EP1937787A1 - Procede de preparation d'esters d'acides gras d'origine naturelle fonctionnalises par oxydation utilisables comme fluxants pour bitume - Google Patents
Procede de preparation d'esters d'acides gras d'origine naturelle fonctionnalises par oxydation utilisables comme fluxants pour bitumeInfo
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- EP1937787A1 EP1937787A1 EP06820274A EP06820274A EP1937787A1 EP 1937787 A1 EP1937787 A1 EP 1937787A1 EP 06820274 A EP06820274 A EP 06820274A EP 06820274 A EP06820274 A EP 06820274A EP 1937787 A1 EP1937787 A1 EP 1937787A1
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Definitions
- the present invention relates to the field of the production of binders based on fluxed bitumens used mainly in the production of road construction and / or civil engineering layers and / or coatings, and more particularly the production of fluxes entering the composition of these binders by chemical modification of fats of natural origin.
- Bitumen is the main hydrocarbon binder used in the field of road construction or civil engineering. It can be used pure or modified by adding polymers, it is then called modified bitumen.
- bitumen used in road binders is too viscous at room temperature to exhibit proper handling, or wettability with respect to aggregates.
- bitumen or modified bitumen manageable: either by heating according to its viscosity, or by placing it in emulsion or by lowering its viscosity by mixing with solvents or "fluxing", for the most part oil origin.
- bitumen regains its original properties, once implemented, whatever the technique used, respectively by cooling, by evaporation of the water of the emulsion or by evaporation of the solvent.
- the latter alternative leads to releases into the atmosphere of volatile organic compounds, releases not recommended for the environment and which represent a waste of fossil energy.
- fluxing agents also called fluxing oils, based on animal and / or vegetable fats (oils and fats), thereby avoiding the release of volatile organic compounds (VOCs).
- raw natural fats have a good solvent power for bitumen.
- they have a high viscosity, which can be decreased by conversion of triglycerides to monoesters.
- the patent application FR 2721043 (VIALIT) describes a bitumen emulsion containing a fluxing oil, said emulsion comprising 50 to 90% by weight of bitumen and 1 to 50% by weight of a fluxing oil, as well as an agent adhesion based on fatty amines or organic silicon.
- the fluxing oil may be a vegetable oil such as rapeseed oil, one of its derivatives such as its fatty acid part, a mixture of fatty acids, a transesterification product such as a methyl ester of rapeseed oil or an alkyd resin derivative of rapeseed oil.
- the application FR 2770850 (ELF ANTAR FRANCE) describes a bituminous composition comprising an adjuvant derived from a vegetable oil.
- Said adjuvant consists of an oil of this distillation residue or of a said oil transesterification product with an alkanol to C 6.
- the application FR 2768150 (SAADA) describes a bituminous binder comprising a fluxa ⁇ t chosen from fatty acid esters, obtained in particular by transesterification of vegetable oils, and preferably a fluxer polymerization catalyst.
- the oils used are methyl esters of rapeseed, flax or sunflower oils, which have optionally been isomerized beforehand.
- the conjugated double bonds of the fluxant reduce its initial viscosity and play a key role in the hardening of the binder.
- the hardening of the binder is obtained by crosslinking the fluxing agent in the presence of the oxygen of the air and the catalyst (metal salt of transition).
- the metal salts form -0-0- peroxide bridges on the unsaturated chains of the fatty acids. These bridges are unstable and lead to the formation of free radicals, which attack other chains, producing by propagation a polymerization-crosslinking of the esters.
- the application FR 2701021 (SCREG) describes an emulsion comprising a hydrocarbon-based binder, in particular a bitumen, and at least one drying or semi-drying, natural or synthetic drying oil or at least one standole of such an oil and generally a metal-type catalyst. Transition used as an accelerating agent, manganese naphthenate.
- the purpose of the present invention is therefore the chemical modification of naturally occurring fats, so as to obtain renewable and non-toxic fluxes having the following properties:
- a fluxant as defined and whose natural fats have functions chemicals capable of reacting with chemical functions present in the bitumen and / or with chemical functions of other fluxing molecules, thus permitting their crosslinking by suppressing or at least limiting the use of metal catalysts, or allowing where appropriate, use organic catalysts which are not harmful to the environment.
- the present inventors have found that it is possible to fulfill the above-mentioned objectives by using fluxed bitumen based on alkyl monoesters of naturally occurring fatty acids having been chemically oxidized.
- the first object of the present invention is a process for the preparation of a fluxing agent, having an iodine number ranging from 50 to 200, preferably greater than 80, based on naturally occurring fats chemically functionalized by oxidation. comprising the steps of: i) providing a naturally occurring fat or fat blend comprising at least one of triglycerides, diglycerides and monoglycerides, ii) subjecting said fat or fat blend to of natural origin to at least one trans-esterification reaction with at least one alkanol, iii) subjecting the compound or mixture of compounds resulting from step ii) to at least one oxidation chemical functionalization reaction introducing at least one functional group selected from carboxylic acid, epoxide, peroxide, aldehyde, ether, ester, alcohol and ketone groups, and iv) recovering r the fluxant.
- a naturally occurring fat or fat blend comprising at least one of triglycerides, diglycerides and monoglycerides
- the second subject of the present invention is a process for the preparation of a fluxing agent, having an iodine number ranging from 50 to 200, preferably greater than 80, based on naturally occurring fats chemically functionalized by oxidation, comprising the following steps: i) providing a fat or a mixture of naturally occurring fats comprising a fatty acid or a mixture of fatty acids, ii) subjecting said fat or said mixture of naturally occurring fats to at least one esterification reaction with at least one alkanol, iii) subjecting the compound or mixture of compounds resulting from step ii) to at least one a chemical oxidation functionalization reaction introducing at least one functional group selected from carboxylic acid, epoxide, peroxide, aldehyde, ether, ester, alcohol and ketone groups, and iv) recovering the fluxing agent.
- naturally occurring fats is meant, in the present invention, fats from nature or their derivatives.
- obtaining fluxes having the desired properties involves two chemical steps: a first step of trans-esterification (first process) or esterification (second process) followed by a step of oxidation which is common to both processes.
- first process trans-esterification
- second process esterification
- oxidation which is common to both processes.
- the transesterification and esterification steps will first be described in that order.
- Fats of natural origin to be able to be used in the first process of the invention (trans-esterification) must comprise at least one compound selected from triglycerides, diglycerides and monoglycerides. They preferably comprise at least one triglyceride. More preferably, the fats of natural origin used in the first method of the invention contain a mass proportion of compounds selected from triglycerides, diglycerides and monoglycerides greater than 30%, more preferably greater than 70%.
- these naturally occurring fats may contain esters other than the glycerides capable of undergoing the trans-esterification reaction.
- the fats of natural origin that can be used in step i) of the first process of the invention are chosen from oils obtained in nature or their derivatives, fats obtained in nature or their derivatives, and mixtures thereof, for example animal and / or vegetable oils and fats, preferably vegetable oils and animal fats (such as tallow, lanolin), better vegetable oils.
