FR2832327A1 - Emulsion stabilisee reversible et procede de stabilisation et/ou destabilisation d'une emulsion - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une émulsion stable d'un fluide non miscible et d'une phase aqueuse ayant un pH déterminé. L'émulsion est optimisée en ce qu'elle comporte un tensioactif ionique et un polymère polyampholyte dont la charge dépend du pH. Les quantités respectives de tensioactif et de polymères sont déterminées en fonction des charges. En contrôlant le pH, on règle la stabilisation ou la déstabilisation de l'émulsion.L'invention concerne également un procédé de stabilisation et de déstabilisation d'une émulsion comportant un tensioactif combiné avec un polymère ampholyte.
Description
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La présente invention concerne une émulsion et un procédé de contrôle de la stabilisation ou de la déstabilisation d'une émulsion d'eau et d'huile dont le système émulsifiant est composé d'une combinaison d'au moins un tensioactif, cationique ou anionique, dont la charge ne dépend que très peu du pH et d'un polymère polyampholyte dont la charge globale dépend du pH. Le polymère polyampholyte selon l'invention n'a pas de propriété émulsifiante, en tant que tel.
Pour un pH déterminé de la phase aqueuse, on optimise la fonction émulsifiante en réglant les quantités respectives de polymère ampholyte et de tensioactif (ionique ou cationique en fonction du signe des charges du polymère dans ces conditions déterminées de pH) en prenant comme critère les charges respectives du polymère et du tensioactif. En modifiant le pH de l'émulsion stabilisée, on modifie alors les charges du polymère ampholyte. Cela a pour conséquence que les interactions des charges entre polymère et tensioactif sont modifiées d'une façon telle que l'on peut ainsi déstabiliser l'émulsion, éventuellement jusqu'à séparation complète des phases. Ainsi, il sera possible de récupérer les deux phases et éventuellement d'envisager le recyclage des différentes phases pour une nouvelle utilisation.
Le procédé, et la composition selon l'invention, peuvent être avantageusement appliqués à toutes mise en oeuvre d'émulsion stable, ou suffisamment stable, et nécessitant une étape de déstabilisation ou de
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désémulsification, que ce soit dans le domaine cosmétique, pharmaceutique, alimentaire, du traitement des eaux, de l'industrie papetière, ou de l'exploitation, ou exploration, pétrolière.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de contrôle de la stabilisation d'une émulsion dans lequel on effectue les étapes suivantes : - on forme une émulsion à partir d'un fluide non miscible et d'une solution aqueuse ayant un pH déterminé, - on ajoute à l'émulsion un tensioactif dont la charge ne dépend pas du pH et un polymère polyampholyte dont la charge globale dépend du pH, - on détermine les quantités respectives de tensioactif et de polymère ampholyte afin d'optimiser la stabilisation de l'émulsion, notamment en choisissant la quantité et le type de charge compte tenu du pH de l'émulsion.
Selon l'invention, si l'on change le pH de l'émulsion, les combinaisons de charge du tensioactif et du polymère ampholyte sont modifiées puisque la charge du polymère ampholyte est, par définition, changée avec le changement du pH.
Ainsi, l'émulsion initialement stable devient instable et il est possible de plus facilement séparer les phases.
Selon l'invention, la quantité de tensioactif nécessaire pour stabiliser l'émulsion est nettement moindre lorsqu'il y a combinaison avec un polymère tel que défini ici. Cela représente un avantage certain d'avoir une émulsion stable avec des quantités faible de tensioactif, notamment inférieure à la concentration micellaire critique (CMC).
<Desc/Clms Page number 3>
Les polymères polyampholytes du procédé ou de la composition émulsifiante de la présente invention sont choisis, de préférence, dans le groupe constitué par : a) les polymères de formule générale (1) suivante :
. dans laquelle A désigne un groupe résultant de la copolymérisation d'un
monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement anionique-COO , . x est un cation provenant de la neutralisation des groupements anioniques-COO par une base minérale ou organique, e B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; * C est un groupe résultant de la copolymérisation d'un monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement cationique E+ tel que
. dans laquelle A désigne un groupe résultant de la copolymérisation d'un
monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement anionique-COO , . x est un cation provenant de la neutralisation des groupements anioniques-COO par une base minérale ou organique, e B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; * C est un groupe résultant de la copolymérisation d'un monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement cationique E+ tel que
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* dans laquelle R1, R2 et R3, identiques ou différents, sont hydrogène, un groupe alkyle en C1-C22, linéaire, ramifié ou cyclique (cycloaliphatique ou aromatique) ; . y'désigne un anion résultant de la neutralisation des groupes E par un acide minéral ou organique ou de la quaternisation des groupements E ; . x1, x2 et y désignent respectivement les pourcentages en moles pour les groupes A, B et C, avec x1 supérieur ou égal à x2, et x1 + x2 + y = 1 ; b) les polymères bétaïniques de formule suivantes :
dans laquelle : . R4, R6 et R7, identiques ou différents, désignent un hydrogène ou un alkyle en C1-C4, linéaire ou ramifié ; e F désigne NH ou 0 ou forme avec le groupe R5 un cycle ou hétérocycle, aromatique ou non-aromatique en C5-C7 ; 'R5 et R8 désignent, indépendamment l'un de l'autre, un groupe hydrocarbonné divalent en particulier un groupe- (CH2) n- avec n entier allant de 1 à 4 ; * R5 peut former avec R6 et R7 un hétérocycle en C5-C7 ;
dans laquelle : . R4, R6 et R7, identiques ou différents, désignent un hydrogène ou un alkyle en C1-C4, linéaire ou ramifié ; e F désigne NH ou 0 ou forme avec le groupe R5 un cycle ou hétérocycle, aromatique ou non-aromatique en C5-C7 ; 'R5 et R8 désignent, indépendamment l'un de l'autre, un groupe hydrocarbonné divalent en particulier un groupe- (CH2) n- avec n entier allant de 1 à 4 ; * R5 peut former avec R6 et R7 un hétérocycle en C5-C7 ;
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. B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; z et t sont les pourcentages en moles des groupes, tels que z + t = 1 . p vaut 0 ou 1 et q vaut 0 ou 1.
