nettement améliorées lorsque ledit polymère présente une température de transition vitreuse comprise dans la gamme de température visée. La poudre de polymère de la présente invention peut être obtenue en opérant une polymérisation en émulsion des monomères mentionnés ci-dessus dans un milieu aqueux, ce qui conduit à l'obtention d'une dispersion aqueuse de polymère (latex), puis en éliminant l'humidité du latex obtenu. Une telle polymérisation est habituellement mise en oeuvre en présence d'un émulsifiant et d'un initiateur de polymérisation.
Les monomères peuvent être introduits en mélange, ou séparément et simultanément, dans le milieu réactionnel, soit avant le début de la polymérisation en une seule fois, soit au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu. En tant qu'agent émulsifiant, on met en oeuvre généralement les agent anioniques classiques représentés notamment par les sels d'acides gras, les alkylsulfates, les alkylsulfonates, les alkylarylsulfates, les alkylarylsulfonates, les arylsulfates, les arylsulfonates, les sulfosuccinates, et les alkylphosphates de métaux alcalins. Ils sont employés à raison de 0,01 à 5 % en poids par rapport au poids total des monomères. L'initiateur de polymérisation en émulsion, qui est hydrosoluble, est représenté plus particulièrement par les hydroperoxydes tels que l'eau oxygénée, l'hydroperoxyde de tertiobutyle, et par les persulfates tels que le persulfate de sodium, le persulfate de potassium, et le persulfate d'ammonium. Il est employé en quantités comprises entre 0,05 et 2 % en poids par rapport au poids total des monomères. En fonction de l'initiateur mis en oeuvre, la température de réaction est généralement comprise entre 0 et 100°C, de préférence entre 50 et 80 °C.
On peut utiliser un agent de transfert dans les proportions allant de 0 à 3 % en poids par rapport au poids total des monomères, généralement choisi parmi les mercaptans tels que le n-dodécylmercaptan, le tertiododécylmercaptan, le tertiobutylmercaptan, et leurs esters comme le méthylmercaptopropionate, le cyclohexène, les hydrocarbures halogènes tels que le chloroforme, le bromoforme, et le tétrachlorure de carbone. La taille des particules de l'émulsion de polymère filmogène peut être comprise entre 0,02 et 5 μm, et de préférence entre 0,08 et 1 μm.
Concernant le procédé de polymérisation par émulsion et les conditions de celle-ci, il n'existe pas de limite particulière et la polymérisation par émulsion peut être opérée en utilisant des procédés et des conditions conventionnels connus de l'homme de l'art. Lors de la mise en œuvre de la polymérisation en émulsion, outre l'initiateur de polymérisation, l'émulsifiant et l'agent de transfert de chaînes mentionnés plus haut, un agent chélatant, un ajusteur de pH, un électrolyte ou équivalent, peuvent en outre être utilisés, si nécessaire.
Dans la présente invention, en ce qui concerne les procédés d'élimination de l'humidité du latex polymère permettant d'obtenir une poudre sous forme sèche, on peut mentionner les procédés de séchage par pulvérisation, les procédés de séchage par flux moyen et les procédés de lyophilisation et de séchage sous vide. Parmi ceux-ci, les procédés de séchage par pulvérisation sont particulièrement préférés en termes d'efficacité et de coût de production. Le séchage par pulvérisation est généralement mis en œuvre à 50-170 °C, de préférence à 70-120 °C, en utilisant un appareil, tel qu'un atomiseur à double buse hydraulique, un atomiseur à buse de pression ou un atomiseur à disque rotatif. Les conditions du séchage par pulvérisation, telles que la température d'entrée, la température de sortie, le flux d'air et le débit, sont choisies de manière appropriée en fonction du type, de la composition, de la température de transition vitreuse et du rapport à la teneur totale en solides du latex.
En ce qui concerne la poudre de polymère utilisée dans la présente invention, le diamètre de particules est compris entre 1 et 150 μm, et de préférence entre 50 et 150 μm. Lorsque le diamètre de particules de la poudre polymère est inférieur à 1 μm, la manipulation de la poudre devient difficile, ce qui conduit à une faible maniabilité lors de l'application. En revanche, lorsque le diamètre est supérieur à 150 μm, elle démontre une redispersibilité plus faible.
