FR3132304A1 - Composition de fluxant, son procédé d’obtention et son utilisation - Google Patents
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Abstract
La présente invention se réfère à une composition de fluxant destinée à la fabrication de liant pour masse de bouchage comprenant au moins, en masse, par rapport à sa masse totale : (i) de 20 à 70% d’un liant hydrocarboné, (ii) de 22 à 70% d’un composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant des chaînes grasses hydrocarbonées, et (iii) de 8 à 20% d’un asphaltite, ledit fluxant présentant une viscosité à 25°C comprise entre 500 mPa.s et 5000 mPa. La présente invention concerne également le procédé d’obtention, ainsi que l’utilisation de ladite composition de fluxant. Figure pour l’abrégé : pas de figure
Description
La présente invention concerne le domaine technique de la confection de masses de bouchage utilisées en sidérurgie, notamment dans les procédés de production discontinue de fonte au sein de hauts-fourneaux.
En particulier, la présente invention se réfère à une composition de fluxant entrant dans la composition de liant pour masse de bouchage, son procédé d’obtention, ainsi que son utilisation.
Les hauts-fourneaux sont des installations industrielles destinées à simultanément désoxyder (réduction des oxydes métalliques) et fondre les métaux contenus dans un minerai, par la combustion d’un combustible solide riche en carbone. En général, ils transforment du minerai de fer en fonte liquide en brûlant du coke qui sert à la fois de combustible et d’agent réducteur. Lors de la fabrication de la fonte, les masses de bouchage sont introduites dans les hauts-fourneaux par un trou de coulée et servent à étancher le système pendant la réaction.
Une masse de bouchage est un réfractaire hétérogène composé de granulats, d’argile, d’un liant source de carbone et d’additifs. Le mélange contient généralement, en masse, par rapport à sa masse totale 90% de matières solides (i.e.granulats, argile) et 10% de liant. Lors de la réduction des oxydes métalliques dans le haut-fourneau, le liant de la masse de bouchage va se dégrader progressivement pour laisser place à une structure carbonée. Cette structure carbonée va apporter une rigidité suffisante afin de s’opposer à l’écoulement de la fonte. Une fois la réaction terminée, la masse de bouchage est détruite et la fonte est récupérée. Les masses de bouchage sont ainsi essentielles pour le bon fonctionnement du haut-fourneau.
Le liant utilisé doit ainsi non seulement assurer l’injection de la masse de bouchage lorsque celle-ci est introduite dans le trou de coulée du haut-fourneau, mais également son durcissement lors de la réaction dans le haut-fourneau, notamment par la création de liaisons organiques.
De façon connue, les liants pour masses de bouchage sont composés d’une part de résines thermoplastiques et thermodurcissables permettant d’ajuster la vitesse de prise du mélange, et d’autre part d’un fluxant permettant d’améliorer la fluidité du mélange et de diminuer le coût des masses de bouchage.
Les fluxants sont traditionnellement à base de charbon, de coke ou de goudron. Ainsi, les produits fluxants utilisés actuellement sont dérivés du bitume, mais restent pour la plupart étiquetés comme dangereux pour l’utilisateur et/ou présentent des performances réduites notamment en termes de taux de carbone fixe. En outre, ils sont sources d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) pour lesquelles les contraintes réglementaires sont de plus en plus fortes.
Il existe ainsi un besoin dans l’état de la technique de disposer de nouvelles compositions de fluxant destinées à la confection de liant pour masses de bouchage alliant performance et faible impact environnemental.
Il existe en particulier un besoin de disposer d’une nouvelle composition de fluxant relarguant moins d’HAP, tout en permettant au liant dans lequel il est intégré d’assurer ses fonctions d’injection de la masse de bouchage et de durcissement lors de la réaction dans le haut fourneau.
En outre, il est préférable que la composition de fluxant présente les caractéristiques suivantes : être non étiquetée lorsqu’elle est utilisée dans les teneurs adéquates afin de former un liant pour masse de bouchage, ne pas être inflammable et présenter un point éclair supérieur à 100°C (mesuré selon la méthode de Cleveland en vase ouvert, NF EN ISO 2592 :2001), ne pas sédimenter dans le cas d’un stockage prolongé, ne posséder aucune phase cristalline et être constituée d’une fraction de matière première renouvelable.
La présente invention vise à répondre tout ou en partie aux besoins mentionnés ci-dessus.
A cet effet, la présente invention concerne une composition de fluxant destinée à la fabrication de liant pour masse de bouchage comprenant au moins, en masse, par rapport à sa masse totale :
(i) de 20 à 70% d’un liant hydrocarboné,
(ii) de 22 à 70% d’un composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées saturées ou insaturées comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 22 atomes de carbone, et
(iii) de 8 à 20% d’un asphaltite,
ledit fluxant présentant
une viscosité à 25°C comprise entre 500 mPa.s et 5000 mPa.s mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010.
De préférence, la composition de fluxant selon l’invention présente un résidu sous azote à 800°C supérieur ou égal à 8% mesuré selon une méthode interne MOPCST LA-058 présentant une vitesse de montée en température de 3°/min.
La méthode MOPCST LA-058 selon l’invention est décrite ci-après.
Il s’agit d’une méthode d’Analyse ThermoGravimétrique (ATG) réalisée sur un appareil de type TGA 2 Mettler Toledo grand four, l’échantillon de 30±1mg est introduit dans un creuset en alumine de 600µL, l’essai est réalisé sous débit d’azote de 50ml/min avec une rampe de montée en température de 3°/min entre 25°C et 800°C.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du produit/procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- la composition de fluxant comprend, au moins, en masse, par rapport à sa masse totale :
(i) de 45 à 55% du liant hydrocarboné,
(ii) de 35 à 45% du composé à base de matières grasses d’origine naturelle, et
(iii) de 10 à 20% de ladite asphaltite ;
- ledit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) est choisi 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 ou leurs dérivés et leurs mélanges ;
- ladite huile végétale l’huile végétale est choisie parmi : l’huile de colza, l’huile de soja, l’huile de tournesol, l’huile de ricin, l’huile de copra (coco), l’huile d’olive, l’huile de pulpe de bois (Tall), l’huile de palme, l’huile de noyau de palme, l’huile de lin, l’huile de coco, l’huile de noisette, le baume de cajou (cardanol), l’huile d’arachide, l’huile de maïs, l’huile de courge, l’huile de pépin de raisin, l’huile de jojoba, l’huile de sésame, l’huile de noix, l’huile de bois de chine ou un de leurs mélanges;
- ledit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) a subi au moins une réaction chimique choisie parmi : une estérification, une transestérification, une hydrolyse, une oxydation, une réaction de Diels-Alder, une réaction radicalaire, une maléinisation, une thiolation, de préférence au moins une estérification ou une transestérification ;
- ledit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées est obtenue :
* par transestérification d’un triglycéride comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées saturées ou insaturées comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 20 atomes de carbone avec un alcool mono-hydroxylé en C1-C4 (ex : méthanol) ou d’un alcool gras en C5-C28;
* par estérification d’un acide mono-ou poly-carboxylique gras comprenant une chaîne grasse hydrocarbonée saturée ou insaturée comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 20 atomes de carbone avec un alcool mono-hydroxylé ou poly-hydroxylé;
- la ou les chaînes grasses hydrocarbonées dudit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) a/ont subi au moins une réaction de fonctionnalisation chimique ayant introduit au moins un groupe fonctionnel oxygéné tel qu’un groupe choisi parmi les groupes acide carboxylique, diacide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, de préférence un groupe cétone ;
- ledit composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) est choisi parmi :
* une huile végétale transestérifiée fonctionnalisée par oxydation, telle que des esters méthyliques d’huile végétale oxydée,
* des esters d’alcool d’acides gras, comme l’ester de triméthylolpropane d’acides gras, l’ester de néopolyol d’acides gras ;
* ou une de leurs combinaisons.