Dans la formule générale (1) telle que définie ci-dessus, les monomères conduisant après copolymérisation aux motifs de structure :
sont choisis parmi les sels d'acides carboxyliques linéaires, ramifiés ou cycliques (cycloaliphatiques ou aromatiques tels que les sels de l'acide crotonique, de l'acide acrylique, de l'acide métacrylique, de l'acide vinylbenzoïque ; les sels diacides carboxyliques tels que les sels de l'acide maléïque, fumarique ou itaconique ainsi que leurs monoesters et monoacides ; - le contre ion X+ associé à COO- résulte en général de la neutralisation du groupe COO- par une base minérale telle que NaOH ou KOH ou une base organique telle qu'une amine ou un aminoalcool.
sont choisis parmi les sels d'acides carboxyliques linéaires, ramifiés ou cycliques (cycloaliphatiques ou aromatiques tels que les sels de l'acide crotonique, de l'acide acrylique, de l'acide métacrylique, de l'acide vinylbenzoïque ; les sels diacides carboxyliques tels que les sels de l'acide maléïque, fumarique ou itaconique ainsi que leurs monoesters et monoacides ; - le contre ion X+ associé à COO- résulte en général de la neutralisation du groupe COO- par une base minérale telle que NaOH ou KOH ou une base organique telle qu'une amine ou un aminoalcool.
Dans la formule générale (1), les monomères conduisant aux motifs de structure : --8- sont choisis parmi les monomères à insaturation éthylénique hydrophiles et sont choisis de telle sorte que le polymère final soit soluble dans l'eau.
Dans la formule générale (1), les monomères conduisant aux motifs de structure :
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sont choisis, de préférence parmi les monomères du type acrylique, vinylique, allylique ou diallylique comportant une fonction amine tertiaire quaternisée par un halogènure d'alkyle ou un sulfate de dialkyle.
On peut citer par exemple :
') le diméthylaminoéthylacrylate, . le diéthylaminoéthylacrylate, * le diméthylaminopropylacrylate, * le diméthylaminopropylacrylamide, # le 2-vinylpyridine, la 4-vinylpyridine, # la diméthylallylamine, quaternisés par un halogénure d'alkyle ou un sulfate de dialkyle.
') le diméthylaminoéthylacrylate, . le diéthylaminoéthylacrylate, * le diméthylaminopropylacrylate, * le diméthylaminopropylacrylamide, # le 2-vinylpyridine, la 4-vinylpyridine, # la diméthylallylamine, quaternisés par un halogénure d'alkyle ou un sulfate de dialkyle.
Les polyampholytes de formule (1) particulièrement préférés sont choisis parmi les copolymères d'acrylate de sodium, d'acrylamide et d'acryloxyéthyltrimethylammoniu m.
Les poids moléculaires des polyampholytes selon l'invention peuvent varier de 5000 à 10.000. 000 et sont de préférence compris entre 100.000 et 2.000. 000.
Comme tensioactifs combinés avec le polymère polyampholyte, il est envisageable dans la présente invention d'utiliser tous les tensioactifs anioniques classiques, tels que la fonction anionique soit : -sulfonates : # Alkylbenzènesulfonates, # Paraffinesulfonates, # a-oléfinesulfonates,
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0 Les pétroleumsulfonates, 0 Les lignosulfonates, a Les dérivés sulfosucciniques,
0 Polynaphtylméthanesulfonates, 0 Alkyltaurides.
0 Polynaphtylméthanesulfonates, 0 Alkyltaurides.
- sulfates : 0 Alkylsulfates, 0 Alkyléthersulfates, - phosphates : 0 Les phosphates de monoalkyles, ra Les phosphates de dialkyles - phosphonates :
Comme tensioactifs cationiques, on peut citer : - les sels d'ammonium quaternaire dont l'azote : a comporte une chaîne grasse, par exemple, les dérivés d'alkyltriméthyl ou triéthyl ammonium, les dérivés d'alkyldiméthyl benzylammonium, # comporte deux chaînes grasses, 0 fait partie d'un hétérocycle, par exemple, les dérivés du pyridinium, d'imidazolinium, de quinolinium, de pipéridinium, de morpholinium.