Ainsi, dans le but de produire une poudre de polymère particulièrement adaptée à la présente invention, il est préférable d'utiliser un procédé de préparation de la poudre tel que décrit dans le document WO 99/38917 incorporé par référence. En résumé ce procédé consiste à éliminer l'eau d'une dispersion aqueuse de particules de polymère filmogène insoluble dans l'eau (B) comme décrit ci-dessus, comprenant en outre des quantités adaptées de polypeptide (A), éventuellement d'acide aminé (D), de protéine partiellement ou totalement hydrosoluble (E) ou de leur mélange, de composé hydrosoluble (C) et de charge minérale (F), ledit polymère filmogène étant préparé à partir d'au moins un monomère à insaturation éthylénique et d'au moins un monomère éthyléniquement insaturé à fonction carboxylique.
Le résidu sec ainsi obtenu, peut être, facultativement, broyé ou désaggloméré en une poudre de granulométrie désirée.
Toutes les définitions des constituants (A), (C), (D), (E), (F) ainsi que les quantités mises en jeu et les conditions de préparation sont précisées dans ce document WO 99/38917 incorporé par référence.
Le polypeptide (A) est incorporé dans une quantité comprise entre 2 à 40 parties en poids pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène insoluble dans l'eau préparé à partir d'au moins un monomère à insaturation éthylénique et d'au moins un monomère éthyléniquement insaturé à fonction carboxylique, ledit polypeptide (A) contenant de 2 à 100 acides aminés.
Par polypeptide, il est entendu une molécule formée de l'enchaînement d'au moins deux acides aminés. Dans le cadre de la présente invention, le polypeptide (A) contient de 2 à 100 acides aminés, et de préférence, de 4 à 50 acides aminés. Le polypeptide (A) entrant dans la composition selon l'invention est au moins partiellement hydrosoluble. Avantageusement, la partie hydrosoluble du polypeptide (A) peut représenter au moins 2 parties en poids par rapport au polymère. Les acides aminés constitutifs du polypeptide, peuvent être choisis parmi tous les acides aminés naturels et ou synthétiques. Ils sont choisis notamment parmi l'alanine, l'arginine, l'asparagine, l'acide aspartique, la cystéine, l'acide glutamique, la glycine, l'histidine, l'isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la proline, la serine, la thréonine, le tryptophane, la tyrosine, la valine, et leurs dérivés.
Par dérivés des acides aminés constitutifs du polypeptide, on désigne plus particulièrement les sels hydrosolubles ou hydroalcalisolubles des acides aminés. Il peut s'agir par exemple de sels de sodium, de potassium, et d'ammonium. On peut citer par exemple le glutamate de sodium, l'aspartate de sodium, et l'hydroxyglutamate de sodium. La poudre de polymère peut éventuellement, en outre, comprendre au moins un composé hydrosoluble (C). Ce composé peut être choisi parmi les sucres et leurs dérivés, et les polyélectrolytes appartenant à la famille des polyacides faibles. Plus particulièrement le composé (C) est un solide. Lorsque le composé (C) est choisi parmi les polyélectrolytes appartenant à la famille des polyacides faibles, pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène (B), la composition pulvérulente selon l'invention peut comprendre, de 5 à 20 parties en poids, de préférence de 5 à 15 parties en poids, et encore plus préférentiellement entre 2 et 10 parties en poids de composé hydrosoluble (C). Les polyélectrolytes peuvent être de nature organique, issus de la polymérisation de monomères qui ont la formule générale suivante :
Rj R4
\ /
C = — C / \
R2 3 formule dans laquelle Ri5 identiques ou différents, représentent H, CH3, CO2H, (CH2)n CO2H avec n = 0 à 4. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer les acides acrylique, méthacrylique, maléique, fumarique, itaconique, et crotonique.
