ES2251342T3 - Utilizacion de emulgentes en emulsion bituminosas. - Google Patents
Utilizacion de emulgentes en emulsion bituminosas.Info
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Abstract
Uso de emulgentes que contienen: (a) amidoaminas de ácidos grasos de la fórmula (I), R1CO-NH-[(CH2)nNR2]mR3 (I) en la que R1CO corresponde a un resto acilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, R2 y R3, independientemente el uno del otro, a hidrógeno o un resto alquilo con de 1 a 3 átomos de carbono, n a números de desde 1 hasta 10 y m a números de desde 2 hasta 5, y (b) polímeros catiónicos para la elaboración de emulsiones bituminosas acuosas.
Description
Utilización de emulgentes en emulsiones
bituminosas.
La invención se encuentra en el campo de las
emulsiones bituminosas y se refiere a emulgentes nuevos para la
producción de emulsiones bituminosas.
El betún representa una mezcla de hidrocarburos
de color oscuro, de semisólido a quebradizo, fusible, de elevado
peso molecular que se obtiene de la recuperación cuidadosa de
petróleo. Normalmente se trata de sistemas coloidales, especialmente
salmueras, que contienen en una masa de base oleosa (maltenos)
partículas oscuras, del tipo de la resina o el carbón, con masas
molares que se encuentran en el intervalo de aproximadamente 300 a
3000, que se denominan asfaltenos. Las emulsiones bituminosas
acuosas se emplean sobre todo en la construcción de carreteras.
Para este propósito resultan adecuadas, como emulgentes, las
diaminas, por ejemplo N-estearilpropilendiamina, o
las amidoaminas de ácidos grasos, como por ejemplo la
amidopropilamina de ácido graso de sebo. En la producción de
emulsiones bituminosas se diferencian básicamente dos formas de
procedimiento diferentes: en el caso de que el betún se vaya a
elaborar directamente in situ, es interesante que el tiempo
abierto, es decir, el tiempo hasta el fraguado, sea lo más corto
posible. En la práctica, esto significa que la emulsión bituminosa
debe romperse lo más rápido posible al contacto con el agente de
carga; en este contexto se habla también de una velocidad de rotura
alta.
En el segundo caso, la producción de la emulsión
bituminosa se lleva a cabo en la fábrica, de forma que, justo al
contrario, es interesante un tiempo abierto largo, para que el betún
no fragüe durante el transporte. Aquí es, por tanto, deseable que la
velocidad de rotura sea lo más baja posible. Para la caracterización
de la velocidad de rotura de una emulsión bituminosa se ha
establecido un sencillo procedimiento de prueba: para ello se añaden
agentes de carga a 100 g de una emulsión bituminosa bajo un fuerte
cizallamiento durante el tiempo necesario hasta que se produzca la
rotura de la emulsión, es decir, hasta que se produzca la separación
del agua. El índice de rotura se calcula luego a partir de la
relación de peso entre el agente de carga añadido a la emulsión
multiplicado por el factor 100. Cuanto mayor sea la proporción de
agente de carga, más "lenta" es la emulsión, es decir, más baja
es la velocidad de rotura.
En la práctica, la producción en particular de
emulsiones bituminosas de baja velocidad de rotura es especialmente
difícil: no es sólo que las emulsiones muestren la tendencia, por
ejemplo en caso de fuertes sacudidas, a romperse espontáneamente,
con frecuencia, la dispersión de los agentes de carga también es
insuficiente, es decir, el recubrimiento de las superficies del
agente de carga con la emulsión bituminosa se produce sólo de forma
incompleta, lo que da lugar a una mala procesabilidad de la
mezcla.
El documento
DD-A-291 330 describe la utilización
de sales de amidoaminas de ácidos grasos de la fórmula
[R^{1}CO-NH-(CH_{2})-NHR^{2}R^{3}]^{+}
A^{-} para la producción de emulsiones bituminosas acuosas con una
velocidad de rotura reducida.
El complejo objetivo de la presente invención ha
consistido por tanto en ofrecer emulgentes nuevos para la producción
de emulsiones bituminosas que garantizan bajas velocidades de rotura
y un recubrimiento completo de las superficies del agente de
carga.