Comme tensioactifs cationiques, on peut citer : - les sels d'ammonium quaternaire dont l'azote : a comporte une chaîne grasse, par exemple, les dérivés d'alkyltriméthyl ou triéthyl ammonium, les dérivés d'alkyldiméthyl benzylammonium, # comporte deux chaînes grasses, 0 fait partie d'un hétérocycle, par exemple, les dérivés du pyridinium, d'imidazolinium, de quinolinium, de pipéridinium, de morpholinium.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la lecture des essais, nullement limitatifs, décrits ci-après.
Les essais sont fondés principalement sur la comparaison, pour des compositions différentes d'agents émulsifiants (tensioactif et polymères), de la
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mesure de la stabilité des émulsions lors des essais en éprouvette de type"bottle tests"en fonction du pH. La stabilité est évaluée par la détermination de deux temps de demi-vie comme défini ci-dessous :
Les émulsions sont préparées de la manière suivante :
Dans la phase aqueuse sont introduits le tensioactif à concentration variable et le polymère hydrosoluble également à concentration variable. Le pH est alors ajusté par addition d'acide ou de soude. La mise en émulsion s'effectue à température ambiante dans un bécher de 200 ml à l'aide d'un agitateur Heildoph muni d'une hélice à 3 ailes. La vitesse de rotation est généralement fixée à 800 tours/minute. En règle générale, le temps d'agitation est d'environ 20 minutes. L'ajout de l'huile est réalisé grâce une seringue jetable dans la solution aqueuse. Le rapport des phases eau/huile est variable. Dans les exemples suivants il est de l'ordre de 30 à 40% en volume d'huile et 70 à 60% en volume d'eau, mais ces essais ne sont pas limitatifs. Dans l'ensemble des exemples, les émulsions obtenues sont de type huile dans eau.
Les émulsions sont préparées de la manière suivante :
Dans la phase aqueuse sont introduits le tensioactif à concentration variable et le polymère hydrosoluble également à concentration variable. Le pH est alors ajusté par addition d'acide ou de soude. La mise en émulsion s'effectue à température ambiante dans un bécher de 200 ml à l'aide d'un agitateur Heildoph muni d'une hélice à 3 ailes. La vitesse de rotation est généralement fixée à 800 tours/minute. En règle générale, le temps d'agitation est d'environ 20 minutes. L'ajout de l'huile est réalisé grâce une seringue jetable dans la solution aqueuse. Le rapport des phases eau/huile est variable. Dans les exemples suivants il est de l'ordre de 30 à 40% en volume d'huile et 70 à 60% en volume d'eau, mais ces essais ne sont pas limitatifs. Dans l'ensemble des exemples, les émulsions obtenues sont de type huile dans eau.
Les essais en éprouvette ou"bottle tests"permettent de suivre le comportement de l'émulsion formée au cours du temps. Le volume total d'émulsion fraîchement fabriquée est introduit dans une éprouvette de 100 ml.
L'émulsion est alors observée régulièrement afin de déterminer la cinétique des phénomènes de séparation.
Dans notre système, les différents phénomènes observés sont : - le crémage de l'émulsion, - et la coalescence de l'huile.
Les volumes des fronts émulsion-eau et émulsion-huile (quand il y a cassage de l'émulsion) sont donc relevés en fonction du temps afin de permettre la détermination des temps de demi-vie de l'eau (T1/2 eau) et de l'huile, par exemple du dodécane (T1/2 dodécane). Les temps de demie-vie se définissent comme étant
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les temps à partir desquels on a récupéré la moitié du volume de la phase considérée. Par récupéré, on comprend phase non émulsionnée.
On peut décrire les mécanismes de déstabilisation observés de la manière suivante :
A l'état initial, c'est-à-dire à t=O, l'émulsion est homogène, les gouttelettes d'huile sont réparties de façon homogène au sein de la phase continue.
A l'état initial, c'est-à-dire à t=O, l'émulsion est homogène, les gouttelettes d'huile sont réparties de façon homogène au sein de la phase continue.
Au cours de l'étape 1, le phénomène de crémage des gouttelettes d'huile est observé, un front eau-émulsion est donc présent, séparant deux phases distinctes : la phase aqueuse au fond et la phase émulsion au dessus.
Au cours de l'étape 2, le phénomène de crémage est nettement ralenti, et on assiste à la coalescence des gouttelettes d'huile. De ce fait, une troisième phase apparaît : la phase huile. Au cours, de cette étape, la vitesse d'évolution du front eau-émulsion est largement plus rapide que la vitesse d'évolution du front huile-émulsion.
A l'état final, on a abouti à la déstabilisation totale de l'émulsion. On se trouve donc dans un système composé uniquement des deux phases mises en présence : la phase supérieure constituée de l'huile et la phase inférieure constituée de l'eau.