- These fats of natural origin may in particular come from used vegetable oils from the food industry, for example cooking oil, preservation, provided that these have a natural origin.
- Synthetic oils and fats and fossil oils and fats which are not renewable and are not of interest in the context of sustainable development are therefore excluded from the scope of the invention.
- vegetable oils such as sunflower, rapeseed, peanut, coconut, linseed, soya, olive, castor oil, maize, squash, safflower, flaxseed oil will be used.
- Particularly preferred oils are Nn, soybean, sunflower, corn, rapeseed and peanut oil.
- Oils or fats rich in polyunsaturated fatty chains in particular oils or fats having a high iodine number, preferably greater than or equal to 70, better still greater than or equal to 120, are preferred, such as Nn oil (very drying). ), nuts, soybeans and some sunflower and corn oils (semi-drying).
- Trans-esterification step N) of the first process of the invention releases mono-fatty acid esters from glycerides and glycerol as a co-product. It is carried out under conditions that are well known to those skilled in the art, in the presence of at least one alkanol and generally a basic catalyst.
- fatty acids is understood to mean saturated, monounsaturated or polyunsaturated, linear or branched, cyclic or acyclic C4-C28 aliphatic, mono-, di- or tricarboxylic acids.
- a basic catalyst and heating at a temperature of 40-100 ° C. are employed.
- basic catalysts are NaOH, KOH and an alkaline alkoxide such as methylate, an ethylate, n-propylate, i-propylate, n-butylate, i-butylate, lithium tert-butylate, sodium or potassium, especially potassium methylate, sodium methoxide, ethylate of potassium, sodium ethoxide.
- the alkanol is preferably a mono-aliphatic alcohol, linear or branched, preferably CI-C ⁇ , more preferably C 1 -C 4.
- CI-C ⁇ preferably C 1 -C 4.
- usable alkanols it is possible to mention methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, t-butanol and i-butanol. Methanol or ethanol is preferably used.
- triglycerides and / or partial glycerides may be obtained in admixture with the alkyl monoesters.
- the mixture resulting from the transesterification step ii) comprises low levels of mono-, di- or triglycerides. All of these glycerides generally represent less than 5% by weight of the total mass of the mixture, preferably less than 3%.
- the mixture resulting from the transesterification step ii) is then subjected to a chemical oxidation functionalization reaction, which makes it possible to obtain the fluxing agent of the invention.
- Fats of natural origin to be able to be used in the second process of the invention (esterification) must comprise a fatty acid or a mixture of fatty acids.
- the fats of natural origin used in the second process of the invention contain a mass proportion of fatty acid greater than 30%, preferably greater than 70%, better still greater than 80% and even more preferably greater than 90%.
- Naturally, naturally occurring fats may contain other acids than the fatty acids capable of undergoing the esterification reaction.
- any source of naturally occurring, renewable fatty acids may be employed in step i) of the second method of the invention. It is preferable to use tall oil or one of its derivatives. Tall oil is a residue obtained during the manufacture of paper pulp. This very drying oil is a mixture of free fatty acids (oleic acid, linoleic acid, linoleic acid %), resin acids and unsaponifiable substances.
- the fatty acids can also come from the hydrolysis of mono, di or triglycerides.
- Esterification step (ii) of the second process of the invention provides fatty acid mono-esters from the fatty acids and water as a by-product. It is carried out under conditions which are well known to those skilled in the art, in the presence of at least one alkanol, which is preferably a monoalcohol.
- an acid catalyst and heating at a temperature of 60-160 ° C are employed.
- acid catalysts are sulfuric acid and p-toluenesulphonic acid (PTSA).
- the alkanol is preferably a mono-aliphatic alcohol, linear or branched, preferably CI-C ⁇ , more preferably C 1 -C 4.
- CI-C ⁇ preferably C 1 -C 4.
- usable alkanols it is possible to mention methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, t-butanol and i-butanol. Methanol or ethanol is preferably used.
- the resulting mixture of the esterification step ii) is then subjected to a chemical oxidation functionalization reaction, which makes it possible to obtain the fluxing agent of the invention.
- the esterification and trans-esterification have the effect of providing a less viscous mixture and having a better solvent power than the initial fat or the original fat blend of natural origin.
- the step of chemical oxidation functionalization is a step common to both methods of the invention. It intervenes on the compound or mixture of compounds resulting from step ii), which therefore contain at least one fatty acid alkyl monester. Several successive oxidation reactions, identical or different, can be accomplished.
- any fat or mixture of fats of natural origin comprising at least one fatty acid alkyl monoester may also be subjected to a step of chemical oxidation functionalization to provide a fluxing agent according to the invention. 'invention.
- the fluxing agents obtained by the processes of the invention contain monoesters of naturally occurring fatty acids chemically functionalized by oxidation, a term by which it is necessary to understand, within the meaning of the present invention, fatty acid mono-esters of natural origin modified with at least one functional group selected from carboxylic acid, epoxide, peroxide, aldehyde, ether, ester, alcohol and ketone groups.
- ether function is meant the ether ether function.
- oxygenated functional groups are capable of reacting with chemical functions present in the bitumen, which are, for example, acid or alcohol functions. These oxygenated functional groups are also likely to react with oxygen in the air, and / or with chemical functions of other fluxing molecules. This results in an activation of the fluxant hardening process within the fluxed bitumen during spreading on a surface, particularly road.
- Naturally occurring fats which are treated by the processes of the invention are said to be activated because they are more compatible with the bitumen, more reactive towards it.
- the fats of natural origin provided during step i) comprise carbon-carbon double bonds of which at least 15%, preferably at least 20%, are oxidized during the course of the process. step iii).
- the oxidation is stopped as soon as the fluxant reaches the desired value of the iodine number, which is measured according to the ISO 3961 standard.
- the partial oxidation step can lead to a start of polymerization reaction, or oligomerization of the esters, for example a dimerization and / or a cyclization reaction of the hydrocarbon chains through the oxygen of the air.
- carbon-oxygen-carbon bridges can form between the fluxing molecules.
- the peroxide functions grafted during step iii) can participate in the formation of bonds with other molecules of the mixture, especially with bitumen.
- oxygen atoms are already grafted onto the fluxant molecules and can participate in the formation of oxygen bridges between the fluxing agent and / or other molecules of the mixture.
- the oxidation chemical functionalization reagents used are, for example, oxygen from air or pure oxygen, or oxygenated water, under variable conditions of temperature, pressure and reaction time, optionally in the presence of catalysts. In presence of oxygen, heating at a temperature of 120-250 ° C. is generally employed.
- Means may be implemented to monitor the consumption of the oxidation reagents during step iii) of the process.
- the fluxes obtained by the processes of the invention have the following characteristics:
- a kinematic viscosity of between 4 and 10 mm 2 / s at 40 ° C.