Conviennent également à l'invention, les copolymères obtenus à partir des monomères répondant à la formule générale précédente et ceux obtenus à l'aide de ces monomères et d'autres monomères, en particulier les dérivés vinyliques comme les alcools vinyliques et les amides copolymérisables comme l'acrylamide et le méthacrylamide. On peut également citer les copolymères obtenus à partir d'alkyle vinyl éther et d'acide maléique ainsi que ceux obtenus à partir de vinyl styrène et d'acide maléique qui sont notamment décrits dans l'encyclopédie KIRK-OTHMER intitulé "ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY" - Volume 18 - 3 ème édition - Wiley interscience publication - 1982. Les polyélectrolytes préférés présentent un degré de polymérisation faible. La masse moléculaire en poids des polyélectrolytes est plus particulièrement inférieure à 20000 g/mole. De préférence, elle est comprise entre 1000 et 5000 g/mole. Le composé hydrosoluble (C) peut également être choisi parmi les sucres et leurs dérivés, seul ou en mélange. Conviennent à ce titre les oses (ou monosaccharides), les osides, les polyholosides fortement dépolymérisés. On entend des composés dont la masse moléculaire en poids est plus particulièrement inférieure à 20 000 g/mole. Parmi les oses on peut mentionner les aldoses tels que le glucose, le mannose, le galactose, le ribose, et les cétoses tels que le fructose.
Les osides sont des composés qui résultent de la condensation, avec élimination d'eau, de molécules d'osés entre elles ou encore de molécules d'osés avec des molécules non glucidiques. Parmi les osides on préfère les holosides qui sont formés par la réunion de motifs exclusivement glucidiques et plus particulièrement les oligoholosides (ou oligosaccharides) qui ne comportent qu'un nombre restreint de ces motifs, c'est-à-dire un nombre en général inférieur ou égal à 10. A titre d'exemples d'oligoholosides, on peut mentionner le saccharose, le lactose, la cellobiose, le maltose, et le tréhalose. Les polyholosides (ou polysaccharides) fortement dépolymérisés convenables sont décrits par exemple dans l'ouvrage de P. ARNAUD intitulé "cours de chimie organique", Gaultier- Villars éditeurs, 1987. Plus particulièrement, on met en oeuvre des polyholosides dont la masse moléculaire en poids est plus particulièrement inférieure à 20 000 g/mole. A titre d'exemple non limitatif de polyholosides fortement dépolymérisés, on peut citer le dextran, l'amidon, la gomme xanthane et les galactomannanes tels que le guar ou la caroube. Ces polysaccharides présentent de préférence un point de fusion supérieur à 100°C et une solubilité dans l'eau comprise entre 50 et 500 g/1.
Lorsque le composé hydrosoluble (C) est choisi parmi les sucres et leurs dérivés, pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène (B), la composition pulvérulente peut comprendre de 7 à 50 parties en poids,et de préférence de 8 à 25 parties en poids de composé hydrosoluble (C).
Bien entendu, il est tout à fait envisageable d'utiliser ces différents types de composés hydrosolubles, c'est-à-dire les sucres et leurs dérivés, et les polyélectrolytes appartenant à la famille des polyacides faibles, en combinaison. La composition pulvérulente redispersable peut éventuellement, également, comprendre au moins un acide aminé (D), ou l'un de ses dérivés. L'acide aminé (D) est choisi parmi :
- les acides monoaminés monocarboxylés,
- ou les acides monoaminés dicarboxylés, - ou les acides diaminés monocarboxylés. De préférence, l'acide aminé (D) possède une chaîne latérale avec des propriétés acido- basiques, choisi notamment parmi l'arginine, la lysine, l'histidine, l'acide glutamique, l'acide aspartique, et l'acide hydroxyglutamatique. Les acides aminés (D) précités peuvent également se présenter sous la forme de dérivés de ceux-ci et notamment sous forme de sels hydrosolubles ou hydroalcalisolubles. Il peut s'agir par exemple de sels de sodium, de potassium, et d'ammonium. On peut citer par exemple le glutamate de sodium, l'aspartate de sodium, et l'hydroxyglutamate de sodium. La composition pulvérulente redispersable peut éventuellement, en outre, comprendre au moins une protéine partiellement ou totalement hydrosoluble (E), ou une protéine rendue au moins partiellement hydrosoluble par des méthodes connues, qui sont souvent des produits du commerce. Il pourra s'agir par exemple :
- des protéines provenant des graines protéagineuses notamment celles de pois, de féverole, de lupin, de haricot, et de lentille ; des protéines provenant de grains de céréales notamment celles du blé, de l'orge, du seigle, du maïs, du riz, de l'avoine, et du millet ; des protéines provenant des graines oléagineuses notamment celles du soja, de l'arachide, du tournesol, du colza, et de la noix de coco ; des protéines provenant des feuilles notamment de luzerne, et d'orties ; et les protéines provenant d'organes végétaux de réserves enterrées notamment celle de pomme de terre, et de betterave,
- des protéines d'origine animale, on peut citer, par exemple, des protéines musculaires notamment les protéines du stroma, et la gélatine; des protéines provenant du lait notamment la caséine, la lactoglobuline ; et les protéines de poissons,
- des protéines produites par des micro-organismes, et de préférence celles qui peuvent utiliser notamment de l'amidon, de la cellulose, du dioxyde de carbone, des hydrocarbures, et des alcools, comme source de carbone.