- ledit asphaltite (iii) est choisi parmi : de la gilsonite, de l’uiintaite, de l’uinitite, de l’albertite, de l’ingramite, de la grahamite, de l’asphaltite issu du Lac de Trinidad (TLA), de l’impsonite, ou un de leurs mélanges.
La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d’une composition de fluxant définie telle que définie ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- le mélange de l’asphaltite (iii), généralement sous forme de poudre ou de granules, avec le liant hydrocarboné (i) sous agitation à une température allant de 120°C à 250°C, de préférence allant de 150°C à 200°C et typiquement allant de 170°C à 190°C, pendant au moins 1 heure, de préférence de 1h à 5 h et typiquement de 2h à 3 h, de sorte à obtenir un mélange initial ;
- le refroidissement du mélange initial, généralement à une température inférieure ou égale à 160°C, de préférence inférieure ou égale à 140°C et typiquement inférieure ou égale à 120°C ;
- l’introduction du composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant un ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées (ii), afin d’obtenir une composition de fluxant.
Enfin, la présente invention a trait à l’utilisation d’une composition de fluxant telle que définie ci-dessus ou issue du procédé susmentionné pour fabriquer un liant pour masses de bouchage destinées à la production discontinue de fonte au sein de hauts-fourneaux.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Pour le reste de la description, à moins qu’il n’en soit spécifié autrement, l’indication d’un intervalle de valeurs « de X à Y » ou « entre X et Y », dans la présente invention, s’entend comme incluant les valeurs X et Y.
Selon l’invention, sans mention contraire, les différentes caractéristiques de l’invention ont été mesurée selon les normes mentionnées ci-dessous ou selon les méthodes internes décrites ci-après.
De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention.
La société Demanderesse s’est attachée au développement de nouvelles compositions de fluxant afin de confectionner des liants pour masses de bouchage destinées à la production discontinue de fonte au sein de hauts-fourneaux.
Elle a notamment mis au point une composition de fluxant permettant tout d’abord au liant ainsi formé de présenter une viscosité adéquate à température ambiante afin de permettre la fabrication des masses de bouchage à moins de 50°C, tout en assurant une bonne cohésion et une bonne plasticité avant la réaction au sein des hauts-fourneaux (cuisson) afin que les masses de bouchage puissent être extrudées. Puis, la composition de fluxant selon l’invention permet de former un liant ayant les performances mécaniques requises pour former lui-même une masse de bouchage apte à/configurer pour durcir et former « un couvercle » obturant/s’opposant à l’écoulement de la fonte lors de la réaction dans les hauts-fourneaux.
La présente invention concerne ainsi une composition de fluxant destinée à la fabrication de liant pour masse de bouchage comprenant au moins, en masse, par rapport à sa masse totale :
(i) de 20 à 70% d’un liant hydrocarboné,
(ii) de 22 à 70% d’un composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées saturées ou insaturées comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 22 atomes de carbone, et
(iii) de 8 à 20% d’un asphaltite,
ledit fluxant présentant une viscosité à 25°C comprise entre 500 mPa.s et 5000 mPa.s mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 (mobile SC4-21/vitesse de 50 tr/min/taux de cisaillement de 46,50 s-1/avec une durée de stabilisation avant lecture de 60 min).
Selon une autre caractéristique de l’invention, ledit fluxant présente une viscosité à 50°C supérieure ou égale à 350 mPa.s, et en particulier comprise entre 350 mPas.s et 5000 mPa.s, comme entre 350 mPas.s et 450 mPas.s, la viscosité étant mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 (mobile SC4-21/vitesse de 50 tr/min/taux de cisaillement de 46,50 s-1/avec une durée de stabilisation avant lecture de 60 min).
De préférence, la composition de fluxant présente un résidu sous azote à 800°C supérieur ou égal à 8% mesuré selon une méthode interne MOPCST LA-058 présentant une vitesse de montée en température de 3°/min.
Avantageusement, la composition de fluxant comprend, au moins, en masse, par rapport à sa masse totale :
(i) de 45 à 55% du liant hydrocarboné,
(ii) de 35 à 45% du composé à base de matières grasses d’origine naturelle, et
(iii) de 10 à 20% de ladite asphaltite.
Les différents composants de la composition de fluxant selon l’invention vont être décrits ci-après.
La composition de fluxant selon l’invention comprend tout d’abord un liant hydrocarboné (i).
Selon l’invention, on entend par « liant hydrocarboné », un composé susceptible de durcir et/ou de lier entre eux des matériaux granulaires.
Ainsi, la présence d’un liant hydrocarboné, tel que du bitume, au sein de la composition de fluxant selon l’invention permet d’apporter des propriétés de collage à des matériaux granulaires, tels que ceux constituants les masses de bouchage (sable siliceux, corindon, argile, bauxite, chamotte, carbure de silicium, etc.).
Le liant hydrocarboné représente, en masse, par rapport à la masse totale de la composition de fluxant de 20 à 70%, de préférence de 45 à 60% et typiquement de 45 à 55%.
Selon l’invention, une plage de valeurs allant de 20 à 70% inclut les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 20 ; 21 ; 22 ; 23 ; 24 ; 25 ; 26 ; 27 ; 28 ; 29 ; 30 ; 31 ; 32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36 ; 37 ; 38 ; 39 ; 40 ; 41 ; 42 ; 43 ; 44 ; 45 ; 46 ; 47 ; 48 ; 49 ; 50 ; 51 ; 52 ; 53 ; 54 ; 55 ; 56 ; 57 ; 58 ; 59 ; 60 ; 61 ; 62 ; 63 ; 64 ; 65 ; 66 ; 67 ; 68 ; 69 ; 70.
En particulier, liant hydrocarboné peut être choisi parmi un liant bitumineux (i.e. : bitume), un liant végétal, ou un de leurs mélanges. Ces liants sont connus de l’homme de l’art.
A titre d’exemple, le bitume est un mélange de matières hydrocarbonées naturelles 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 généralement comprise entre 0,8 et 1,2. Il peut être préparé par toute technique conventionnelle.