- the present invention also relates to the use of a fluxing agent prepared by one of the processes of the invention as a fluxing agent for bituminous binders, which is intended mainly for road construction or civil engineering.
- the subject of the invention is also a hydrocarbon binder for producing layers and / or road construction and / or civil engineering coatings, comprising at least one bitumen and at least one fluxing agent prepared by one of the processes of the invention. .
- bitumen used in the present invention is a mixture of hydrocarbon materials of natural origin derived from the heavy fraction obtained during the distillation of petroleum, or from natural deposits in solid or liquid form, with a density of between 0.8. and 1, 2.
- bitumens of plant origin such as Vegecol ® marketed by Colas and described in patent application FR 2853647
- bitumens modified by incorporation of additives of any kind such as additives for the purpose of improving characteristics of adhesiveness, with a view to artificially adding the properties necessary for cationic emulsification, by incorporation of elastomers, in the form of rubber powder or the like, or alternatively the bitumens improved by the addition of polymers of different types; this list is not however limiting.
- the binders of the invention generally comprise from 0.1 to 30% flux, preferably from 0.5 to 10%, by weight relative to the total weight of binder.
- the hydrocarbon binder according to the invention does not comprise fluxing agents other than fluxes based on naturally occurring fats functionalized by oxidation according to the processes of the invention.
- the subject of the present invention is a material for the production of road construction and / or civil engineering layers and / or coatings comprising a hydrocarbon binder as defined above, that is to say a binder comprising at least a bitumen and at least one fluxing agent prepared by one of the methods of the invention.
- the material of the invention may further comprise a granulate. When it does not include it, it can be used for the production of bonding layers fluxed bitumen or emulsio ⁇ , cleaning products, or to prevent fouling on construction machines.
- the reactor is placed under an inert atmosphere (nitrogen) and the reaction mixture is placed under moderate and efficient stirring then brought to 65-70 ° C. so as to obtain a total reflux, under an inert atmosphere.
- the totality of the catalytic solution prepared above is introduced in three stages as follows in the stirred reactor: 70% of the volume of the catalytic solution is injected rapidly, then 15% of the volume of the catalytic solution is injected rapidly after 10 minutes. minutes of reaction, then the volume of the remaining catalyst solution (15%) is injected rapidly 10 minutes later.
- the reaction mixture is stirred an additional 30-40 minutes at 70-75 ° C, taking care that the temperature does not exceed 75 ° C.
- the pH of the reaction mixture is measured.
- the total duration of the catalysis phase is generally between 60
- the reaction mixture is then cooled to 60-65 0 C, and subjected, after stopping the stirring, static decantation for 30 minutes at this temperature to separate the glycerol. It is possible to observe a difference in color between the glycerol (darker) and the methyl ester phase (very pale). The interface between the two phases is very clear. 9 kg to 9.5 kg of glycerol formed are withdrawn from the bottom of the reactor.
- the racking is carried out in two stages: a) fast racking representing of the order of 90% of the estimated quantity, ie approximately 8.25 kg; (b) much slower withdrawal, which makes it possible to promote, as completely as possible, the elimination of glycerol. Because of its high viscosity, it tends to stick along the walls and therefore requires a certain time to accumulate completely in the lower part of the reactor.
- the washing of the "ester" phase is carried out in the R100 reactor as follows.
- a first washing is accomplished by introducing into the reactor 3% by mass demineralized water relative to the mass of the rapeseed oil involved, or 1.5 kg.
- the use of demineralized water avoids the presence of calcium salts.
- the mixture is stirred for 5 minutes at 60-65 0 C, the stirring is stopped and the mixture subjected to decantation for 20 minutes.
- the lower phase (3 kg to 3.5 kg of a mixture of water / methanol / glycerol and potassium soaps) is withdrawn.
- the pH of wash water is measured.
- a second washing is accomplished by introducing into the reactor 3% by mass demineralized water relative to the mass of rapeseed oil involved, or 1, 5 kg.
- the mixture is stirred for 10 minutes at 60-65 0 C, the stirring is stopped and the mixture subjected to decantation for 30 minutes.
- the lower phase (3 kg to 3.5 kg of a mixture of water / methanol / glycerol and potassium soaps) is withdrawn.
- the pH of wash water is measured.
- the reaction mixture is dried in the R100 reactor rapidly to avoid any hydrolysis and oxidation phenomena, as follows.
- the reaction mixture is heated under a dynamic vacuum ( ⁇ 10 mm Hg) and with stirring at 110-125 ° C. to remove both traces of water and approximately 0.5 to 1% of residual methanol. These conditions are maintained for 30 to 60 minutes until the boiling of the product is complete, or until a water test results ⁇ 200 ppm.
- the recovered ester mixture has sufficient purity, evaluated by HPLC or gas chromatography (GC), to be able to be engaged in the oxidation step. It is not necessary to completely eliminate potassium ions because the esters are treated by molecular distillation.
- the ester mixture is stored in opaque polypropylene 30 L or 5 L cans under a nitrogen atmosphere to avoid any oxidation reaction.
- the fluxing agents obtained have the advantage of not evaporating in the atmosphere, but of hardening rapidly in the bitumen once the bituminous binder has been applied to a surface.
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Abstract
L'invention concerne un procédé de préparation d'un fluxant, possédant un indice d'iode allant de 50 à 200, à base de matières grasses d'origine naturelle fonctionnalisées chimiquement par oxydation, comprenant les étapes suivantes : i) fournir une matière grasse ou un mélange de matières grasses d'origine naturelle, ii) soumettre ladite matière grasse ou ledit mélange de matières grasses d'origine naturelle à au moins une réaction de trans-estérification ou d'estérification par au moins un alcanol ou un mono-alcool, iii) soumettre le composé ou le mélange de composés résultant de l'étape ii) à au moins une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation introduisant au moins un groupe fonctionnel choisi parmi les groupes acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, et iv) récupérer le fluxant.
Description
Procédé de préparation d'esters d'acides gras d'origine naturelle fonctionnalisés par oxydation utilisables comme fluxants pour bitume
La présente invention concerne le domaine de la réalisation de liants à base de bitumes fluxés utilisés principalement dans la réalisation de couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil, et plus particulièrement l'obtention de fluxants entrant dans la composition de ces liants par modification chimique de matières grasses d'origine naturelle.
Le bitume est le principal liant hydrocarboné utilisé dans le domaine de la construction routière ou du génie civil. Il peut être utilisé pur ou modifié par ajout de polymères, il est alors appelé bitume modifié.
Le bitume utilisé dans les liants routiers est trop visqueux à température ambiante pour présenter une maniabilité correcte, ou encore une mouillabilité vis-à-vis de granulats.
Il existe différents moyens de rendre le bitume ou le bitume modifié maniable : soit par chauffage en fonction de sa viscosité, soit en le plaçant en émulsion ou encore en abaissant sa viscosité par mélange avec des solvants ou "fluxants", pour la plupart d'origine pétrolière.