Systèmes testés :
1) Tensioactifs : - Bromure de dodécyltriméthylammonium (DoTAB) : tensioactif cationique ayant la formule générale suivante :
1) Tensioactifs : - Bromure de dodécyltriméthylammonium (DoTAB) : tensioactif cationique ayant la formule générale suivante :
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2) Polymères : - Copolymère Acrylamide/Acide acrylique (AM/AA) de formule générale :
Une des caractéristiques des polymères est leur viscosité à 10% en matière active dans l'eau (Vis) exprimée en centipoise.
AM/AA 90/10 x=10% et Vis=25000 cP AM/AA 90/10 x=10% et Vis=8000 cP
AM/AA 90/10 x=10% et Vis=3500 cP
AM/AA 80/20 x=20% et Vis=3600 cP
Dans les exemples, la phase huile est le dodécane : le dodécane utilisé a une pureté de 95% minimum et contient au moins 35% de n-dodécane. C'est une huile incolore de formule brute = C12H26 (M = 170 g/mol ; TF = -9,9 C ; Teb = 215- 217 C ; d15 = 0,75). Les conditions expérimentales des essais sont résumés dans le tableau suivant :
AM/AA 90/10 x=10% et Vis=3500 cP
AM/AA 80/20 x=20% et Vis=3600 cP
Dans les exemples, la phase huile est le dodécane : le dodécane utilisé a une pureté de 95% minimum et contient au moins 35% de n-dodécane. C'est une huile incolore de formule brute = C12H26 (M = 170 g/mol ; TF = -9,9 C ; Teb = 215- 217 C ; d15 = 0,75). Les conditions expérimentales des essais sont résumés dans le tableau suivant :
<tb>
<tb> Type <SEP> d'émulsion <SEP> Emulsion <SEP> directe
<tb> Dodécane <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> distillée
<tb> Proportions <SEP> huile <SEP> / <SEP> eau <SEP> 40/60
<tb> Volume <SEP> prépare <SEP> 100 <SEP> mi
<tb> Mise <SEP> en <SEP> solution <SEP> du <SEP> tensioactif <SEP> et/ou <SEP> du <SEP> Dans <SEP> l'eau <SEP> distillée
<tb> polymère
<tb> Température <SEP> Ambiante
<tb> Type <SEP> d'agitation <SEP> Heildoph <SEP> - <SEP> hélice <SEP> à <SEP> 3 <SEP> ailes
<tb> Vitesse <SEP> d'agi <SEP> ation <SEP> 800 <SEP> tourslminute
<tb> Temps <SEP> d'agitation <SEP> 20 <SEP> minutes
<tb>
Essai 1 : Influence du pH
<tb> Type <SEP> d'émulsion <SEP> Emulsion <SEP> directe
<tb> Dodécane <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> distillée
<tb> Proportions <SEP> huile <SEP> / <SEP> eau <SEP> 40/60
<tb> Volume <SEP> prépare <SEP> 100 <SEP> mi
<tb> Mise <SEP> en <SEP> solution <SEP> du <SEP> tensioactif <SEP> et/ou <SEP> du <SEP> Dans <SEP> l'eau <SEP> distillée
<tb> polymère
<tb> Température <SEP> Ambiante
<tb> Type <SEP> d'agitation <SEP> Heildoph <SEP> - <SEP> hélice <SEP> à <SEP> 3 <SEP> ailes
<tb> Vitesse <SEP> d'agi <SEP> ation <SEP> 800 <SEP> tourslminute
<tb> Temps <SEP> d'agitation <SEP> 20 <SEP> minutes
<tb>
Essai 1 : Influence du pH
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Le système étudié est composé du DOTAB à la concentration égale à la CMC/10, soit 1,5 mmol/l et du polymère AM/AA 90/10 (visco=3500cP) à 1 g/L
Le tableau suivant donne les temps de demie-vie du dodécane et de l'eau
en fonction du pH compte tenu du système étudié :
Le tableau suivant donne les temps de demie-vie du dodécane et de l'eau
en fonction du pH compte tenu du système étudié :
<tb>
<tb> pH <SEP> T1/2 <SEP> dodécane <SEP> (minute) <SEP> T1/2 <SEP> eau <SEP> (minute)
<tb>
<tb> 3 <SEP> 2,3 <SEP> 1,8
<tb> 5 <SEP> 3,2 <SEP> 1,6
<tb> 7 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 9
<tb> 9 <SEP> 17, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 9
<tb> 11 <SEP> 17, <SEP> 1 <SEP> 2,9
<tb> 13 <SEP> 17, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 9
<tb>
<tb> pH <SEP> T1/2 <SEP> dodécane <SEP> (minute) <SEP> T1/2 <SEP> eau <SEP> (minute)
<tb>
<tb> 3 <SEP> 2,3 <SEP> 1,8
<tb> 5 <SEP> 3,2 <SEP> 1,6
<tb> 7 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 9
<tb> 9 <SEP> 17, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 9
<tb> 11 <SEP> 17, <SEP> 1 <SEP> 2,9
<tb> 13 <SEP> 17, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 9
<tb>
Ces résultats mettent en évidence, en particulier lorsque l'on se réfère au temps de demi-vie du dodécane, que la stabilité vis-à-vis du phénomène de coalescence, est beaucoup plus importante à pH basique (pH > 6,5) qu'à pH acide (pH < 5). Ces effets sont à relier avec la charge du polymère acrylique qui évolue avec le pH. A pH basique les fonctions carboxyliques sont chargées sous forme carboxylates (leur nombre dépend du pH) et le polymère est chargé négativement ; un complexe interfacial se forme entre le tensioactif et la polymère par attraction électrostatique. Ce complexe stabilise l'émulsion. A pH acide, le polymère n'est pas chargé et n'interagit pas avec le tensioactif. Or aux faibles concentrations en tensioactif utilisées ( < CMC, Concentration Micellaire Critique), le tensioactif seul n'est pas capable de stabiliser l'émulsion. Cet essai montre comment avec un polymère ampholyte, on peut contrôler la stabilité de l'émulsion en contrôlant le pH.