Sont admis comme bitume au sens de l'invention les bitumes purs définis dans la norme NF EN 12591, les bitumes durs définis dans la norme EN 13924-1 et les bitumes multigrades définis dans la norme EN 13924-2.
Le bitume peut également être un bitume modifié défini dans la norme NF EN 14023. Par exemple les bitumes sont modifiés par incorporation d'additifs de toute nature, tels que des additifs en vue d'améliorer les caractéristiques d'adhésivité, de tenue aux températures extrêmes (hautes et basses) ou la tenue mécanique. On peut citer les bitumes améliorés par incorporation d'élastomères ou de plastomères synthétiques ou naturels de type poudre de caoutchouc (polybutadiène, caoutchouc styrène-butadiène ou SBR), SBS, EVA ou autres.
En général, le bitume ne sera pas modifié.
Il est également ainsi possible d'utiliser des mélanges de bitumes de différents types, de grade dur ou de grade plus mou.
De préférence, le bitume présente un grade de pénétrabilité à 25°C déterminé selon la norme EN 1426 de 10/20, 15/25, 20/30, 40/60, 35/50, 50/70, 70/100, 160/220 1/10èmede mm ou un de leurs mélanges. Typiquement, le bitume présente un grade de pénétrabilité à 25°C déterminé selon la norme EN 1426 de 160/220 1/10èmede mm (grade mou).
Sont également admis comme liant hydrocarboné au sens de l’invention les liants d’origine végétale, tel que le Végécol®, commercialisé par la société Colas et décrit dans la demande de brevet FR 2 853 647, ou encore les liants de synthèse d’origine pétrolière, tels que la gamme des liants Bituclair® commercialisée par la société Colas, des bitumes à base d’algue ou des bitumes issus de liquéfaction hydrothermale, tels que ceux décrits dans la demande de brevet présentent le numéro de dépôt FR 20 07610.
Puis, la composition de fluxant selon l’invention comprend un composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées (ii). La ou les chaînes grasses hydrocarbonées peuvent être saturées ou insaturées et elles comprennent de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 22 atomes de carbone.
Selon l’invention, de 6 à 28 atomes de carbone comprend les valeurs suivantes ou tout intervalle entre ces valeurs : 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; 10 ; 11 ; 12 ; 13 ; 14 ; 15 ; 16 ; 17 ; 18 ; 19 ; 20 ; 21 ; 22 ; 23 ; 24 ; 25 ; 26 ; 27 ; 28.
Ce composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) permet notamment d’apporter une certaine fluidité à la composition de fluxant et par la suite à la composition de liant pour masse de bouchage dans laquelle elle est intégrée. En particulier, elle permet de diminuer la viscosité à la fois de la composition de fluxant et de la composition de liant.
Tel que mentionné ci-dessus, le composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) représente, en masse, par rapport à la masse totale de la composition de fluxant de 22% à 70%, de préférence de 32% à 55% et typiquement de 35% à 45%.
Selon l’invention, une plage de valeurs allant de 22 à 70% inclut les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 22 ; 23 ; 24 ; 25 ; 26 ; 27 ; 28 ; 29 ; 30 ; 31 ; 32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36 ; 37 ; 38 ; 39 ; 40 ; 41 ; 42 ; 43 ; 44 ; 45 ; 46 ; 47 ; 48 ; 49 ; 50 ; 51 ; 52 ; 53 ; 54 ; 55 ; 56 ; 57 ; 58 ; 59 ; 60 ; 61 ; 62 ; 63 ; 64 ; 65 ; 66 ; 67 ; 68 ; 69 ; 70.
Par composé à base de "matières grasses d’origine naturelle comprenant des chaînes grasses hydrocarbonées", on entend, dans la présente invention, les matières grasses en provenance de la nature, mais aussi leurs dérivés, à savoir issus d’une réaction chimique, comme par exemple les monoesters gras obtenus par transestérification de triglycérides (par exemple, une huile végétale) par des mono-alcools.
Les matières grasses d'origine naturelle (ii) utilisables dans la présente invention sont choisies parmi les huiles obtenues dans la nature ou leurs dérivés, les graisses obtenues dans la nature ou leurs dérivés (i.e. : graisses végétales et/ou animales), les huiles végétales usagées provenant de l'industrie agroalimentaire ou leurs dérivés et leurs mélanges. En général, les matières grasses d'origine naturelle (ii) sont choisies parmi des huiles et graisses animales et/ou végétales, de préférence des huiles végétales et des graisses animales, mieux des huiles végétales.
En général, l’huile végétale est choisie parmi : l’huile de colza, l’huile de soja, l’huile de tournesol, l’huile de ricin, l’huile de copra (coco), l’huile d’olive, l’huile de pulpe de bois (Tall), l’huile de palme, l’huile de noyau de palme, l’huile de lin, l’huile de coco, l’huile de noisette, le baume de cajou (cardanol), l’huile d’arachide, l’huile de maïs, l’huile de courge, l’huile de pépin de raisin, l’huile de jojoba, l’huile de sésame, l’huile de noix, l’huile de bois de chine ou un de leurs mélanges.
A titre d’exemple, une graisse végétale peut être issue de la fève de cacao et les graisses animales peuvent être des graisses obtenues par fusion des tissus gras des animaux : saindoux, graisse d’oie ou de canard, suif de bœuf ou de cheval
Tel que mentionné ci-dessus, les matières grasses d'origine naturelle utilisables dans la présente invention peuvent également être issues de produits à recycler, tels que des huiles alimentaires usagées et leurs dérivés ou encore des huiles dites de troisième génération issues de la biomasse comme les algues ou les microorganismes.
Sont donc préférentiellement exclues du cadre de l'invention les huiles et graisses fossiles, qui ne sont pas renouvelables et ne présentent pas d'intérêt dans le cadre du développement durable.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) sera choisi parmi les huiles végétales ou les graisse en provenance directe de la nature (à savoir n’ayant pas subi de réaction chimique ou n’ayant pas été fonctionnalisées chimiquement).
Selon une autre caractéristique de l’invention, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) est un dérivé d’une huile végétale ou d’une graisse naturelle et a été fonctionnalisé chimiquement.
A titre d’exemple, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) a subi au moins une réaction chimique choisie parmi : une estérification, une transestérification, une hydrolyse, une oxydation, une réaction de Diels-Alder, une réaction radicalaire, une maléinisation, une thiolation, une réaction d’isomérisation.
Les matières grasses d'origine naturelle utilisables dans la présente invention peuvent subir une réaction d’isomérisation. Comme cela est bien connu, 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, et une diminution de la viscosité initiale. Les conditions de cette réaction d'isomérisation ont été largement décrites dans la littérature, par exemple dans Bailey's Industrial Oil and Fat Products, 6th Edition (2005), Fereidoon Shahidi Ed., John Wiley & Sons, Inc.