Le bitume retrouve ses propriétés d'origine, une fois mis en œuvre, quelle que soit la technique employée, respectivement par refroidissement, par évaporation de l'eau de l'émulsion ou par évaporation du solvant. Cette dernière alternative conduit à des dégagements dans l'atmosphère de composés organiques volatils, dégagements peu recommandés pour l'environnement et qui représentent un gaspillage de l'énergie fossile.
On sait déjà utiliser des agents fluxants, également appelés huiles de fluxage, à base de matières grasses animales et/ou végétales (huiles et graisses), permettant ainsi d'éviter le dégagement de composés organiques volatils (COV).
Généralement, les matières grasses naturelles brutes ont un bon pouvoir solvant pour le bitume. En revanche, elles ont une viscosité élevée, qui peut être diminuée par conversion des triglycérides en monoesters.
La demande de brevet FR 2721043 (VIALIT) décrit une émulsion de bitume contenant une huile de fluxage, ladite émulsion comprenant 50 à 90% en poids de bitume et 1 à 50% en poids d'une huile de fluxage, ainsi qu'un agent d'adhérence à base d'aminés grasses ou de silicium organique. L'huile de fluxage peut être une huile végétale telle qu'une huile de colza, l'un de ses dérivés tels que sa partie acide gras, un mélange d'acides gras, un produit de transestérification tel qu'un ester méthylique de l'huile de colza ou un dérivé de résine alkyde de l'huile de colza.
La demande FR 2770850 (ELF ANTAR FRANCE) décrit une composition bitumineuse comprenant un adjuvant dérivé d'une huile végétale. Ledit adjuvant consiste en un résidu de distillation de cette huile ou d'un produit de transestérification de ladite huile par un alcanol en Ci à C6.
Toutefois, les matières grasses naturelles utilisées dans ces demandes ne possèdent pas un pouvoir siccatif suffisant pour arriver à polymériser assez rapidement sans catalyseur, ce qui conduit à des liants trop mous se dégradant parfois rapidement lorsque l'on veut remettre la chaussée en service très rapidement. Pour pallier ces inconvénients, certains brevets préconisent d'ajouter des catalyseurs comprenant des sels métalliques, mais ceux-ci sont peu recommandés pour l'environnement.
La demande FR 2768150 (SAADA) décrit un liant bitumineux comprenant un fluxaπt choisi parmi les esters d'acides gras, obtenus notamment par transestérification d'huiles végétales, et de préférence un catalyseur de polymérisation du fluxant. Les huiles employées sont des esters méthyliques d'huiles de colza, de lin ou de tournesol, ayant éventuellement été préalablement isomérisées.
Le but du traitement d'isomérisation est l'augmentation du nombre de doubles liaisons C=C conjuguées, qui se traduit par une augmentation du pouvoir siccatif.
Les doubles liaisons conjuguées du fluxant réduisent sa viscosité initiale et jouent un rôle primordial dans le durcissement du liant. En effet, après répandage, le durcissement du liant est obtenu par réticulation du fluxant en présence de l'oxygène de l'air et du catalyseur (sel de métal de
transition). Les sels métalliques forment des ponts peroxyde -0-0- sur les chaînes insaturées des acides gras. Ces ponts sont instables et conduisent à la formation de radicaux libres, qui attaquent d'autres chaînes, réalisant par propagation une polymérisation-réticulation des esters.
La demande FR 2701021 (SCREG) décrit une émulsion comprenant un liant hydrocarboné, notamment un bitume, et au moins une huile siccative ou demi siccative, naturelle ou synthétique ou au moins une standolie d'une telle huile et généralement un catalyseur de type métal de transition employé en tant qu'agent d'accélération, le naphténate de manganèse.
Seules les demandes EP 1482012 et EP 04075882.3 (LATEXFALT B.V.) décrivent des liants bitumineux fluxés ne nécessitant pas l'emploi de catalyseurs de polymérisation de type métal de transition pour réticuler le fluxant. Ces liants comprennent, outre le bitume, un ester d'alkyle en Ci- C4 d'un acide gras insaturé employé en tant que fluxant, un élastomère, un agent de durcissement favorisant la réticulation de l'élastomère et éventuellement un additif de type amide destiné à diminuer davantage la viscosité du bitume fluxé et à augmenter la température de ramollissement de la composition.
La présente invention a donc pour but la modification chimique de matières grasses d'origine naturelle, de façon à obtenir des fluxants renouvelables et non toxiques ayant les propriétés suivantes :
- d'une part de bonnes propriétés de solvant pour faciliter la dissolution du bitume au moment de la préparation des liants et faciliter la mise en œuvre de ces liants,
- d'autre part une bonne réactivité afin de polymériser avec le bitume après la mise en œuvre de manière à donner au bitume ses propriétés d'usage, sans dégagement de composés organiques volatils.
Elle a également pour but la préparation d'un fluxant tel que défini, ayant une siccativité et une viscosité adéquates pour permettre l'association des matières grasses d'origine naturelle qu'il contient avec le bitume.
Elle a encore pour but de disposer d'un fluxant tel que défini, et dont les matières grasses d'origine naturelle possèdent des fonctions
chimiques susceptibles de réagir avec des fonctions chimiques présentes dans le bitume et/ou avec des fonctions chimiques d'autres molécules de fluxant, permettant ainsi leur réticulation en supprimant ou, tout au moins en limitant l'emploi de catalyseurs métalliques, ou permettant d'utiliser le cas échéant des catalyseurs organiques non nuisibles pour l'environnement.
Les présents inventeurs ont trouvé qu'il était possible de remplir les objectifs précités en utilisant un bitume fluxé par un fluxant à base de mono-esters d'alkyle d'acides gras d'origine naturelle ayant été fonctionnalisées chimiquement par oxydation.
Ainsi, le premier objet de la présente invention est un procédé de préparation d'un fluxant, possédant un indice d'iode allant de 50 à 200, de préférence supérieur à 80, à base de matières grasses d'origine naturelle fonctionnalisées chimiquement par oxydation, comprenant les étapes suivantes : i) fournir une matière grasse ou un mélange de matières grasses d'origine naturelle comprenant au moins un composé choisi parmi les triglycérides, les diglycérides et les monoglycérides, ii) soumettre ladite matière grasse ou ledit mélange de matières grasses d'origine naturelle à au moins une réaction de trans-estérification par au moins un alcanol, iii) soumettre le composé ou le mélange de composés résultant de l'étape ii) à au moins une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation introduisant au moins un groupe fonctionnel choisi parmi les groupes acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, et iv) récupérer le fluxant.
Le second objet de la présente invention est un procédé de préparation d'un fluxant, possédant un indice d'iode allant de 50 à 200, de préférence supérieur à 80, à base de matières grasses d'origine naturelle fonctionnalisées chimiquement par oxydation, comprenant les étapes suivantes : i) fournir une matière grasse ou un mélange de matières grasses d'origine naturelle comprenant un acide gras ou un mélange d'acides gras,
ii) soumettre ladite matière grasse ou ledit mélange de matières grasses d'origine naturelle à au moins une réaction d'estérification par au moins un alcanol, iii) soumettre le composé ou le mélange de composés résultant de l'étape ii) à au moins une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation introduisant au moins un groupe fonctionnel choisi parmi les groupes acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, et iv) récupérer le fluxant.
