Brevet FR2130213A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une composition bitumineuse, notamment d'une composition bitumineuse appropriée pour être utilisée pour le revêtement des routes ou analogues. 5 Dans les routes recouvertes de bitume, la couche supérieure est soumise à des contraintes importantes car elle est exposée directement à la charge de tout le trafic tandis que des pressions inférieures sont exercées sur les couches plus profondes du fait de l'effet de répartition de la charge. En outre, la 10 couche supérieure non protégée est très affectée par la température étant donné qu'elle est soumise aux températures hivernales et estivales extrêmes. Les contraintes de compression et de traction, fonction de la température se modifiant chaque jour,sont le plus marquées dans cette couche supérieure. De plus, les con-15 traintes d'usure dues au trafic, sont très importantes dans la surface bitumineuse. De la même façon des contraintes inférieures affectent les couches immédiatement en-dessous de la couche supérieure. Les contraintes mentionnées plus haut des couches bitumineu-20 ses supérieures, doivent être absorbées en grande partie par le liant du mélange d'asphalte. En raison du caractère thermoplastique des liants bitumineux classiques, les contraintes sont très critiques aux basses températures, aux charges d'essieux élevées, aux fréquences de trafics intenses, et aux vitesses élevées de 25 circulation. Pour les routes revêtues d'asphalte à contraintes importantes, en particulier pour les surfaces supérieures sous des conditions climatiques et/ou de circulation sévères, un liant bitumineux modifié montrant un faible pouvoir d'effritement aux basses 30 températures et un comportement souple sous les charges dynamiques dans une gamme étroite de température, est, par conséquent, désiré. Pour permettre l'obtention sous les conditions habituellement rencontrées dans les installations de mélange d'asphalte, les caractéristiques de viscosité à température élevée de ces 35 liants modifiés doivent être comparables à celles des liants classiques de l'industrie, c'est-à-dire que ces liants doivent avoir approximativement la même viscosité aux températures de traitement. Il est connu que l'on peut obtenir en ajoutant du caoutchouc naturel, des liants bitumineux ayant des propriétés élas 72 08852 2 2130213 tiques améliorées, cependant, la stabilité thermique de ces mélanges n'est pas suffisante pour assurer l'obtention de toutes les propriétés élastiques des liants modifiés aux températures rencontrées pendant 1'emmagasinement à chaud des liants dans des 5 réservoirs et pendant le procédé de mélange à chaud dans l'installation de mélange d'asphalte. On a également proposé de nombreuses fois d'ajouter des élastomères synthétiques aux liants bitumineux. Les compositions résultantes présentent les mêmes inconvénients et, en outre, il est également possible que le bi-10 tume et le caoutchouc se séparent pendant 1'emmagasinement à chaud. Il est également connu que l'on peut obtenir une souplesse améliorée et une susceptibilité inférieure à la température pour la consistance du bitume de revêtement en augmentant la structure 15 du gel bitumineux par oxydation à l'air, ce qui entraîne une augmentation dans l'indice de pénétration. Toutefois, seule une élasticité relativement faible est obtenue même si la durée de soufflage est prolongée. Cependant, al cela est effectué, les propriétés de cohésion du bitume sont altérées. La ductibilité 20 à basse température et l'adhésion aux minéraux ainsi que la misci-bilité avec d'autres liants sont réduites. On a trouvé récemment que du bitume étendu par une huile de fluxage appropriée et mélangé avec certains élastomères, peut être soufflé afin d'obtenir un produit homogène d'élasticité et de sta-25 bilité à 1'emmagasinement à chaud améliorées sans dégradation de 1* élastomère. Les compositions préparées de cette façon, sont homogènes et mêmes lorsqu'elles sont emmagasinées à chaud, il n'apparaît pas ou peu de séparation des constituants. Ces compositions ont 30 des propriétés élastiques marquées et sont particulièrement appropriées pour être utilisées en tant que matières d'étanchéité, composés d'imprégnation d'enveloppes de canalisation et composés de garnissage de canalisation, pour la fabrication de peintures au bitume, de matières isolantes pour l'industrie électrique, pour 35 la fabrication de feutres élastiques de toitures et de feutres étanches à l'eau et pour des matières d'isolation thermique et phonique. Des essais pour préparer des bitumes élastifiés moins coûteux pour le revêtement des routes et analogues à faible teneur 72 08852 2130213 en caoutchouc ne se sont pas révélés fructueux au moyen de ce procédé. Du