Les matières grasses d'origine naturelle peuvent également être issues d’une réaction de Diels-Alder/réaction radicalaire permettant de modifier la longueur de la chaîne grasse hydrocarbonée et correspondre par exemple à la gamme Pripol® de la société Croda.
De préférence, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) a subi ou est issu d’une réaction d’estérification ou d’une transestérification.
En particulier, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) est obtenu par transestérification d’un triglycéride comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées saturées ou insaturées comprenant de 6 à 22 atomes de carbone, de préférence de 8 à 20 atomes de carbone avec un alcool mono-hydroxylé en C1-C4, tel que le méthanol.
Alternativement, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) peut être obtenu à partir d'au moins un triglycéride transestérifié au moyen d'un alcool gras, tels que le triméthylolpropane, le pentaérythritol, le dipentaérythritol, le néopentylglycol, le tripentaérythritol, le ditriméthylolpropane et leurs mélanges, et peut correspondre par exemple à des esters de triméthylolpropane.
Au sens de la présente invention, on entend par « alcools gras » des alcools ou polyols aliphatiques en C5-C28, de préférence en C14-C24, mieux en C16-C22, saturés, mono-insaturés ou poly-insaturés, linéaires ou ramifiés, cycliques ou acycliques. À titre illustratif et non limitatif, il peut être cité comme polyols, le triméthylolpropane, le pentaérythritol, le dipentaérythritol, le néopentylglycol, le tripentaérythritol, le ditriméthylolpropane et leurs mélanges.
Également, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) est obtenu par estérification d’un acide mono-ou poly-carboxylique gras comprenant une chaîne grasse hydrocarbonée saturée ou insaturée comprenant de 4 à 28, de préférence de 6 à 22 atomes de carbone, et en particulier de 8 à 20 atomes de carbone avec un alcool mono-hydroxylé ou poly-hydroxylé.
En effet, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) peut être produit à partir d’alcools mono-hydroxylé et d’acides poly-carboxyliques, ou à partir d’alcools poly-hydroxylé et d’acides monocarboxyliques. Les alcools et les acides utilisés pour préparer les esters peuvent contenir de un à six groupes fonctionnels, ce qui permet la production de mono-, di-, tri- et tétra-, penta- et hexa-esters. Sont englobés les esters d’alcools, diols, triols et pentaerythritols, lesdits alcools ou polyols ayant de 2 à 20 atomes de carbone, et les acides mono- et di-carboxyliques ayant de 2 à 20 atomes de carbone, de préférence de 4 à 12 atomes de carbone.
À titre d'illustration non limitative seulement, les polyols englobent par exemple le triméthylolpropane, le pentaérythritol, le dipentaéryhthritol, le néopentylglycol, le tripentaérythritol,le ditriméthylol propane et leurs mélanges.
À titre d'illustration non limitative seulement, les acides carboxyliques appropriés pour l'obtention d'esters pouvant être utilisés en tant que composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) comprennent l'acide valérique, l'acide isovalérique, l'acide heptanoïque, l'acide caprylique, l'acide nonanoïque, l'acide isonanoïque, l'acide hexanoïque 2-éthyle et l'acide caprique
A titre d’exemple, les esters entrant dans la définition du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) selon l’invention englobent les monoesters provenant de la réaction de monoacides carboxyliques de longueur de chaîne de 2 à 24 carbones, linéaires ou ramifiés, comme par exemple les monoesters d’acétate d’octyle, d’acétate de décyle, d’acétate d’octadécyle, de caprylate/caproate d’éthyle 2 hexyle, de myristate de méthyle, de stéarate de butyle, d’oléate de méthyle, ainsi que les polyesters de phthalate de dibutyle, d’adipate de di-octyle, d’azelate de di-2-éthylhexyle et de sébacate d’ethylhexyle, des polyesters, réaction de polyols avec des monoacides carboxyliques linéaires et/ou ramifiés de 2 à 24 carbones et de polyacides carboxyliques de 2 à 40 carbones ou de polyesters, réaction de polyacides carboxyliques de 2 à 40 carbones avec des monoalcools de 1 à 24 carbones et des polyols.
Ainsi, le ou les esters à longue chaîne entrant dans la définition du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) peuvent être sélectionnés à partir de produits résultant de la réaction du pentaétythritol et du dipentaétythritol avec un ou plusieurs acides carboxyliques choisis dans le groupe constitué de l'acide valérique, de l'acide isovalérique, de l'acide heptanoïque, de l'acide caprylique, de l'acide nonanoïque, de l'acide isonanoïque, de l'acide 2-éthylique hexanoïque et de l'acide caprique.
Le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) du type ester de polyol peut être une huile préparée à partir de dipentaérythritol ou de pentaérythritol technique ou de trimethylol propane et d’un mélange d’acides carboxyliques linéaires et/ou ramifiés ayant de 4 à 24 atomes de carbone. Le pentaérythritol technique est un mélange qui comprend environ de 85% à 92% en poids de monopentaérythritol et de 8% à 15% en poids de dipentaérythritol. Un pentaérythritol technique classique du commerce contient environ 88% en poids de monopentaérythritol et environ 12% en poids de dipentaérythritol, par rapport au poids total du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii). Le pentaérythritol technique peut contenir également une certaine quantité de tri- et tétra-pentaérythritol qui sont habituellement formés comme sous-produits au cours de la production du pentaérythritol technique.
La composition d'esters synthétiques commercialisée par NYCO sous la référence Nycobase® est un exemple approprié d'une combinaison d'esters qui pourrait être utilisée de manière appropriée pour former le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii).
Par conséquent, les composés à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) selon l’invention peuvent donc être, sans limitation, directement les huiles et graisses d'origine naturelle, ou bien des acides gras, des esters d'acides gras, préférentiellement des esters d'alkyle, tels que des mono-esters d'alkyle, des alcools gras, des esters d'alcools gras, des triglycérides, des esters de diacides gras, des esters d'acides résiniques, des acides résiniques, des dérivés de ces composés, et des mélanges de ces composés d'origine animale ou végétale.
Au sens de la présente invention, on entend par acides gras des acides mono, di ou tricarboxyliques aliphatiques en C4-C28, de préférence en C14-C24, mieux en C16-C22, saturés, mono-insaturés ou poly-insaturés, linéaires ou ramifiés, cycliques ou acycliques.
De préférence, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) correspond à des acides gras, des esters d’alcool gras (comme des esters de triméthylolpropane), des esters d'acides gras, des triglycérides, des esters de diacides gras, des acides résiniques, des esters d'acides résiniques, notamment des matières grasses d'origine naturelle comprenant au moins un mono-ester d'alkyle d'acide gras.
En outre, la ou les chaînes hydrocarbonées du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) peut avoir subi au moins une réaction de fonctionnalisation chimique ayant introduit au moins un groupe fonctionnel oxygéné.