Par "matières grasses d'origine naturelle", on entend, dans la présente invention, les matières grasses en provenance de la nature ou leurs dérivés.
Selon les procédés de l'invention, l'obtention de fluxants possédant les propriétés désirées met en jeu deux étapes chimiques : une première étape de trans-estérification (premier procédé) ou d'estérification (second procédé) suivie d'une étape d'oxydation qui est commune aux deux procédés. Les étapes de trans-estérification et d'estérification vont tout d'abord être décrites dans cet ordre.
Les matières grasses d'origine naturelle, pour pouvoir être mises en jeu dans le premier procédé de l'invention (trans-estérification) doivent comprendre au moins un composé choisi parmi les triglycérides, les diglycérides et les monoglycérides. Elles comprennent de préférence au moins un triglycéride. De préférence encore, les matières grasses d'origine naturelle utilisées dans le premier procédé de l'invention contiennent une proportion massique de composés choisis parmi les triglycérides, les diglycérides et les monoglycérides supérieure à 30 %, mieux supérieure à 70 %.
Naturellement, ces matières grasses d'origine naturelle peuvent contenir d'autres esters que les glycérides capables de subir la réaction de trans-estérification.
Les matières grasses d'origine naturelle utilisables dans l'étape i) du premier procédé de l'invention sont choisies parmi les huiles obtenues dans la nature ou leurs dérivés, les graisses obtenues dans la nature ou leurs dérivés, et leurs mélanges, par exemple des huiles et graisses animales et/ou végétales, de préférence des huiles végétales et des
graisses animales (telles que le suif, la lanoline), mieux des huiles végétales. Ces matières grasses d'origine naturelle peuvent notamment provenir d'huiles végétales usagées de l'industrie agroalimentaire, par exemple d'huiles de friture, de conservation, à condition que celles-ci aient une origine naturelle.
Sont donc exclues du cadre de l'invention les huiles et graisses de synthèse et les huiles et graisses fossiles, qui ne sont pas renouvelables et ne présentent pas d'intérêt dans le cadre du développement durable.
Préférentiellement, on utilisera les huiles végétales telles que les huiles de tournesol, de colza, d'arachide, de coprah, de lin, de soja, d'olive, de ricin, de maïs, de courge, de carthame, d'oeillette, de pépins de raisin, de jojoba, de sésame, de noix, de noisette, de bois de chine, leurs dérivés, ainsi que leur mélanges. Les huiles particulièrement préférées sont l'huile de Nn, de soja, de tournesol, de maïs, de colza et d'arachide.
On préférera les huiles ou graisses riches en chaînes grasses poly- insaturées, notamment les huiles ou graisses ayant un indice d'iode élevé, préférentiellement supérieur ou égal à 70, mieux supérieur ou égal à 120, comme l'huile de Nn (très siccative), de noix, de soja ainsi que certaines huiles de tournesol et de maïs (semi-siccatives).
L'étape N) de trans-estérification du premier procédé de l'invention libère des mono-esters d'acides gras à partir des glycérides et le glycérol en tant que co-produit. Elle est réalisée dans des conditions qui sont bien connues de l'homme du métier, en présence d'au moins un alcanol et généralement d'un catalyseur basique.
Au sens de la présente invention, on entend par acides gras des acides mono, di ou tricarboxyliques aliphatiques en C4-C28 saturés, mono- insaturés ou poly-insaturés, linéaires ou ramifiés, cycliques ou acycliques.
Des ouvrages généraux tels que Bailey's lndustrial OiI and Fat Products, 6th Edition (2005), Fereidoon Shahidi Ed., John Wiley & Sons, Inc., et March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 5th Edition (2001 ), M. B. Smith, J. March, Wiley- Interscience, décrivent les conditions de l'étape de trans-estérification.
Généralement, un catalyseur basique et un chauffage à une température de 40-100 0C sont employés. Des exemples non limitatifs de catalyseurs basiques sont NaOH, KOH et un alcoolate alcalin tel qu'un
méthylate, un éthylate, un n-propylate, un i-propylate, un n-butylate, un i- butylate, un t-butylate de lithium, sodium ou potassium, notamment le méthylate de potassium, le méthylate de sodium, l'éthylate de potassium, l'éthylate de sodium.
L'alcanol est de préférence un mono-alcool aliphatique, linéaire ou ramifié, de préférence en CI-CΘ, mieux, en C1-C4. Comme exemples d'alcanols utilisables, il est possible de citer le méthanol, l'éthanol, le n- propanol, l'i-propanol, le n-butanol, le t-butanol et l'i-butanol. On emploiera de préférence le méthanol ou l'éthanol.
Plusieurs réactions de trans-estérification successives peuvent être accomplies.
Selon les conditions opératoires, des triglycérides et/ou des glycérides partiels peuvent être obtenus en mélange avec les mono-esters d'alkyle. Le mélange résultant de l'étape ii) de trans-estérification comprend toutefois de faibles teneurs en mono, di ou triglycérides. L'ensemble de ces glycérides représente généralement en masse moins de 5 % de la masse totale du mélange, de préférence moins de 3 %.
Le mélange résultant de l'étape ii) de trans-estérification est ensuite soumis à une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation, qui permet d'obtenir le fluxant de l'invention.
L'étape d'estérification du second procédé de l'invention va maintenant être décrite.
Les matières grasses d'origine naturelle, pour pouvoir être mises en jeu dans le second procédé de l'invention (estérification) doivent comprendre un acide gras ou un mélange d'acides gras. Les matières grasses d'origine naturelle utilisées dans le second procédé de l'invention contiennent une proportion massique d'acide gras supérieure à 30 %, de préférence supérieure à 70 %, mieux supérieure à 80 % et encore mieux supérieure à 90 %.
Naturellement, les matières grasses d'origine naturelle peuvent contenir d'autres acides que les acides gras capables de subir la réaction d'estérification.
Toute source d'acides gras d'origine naturelle, renouvelable, peut être employée dans l'étape i) du second procédé de l'invention. On préférera utiliser le tall oil ou l'un de ses dérivés. Le tall oil est un résidu
obtenu lors de la fabrication de la pâte à papier. Cette huile très siccative est un mélange d'acides gras libres (acides oléique, linoléique, liπoléique...), d'acides résiniques et de substances insaponifiables.
On préférera les tall oils ou les dérivés de tall oils d'indice d'iode supérieur ou égal à 150, mieux supérieur ou égal à 160.
Les acides gras peuvent également provenir de l'hydrolyse de mono, di ou triglycérides.