La protéine partiellement ou totalement hydrosoluble (E) est plus particulièrement d'origine animale, de préférence la lactoglobuline.
Bien entendu, il est possible d'avoir une composition pulvérulente redispersable comprenant un mélange d'acide aminé (D) et de protéine (E). Il sera alors nécessaire d'assurer au préalable la compatibilité entre les divers composants de la composition pulvérulente de l'invention. Une deuxième variante possible issue du document R98015 consiste à mettre en oeuvre une composition pulvérulente comprenant un polypeptide (A) obtenu par hydrolyse chimique ou enzymatique des protéines provenant du soja ou du blé, et un polymère (B) préparé à partir des monomères styrène, butadiène, acide acrylique, et une protéine (E) qui est la lactoglobuline.
Afin de favoriser la préparation de la poudre et sa stabilité au stockage en évitant l'aggrégation de la poudre ou son mottage, la composition pulvérulente peut comprendre éventuellement, aussi, une charge minérale (F), de granulométrie inférieure à 20 μm. Comme charge minérale (F), on recommande d'utiliser une charge choisie notamment parmi la silice, le carbonate de calcium, le kaolin, le sulfate de baryum, l'oxyde de titane, le talc, l'alumine hydratée, la bentonite, et le sulfoaluminate de calcium (blanc satin). Pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène insoluble dans l'eau (B), la quantité de charge minérale (F) peut être comprise entre 0,5 et 60 parties en poids, de préférence entre 10 et 20 parties en poids.
La charge minérale (F) peut être ajoutée à la dispersion aqueuse de polymère de départ. Toute ou une partie de la charge minérale peut, également, être introduite lors de l'étape de pulvérisation dans le procédé de séchage par atomisation. Il est aussi possible d'ajouter la charge minérale directement à la composition pulvérulente finale, par exemple, dans un mélangeur rotatif.
De préférence, toute ou une partie de la charge minérale peut, également, être introduite lors de l'étape de pulvérisation dans le procédé de séchage par atomisation. Selon un mode préféré, on peut introduire, dans la tour d'atomisation, des particules minérales de faible taille, par exemple de l'ordre de 3 μm, en quantité telle, qu'à la sortie de l'atomiseur la composition pulvérulente présente une teneur en particules de l'ordre de 10 % en poids.
L'intérêt d'utiliser cette poudre de polymère particulière est qu'elle est très stable au stockage, très maniable, elle est très fluide, elle ne motte pas et elle se redisperse particulièrement bien dans les compositions de bitume, ce qui facilite la mise en œuvre des procédés de préparations des compositions de bitumes aux performances améliorées et des procédés de préparation des enrobés bitumeux « à chaud » et des enrobés bitumeux « à froid ». La poudre de polymère doit être ajoutée dans la composition de bitume dans une quantité suffisante.
Par quantité suffisante, on entend au sens de la présente invention, une quantité suffisante pour améliorer sensiblement les propriétés physico-chimiques des compositions de bitume.
D'une manière générale la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 20% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. De préférence, cette quantité est comprise entre 0,5 et 10% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. De manière encore plus préférentielle, cette quantité est comprise entre 0,5 et 3% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
Il faut noter que des exemples de bitumes auxquels la poudre de polymère de la présente invention peut être ajoutée comprennent les bitumes naturels, les pyrobitumes et les bitumes artificiels. Des bitumes particulièrement préférés sont ceux utilisés pour les chaussées, tels que l'asphalte ou la malthe. De manière encore plus préférentielle on utilise l'asphalte.