Selon ce mode de réalisation, le groupe fonctionnel oxygéné introduit lors de la modification chimique des matières grasses d'origine naturelle est choisi parmi les groupes : acide carboxylique, diacide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone, cette liste n'étant pas limitative. Par fonction éther, on entend la fonction éther oxyde. Ces groupes fonctionnels sont susceptibles de réagir avec des fonctions chimiques présentes dans le liant hydrocarboné (i) et/ou avec l’asphaltite (iii). Les fonctions chimiques présentes dans le liant hydrocarboné (i) sont par exemple des fonctions : acide ou alcool.
Selon ce mode de réalisation, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) peut être obtenue à partir d'au moins un triglycéride, éventuellement par transestérification de ce dernier au moyen d'un alcool en C1-C4, libérant des monoesters d'acides gras, suivie d'une oxydation introduisant au moins un groupe fonctionnel, de préférence époxyde et/ou éther. La transestérification a pour but de diminuer la viscosité des matières grasses d'origine naturelle.
Selon ce mode de réalisation, le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) peut également être obtenue à partir d'au moins un dérivé de tall oil, par oxydation introduisant au moins un groupe fonctionnel, de préférence époxyde et/ou éther. Le tall oil est un mélange d'acides gras (acides oléique, linoléique, linoléique...), d'acides résiniques et de substances insaponifiables. De façon optionnelle, le dérivé de tall oil peut subir une estérification au moyen d'un alcool en C1-C4 avant de subir ou après avoir subi la ou les réactions d'oxydation.
La fonctionnalisation chimique est de préférence effectuée sur les chaînes grasses hydrocarbonées du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii), en particulier sur leurs doubles liaisons C=C, conjuguées ou non. Les réactifs de fonctionnalisation chimique employés sont par exemple l'oxygène moléculaire, l'eau oxygénée et l'anhydride maléique, dans des conditions variables de température, pression et durée de réaction, optionnellement en présence de catalyseurs. Toutes ces réactions de fonctionnalisation sont des réactions classiques de la chimie organique, décrites par exemple dans Bailey's Industrial Oil and Fat Products, 6th Edition (2005), Fereidoon Shahidi Ed., John Wiley & Sons, Inc.
Selon ce mode de réalisation, les chaînes grasses hydrocarbonées du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) de l'invention comportent des doubles liaisons carbone-carbone dont une partie, de préférence au moins 5%, de préférence au moins 15%, mieux au moins 20% ont subi une réaction de fonctionnalisation chimique ayant introduit un groupe époxyde ou éther. La réaction d'époxydation peut être accomplie en utilisant comme réactif l'oxygène moléculaire ou l'eau oxygénée.
Un groupe diacide carboxylique peut être obtenu, par exemple, par greffage d'une molécule d'anhydride maléique sur une double liaison carbone-carbone initialement présente dans la matière grasse. La présence de fonctions diacide carboxylique sur la chaîne hydrocarbonée permet d'améliorer la siccativité des matières grasses employées.
Les chaînes grasses hydrocarbonées du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) de l'invention comportent des doubles liaisons carbone-carbone dont au moins 5%, de préférence au moins 15%, mieux au moins 20% ont subi une réaction de fonctionnalisation chimique par greffage d'une molécule d'anhydride maléique.
La fonctionnalisation des matières grasses d'origine naturelle conduit à l'introduction d'atomes d'oxygène sur les molécules, lesquels peuvent participer à la formation de ponts oxygène entre les molécules et/ou entre les molécules et d'autres composés du mélange comme le bitume.
Dans le cas de chaînes hydrocarbonées du composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) non modifiées, 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.
Généralement, les composés à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) sont des liquides fluides présentant les caractéristiques suivantes :
- une viscosité cinématique à 40°C comprise entre 4 et 20 mm2/s, de préférence 7 à 11 mm2/s
- un indice d'acide selon la norme NF T 60-204 supérieur à 5 mg KOH/g, mieux supérieur à 10 mg KOH/g,
- un indice d'iode selon la norme ISO 3961 supérieur à 60 g d'l2/100g,
- 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'O2/kg,
- une teneur en eau selon la norme NF T 60-113 inférieure à 0,5 %,
- une densité relative à 25°C selon la norme ISO 3838 comprise entre 0,88 à 0,98 ;
- un point éclair Cleveland selon la norme EN ISO 2592 supérieur à 140°C, de préférence supérieur à 160°C.
Le composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) est de préférence une huile végétale, l'un de ses dérivés tels que sa partie acide gras, un mélange d'acides gras, un produit de transestérification ou un dérivé de résine alkyle de l'huile.
Le composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) est de préférence choisi parmi les dérivés de tallol (tall oil) estérifiés et époxydés et les esters d'acides gras monoinsaturés et polyinsaturés comprenant des chaînes grasses hydrocarbonées linaires de de 8 à 20, de préférence de 16 à 20 atomes de carbone tels que les esters d'acides gras de soja ou de colza oxydés. De tels matières grasses sont par exemple commercialisées sous la marque EKOFLUX® ou VEGEFLUX®. Le produit EKOFLUX® est un mélange constitué principalement d’esters d’acide oléique (C18 :1) et linoléique (C18 :2) dans un ratio d’environ 60/40.
La composition de fluxant selon l’invention comprend également de l’asphaltite (iii).
Par « asphaltite », on entend un bitume minéral solide naturel (ne rentrant pas dans la définition de liant hydrocarboné (i) et se distinguant par conséquent de celui-ci). Ce composé permet notamment d’apporter une source de carbone fixe qui est essentiel afin d’assurer les performances mécaniques des masses de bouchage après cuisson.
Généralement, l’asphaltite est choisi parmi : de la gilsonite, de l’uiintaite, de l’uinitite, de l’albertite, de l’ingramite, de la grahamite, de l’asphaltite issu du Lac de Trinidad (TLA), de l’impsonite, l’asphaltite SLN120 de Selenice ou un de leurs mélanges.
A titre d’exemple, la Gilsonite® commercialisée par la compagnie Américaine Gilsonite (« American Gilsonite Company ») ou par l’entreprise Mineral & Chemicals Assistance BV (NL), ou encore le TLA (Trinidad Lake Asphalt®à) conviennent pour réaliser la composition de fluxant selon l’invention.
L’asphaltite peut se trouver sous forme de poudre ou de granulé. Cette dernière forme est plus compatible pour des fabrications à l’échelle industrielle.
Tel que mentionné ci-dessus, l’asphaltite représente, en masse, par rapport à la masse totale de la composition de fluxant de 8% à 20%, de préférence de 9 à 15% et typiquement de10 à 13%.
Selon l’invention, une plage de valeurs allant de 8 à 20% inclut les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 8 ; 9 ; 10 ; 11 ; 12 ; 13 ; 14 ; 15 ; 16 ; 17 ; 18 ; 19 ; 20.
La composition de fluxant peut également comprendre des additifs, tels que des correcteurs de viscosité.