L'étape ii) d'estérification du second procédé de l'invention fournit des mono-esters d'acides gras à partir des acides gras et l'eau en tant que co-produit. Elle est réalisée dans des conditions qui sont bien connues de l'homme du métier, en présence d'au moins un alcanol, qui est de préférence un mono-alcool.
Des ouvrages généraux tels que Bailey's Industriel OiI and Fat Products, 6th Edition (2005), Fereidoon Shahidi Ed., John Wiley & Sons, Inc., et March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 5th Edition (2001 ), M. B. Smith, J. March, Wiley- Interscience, décrivent les conditions de cette étape.
Généralement, un catalyseur acide et un chauffage à une température de 60-160 0C sont employés. Des exemples non limitatifs de catalyseurs acides sont l'acide sulfurique et l'acide p-toluène sulfonique (APTS).
L'alcanol est de préférence un mono-alcool aliphatique, linéaire ou ramifié, de préférence en CI-CΘ, mieux, en C1-C4. Comme exemples d'alcanols utilisables, il est possible de citer le méthanol, l'éthanol, le n- propanol, l'i-propanol, le n-butanol, le t-butanol et l'i-butanol. On emploiera de préférence le méthanol ou l'éthanol.
Plusieurs réactions d'estérification successives peuvent être accomplies.
Le mélange résultant de l'étape ii) d'estérification est ensuite soumis à une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation, qui permet d'obtenir le fluxant de l'invention.
L'estérification et la trans-estérification ont pour effet de fournir un mélange moins visqueux et possédant un meilleur pouvoir solvant que la matière grasse initiale ou le mélange de matières grasses initial, d'origine naturelle.
L'étape de fonctionnalisation chimique par oxydation est une étape commune aux deux procédés de l'invention. Elle intervient sur le composé ou le mélange de composés résultant de l'étape ii), qui contiennent donc au moins un mono-ester d'alkyle d'acide gras. Plusieurs réactions d'oxydation successives, identiques ou différentes, peuvent être accomplies.
Il est à noter que toute matière grasse ou tout mélange de matières grasses d'origine naturelle comprenant au moins un mono-ester d'alkyle d'acide gras peut aussi être soumis à une étape de fonctionnalisation chimique par oxydation pour fournir un fluxant selon l'invention.
Les fluxants obtenus par les procédés de l'invention contiennent des mono-esters d'acides gras d'origine naturelle chimiquement fonctionnalisés par oxydation, terme par lequel il faut comprendre au sens de la présente invention des mono-esters d'acides gras d'origine naturelle modifiés par au moins un groupe fonctionnel choisi parmi les groupes acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone. Par fonction éther, on entend la fonction éther oxyde.
Les oxydations réalisées sur les matières grasses d'origine naturelle ayant subi une estérification ou une trans-estérification conduisent généralement à l'introduction de plusieurs fonctions chimiques différentes.
Ces groupes fonctionnels oxygénés sont susceptibles de réagir avec des fonctions chimiques présentes dans le bitume, qui sont par exemple des fonctions acide ou alcool. Ces groupes fonctionnels oxygénés sont également susceptibles de réagir avec l'oxygène de l'air, et/ou avec des fonctions chimiques d'autres molécules de fluxant. Il en résulte une activation du processus de durcissement du fluxant au sein du bitume fluxé lors du répandage sur une surface, notamment routière.
Les matières grasses d'origine naturelle qui sont traitées par les procédés de l'invention sont dites activées, car elles sont plus compatibles avec le bitume, plus réactives vis-à-vis de lui.
La fonctionnalisation chimique par oxydation est effectuée notamment sur les chaînes grasses hydrocarbonées des matières grasses d'origine naturelle, résultant de l'étape ii), en particulier sur leurs doubles liaisons C=C. Elle affecte en particulier les chaînes grasses des mono-
esters aliphatiques d'acides gras obtenus à l'issue des réactions d'estérification ou de transestérification, mais en général également d'autres composés présents dans le mélange résultant de l'étape ii) des procédés de l'invention.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les matières grasses d'origine naturelle fournies au cours de l'étape i) comportent des doubles liaisons carbone-carbone dont au moins 15 %, de préférence au moins 20 % sont oxydées au cours de l'étape iii).
Etant donné que l'oxydation n'est que partielle, les procédés de l'invention fournissent des fluxants dont les constituants possèdent encore des doubles liaisons C=C, de façon à conserver une siccativité suffisante, évaluée par son indice d'iode (par exemple, au moins 80 g d'b/lOO g pour les esters méthyliques de colza). L'oxydation est stoppée dès que le fluxant parvient à la valeur souhaitée de l'indice d'iode, qui est mesuré selon la norme ISO 3961.
L'étape d'oxydation partielle peut entraîner un début de réaction de polymérisation, ou d'oligomérisation des esters, par exemple une dimérisation et/ou une réaction de cyclisation des chaînes hydrocarbonées par le biais de l'oxygène de l'air. Ainsi, des ponts carbone-oxygène-carbone peuvent se former entre les molécules de fluxant.
Les fonctions peroxyde greffées au cours de l'étape iii) peuvent participer à la formation de liaisons avec d'autres molécules du mélange, notamment avec le bitume.
Ainsi, des atomes d'oxygène se trouvent déjà greffés sur les molécules de fluxant et peuvent participer à la formation de ponts oxygène entre le fluxant et/ou d'autres molécules du mélange.
Dans le cas de chaînes hydrocarbonées de fluxant non oxydé, ces ponts oxygène sont réalisés à partir de l'oxygène de l'air qui doit être greffé sur deux molécules, ce qui rend plus difficile la réalisation de tels ponts à basse température (< 60 0C).
Les réactifs de fonctionnalisation chimique par oxydation employés sont par exemple l'oxygène de l'air ou de l'oxygène pur, ou bien de l'eau oxygénée, dans des conditions variables de température, pression et durée de réaction, optionnellement en présence de catalyseurs. En
présence d'oxygène, un chauffage à une température de 120-250 0C est généralement employé.
Des moyens peuvent être mis en œuvre pour suivre la consommation des réactifs d'oxydation pendant l'étape iii) du procédé.
Les différentes réactions de fonctionnalisation mises en jeu sont des réactions classiques de la chimie organique, décrites par exemple dans Bailey's lndustrial OiI and Fat Products, 6th Edition (2005), Fereidoon Shahidi Ed., John Wiley & Sons, Inc.
Généralement, les fluxants obtenus par les procédés de l'invention présentent les caractéristiques suivantes :
- une viscosité cinématique comprise entre 4 et 10 mm2/s à 400C,
- un indice d 'acide selon la norme NF T 60-204 supérieur à 5, mieux supérieur à 10 mg KOH/g,
- un indice de saponification selon la norme ISO 3657 compris entre 150 et 250 mg KOH/g,
- un indice de peroxyde selon la norme NF T 60-220 inférieur à 10, mieux inférieur à 5 meq d'02/kg.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un fluxant préparé par l'un des procédés de l'invention en tant que fluxant pour liant bitumineux, lequel est destiné principalement à la construction routière ou au génie civil.