fait que la teneur en élastomère diminue, la durée de soufflage nécessaire augmente. L'économie dans les coûts des matières est contrebalancée par l'augmentation des coûts du trai-5 tement. On a trouvé d'une façon surprenante que certains de ces produits peuvent être mélangés avec du bitume non soufflé pour avoir un bitume élastifié homogène stable à 1'emmagasinement à chaud, approprié pour être utilisé en tant que bitume pour le 10 revêtement des routes et analogues. Ces produits qui conviennent pour le mélange, sont désignés ci-après par concentrats. Les concentrats qui sont convenables sont ceux qui ont été soufflés pendant une durée suffisante pour conférer et retenir l'homogénéité aux mélanges subséquents du concentrât et du bitume ' 15 non soufflé. La durée de soufflage dépend du type de bitume, de la nature de l'huile de fluxage et du rapport des constituants. Cependant dans chaque cas spécifique, la durée de soufflage convenable est facilement déterminée par de simples essais de laboratoire. Si après le mélange du concentrât avec le bitume non 20 soufflé, la composition résultante est hétérogène ou tend à se séparer par la suite, la durée de soufflage a été insuffisante. Les divers paramètres peuvent être réglés comme indiqué plus haut afin d'obtenir une durée de soufflage satisfaisante dans chaque cas donné. En général, une durée de soufflage d'au moins 5 heu-25 res est nécessaire. L'invention crée un procédé de fabrication d'une composition bitumineuse appropriée pour être utilisée en tant que revêtement pour les routes ou analogues, où un mélange de : 10 à 85 % en poids, calculés par rapport au mélange total 30 d'une substance bitumineuse, 5 à 25 % en poids, calculés par rapport au mélange total, d'un copolymère d'un ou plusieurs hydrocarbures mono-c(— éthylé-nique s et d'un hydrocarbure éthylénique cyclique ayant un pont endocyclique et au moins deux doubles liaisons éthyléniques, 35 10 à 85 % en poids, calculés par rapport au mélange total d'une huile de fluxage aromatique et, 0 à 4- parties en poids de soufre pour 100 parties, de polymère, est soufflé à 150-260 °C avec un gaz qui contient de l'oxygène élémentaire pour former un concentrât et le concentrât est 72 08852 2130213 mélangé avec du "bitume non soufflé. Le bitume est, de préférence, un résidu sous vide dérivé d'un brut du Vénézuéla ou du Moyen-Orient. De préférence, le copolymère renferme des groupes dérivés 5 tant de l'éthylène que du propylène. L'hydrocarbure éthylénique cyclique préféré est le dicyclopentadiène. La matière première pour le soufflage renferme, de préférence, de 5 à 15 % en poids du copolymère, notamment de 10 à 12%. Les huiles de fluxage aromatiques les plus appropriées 10 pour être utilisées dans le procédé de l'invention, sont celles connues dans l'industrie du pétrole sous la dénomination "extraits aromatiques". Il s'agit de fractions produites en traitant des distillâts sous vide et des résidus sous vide désasphaltés avec des solvants sélectifs pour les composés aromatiques. Les sol-15 vants couramment utilisés sont représentés par le furfural, le dioxyde de soufre et le phénol. Les extraits aromatiques obtenus pendant la fabrication des huiles lubrifiantes sont particulièrement appropriés. Avantageusement 10 à 50 parties de concentrât, en particu-20 lier 25 parties de concentrât sont dissoutes dans 100 parties de bitume. L'huile de fluxage aromatique est incorporée dans le copolymère par broyage à une température comprise dans la gamme de 90 à 150° 0, notamment de l'ordre de 100° C et le mélange est 25 ajouté au bitume fondu dans l'appareil de soufflage. De préférence, le soufflage du concentrât est effectué en deux phases. La première phase (soufflage initial) est mise en oeuvre entre 180 et 230° C et la deuxième phase entre 230 et 250° 0. Le soufflage initial est particulièrement judicieux si 30 la substance bitumineuse tend à s'oxyder rapidement. La durée de soufflage est habituellement de l'ordre de 8 à 20 heures. Quand du soufre est utilisé, d'autres améliorations de l'élasticité et de l'homogénéité sont obtenues. 35 Lorsque du soufre est employé, il peut être ajouté avant, pendant ou après le soufflage. Des concentrations appropriées de soufre sont de 0, 5 à 4- parties en poids de soufre pour 100 parties en poids de copolymère. Le concentrât est avantageusement incorporé dans le bitume 72 08852 5 2130213 5 non soufflé par agitation à une température comprise dans la gamme de 170 à 200° C. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. Exemples 10 Le tableau 1 ci-après indique la composition de la matière première, les durées de soufflage et les résultats d'analyses sur les concentrats pour trois exemples. Tableau 1 Exemple 1 2 3 15 Matière première Elastomère % en poids 10 10 10 Huile de fluxage aromatique % en poids 30 30 30 Bitume B 200 % en poids 60 60 60 20 Soufre-parties pour 100 parties d'élastomère 2 1 Température de soufflage ° C 230* 240** 240 240 Durée de soufflage h 5* rp** 15 20 Débit d'écoulement de l'air m /h. ^ 0,4 -#-0,4 25 Concentrât soufflé Point de ramollissement bille anneau o 0 -p © 67 93 102 Pénétration 25° C mm/10 100 65 42 * première phase 30 ** deuxième phase Le bitume est dérivé du brut de Tia Juana. Il a une pénétration de 185 mm/10 et un point de ramollissement de 41° C. Les propriétés de solubilité des concentrats sont éprouvées en les mélangeant avec du bitume non soufflé à des intervalles 35 déterminés à partir du début du soufflage jusqu'à l'obtention d'une homogénéité complète vue au microscope. 20 parties de chaque produit soufflé sont ensuite dissoutes séparément dans 80 parties de bitume à 200° C en agitant. Dana chaque cas on obtient un produit homogène renfermant 25 % en 72 08852 2130213 poids d'élastomère. L*élastomère est un terpolymère d'éthylène, de propylène et dicyclopentadiène qui a une viscosité Mooney de 70* L'huile de fluxage aromatique est obtenue par extraction 5 au furfural d'intermédiaires d'huiles de base lubrifiantes. Elle a une viscosité E/50° C de 75» Les exemples 1 et 2 illustrent le comportement des concentrats contenant du soufre. Dans l'exemple 1 où on utilise deux parties de soufre pour 100 parties de copolymère, la durée totale 10 de soufflage nécessaire pour obtenir un produit homogène mélangé est de 12 heures. Dans l'exemple 2 où on emploie une partie poux 100 parties d'élastomère et qui est identique pour le reste, la durée de soufflage nécessaire est de 15 h. L'exemple 3 illustre le comportement de concentrats ana-15 logues dans lesquels il n'y a pas de soufre présent. Dans ce cas, la durée de soufflage nécessaire est de 21 heures avant que les concentrats contenant de 1'élastomère soient homogènes au microscope avec davantage de bitume. Les résultats d'analyse sur les mélanges homogènes du 20 concentrât et du bitume non soufflé sont indiqués au tableâu 2 suivant. Tableau 2 25 Exemple 1 2 3 Point de ramollissement bille et anneau 0 C 46 49 52 Pénétration 25°Cmm/10 135 96 81 72 08852 7 2130213 EEVEHDICATIOHS 1 - Procédé de fabrication d'une composition bitumeuse, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger 10 à 85 % en poids, calculés par rapport au mélange total, d'une substance bitumineuse, 5 à 25 % en poids, calculés par rapport au mélange total 5 d'un copolymère d'un ou plusieurs hydrocarbures mono-o(— éthyléni-ques et d'un hydrocarbure éthylénique cyclique ayant un pont en-docyclique et au moins deux doubles liaisons éthyléniques, 10 à 85 % en poids, calculés par rapport au mélange total, d'une huile de fluxage aromatique et 0 à 4 parties en poids de soufre pour 10 100 parties de polymère, à souffler le mélange entre 150 et 260° C avec un gaz qui renferme de l'oxygène élémentaire pour former un concentrât et à dissoudre le concentrât dans du bitume non soufflé. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le bitume est un résidu sous vide dérivé de brut du Vénézuéla ou du Moyen-Orient. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le copolymère contient des groupes dérivés tant de l'éthylène que du propylène. 20 4- - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, carac térisé en ce que l'hydrocarbure éthylénique cyclique est le dicy-clopentadiène. 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4-, caractérisé en ce que la matière première pour le soufflage contient 25 de 5 à 15 % en poids de copolymère. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'huile de fluxage aromatique est un extrait aromatique obtenu par extraction d'une huile de base lubrifiante. 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, carac-30 térisé en ce que 10 à 50 parties de concentrât sont dissoutes dans 100 parties de bitume. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 25 parties de concentrât sont dissoutes dans 100 parties de bitume. 35 9 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, carac térisé en ce que l'huile de fluxage aromatique est incorporée dans le copolymère par broyage à une température de l'ordre de 72 08852 2130213 90 à 150°C. 10 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le soufflage est mis en oeuvre en deux phases, une première phase entre 180 et 230° C et une deuxième phase 5 entre 230 et 250° C. 11 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le concentrât est incorporé dans une quantité supplémentaire de "bitume par agitation à une température de l'ordre de 170 à 200° C. 10 12 - Produit obtenu en utilisant le procédé suivant l'une des revendications 1 à 11.