El objetivo de la invención es el uso de
emulgentes que contienen
(a) amidoaminas de ácidos grasos de la fórmula
(I),
(I)R^{1}CO-NH-[(CH^{2})_{n}NR^{2}]_{m}R^{3}
en la que R^{1}CO corresponde a
un resto acilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, R^{2} y
R^{3}, independientemente el uno del otro, a hidrógeno o un resto
alquilo con de 1 a 3 átomos de carbono, n a números de desde 1 hasta
10 y m a números de desde 2 hasta 5,
y
(b) polímeros catiónicos
para la elaboración de emulsiones
bituminosas
acuosas.
Sorprendentemente, se encontró que determinadas
amidoaminas de ácidos grasos posibilitan, en combinación con
polímeros catiónicos, la producción de emulsiones bituminosas que
muestran una velocidad de rotura muy baja y en las que las
superficies de los agentes de carga están completamente recubiertas
de betún. La invención incluye además el conocimiento de que las
emulsiones bituminosas resultantes, cuando tienen el mismo contenido
de agentes de carga, presentan una mayor estabilidad, es decir,
muestran una baja tendencia a la sedimentación.
Las amidoaminas de ácidos grasos representan
sustancias grasas conocidas, obtenibles mediante los
correspondientes procedimientos de la química orgánica. Ejemplos
típicos son amidoaminas de ácidos grasos, cuyo componente de ácido
graso se deriva de ácido caproico, ácido caprílico, ácido
2-etilhexano, ácido cáprico, ácido láurico, ácido
isotridecanoico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido
palmitoleico, ácido esteárico, ácido isoesteárico, ácido oleico,
ácido elaidínico, ácido petroselínico, ácido linoleico, ácido
linolénico, ácido eleoesteárico, ácido araquídico, ácido gadoleico,
ácido behénico y ácido erúcico, así como sus mezclas técnicas. Para
la condensación con los ácidos grasos se consideran por ejemplo
dietilentriamina, trietilentriamina y tetraetilenpentamina así como
sus mezclas. De forma preferida, se emplean amidoaminas de ácidos
grasos de la fórmula (I), en la que R^{1}CO corresponde al resto
acilo del ácido graso de coco, del ácido graso de sebo así como del
ácido graso de sebo parcialmente hidrogenado, R^{2} y R^{3} a
hidrógeno y n y m a 2 ó 3. La producción de las amidoaminas puede
realizarse mediante condensación directa de las poliaminas con los
ácidos grasos o mediante transamidación con el empleo de ésteres
metílicos de ácidos grasos o triglicéridos.
Polímeros catiónicos adecuados son, por ejemplo,
derivados de celulosa catiónicos, como por ejemplo una
hidroxietilcelulosa cuaternaria, obtenible con la denominación de
Polymer JR 400® de Amerchol, almidón catiónico, copolímeros de sales
de dialilamonio y acrilamidas, polímeros cuaternarios de
vinilpirrolidona/vinilimidazol, como por ejemplo Luviquat® (BASF),
productos de condensación de poliglicoles y aminas, polipéptidos
cuaternarios de colágeno, como por ejemplo colágeno de
hidroxipropil-laurildimonio hidrolizado
(Lamequat®L/Grünau), polipéptidos cuaternarios de trigo,
polietilenimina, polímeros catiónicos de silicona, como por ejemplo
amidometicona, copolímeros del ácido adípico y
dimetilaminohidroxipropildietilentriamina (Cartaretine®/Sandoz),
copolímeros del ácido acrílico con cloruro de dimetildialilamonio
(Merquat® 550/Chemviron), colinatos, poliaminopoliamidas, como se
describe por ejemplo en el documento FR 2252840 A así como sus
polímeros hidrosolubles reticulados, derivados catiónicos de
quitina, como por ejemplo quitosano cuaternario, en su caso
distribuido en microcristales, productos de condensación de
dihalógenoalquilenos, como por ejemplo dibromobutano con
bisdialquilaminas, como por ejemplo
bis-dimetilamino-1,3-propano,
goma guar catiónica, como por ejemplo Jaguar® CBS, Jaguar®
C-17, Jaguar® C-16 de la empresa
Celanese, polímeros cuaternarios de sales de amonio, como por
ejemplo Mirapol® A-15, Mirapol®
AD-1, Mirapol® AZ-1 de la empresa
Miranol. Además, también pueden emplearse polímeros basados en ácido
adípico y dietilentriamina, que están cuaternizados con sulfato de
dimetilo, cloruro de metilo o cloruro de bencilo y que son
obtenibles en el mercado con la denominación de Fibrabon®.