La composition de fluxant selon l’invention présente généralement au moins une des caractéristiques suivantes, de préférence toutes les caractéristiques suivantes :
- un point éclair (°C) mesurée selon la méthode Cleveland en vase ouvert selon la norme NF EN ISO 2592 :2001 qui est supérieur à 100°C, de préférence supérieur à 150°C, en particulier supérieur à 170°C et va typiquement de 100 à 220°C ;
- un point d’auto-inflammation mesurée selon la norme ASTM E 659 qui est supérieur à 250°C, de préférence supérieur à 300°C et va typiquement de 250° à 5000°C ;
- une viscosité à 50°C mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 supérieure ou égale à 350 mPa.s, de préférence comprise entre 400 mPa.s et 5000 mPa.s et pouvant être comprise typiquement entre 350 mPa.s et 450 mPa.s ;
- une viscosité à 75°C mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 supérieure ou égale à 100 mPa.s, de préférence comprise entre 100 mPa.s et 2000 mPa.s ;
- un taux de carbone vert (par rapport au carbone organique total) mesuré selon la norme ASTM D 6866-21, méthode B supérieur ou égale à 25%, de préférence supérieur ou égale à 30%, typiquement supérieur ou égale à 35% et peut aller par exemple de 25% à 90%.
Selon l’invention, une viscosité à 50°C supérieure ou égale à 350 mPa.s, inclut les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 350 ; 360 ; 370 ; 380 ; 390 ; 400 ; 410 ; 420 ; 430 ; 450 ; 460 ; 470 ; 780 ; 790 ; 800 ; 820 ; 840 ; 860 ; 880 ; 900 ; 920 ; 940 ; 960 ; 980 ; 1000 ; 1020 ; 1040 ; 1060 ; 1080 ; 2000 ; 2020 ; 2040 ; 2060 ; 2080 ; 2100 ; 2500 ; 3000 ; 3500 ; 4000 ; 4500 ; 5000, etc.
Selon l’invention, une viscosité à 75°C supérieure ou égale à 100 mPa.s, inclut les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 100 ; 120 ; 140 ; 160 ; 180 ; 200 ; 220 ; 240 ; 260 ; 280 ; 300 ; 320 ; 340 ; 350 ; 360 ; 370 ; 380 ; 390 ; 400 ; 410 ; 420 ; 430 ; 450 ; 460 ; 470 ; 780 ; 790 ; 800 ; 820 ; 840 ; 860 ; 880 ; 900 ; 920 ; 940 ; 960 ; 980 ; 1000 ; 1020 ; 1040 ; 1060 ; 1080 ; 2000 ; etc.
Dans le cadre de l’invention, un taux de carbone vert supérieur ou égale à 25% inclut les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 25 ; 26 ; 27 ; 28 ; 29 ; 30 ; 31 ; 32 ; 33 ; 34 ; 35 ; 36 ; 37 ; 38 ; 39 ; 40 ; 41 ; 42 ; 43 ; 44 ; 45 ; 46 ; 47 ; 48 ; 49 ; 50 ; 51 ; 52 ; 53 ; 54 ; 55 ; 56 ; 57 ; 58 ; 59 ; 60 ; 61 ; 62 ; 63 ; 64 ; 65 ; 66 ; 67 ; 68 ; 69 ; 70 ; 71 ; 72 ; 73 ; 74 ; 75 ; 76 ; 77 ; 78 ; 79 ; 80 ; 81 ; 82 ; 83 ; 84 ; 85 ; 86 ; 87 ; 88 ; 89 ; 90 ; 91 ; 92 ; 93 ; 94 ; 95 ; etc.
Tel que mentionné ci-dessus, la composition de fluxant selon l’invention présente également un résidu sous azote à 800°C supérieur ou égal à 8% mesuré selon une méthode interne MOPCST LA-058 présentant une vitesse de montée en température de 3°/min (telle que définie ci-dessus). Cette caractéristique permet notamment d’améliorer les performances mécaniques du liant pour masse de bouchage et ainsi celles de la masse de bouchage elle-même.
La composition de fluxant selon l’invention présentent de nombreux avantages que ce soit au niveau de la sécurité des opérateurs ou au niveau environnemental. Elle permet de diminuer les impacts environnementaux relatifs aux ressources fossiles consommées habituellement dans les masses de bouchage, de diminuer les émissions de COV et notamment HAP, de diminuer les risques pour l’homme et l’environnement avec la substitution de substances étiquetées.
La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d’une composition de fluxant telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- le mélange de l’asphaltite (iii), généralement sous forme de poudre ou de granules, avec le liant hydrocarboné (i) sous agitation à une température allant de 120°C à 250°C, de préférence allant de 150°C à 200°C et typiquement allant de 170°C à 190°C, pendant au moins 1 heure, de préférence de 1h à 5 h et typiquement de 2h à 3 h, de sorte à obtenir un mélange initial ;
- le refroidissement du mélange initial, généralement à une température inférieure ou égale à 160°C, de préférence inférieure ou égale à 140°C et typiquement inférieure ou égale à 120°C ;
- l’introduction du composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées (ii),
afin d’obtenir une composition de fluxant.
Bien entendu, les différents modes de réalisation décrits ci-avant pour la composition de fluxant s’appliquent également au procédé de fabrication selon l’invention.
Enfin, la présente invention a trait à l’utilisation d’une composition de fluxant telle que définie ci-dessus ou issue du procédé susmentionné pour fabriquer un liant pour masses de bouchage destinées à la production discontinue de fonte au sein de hauts-fourneaux.
De même, les différents modes de réalisation décrits ci-avant pour la composition de fluxant s’appliquent également à l’utilisation selon l’invention.
La composition de fluxant selon l’invention peut être utilisée afin de former une composition de liant pour masse de bouchage.
Une telle composition de liant pour masse de bouchage va être décrite ci-après.
Une composition de liant pour masse de bouchage peut notamment comprendre :
(a) au moins une résine thermoplastique et thermodurcissable qui est préférentiellement stable aux températures de l'ordre de 200°C et qui contient optionnellement un additif apte à déclencher le processus de durcissement de la masse de bouchage à partir de 130°C,
(b) la composition de fluxant telle que décrite ci-dessus.
A titre d’exemple, la résine (a) peut être une résine phénolique (qui se trouve à l’état liquide à température ambiante), une résine aminoplaste choisie parmi les résines du type urée-formaldéhyde et mélamine-formaldéhyde, une résine polyester, une résine furannique, une résine naturelle et est de préférence une résine phénolique.
Le procédé de préparation du liant pour masse de bouchage comprend l’étape consistant à mélanger ladite au moins une résine avec la composition de fluxant selon l’invention.
Une masse de bouchage pour trous de coulée de hauts fourneaux, exempte de goudron, va être décrite ci-après.
Une masse de bouchage peut notamment comprendre :
- environ 80 à 95% en masse d'un élément minéral constitué par (a) une argile réfractaire présentant un point de fusion supérieur à 1450°C et une teneur en alumine comprise entre 4 et 42% en poids, (b) un agrégat réfractaire à haute résistance mécanique constitué par une matière granulaire inerte et
- environ 5% à 20% de la composition de liant décrite ci-dessus.