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Essai 2 : Influence de la concentration en tensioactif
Le polymère est l'AM/AA (90/10, vis=3500cP) et le tensioactif est le DoTAB.
Le polymère est l'AM/AA (90/10, vis=3500cP) et le tensioactif est le DoTAB.
Les essais ont été réalisés à deux pH : pH=8 et pH=1. A pH=1, le polymère est non chargé alors qu'à pH=8, au moins une partie des fonctions acryliques sont sous forme d'acrylates chargés négativement.
Les résultats sont les suivants :
<tb>
<tb> DOTAB <SEP> Cone. <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> (mom) <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1
<tb> Pas <SEP> de <SEP> tensioactif <SEP> 0 <SEP> < 0, <SEP> 6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0, <SEP> 6
<tb> 2,5/100 <SEP> CMC <SEP> 0.375 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 0,6 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0,7
<tb> 5/100 <SEP> CMC <SEP> 0,75 <SEP> 3,7 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 3
<tb> 1/10 <SEP> CMC <SEP> 1,5 <SEP> 2,9 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> 2/10 <SEP> CMC <SEP> 3 <SEP> 2,8 <SEP> 2,4 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP> 3
<tb> 3/10 <SEP> CMC <SEP> 4,5 <SEP> 2,7 <SEP> 2,3 <SEP> 10, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 5
<tb>
<tb> DOTAB <SEP> Cone. <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> (mom) <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1
<tb> Pas <SEP> de <SEP> tensioactif <SEP> 0 <SEP> < 0, <SEP> 6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0, <SEP> 6
<tb> 2,5/100 <SEP> CMC <SEP> 0.375 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 0,6 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0,7
<tb> 5/100 <SEP> CMC <SEP> 0,75 <SEP> 3,7 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 3
<tb> 1/10 <SEP> CMC <SEP> 1,5 <SEP> 2,9 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> 2/10 <SEP> CMC <SEP> 3 <SEP> 2,8 <SEP> 2,4 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP> 3
<tb> 3/10 <SEP> CMC <SEP> 4,5 <SEP> 2,7 <SEP> 2,3 <SEP> 10, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 5
<tb>
La présence de polymère en milieu basique entraîne une stabilisation notable de l'émulsion, en particulier pour le T1/2 du dodécane. Par contre en milieu acide l'addition de polymère n'a pas d'effet significatif. De cette étude, il ressort aussi que le système étudié fonctionne mieux pour les concentrations en DOTAB inférieures à 2/10ème de la CMC. La diminution de la stabilisation en milieu basique au dela de 2/10ème de la CMC peut s'expliquer par le fait que pour ces concentrations en présence de polymère, un trouble est observé, preuve de la formation d'un complexe tensioactif-polymère en volume et non plus uniquement d'un complexe interfacial.
Essai 3 : Influence de la concentration en polymère
Le polymère utilisé est l'AM/AA (90/10, viscosité=3500cP). Les résultats sont indiqués dans le tableau suivant :
Le polymère utilisé est l'AM/AA (90/10, viscosité=3500cP). Les résultats sont indiqués dans le tableau suivant :
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<tb>
<tb> AM/AA <SEP> (90/10, <SEP> [DOTAB] <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> vis=3500cP) <SEP> (mol/1) <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1
<tb> Pas <SEP> de <SEP> polymère <SEP> 1,5 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0, <SEP> 6 <SEP> < 0,6
<tb> 0,5 <SEP> g/l <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 40 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 7
<tb> 1 <SEP> g/l <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2,9 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb>
<tb> AM/AA <SEP> (90/10, <SEP> [DOTAB] <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> vis=3500cP) <SEP> (mol/1) <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> pH=7 <SEP> pH= <SEP> 1
<tb> Pas <SEP> de <SEP> polymère <SEP> 1,5 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0, <SEP> 6 <SEP> < 0,6
<tb> 0,5 <SEP> g/l <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 40 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 7
<tb> 1 <SEP> g/l <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2,9 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb>
Ces essais montrent que la concentration en polymère est un paramètre ayant une influence sur la stabilité de l'émulsion. Ainsi, une augmentation de la concentration en polymère conduit à pH basique à une augmentation significative de la stabilisation. En pH acide, l'influence du polymère est très faible et l'émulsion reste instable.