Deux modes de réalisation sont possibles pour l'incorporation de la poudre de polymère dans la composition de bitume.
Le premier mode de réalisation concerne un procédé pour améliorer les propriétés physicochimiques de la composition de bitume comprenant les étapes suivantes : 1-on chauffe la composition de bitume à une température comprise entre 140 et 190°C ; 2-on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère dont la granulométrie est comprise entre 1 et 150 μm à la composition de bitume de l'étape 1 sous agitation.
La présente invention concerne également une composition de bitume susceptible d'être obtenue par le procédé décrit ci-dessus. La présente invention concerne également un procédé de préparation d'enrobés à chaud qui met en œuvre la composition de bitume susceptible d'être obtenue par le procédé ci- dessus.
Ce procédé comprend une étape supplémentaire au procédé précédent qui consiste à ajouter sous agitation et à une température comprise entre 140 et 190°C les agrégats dans la composition de bitume.
Le deuxième mode de réalisation possible pour l'incorporation de la poudre de polymère dans la composition de bitume s'effectue à température ambiante. Il s'agit d'un procédé de préparation d'enrobés « à froid »
Ce procédé comprend les étapes suivantes :
1- On incorpore une quantité suffisante de poudre de polymère dans une émulsion de bitume sous agitation à température ambiante ; 2-on épand l' émulsion obtenue à l'étape 1 sur une route pour obtenir une couche uniforme du mélange obtenu à l'étape 1;
3 -on épand les agrégats et charges au-dessus de la couche obtenue à l'étape 2 sous forme d'une couche uniforme;
4-on casse l'émulsion de bitume.
Par quantité suffisante, on entend au sens de la présente invention, une quantité suffisante pour améliorer sensiblement les propriétés physico-chimiques des compositions de bitume.
D'une manière générale la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 20% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. De préférence, cette quantité est comprise entre 0,5 et 10% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. De manière encore plus préférentielle, cette quantité est comprise entre 0,5 et 3% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. Exemples
La présente invention va être explicitée plus en détail par référence aux exemples ci-après. Il faut noter que les termes " parties " et " % " apparaissant dans les exemples correspondent à des " parties en poids " et à des " % en poids ", respectivement, en l'absence de précisions particulières.
EXEMPLES
Exemple A : préparation d'une composition de bitume
1) préparation de la poudre de polymère
On prépare une phase liquide ayant la composition suivante : -76% en poids sec de Latexia300 par rapport au poids total de la poudre sèche ; -9% en poids de glutamate par rapport au poids total de la poudre sèche ; -1% d'eau .
Le Latexia300 est un latex commercialisé par la société RHODIA qui a été synthétisé selon le procédé décrit dans le document WO 99/38917. Les monomères principaux utilisés sont le styrène, le butadiène et l'acide acrylique dans des proportions telles que la température de transition vitreuse obtenue (Tg) est de 0°C.
La phase liquide est ensuite pompée et pulvérisée dans une tour de séchage (atomiseur) dans laquelle on introduit les ingrédients suivants à l'état sec : - 12 % en poids de kaolin par rapport au poids total de la poudre sèche - 1 % en poids de Sipernat D17 (silice) par rapport au poids total de la poudre sèche - 1 % en poids de chaux par rapport au poids total de la poudre sèche
On obtient une poudre dont les particules ont un diamètre compris entre 70 et 150 μm. Elle présente de bonnes qualités d'écoulement libre, elle ne motte pas dans des conditions normales de stockage.
2) préparation de la composition de bitume
Une masse de 50 g de bitume Shell 70-100, représentatif des bitumes européens de gamme moyenne est prélevée dans un fût, puis placée dans un bêcher de 250ml. Ce bêcher est chauffé jusqu'à 170°C, jusqu'à ce que le bitume soit totalement liquide. L'ajout de la poudre de polymère de l'étape a) est alors effectué, et le bitume est maintenu sous agitation pendant 20 minutes en maintenant la température entre 165 et 175° C. Une agitation très lente est alors effectuée pendant 10 minutes dans la même gamme de température afin d'éliminer les bulles.
La quantité de poudre de l'exemple A-l utilisée est de 1,5% en poids de poudre sèche par rapport au poids du bitume.