A titre d’exemple, une argile kaolinite ayant une teneur en alumine comprise entre 35 et 40% et un point de fusion de 1670°C convient pour la présente invention.
L’agrégat réfractaire peut être choisi parmi le ou les éléments suivants :
- un sable silico-alumineux ayant une teneur en alumine comprise entre 6 et 9% et un point de fusion voisin de 1 650°C
- un silicate d'alumine calciné d'une teneur en alumine de 40/44% et un point de fusion de 1680°C.
- une magnésie, une dolomie, une bauxite, un corindon, un carbure de silicium.
- une composition mixte faisant intervenir l'un ou l'autre de ces agrégats en fonction de ses qualités physiques.
Un procédé de fabrication d’une masse de bouchage consiste par exemple à mélanger ces différents composants : la composition de liant décrite ci-dessus, l’argile et l’agrégat réfractaire.
Exemple 1 : Exemples de réalisation de composition de fluxant selon l’invention
Des exemples de compositions de fluxant selon l’invention ont été préparées en laboratoire à partir des matières premières suivantes (tableau 1) :
| Composés | Producteur | Désignation | Réf. expéditeur |
| Liant hydrocarboné | Société Ecoliant Produits | Bitume 160/220 | 081M0218 |
| Composé à base de matières grasses naturelles | Société Ecoliant Produits | Ekoflux® | Lot OF2-1801083 |
| Asphaltite | Société Ecoliant Produits | Gilsonite® sous forme de granulés | HSTaloit RS lot 148 |
| Asphaltite | Société Ecoliant Produits | Gilsonite® sous forme de poudre | HMA |
Les compositions suivantes ont été testées (tableau 2):
| Exemple 1 Gilsonite® sous forme de poudre |
Exemple 2 Gilsonite® sous forme de granulés |
|
| Liant hydrocarboné | 50,5 | 50,5 |
| Composé à base de matières grasses naturelles | 12,4 | 12,4 |
| Asphaltite | 37,1 | 37,1 |
Les compositions de fluxant selon l’invention ont été préparées selon le protocole suivant :
- le bitume 160/220 est chauffé à 180°C, la Gilsonite® est ensuite introduite (sous forme de poudre, exemple 1 ou sous forme de granulés, exemple 2), ce mélange est maintenu sous agitation soutenue pendant deux heures ;
- ce mélange bitume + Gilsonite® est ensuite refroidi à 120°C ;
- une fois la température abaissée, le produit Ekoflux® est introduit sous agitation douce et l’ensemble est homogénéisé pendant 15 minutes.
Les résultats illustrés dans le tableau 3 ci-dessous sont obtenus :
| Exemple 1 | Exemple 2 | Caractéristiques | |
| Point éclair (°C) norme NF EN ISO 2592 :2001 |
190 | 186 | > 100 |
| Point d’auto-inflammation (°C) norme ASTM E 659 |
325 | - | > 300 |
| Viscosité à 25°C (mPa.s) mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 |
2270 | 2590 | Entre 500 et 5000 |
| Viscosité à 50°C (mPa.s) mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 |
425 | 375 | Entre 350 et 450 |
| Viscosité à 75°C (mPa.s) mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 |
120 | 107 | - |
| Résidu 800°C (%) méthode interne MOPCST LA-058 présentant une vitesse de montée en température de 3°/min |
9.5 | 8.6 | > 8 |
| C vert (%) norme ASTM D 6866-21 |
36 | 37 | ≥ 25 |
Par conséquent, les résultats ci-dessus montrent que les compositions de fluxant exemplifiées 1 et 2 présentent les caractéristiques nécessaires permettant de réaliser par la suite un liant et une masse de bouchage alliant performance et faible impact environnemental.
La quantité de COV relargué par divers fluxants a été mesurée selon la norme NF ISO 16000-6 modifiée de la façon suivante :
- l’analyse est réalisée par chromatographie gazeuse à espace de tête statique couplée à un spectromètre de masse en détection (GC-MS) ;
- la première étape de l’analyse consiste à chauffer un vial contenant l’échantillon à analyser à une température de 30°C, 80°C et 150°C afin d’établir un équilibre entre l’échantillon et la phase gazeuse ;
- une aliquote de la phase gazeuse est ensuite injectée dans le CPG (chromatographie en phase gazeuse) ; les molécules sont entrainées dans la colonne par un gaz vecteur où elles sont séparées les unes des autres selon leur volatilité et leur affinité avec la phase stationnaire ;
- en sortie de colonne, les molécules sont dirigées vers un spectromètre de masse où elles sont fragmentées ; les ions produits sont séparés en fonction de leur rapport masse/charge puis ils sont collectés par un détecteur ;
- l’appareil utilisé est un GC 7890B AGILENT équipée d’une colonne capillaire Agilent 122-1364UI DB-624UI (60 m x 0.25 mm, 1.4 μm), d’un FID et d’un spectromètre de masse 5977B AGILENT. Le GC est relié en amont à l’Headspace Sampler 7697A Agilent, munie d’une boucle d’injection et d’une ligne de transfert.
- Température d’incubation : 30°C, 80°C et 150°C
- Temps d’incubation : 180 min
- Volume injecté : 1000 µL
- Injecteur : 150°C
- Gradient de température : 40°C pendant 2 min puis montée jusqu’à 260°C avec une pente de 10°C/min et maintien à 260°C pendant 6 min
- Gaz vecteur : Hélium à un débit de 1 mL/min
- Ionisation : Impact électronique
- Gamme de m/z balayée : 30 à 650
La méthode de quantification a été inspirée de la norme NF ISO 16000-6. Cette quantification permet d’exprimer des résultats en « équivalent toluène ». La concentration massique des COVT (Composés Organiques Volatils Totaux) est déterminée de la façon suivante :
- la totalité de la surface des pics du chromatogramme (∑ Aire des pics entre 3 et 30 min) a été considérée ;
- cette surface a été convertie en unité de masse de toluène à l’aide d’une droite d’étalonnage du toluène (à 30°C, 80°C et 150°C) représentant l’air des pics (« counts ») en fonction la concentration du toluène en µg, de sorte à obtenir un facteur de réponse « a » ;
- un facteur « X » a ensuite été déterminé selon la formule :
[Math .1]
- la concentration massique des COVT en équivalent toluène pour 1 gramme d’échantillon a par la suite été déterminée selon la formule :
En particulier, les fluxants suivants ont été testés :
- un fluxant selon l’invention comprenant en masse, par rapport à sa masse totale : 48,5% de bitume 160/220, 12,3% de Gilsonite® et 39,2% d’Ekoflux® (noammé ci-après, exemple 3);
- le produit SMB300 commercialisé par la société Total et
- le produit TC30L commercialisé par la société Otavi.