Essai 4 : Influence de la masse du polymère
Les polymères utilisés sont les copolymères AM/AA 90/10 de différentes masses moléculaires (caractérisés par leurs viscosité à 10%). La concentration en polymère est de 1 g/l. Le pH est ajusté à 7.
Les polymères utilisés sont les copolymères AM/AA 90/10 de différentes masses moléculaires (caractérisés par leurs viscosité à 10%). La concentration en polymère est de 1 g/l. Le pH est ajusté à 7.
Les résultats sont les suivants :
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> du <SEP> [DOTAB] <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> polymère <SEP> (mmol/l) <SEP> pH= <SEP> 8 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> PH <SEP> = <SEP> 8 <SEP> pH <SEP> = <SEP> 1
<tb> (cP)
<tb> 25000 <SEP> 1,5 <SEP> 6,6 <SEP> 1,1 <SEP> 34,8 <SEP> 1,4
<tb> 8000 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 4,60 <SEP> 2,60 <SEP> 15,6 <SEP> 2,6
<tb> 2500 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2,9 <SEP> 1,3 <SEP> 16,5 <SEP> 2
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> du <SEP> [DOTAB] <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> polymère <SEP> (mmol/l) <SEP> pH= <SEP> 8 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> PH <SEP> = <SEP> 8 <SEP> pH <SEP> = <SEP> 1
<tb> (cP)
<tb> 25000 <SEP> 1,5 <SEP> 6,6 <SEP> 1,1 <SEP> 34,8 <SEP> 1,4
<tb> 8000 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 4,60 <SEP> 2,60 <SEP> 15,6 <SEP> 2,6
<tb> 2500 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2,9 <SEP> 1,3 <SEP> 16,5 <SEP> 2
<tb>
Dans ces essais on note que plus la masse du polymère est grande, meilleure est la qualité de stabilisation à pH basique pour une même concentration. En effet, ceci pourrait s'expliquer par le fait que plus la longueur de la chaîne est élevée, plus l'encombrement stérique à l'interface est élevé, ce qui
<Desc/Clms Page number 14>
conduit par conséquent à un effet stabilisant plus grand. Notons qu'en milieu acide l'effet n'est pas significatif et l'émulsion reste instable.
Essai 5 : Influence du taux de charqe du polymère
Les polymères utilisés sont AM/AA 90/10 (Viscosité=3500 cP) et AM/AA 80/20 (viscosité=3600 cP) à une concentration de 1 gel. Le pH est de 7.
Les polymères utilisés sont AM/AA 90/10 (Viscosité=3500 cP) et AM/AA 80/20 (viscosité=3600 cP) à une concentration de 1 gel. Le pH est de 7.
Tableau des résultats
<tb>
<tb> Polymère <SEP> [DOTAB] <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> (mmol/) <SEP> pH <SEP> = <SEP> 8 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> pH=8 <SEP> pH= <SEP> 1
<tb> Pas <SEP> de <SEP> polymère <SEP> 1,5 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0, <SEP> 6 <SEP> < 0,6
<tb> AM/AA <SEP> 90/10 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2,9 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> AM/AA <SEP> 80/20 <SEP> 1,5 <SEP> 14, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 254,3 <SEP> 1, <SEP> 8
<tb>
<tb> Polymère <SEP> [DOTAB] <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> (mmol/) <SEP> pH <SEP> = <SEP> 8 <SEP> pH= <SEP> 1 <SEP> pH=8 <SEP> pH= <SEP> 1
<tb> Pas <SEP> de <SEP> polymère <SEP> 1,5 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6 <SEP> < 0, <SEP> 6 <SEP> < 0,6
<tb> AM/AA <SEP> 90/10 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 2,9 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> AM/AA <SEP> 80/20 <SEP> 1,5 <SEP> 14, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 254,3 <SEP> 1, <SEP> 8
<tb>
Il s'avère que le taux de charge du polymère joue une rôle important dans l'efficacité de la stabilisation des émulsions à pH basique. En effet, à masse équivalente, un polymère deux fois plus chargé permet de multiplier par 15 les temps de demie vie. Ceci peut s'expliquer par le fait que le polymère contenant plus de monomères chargés forme un complexe électrostatique plus stable avec les molécules de tensioactif du fait du nombre plus important d'interactions électrostatiques pour une même longueur de chaîne. Par contre, en milieu acide l'effet n'est pas significatif et l'émulsion est instable.
Essai 6 : Influence la force ionique
Le polymère utilisé est le AM/AA 80/20 (viscosité=3600 cP) à une concentration de 1 g/l à pH 7. La concentration en DOTAB est de 1,5 mol/1. Afin d'étudier l'effet de la force ionique sur la stabilité d'une émulsion de même formulation, il a été décidé d'ajouter du chlorure de sodium à la phase aqueuse dans une gamme de concentration étudiée comprise entre 0 et 1 moi/).