Preferiblemente, se emplean polímeros catiónicos que contienen como
monómero o comonómero ácido acrílico y/o ácido metacrílico o sus
amidas. En el sentido de la invención, es posible emplear las
amidoaminas de ácidos grasos y los polímeros catiónicos, en relación
en cada caso al contenido en sólidos, con una relación de peso desde
99,9 : 0,1 hasta 50 : 50, preferiblemente desde 95 : 5 hasta 65 : 35
y especialmente preferible desde 90 : 10 hasta 75 : 25.
Por norma general, se emplean los emulgentes en
cantidades desde el 0,15 hasta el 1% en peso, en relación a las
emulsiones bituminosas. Para la producción de las emulsiones,
preferiblemente la disolución emulgente acuosa y el betún se colocan
en tanques separados en una máquina de mezclado, en la que la
homogenización se realiza bajo un fuerte cizallamiento. Para este
propósito son adecuados por ejemplo, un Ultra-Turrax
o un molino coloidal. Los emulgentes se atemperan normalmente de 50
a 70ºC, mientras que el betún presenta por motivos de procesabilidad
y bombeabilidad, temperaturas superiores a 120 y preferiblemente
desde 140 hasta 150ºC. La emulsión resultante presenta, por norma
general, una temperatura de mezcla en el intervalo de desde 60 hasta
90ºC.
En un matraz de tres cuellos de 1 l con agitador,
refrigerador de reflujo y columna fraccionadora de destilación, a
90ºC, se colocaron 500 g (1,85 mol) de ácido graso de sebo, 272 g
(1,86 mol) de trietilentetramina (TETA) y 1 g de ácido
hipofosfórico. En 3 horas se aumentó la temperatura hasta 180ºC y el
agua de condensación se separó de forma continua, hasta que el
producto de reacción presentó un índice de acidez inferior a 2 mg
KOH/g.
De forma análoga al ejemplo H1, se condensaron
500 g de ácido graso de sebo y 350 g (0,186 mol) de
tetraetilenpentamina (TEPA).
Para la producción de la fase emulgente acuosa se
dispersaron las cantidades deseadas de la amidoamina y del polímero
catiónico (A = copolímero de acrilamida-cloruro de
dialilamonio; B = copolímero de
acrilamida-acrilcolinato) a aproximadamente 45ºC en
una fase acuosa, que se ajustó mediante la adición de ácido
clorhídrico a un valor pH de 2,5 a 3. La producción de las
emulsiones bituminosas se realizó después en una instalación piloto
de la empresa Atomix. Para ello se colocaron los emulgentes acuosos
(56ºC) y los bituminosos (140ºC) en dos tanques diferentes y se
mezclaron de forma continua bajo un fuerte cizallamiento (9.000 upm)
con ayuda de un molino coloidal (temperatura de la mezcla: 75ºC).
Los resultados se resumen en la tabla 1. En cuanto a la velocidad de
rotura se diferenció entre "s" (=rápido) y "l" (=lento).
En la fila "cantidad de agente de carga" se indica la cantidad
de agente de carga que pudo añadirse a la emulsión hasta la rotura.