L'incorporation est aisée, il n'y a pas de dégagement de vapeur d'eau et la dispersion de la poudre dans la composition de bitume est aisée et rapide.
Exemple B : évaluation des compositions de bitume
1- Préparation des éprouvettes
Afin de pouvoir évaluer les compositions de bitume de l'invention, des essais sont réalisés sur la composition de bitume de l'exemple A-2, sur une composition de bitume sans ajout de poudre (témoin), sur des compositions de bitume dans lesquelles on a incorporé une dispersion aqueuse de polymère (latex), et sur des compositions de bitume dans lesquelles on a incorporé du polymère solide.
On se place pour la préparation des éprouvettes dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple A-2.
Les mélanges effectués sont préparés à partir de bitume Shell 70-100, représentatif des bitumes européens de gamme moyenne.
Une masse de 50 g de bitume est prélevée dans un fut, puis placée dans un bêcher de 250ml. Ce bêcher est chauffé jusqu'à 170°C, jusqu'à ce que le bitume soit totalement liquide. L'ajout de polymère sous forme de poudre ou de solide est alors effectué, et le bitume est maintenu sous agitation pendant 20 minutes en maintenant la température entre 165 et 175° C. Une agitation très lente est alors effectuée pendant 10 minutes dans la même gamme de température afin d'éliminer les bulles.
Les éprouvettes destinées aux essais mécaniques sont préparées en coulant à chaud le mélange dans un moule en silastène. On coule 3 éprouvettes en même temps pour éviter de réchauffer plusieurs fois le même échantillon et modifier ainsi son histoire thermique. Une fois le bitume coulé dans le moule, il est placé au réfrigérateur afin de rigidifier les éprouvettes pour permettre le démoulage sans risque de déformation à une temprérature inférieure à -10°C pendant environ 30 minutes. Les éprouvettes rigidifiées sont alors démoulées.
Les produits évalués sont les suivants :
- La poudre de polymère de l'exemple A-l -Poudre de caoutchouc
Les poudres de caoutchouc utilisées sont issues de pneumatiques (cryobroyage). Une granulométries a été testée : Poudre de 500 μm
2- Description du test pour évaluer les propriétés mécaniques à froid des compositions de bitume par essai de rupture
Le comportement mécanique à froid d'un matériau type bitume vers les basses températures, c'est-à-dire pour une température inférieure à sa température de transition vitreuse (Tg), est un comportement de type élastique fragile.
Le comportement fragile se caractérise par une rupture brutale du matériau.
Le comportement mécanique du bitume est approchée par des essais de flexion 3 points sur des éprouvettes parallélépipédiques.
Les éprouvettes de bitume ont été coulées à chaud dans un moule silicone, et rigidifiées à basse température avant démoulage. Les éprouvettes sont parallélépipédiques et possèdent les dimensions suivantes : 1 = 11 cm d = 1 cm w = 1 cm
Les essais sont réalisés dans une enceinte à une température de - 30°C reproduisant des conditions extrêmes d'utilisation du bitume. De plus, cette température est légèrement inférieure à la température de transition vitreuse du bitume.
Les éprouvettes sont stabilisées à - 30°C pendant 15 minutes puis, l'essai de flexion est lancé. On compare pour chaque type de bitume modifié les valeurs de la force maximale atteinte.
Pour chaque bitume modifié six éprouvettes ont été cassées (à - 30°C) et la moyenne des contraintes maximales atteintes est déterminée par la formule suivante : σ=3/2*(Fl)/(d.w2)
La contrainte maximale moyennée est indiquée dans le tableau I ci-dessous :
Tableau I
L'ajout de polymère dans les bitumes conduit à une augmentation de la contrainte de rupture à froid, ce qui signifie une meilleure résistance du liant aux basses températures. Cependant, le comportement du matériau reste toujours fragile.