Le polymère utilisé est le AM/AA 80/20 (viscosité=3600 cP) à une concentration de 1 g/l à pH 7. La concentration en DOTAB est de 1,5 mol/1. Afin d'étudier l'effet de la force ionique sur la stabilité d'une émulsion de même formulation, il a été décidé d'ajouter du chlorure de sodium à la phase aqueuse dans une gamme de concentration étudiée comprise entre 0 et 1 moi/).
<Desc/Clms Page number 15>
Tableau des résultats
<tb>
<tb> [NaCl <SEP> T <SEP> <SEP> eau <SEP> T <SEP> <SEP> dodécane
<tb> (mol/L) <SEP> (min) <SEP> (min)
<tb> 0 <SEP> 14,4 <SEP> 254
<tb> 1.10-4 <SEP> 9,4 <SEP> 231
<tb> 1.10-3 <SEP> 6 <SEP> 156
<tb> 1.10-2 <SEP> 3,8 <SEP> 66
<tb> 1.10-1 <SEP> 3,2 <SEP> 8,9
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> 2,7
<tb>
<tb> [NaCl <SEP> T <SEP> <SEP> eau <SEP> T <SEP> <SEP> dodécane
<tb> (mol/L) <SEP> (min) <SEP> (min)
<tb> 0 <SEP> 14,4 <SEP> 254
<tb> 1.10-4 <SEP> 9,4 <SEP> 231
<tb> 1.10-3 <SEP> 6 <SEP> 156
<tb> 1.10-2 <SEP> 3,8 <SEP> 66
<tb> 1.10-1 <SEP> 3,2 <SEP> 8,9
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> 2,7
<tb>
Les résultats mettent en évidence que la présence de chlorure de sodium dans la phase continue entraîne bien une diminution de la stabilité des émulsions. Cette sensibilité à la force ionique était attendue en raison du rôle des interactions électrostatiques sur la formation du complexe interfacial.
Essai 7 : Le tensioactif est du DOTAB et le polymère AM/AMPS. La concentration en DOTAB est de 1, 5 mol/1. Les essais ont été réalisés à deux pH. Le polymère utilisé est l'AM/AMPS (80/20). La charge négative est apportée par les fonctions Sinon dépendantes du pH.
Tableau des résultats :
<tb>
<tb> PH=8 <SEP> T <SEP> <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> Sans <SEP> polymère <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6
<tb> AM/AM <SEP> PS <SEP> 80/20 <SEP> (1g/l) <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP> ? <SEP> M, <SEP> 5
<tb> PH=1 <SEP> T <SEP> <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> Sans <SEP> poiymère < 0, <SEP> 6 < 0, <SEP> 6
<tb> AM/AMPS <SEP> 80/20 <SEP> (1 <SEP> g/t) <SEP> 4, <SEP> 496
<tb>
<tb> PH=8 <SEP> T <SEP> <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> 1/2 <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> Sans <SEP> polymère <SEP> < 0,6 <SEP> < 0,6
<tb> AM/AM <SEP> PS <SEP> 80/20 <SEP> (1g/l) <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP> ? <SEP> M, <SEP> 5
<tb> PH=1 <SEP> T <SEP> <SEP> eau <SEP> (min) <SEP> T <SEP> <SEP> dodécane <SEP> (min)
<tb> Sans <SEP> poiymère < 0, <SEP> 6 < 0, <SEP> 6
<tb> AM/AMPS <SEP> 80/20 <SEP> (1 <SEP> g/t) <SEP> 4, <SEP> 496
<tb>
<Desc/Clms Page number 16>
Nous observons que la présence de ce polymère à pH=8 augmente très fortement la stabilité de l'émulsion. La charge ne dépendant pas du pH, on n'attend pas d'effets très forts du pH. Les résultats montrent cependant une déstabilisation quand on passe de pH=8 à pH=1 qui peut s'expliquer par l'augmentation de la force ionique du milieu par addition de HCI concentré à 10 molli (environ 0,5 ml dans 60 ml de phase aqueuse, soit une concentration en chlorure de 8. 10-2 molli) pour passer à pH=1. Cette concentration est suffisante pour engendrer une légère déstabilisation de l'émulsion comme décrit dans l'exemple précédent. Mais le polymère restant globalement anionique, le pH n'a qu'un effet limité sur la stabilité de l'émulsion.