L'invention a encore pour objet un liant hydrocarboné pour la réalisation de couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil, comprenant au moins un bitume et au moins un fluxant préparé par l'un des procédés de l'invention.
La présence de nombreuses fonctions chimiques sur les molécules de fluxant, telles que des doubles liaisons C=C (Indice d'iode allant de 50 à 200 g d'b/lOO g), des groupes fonctionnels acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et/ou cétone permet d'obtenir une bonne association du fluxant de l'invention avec le bitume.
Le bitume utilisé dans la présente invention est un mélange de matières hydrocarbonées d'origine naturelle issues de la fraction lourde obtenue lors de la distillation du pétrole, ou provenant de gisements naturels se présentant sous forme solide ou liquide, de densité comprise entre 0,8 et 1 ,2. Sont également admis comme bitumes au sens de
l'invention les bitumes d'origine végétale tel que le Végécol® commercialisé par la société Colas et décrit dans la demande de brevet FR 2853647, les bitumes modifiés par incorporation d'additifs de toute nature tels que des additifs en vue d'améliorer les caractéristiques d'adhésivité, en vue d'apporter artificiellement les propriétés nécessaires à la mise en émulsion cationique, par incorporation d'élastomères, sous forme de poudre de caoutchouc ou autre, ou bien encore les bitumes améliorés par l'addition de polymères de différents types ; cette liste n'étant toutefois pas limitative.
Les liants de l'invention comprennent généralement de 0,1 à 30 % de fluxant, préférentiellement de 0,5 à 10 %, en poids par rapport au poids total de liant.
De préférence, le liant hydrocarboné selon l'invention ne comprend pas de fluxants autres que des fluxants à base de matières grasses d'origine naturelle fonctionnalisées par oxydation selon les procédés de l'invention.
La présente invention a enfin pour objet un matériau pour la réalisation de couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil comprenant un liant hydrocarboné tel que défini ci-dessus, c'est-à-dire un liant comprenant au moins un bitume et au moins un fluxant préparé par l'un des procédés de l'invention.
Le matériau de l'invention peut comprendre en outre un granulat. Lorsqu'il n'en comprend pas, il peut être employé pour la réalisation de couches d'accrochage au bitume fluxé ou à l'émulsioπ, de produits de nettoyage, ou pour empêcher des salissures sur les engins de chantiers.
Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent la présente invention.
EXEMPLES
1. Préparation d'une solution catalvtique de méthylate de potassium utilisable au cours d'une réaction de trans-estérification
323,5 g de KOH (pureté : 85 %) sont dissous dans 2,75 kg de méthanol absolu (pureté > 99 %) dans un réacteur double enveloppe de 5 litres de
capacité placé sous atmosphère inerte d'azote et équipé d'un condenseur à reflux. La réaction de dissolution est très exothermique. La solution catalytique est ensuite refroidie à 30 0C puis stockée sous atmosphère d'azote dans un bidon de 5 L gradué en polypropylène. L'emploi d'une atmosphère inerte permet d'éviter la carbonatation, et l'hydrolyse de l'alcoolate formé.
2. Préparation d'esters méthyliques de colza par trans-estérification d'huile de colza
Mode opératoire : 50 kg d'huile de colza raffinée (Indice d'acide ≤ 1 mg de KOH/g) et 9,75 kg de méthanol sont introduits à température ambiante par pompage dans un réacteur R100 Inox équipé d'un condenseur à reflux. Le réacteur est placé sous atmosphère inerte (azote) et le mélange réactionnel est placé sous une agitation modérée et efficace puis porté à 65-70 0C de façon à obtenir un reflux total, sous atmosphère inerte. La totalité de la solution catalytique préparée ci-dessus est introduite en trois étapes de la façon suivante dans le réacteur agité : 70 % du volume de la solution catalytique est injecté rapidement, puis 15 % du volume de la solution catalytique est injecté rapidement après 10 minutes de réaction, puis le volume de la solution catalytique restant (15 %) est injecté rapidement 10 minutes plus tard. Le mélange réactionnel est agité 30 à 40 minutes supplémentaires à 70-75°C, en veillant bien à ce que la température n'excède pas 75 0C. Le pH du mélange réactionnel est mesuré. La durée totale de la phase de catalyse est généralement comprise entre 60 et 80 minutes.
Analyses : la qualité des esters méthyliques préparés peut être évaluée de la façon suivante.
50 mL du mélange réactionnel présent dans le réacteur R100 sont prélevés dans un flacon de 125 mL. Le glycérol est décanté. 2,5 mL de la phase "esters" sont prélevés dans un tube à essais de 10 mL, dans lequel sont ensuite ajoutés 2,5 mL d'éther diéthylique. Cette phase organique est lavée trois fois par 2,5 mL d'eau déminéralisée. L'eau de lavage est séparée à l'aide d'une pipette, et la phase organique lavée contenant les
esters est séchée par Na2SO4. L'éther diéthylique est évaporé par concentration à froid sous courant d'azote. 30 mg du mélange d'esters méthyliques résultant (lavé et séché) sont introduits dans une fiole de 20 ml_, complétée par du méthanol analytique. Cette solution est Injectée en HPLC. La pureté en esters est supérieure à 96 %.
Traitement : Le mélange réactionnel est alors refroidi à 60-65 0C, et soumis, après arrêt de l'agitation, à une décantation statique pendant 30 minutes à cette température pour séparer le glycérol. Il est possible d'observer une différence de coloration entre le glycérol (plus sombre) et la phase ester méthylique (très pâle). L'interface entre les deux phases est très nette. 9 kg à 9,5 kg de glycérol formé sont soutirés par le fond du réacteur. Le soutirage est réalisé en 2 temps : a) soutirage rapide représentant de l'ordre de 90 % de la quantité estimée, soit environ 8,25 kg; b) soutirage beaucoup plus lent permettant de favoriser, le plus complètement possible, l'élimination du glycérol. En raison de sa viscosité importante, celui-ci a tendance à coller le long des parois et demande donc un certain temps pour s'accumuler totalement en partie basse du réacteur.
Le lavage de la phase "esters" est réalisé dans le réacteur R100 de la façon suivante. Un premier lavage est accompli en introduisant dans le réacteur 3% en masse d'eau déminéralisée par rapport à la masse de l'huile de colza mise en jeu, soit 1 ,5 kg. L'emploi d'eau déminéralisée évite la présence de sels de calcium. Le mélange est agité pendant 5 minutes à 60-650C, l'agitation est stoppée et le mélange soumis à une décantation pendant 20 minutes. La phase inférieure (3 kg à 3,5 kg d'un mélange eau/méthanol/glycérol et savons de potassium) est soutirée. Le pH d'eau de lavage est mesuré. Un deuxième lavage est accompli en introduisant dans le réacteur 3% en masse d'eau déminéralisée par rapport à la masse de l'huile de colza mise en jeu, soit 1 ,5 kg. Le mélange est agité pendant 10 minutes à 60-650C, l'agitation est stoppée et le mélange soumis à une décantation pendant 30 minutes. La phase inférieure (3 kg à 3,5 kg d'un mélange eau/méthanol/glycérol et savons de potassium) est soutirée. Le pH d'eau de lavage est mesuré.