Les essais mécaniques confirment la très bonne influence des poudres de latex sur le bitume. En effet, aux basses températures, l'ajout de poudre de latex permet d'augmenter la résistance à froid.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour améliorer les propriétés physico-chimiques du bitume caractérisé en ce qu'on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère à la composition de bitume, ladite poudre présentant un diamètre de particules compris entre 1 et 150 μm.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir d'au moins un monomère à insaturation éthylénique, qui peut être choisi parmi le styrène, le butadiène, les esters acryliques et/ou méthacryliques d'alkyle en C C12, les esters vinyliques, l'acrylamide et/ou le méthacrylamide, et leurs dérivés alkyle en CrC12.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir de monomère comprenant au moins du styrène et du butadiène.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir d'au moins un monomère additionnel ayant un ou des groupe(s) fonctionnel(s) choisis parmi les groupes carboxy, anhydride d'acide, hydroxy, amide, amino et glycidyle.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir d'au moins un monomère additionnel choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide crotonique, l'acide maléique, l'anhydride maléique, l'acide mésaconique, l'acide glutaconique ou leurs mélanges.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir d'au moins les monomères styrène, butadiène, et acide acrylique.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir d'un mélange de monomères, comportant 92 à 99,9 % en poids d'au moins un monomère à insaturation éthylénique, et 0,1 à 8 %, et plus particulièrement 2 à 5 % en poids d'au moins un monomère à fonction carboxylique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la poudre de polymère est préparée à partir d'un mélange de monomères à insaturation éthylénique sont choisies de façon à obtenir un polymère dont la température de transition vitreuse est comprise entre -40°C et +35°C.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la température de transition vitreuse est comprise entre -40°C et +5°C.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la température de transition vitreuse est comprise entre -40°C et +1°C.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la poudre de polymère contient en outre une quantité suffisante d'un polypeptide contenant de 2 à 100 acides aminés.
12. Procédé selon la revendications 11, caractérisé en ce que le polypeptide est choisi parmi le glutamate de sodium, l'aspartate de sodium, ou l'hydroxyglutamate de sodium.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce le polypeptide est incorporé dans une quantité comprise entre 2 à 40 parties en poids pour 100 parties en poids de poudre de polymère.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la poudre de polymère contient en outre une quantité suffisante d'un composé hydrosoluble (C) choisi parmi les sucres et leurs dérivés et/ou les polyélectrolytes appartenant à la famille des polyacides faibles.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la poudre de polymère contient en outre une quantité suffisante d'un acide aminé (D), ou ses dérivés.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'acide aminé (D) ou ses dérivés sont choisis parmi l'arginine, la lysine, l'histidine, l'acide glutamique, l'acide aspartique, l'acide hydroxyglutamique, le glutamate de sodium, l'aspartate de sodium, et l'hydroxyglutamate de sodium.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la poudre de polymère contient en outre une quantité suffisante d'une charge minérale en poudre (F), de granulométrie inférieure à 20 μm.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 20% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 10% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce que la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 3% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que le bitume est choisi parmi les bitumes naturels, les pyrobitumes, les bitumes artificiels ou leurs mélanges.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le bitume est choisi parmi l'asphalte ou la malthe.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que le bitume choisi est l'asphalte.
24. Procédé pour améliorer les propriétés physicochimiques de la composition de bitume comprenant les étapes suivantes :
1-on chauffe la composition de bitume à une température comprise entre 140 et 190°C ; 2-on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère dont la granulométrie est comprise entre 1 et 150 μm à la composition de bitume de l'étape 1 sous agitation.
25. Composition de bitume susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24.
26. Procédé de préparation d'enrobés à chaud caractérisé en ce que on met en œuvre le procédé de la revendication 24 auquel on ajoute une étape supplémentaire au procédé précédent qui consiste à ajouter sous agitation et à une température comprise entre 140 et 190°C des agrégats dans la composition de bitume.
27. Procédé de préparation d'enrobés à froid comprenant les étapes suivantes : 1- On incorpore une quantité suffisante de poudre de polymère dans une émulsion de bitume sous agitation à température ambiante ;
2-on épand l' émulsion obtenue à l'étape 1 sur une route pour obtenir une couche uniforme du mélange obtenu à l'étape 1 ;
3 -on épand les agrégats et charges au-dessus de la couche obtenue à l'étape 2 sous forme d'une couche uniforme;
4-on casse l'émulsion de bitume.
28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 20% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
29. Procédé selon la revendication 28, caractérisé en ce que la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 10% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 ou 29, caractérisé en ce que la quantité de poudre de polymère introduite dans la composition de bitume est comprise entre 0,5 et 3% en poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
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