El residuo seco de las emulsiones se determinó tras un tratamiento
durante 2 horas a 105ºC y 1 hora a 163ºC. Los ejemplos 1 a 5 son
según la invención, los ejemplos V1 y V2 sirven para la
comparación.
| Composición/Realización | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | V1 | V2 |
| Cantidad de emulgente, total | 0,81 | 1,18 | 0,74 | 1,11 | 0,81 | 0,5 | 0,5 |
| \hskip0,5cm - amidoamina según el ejemplo H1 | 0,63 | 1,00 | 0,63 | 1,00 | - | 0,5 | - |
| \hskip0,5cm - amidoamina según el ejemplo H2 | - | - | - | - | 0,63 | - | 0,5 |
| \hskip0,5cm - polímero catiónico A | 0,18 | 0,18 | 0,11 | 0,11 | - | - | - |
| \hskip0,5cm - polímero catiónico B | - | - | - | - | 0,18 | - | - |
| Velocidad de rotura | l | l | l | l | l | s | s |
| Cantidad del agente de carga [g] | 193 | 146 | 133 | 138 | 121 | 80 | 64 |
| Residuo seco [% en peso] | 61,0 | 61,0 | 61,0 | 60,6 | 61,0 | 61,0 | 61,0 |
Claims (9)
1. Uso de emulgentes que contienen
(a) amidoaminas de ácidos grasos de la fórmula
(I),
(I)R^{1}CO-NH-[(CH^{2})_{n}NR^{2}]_{m}R^{3}
en la que R^{1}CO corresponde a
un resto acilo lineal o ramificado, saturado o insaturado, R^{2} y
R^{3}, independientemente el uno del otro, a hidrógeno o un resto
alquilo con de 1 a 3 átomos de carbono, n a números de desde 1
hasta 10 y m a números de desde 2 hasta 5,
y
(b) polímeros catiónicos
para la elaboración de emulsiones
bituminosas
acuosas.
2. Uso según la reivindicación 1,
caracterizado porque se emplean amidoaminas de ácidos grasos
de la fórmula (I), en la que R^{1}CO corresponde al resto acilo
del ácido graso de coco, del ácido graso de sebo así como del ácido
graso de sebo parcialmente hidrogenado.
3. Uso según las reivindicaciones 1 y/o 2,
caracterizado porque se emplean amidoaminas de ácidos grasos,
que se derivan de dietilentriamina, trietilentetramina y/o
tetraetilenpentamina.
4. Uso según al menos una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque se emplean amidoaminas de ácidos
grasos de la fórmula (I), en la que R^{2} y R^{3} corresponden a
hidrógeno, y n y m a 2 ó 3.
5. Uso según al menos una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque se emplean polímeros catiónicos
que se seleccionan del grupo formado por hidroxietilcelulosas
cuaternarias, almidones catiónicos, copolímeros de sales de
dialilamonio y acrilamidas, polímeros cuaternarios de
vinilpirrolidona/vinilimidazol, productos de condensación de
poliglicoles y aminas, polipéptidos cuaternarios de colágeno,
polipéptidos cuaternarios de trigo, polietileniminas, polímeros
cuaternarios de silicona, copolímeros del ácido adípico y
dimetilaminohidroxipropildietilentriamina, copolímeros del ácido
acrílico con cloruro de dimetildialilamonio, colinatos,
poliaminopoliamidas así como sus polímeros hidrosolubles
reticulados, derivados catiónicos de quitina, productos de
condensación de dihalógenoalquilenos con bisdialquilaminas, goma
guar catiónica, polímeros cuaternarios de sales de amonio,
poliamidas cuaternarias a base de ácido adípico y dietilentriamina,
así como sus mezclas.
6. Uso según al menos una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque se emplean polímeros catiónicos
que contienen como monómero o comonómero ácido (met)acrílico
o sus amidas.
7. Uso según al menos una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque se emplean las amidoaminas de
ácidos grasos y los polímeros catiónicos, en relación en cada caso
al contenido en sólidos, con una relación de peso desde 99,9 : 0,1
hasta 50 : 50.
8. Uso según al menos una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque se emplean las amidoaminas de
ácidos grasos y los polímeros catiónicos, en relación en cada caso
al contenido en sólidos, con una relación de peso desde 95 : 5 hasta
65 : 35.
9. Uso según al menos una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizado porque se emplean los emulgentes en
cantidades desde el 0,15 hasta el 1% en peso, en relación a la
emulsiones bituminosas.
Applications Claiming Priority (2)
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| WO2013036095A1 (es) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Surfax S.A. De C.V. | Compuestos de amidoamina, asfaltos modificados. mezclas tibias, sus procesos de fabricación y uso |
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