Les fluxants comparatifs de référence présentent les caractéristiques suivantes (tableau 4) :
| Exemples comparatifs | SMB 300 | TCL30L |
| Composition | Bitume | Mélange de bitume + diisopropylnaphtalène |
| Etiquetage | non | GHS08 GHS09 |
| Point éclair (°C) norme NF EN ISO 2592 :2001 |
200 | 166 |
| Point d’auto-inflammation (°C) norme ASTM E 659 |
390 | 429 |
| Viscosité à 25°C (mPa.s) mesurée avec un viscosimètre Brookfiled (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 ou -27 |
4550 | 1755 |
| Viscosité à 50°C (mPa.s) mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 |
428 | 296 |
| Viscosité à 75°C (mPa.s) mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010 avec un mobile SCA4—21 |
106 | 65 |
| Résidu 800°C (%) méthode interne MOPCST LA-058 présentant une vitesse de montée en température de 3°/min |
3,9 | 12,1 |
| C vert (%) norme ASTM D 6866-21 |
0 | 0 |
Ainsi, le fluxant SMB300 ne présente pas un résidu sous azote à 800°C supérieur à 8% permettant d’obtenir par la suite une masse de bouchage ayant des performances mécaniques satisfaisantes et le fluxant TCL30L est étiqueté comme dangereux. En outre, ces deux produits ne sont pas constitués, au moins en partie, de matière première renouvelable (Cvertest de 0%).
Les résultats de mesures de COV obtenus sont répertoriés dans le tableau 5 ci-dessous. Les résultats sont exprimés en équivalent toluène.
| Essai COV | TC30L | SMB300 | Exemple 3 (invention) |
| 30°C | 29 µg/g | 28 µg/g | 31 µg/g |
| 80°C | 78 µg/g | 33 µg/g | 40 µg/g |
| 150°C | 1035 µg/g | 49 µg/g | 80 µg/g |
Cet essai montre ainsi que la composition de fluxant selon l’invention (Exemple 3) relargue très peu de COV et est proche du fluxant de référence SMB300.
Claims (12)
- Composition de fluxant destinée à la fabrication de liant pour masse de bouchage comprenant au moins, en masse, par rapport à sa masse totale :
(i) de 20 à 70% d’un liant hydrocarboné,
(ii) de 22 à 70% d’un composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées saturées ou insaturées comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 22 atomes de carbone, et
(iii) de 8 à 20% d’un asphaltite,
ledit fluxant présentant une viscosité à 25°C comprise entre 500 mPa.s et 5000 mPa.s mesurée avec un viscosimètre Brookfield (RV DV II+) selon la norme NF EN 13302 :2010. - Composition de fluxant selon la revendication 1, dans laquelle ledit fluxant présente un résidu sous azote à 800°C supérieur ou égal à 8% mesuré selon une méthode interne MOPCST LA-058 présentant une vitesse de montée en température de 3°/min.
- Composition de fluxant selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins, en masse, par rapport à sa masse totale :
(i) de 45 à 55% du liant hydrocarboné,
(ii) de 35 à 45% d’un composé à base de matières grasses d’origine naturelle, et
(iii) de 10 à 20 % de ladite asphaltite. - Composition de fluxant selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) est choisi 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 ou leurs dérivés et leurs mélanges.
- Composition de fluxant selon la revendication 4, dans laquelle l’huile végétale est choisie parmi : l’huile de colza, l’huile de soja, l’huile de tournesol, l’huile de ricin, l’huile de copra (coco), l’huile d’olive, l’huile de pulpe de bois (Tall), l’huile de palme, l’huile de noyau de palme, l’huile de lin, l’huile de coco, l’huile de noisette, le baume de cajou (cardanol), l’huile d’arachide, l’huile de maïs, l’huile de courge, l’huile de pépin de raisin, l’huile de jojoba, l’huile de sésame, l’huile de noix, l’huile de bois de chine ou un de leurs mélanges.
- Composition de fluxant selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) a subi au moins une réaction chimique choisie parmi : une estérification, une transestérification, une hydrolyse, une oxydation, une réaction de Diels-Alder, une réaction radicalaire, une maléinisation, une thiolation, une isomérisation, de préférence au moins une estérification ou une transestérification.
- Composition de fluxant selon la revendication 6, dans laquelle ledit composé à base de matières grasses d’origine naturelle est obtenu :
- par transestérification d’un triglycéride comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées saturées ou insaturées comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 20 atomes de carbone avec un alcool mono-hydroxylé en C1-C4 ou d’un alcool gras en C5-C28 ;
- par estérification d’un acide mono-ou poly-carboxylique gras comprenant une chaîne grasse hydrocarbonée saturée ou insaturée comprenant de 6 à 28 atomes de carbone, de préférence de 8 à 20 atomes de carbone avec un alcool mono-hydroxylé ou poly-hydroxylé. - Composition de fluxant selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la ou les chaînes grasses hydrocarbonées dudit composé à base de matières grasses d’origine naturelle (ii) a/ont subi au moins une réaction de fonctionnalisation chimique ayant introduit au moins un groupe fonctionnel oxygéné, tel qu’un groupe choisi parmi les groupes acide carboxylique, diacide carboxylique, époxyde, peroxyde, aldéhyde, éther, ester, alcool et cétone.
- Composition de fluxant selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit composé à base de matières grasses d'origine naturelle (ii) est choisi parmi :
* une huile végétale transestérifiée, de préférence fonctionnalisée par oxydation, telle que des esters méthyliques d’huile végétale oxydée,
* des esters d’alcool d’acides gras, comme l’ester de triméthylolpropane d’acides gras, ou l’ester de néopolyol d’acides gras ;
* une de leurs combinaisons. - Composition de fluxant selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit asphaltite (iii) est choisi parmi : de la gilsonite, de l’uiintaite, de l’uinitite, de l’albertite, de l’ingramite, de la grahamite, de l’asphaltite issu du Lac de Trinidad (TLA), de l’impsonite, ou un de leurs mélanges.
- Procédé de fabrication d’une composition de fluxant définie selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- le mélange de l’asphaltite (iii), généralement sous forme de poudre ou de granules, avec le liant hydrocarboné (i) sous agitation à une température allant de 120°C à 250°C, de préférence allant de 150°C à 200°C et typiquement allant de 170°C à 190°C, pendant au moins 1 heure, de préférence de 1h à 5 h et typiquement de 2h à 3 h, de sorte à obtenir un mélange initial ;
- le refroidissement du mélange initial, généralement à une température inférieure ou égale à 160°C, de préférence inférieure ou égale à 140°C et typiquement inférieure ou égale à 120°C ;
- l’introduction du composé à base de matières grasses d’origine naturelle comprenant une ou plusieurs chaînes grasses hydrocarbonées (ii), afin d’obtenir une composition de fluxant. - Utilisation d’une composition de fluxant selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 ou issue du procédé selon la revendication 11, pour fabriquer un liant pour masse de bouchage destinées à la production discontinue de fonte au sein de hauts-fourneaux.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Bailey's Industrial Oil and Fat Products", 2005, JOHN WILEY & SONS, INC |
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| Publication number | Publication date |
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| WO2023144324A1 (fr) | 2023-08-03 |
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