Le séchage du mélange réactionnel est effectué dans le réacteur R100 rapidement afin d'éviter tout phénomène d'hydrolyse et d'oxydation, de la façon suivante. Le mélange réactionnel est chauffé sous un vide dynamique (< 10 mm de Hg) et sous agitation à 110-125 0C pour éliminer à la fois les traces d'eau et environ 0,5 à 1 % de méthanol résiduel. Ces conditions sont maintenues entre 30 et 60 minutes jusqu'à la fin de l'ébullition du produit, ou jusqu'à ce qu'un dosage d'eau fournisse un résultat < 200 ppm.
Le mélange d'esters récupéré possède une pureté suffisante, évaluée par HPLC ou chromatographie en phase gazeuse (CPG), pour pouvoir être engagé dans l'étape d'oxydation. Il n'est pas nécessaire d'éliminer totalement les ions potassium du fait que les esters sont traités par distillation moléculaire.
Le mélange d'esters est stocké dans les bidons de 30 L ou 5 L en polypropylène opaque, sous atmosphère d'azote afin d'éviter toute réaction d'oxydation.
Les caractéristiques physico-chimiques du mélange d'esters méthyliques de colza obtenu sont indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1
3. Oxydation partielle d'esters méthyliques de colza
Mode opératoire : 175 kg d'esters méthyliques de colza obtenus ci-dessus sont introduits à température ambiante dans un réacteur à double enveloppe ayant une capacité de 300 litres. De l'oxygène pur est introduit dans le réacteur à 5 bars, puis la température du réacteur est élevée à 150 0C sous agitation. La consommation d'oxygène est suivie pendant la réaction. Au bout de 40 heures, le mélange réactionnel est refroidi puis vidangé (exemple 3.1 ). Le protocole est répété sur un même lot d'esters méthyliques de colza afin de vérifier la reproductibilité de la réaction d'oxydation (exemple 3.2).
Les caractéristiques physico-chimiques des fluxants obtenus sont indiquées dans le tableau 2.
Tableau 2
Comme le prouvent les exemples, la foπctionnalisation chimique de matières grasses d'origine naturelle par oxydation selon le procédé de l'invention peut être accomplie avec une bonne reproductibilité.
Les fluxants obtenus présentent l'avantage de ne pas s'évaporer dans l'atmosphère, mais de durcir rapidement dans le bitume une fois réalisée l'application du liant bitumineux sur une surface.
Claims
1. Procédé de préparation d'un fluxant à base de matières grasses d'origine naturelle fonctionnalisées chimiquement par oxydation, comprenant les étapes suivantes : i) fournir une matière grasse ou un mélange de matières grasses d'origine naturelle comprenant au moins un composé choisi parmi les triglycérides, les diglycérides et les monoglycérides, ii) soumettre ladite matière grasse ou ledit mélange de matières grasses d'origine naturelle à au moins une réaction de trans-estérification par au moins un alcanol, iii) soumettre le composé ou le mélange de composés résultant de l'étape ii) à au moins une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation, et iv) récupérer le fluxant, caractérisé en ce que ladite fonctionnalisation chimique introduit au moins un groupe fonctionnel choisi parmi les groupes acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, et en ce que le fluxant récupéré à l'étape iv) possède un indice d'iode allant de 50 à 200.
2. Procédé de préparation d'un fluxant à base de matières grasses d'origine naturelle fonctionnalisées chimiquement par oxydation, comprenant les étapes suivantes : i) fournir une matière grasse ou un mélange de matières grasses d'origine naturelle comprenant un acide gras ou un mélange d'acides gras, ii) soumettre ladite matière grasse ou ledit mélange de matières grasses d'origine naturelle à au moins une réaction d'estérification par au moins un alcanol, iii) soumettre le composé ou le mélange de composés résultant de l'étape ii) à au moins une réaction de fonctionnalisation chimique par oxydation, et iv) récupérer le fluxant, caractérisé en ce que ladite fonctionnalisation chimique introduit au moins un groupe fonctionnel choisi parmi les groupes acide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, et en ce que le fluxant récupéré à l'étape iv) possède un indice d'iode allant de 50 à 200.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alcanol est un mono-alcool aliphatique, linéaire ou ramifié, de préférence en Ci-C6, mieux, en Ci-C4.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alcanol est choisi parmi le méthanol, l'éthanol, le n-propanol, l'i-propanol, le n-butanol, le t-butanol et l'i-butanol, de préférence le méthanol ou l'éthanol.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matières grasses d'origine naturelle comportent des doubles liaisons carbone-carbone dont au moins 15 %, de préférence au moins 20 % sont oxydées au cours de l'étape iii).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fonctionnalisation chimique par oxydation est effectuée en utilisant l'oxygène de l'air, de l'oxygène pur ou de l'eau oxygénée.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3 à
6, caractérisé en ce que lesdites matières grasses d'origine naturelle sont choisies parmi les huiles obtenues dans la nature ou leurs dérivés, les graisses obtenues dans la nature ou leurs dérivés, les huiles végétales usagées provenant de l'industrie agroalimentaire et leurs mélanges.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3 à
7, caractérisé en ce que lesdites matières grasses d'origine naturelle sont choisies parmi les huiles et graisses animales et/ou végétales, de préférence les huiles végétales.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les huiles végétales sont choisies parmi les huiles de tournesol, de colza, d'arachide, de coprah, de lin, de soja, d'olive, de ricin, de maïs, de courge, de carthame, d'oeillette, de pépins de raisin, de jojoba, de sésame, de noix, de noisette, de bois de chine, leurs dérivés, ainsi que leur mélanges.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les huiles ou graisses ont un indice d'iode supérieur ou égal à 70, de préférence supérieur ou égal à 120.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que lesdites matières grasses d'origine naturelle sont choisies parmi le tall oil ou l'un de ses dérivés.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le tall oil ou le dérivé de tall oil a un indice d'iode supérieur ou égal à 150, mieux supérieur ou égal à 160.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que le fluxant récupéré à l'étape iv) possède un indice d'iode supérieur à 80.
14. Utilisation d'un fluxant préparé par le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 13 en tant que fluxant pour liant bitumineux.
15. Liant hydrocarboné pour la réalisation de couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bitume et au moins un fluxant préparé par le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 13.
16. Liant selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend de 0,1 à 30 % de fluxant en poids par rapport au poids total de liant, préférentiellement de 0,5 à 10 % en poids par rapport au poids total de liant.
17. Matériau pour la réalisation de couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil, caractérisé en ce qu'il comprend un liant hydrocarboné comprenant au moins un bitume et au moins un fluxant préparé par le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 13.
18. Matériau selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un granulat.
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