Claims (8)
1) Procédé de contrôle de la stabilisation d'une émulsion dans lequel on effectue les étapes suivantes : # on forme une émulsion à partir d'un fluide non miscible et d'une solution aqueuse ayant un pH déterminé, + on ajoute à ladite émulsion au moins un tensioactif ionique dont la charge ne dépend pratiquement pas du pH et un polymère polyampholyte dont la charge globale dépend du pH, choisi dans le groupe constitué par : a) les polymères de formule générale (1) suivante :
y . X+ est un cation provenant de la neutralisation des groupements anioniques-COO-par une base minérale ou organique, . B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; e C est un groupe résultant de la copolymérisation d'un monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement cationique E+ tel que
. dans laquelle A désigne un groupe résultant de la copolymérisation d'un monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement anionique-COO-
<tb>
<tb> COO- <SEP> X+ <SEP> E+Y-
<tb> # <SEP> #
<tb> # <SEP> (A) <SEP> x1 <SEP> # <SEP> (B)y <SEP> # <SEP> (C)x2 <SEP> #
<tb>
<Desc/Clms Page number 18>
dans laquelle : . R4, R6 et R7, identiques ou différents, désignent un hydrogène ou un alkyle en C1-C4, linéaire ou ramifié ; F désigne NH ou 0 ou forme avec le groupe R5 un cycle ou hétérocycle, aromatique ou non-aromatique en C5-C7 ;
e dans laquelle Rl, R2 et R3, identiques ou différents, sont hydrogène, un groupe alkyle en C1-C22, linéaire, ramifié ou cyclique (cycloaliphatique ou aromatique) ; a y désigne un anion résultant de la neutralisation des groupes E par un acide minéral ou organique ou de la quaternisation des groupements E ; e xl, x2 et y désignent respectivement les pourcentages en moles pour les groupes A, B et C, avec x1 supérieur ou égal à x2, et x1 + x2 + y = 1 ; b) les polymères bétaïniques de formule suivantes :
<Desc/Clms Page number 19>
. R5 et R8 désignent, indépendamment l'un de l'autre, un groupe hydrocarbonné divalent en particulier un groupe - {CH2) n-- avec n entier allant de 1 à 4 ; R5 peut former avec R6 et R7 un hétérocycle en C5-C7 ; B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; z et t sont les pourcentages en moles des groupes, tels que z + t =1 . P vaut 0 ou 1 et q vaut 0 ou 1 ; on détermine les quantités respectives de tensioactif et de polymère ampholyte afin d'optimiser la stabilisation de l'émulsion.
2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel la masse moléculaire dudit polymère polyampholyte est comprise entre 5000 et 10000000 et de préférence comprise entre 100000 et 2000000.
3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la quantité de polymère relativement à la quantité de tensioactif est ajustée en fonction des charges apportées par le polymère et le tensioactif.
4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le polymère est AM/AA.
5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le tensioactif est le DOTAB.
<Desc/Clms Page number 20>
6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on change le pH afin de déstabiliser ladite émulsion.
7) Emulsion stabilisée réversible constituée à partir d'un fluide non miscible et d'une solution aqueuse ayant un pH déterminé, et comportant au moins un tensioactif ionique dont la charge ne dépend pratiquement pas du pH et un polymère polyampholyte dont la charge globale dépend du pH, les quantités respectives de tensioactif et de polymère ampholyte étant déterminées pour stabiliser ladite émulsion audit pH, ledit polymère ampholyte étant choisi dans le groupe constitué par : a) les polymères de formule générale (1) suivante :
1-1
e dans laquelle A désigne un groupe résultant de la copolymérisation d'un monomère à insaturation éthylénique et portant un groupement anionique-COO- ; . X+ est un cation provenant de la neutralisation des groupements anioniques-COO-par une base minérale ou organique, e B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; e C est un groupe résultant de la copolymérisation d'un monomère à insaturation éthylènique et portant un groupement cationique E+ tel que
<Desc/Clms Page number 21>
dans laquelle : e R4, R6 et R7, identiques ou différents, désignent un hydrogène ou un alkyle en C1-C4, linéaire ou ramifié ; e F désigne NH ou 0 ou forme avec le groupe R5 un cycle ou hétérocycle, aromatique ou non-aromatique en C5-C7 ;
e dans laquelle R1, R2 et R3, identiques ou différents, sont hydrogène, un groupe alkyle en C1-C22, linéaire, ramifié ou cyclique (cycloaliphatique ou aromatique) ; e Y- désigne un anion résultant de la neutralisation des groupes E par un acide minéral ou organique ou de la quaternisation des groupements E ; e xl, x2 et y désignent respectivement les pourcentages en moles pour les groupes A, B et C, avec x1 supérieur ou égal à x2, et x1 + x2 + y = 1 ; c) les polymères bétaïniques de formule suivantes :
<Desc/Clms Page number 22>
. R5 et R8 désignent, indépendamment l'un de l'autre, un groupe hydrocarbonné divalent en particulier un groupe- (CH2) n- avec n entier allant de 1 à 4 ; * R5 peut former avec R6 et R7 un hétérocycle en C5-C7 ; * B est un groupe résultant de la copolymérisation d'au moins un monomère à insaturation éthylénique hydrophile, de préférence de l'acrylamide ; 'z et t sont les pourcentages en moles des groupes, tels que z + t =1 p vaut 0 ou 1 et q vaut 0 ou 1 ;
8) Emulsion selon la revendication 7, dans laquelle la concentration en tensioactif est inférieure à la concentration micellaire critique (CMC).
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