Brevet FR2487849A1 — publié le 19820205

La présente invention concerne un procédé de production d'un savon métallique granulaire et plus spéciale- ment un procédé de production d'un savon métallique granulaire caractérisé par le fait qu'un carbonate métallique insoluble dans l'eau et un acide gras, à l'état dispersé dans l'eau, sont mis en réaction en chauffant la dispersion à une tempé- rature supérieure à celle à laquelle l'acide gras commence à fondre,mais inférieure au point de fusion du savon métalli- que à produire. Les savons métalliques sont bien connus et ont été beaucoup utilisés dans industries de production de résines, de peintures,de papiers, de fibres, de graisses, etc. comme stabilisants, lubrifiants, agents hydrofuges, épaississants, agents de revêtements, etc. Outre ces applications, les sa- vons métalliques sont utilisés comme catalyseurs dans des réac- tions chimiques ainsi que comme additifs pour le caoutchouc afin d'améliorer l'adhésivité ou la liaison du caoutchouc sur des càblés d'acier. Les procédés connus jusqu'à présent pour la pro- duction industrielle de savon métallique comprennent deux modes opératoires. L'un d'eux est le prodédé dit à double décom- position, dans lequel un sel métallique hydrosoluble, comme le chlorure ou le sulfate d'un métal, et un sel d'un métal alcalin d'un acide gras sont soumis à une réaction ionique,à l'état de solution aqueusepour produire un savon métallique insolu- ble dans l'eau. Ce mode opératoire a l'avantage que la réac- tion se développe facilement à une température relativemente basse comprise entre la température ambiante et 70'C environ et qu'il permet d'obtenir un produit de grande pureté en la- vant le savon métallique résultant à l'eau. Par conséquent, ce procédé est le mode opératoire le plus couramment utilisé pour produire un savon métallique qui doit être de grande pu- reté. Cependant, étant donné que le savon métallique obtenu par ce procédé est sous la forme d'une poudre extrêmement fine, une certaine quantité est perdue par dispersion dans l'air lors de sa manutention, selon son application, et il est également indispensable d'éviter une pollution de l'atmos- phère dans laquelle s'effectue l'opération. Pour cette raison, ce savon métallique est utilisé après addition d'un-agent mouillant convenable ou après l'avoir transformé en paillettes ou granules. L'autre mode opératoire pour la production d'un savon métallique est le procédé dit de fusion, dans lequel un oxyde, un hydroxyde ou un carbonate métallique et un acide gras sont mis en réaction en les faisant fondre à une tempéra- ture supérieure au point de fusion du savon métallique à pro- duire, et l'eau ou le gaz carbonique,obtenu comme sous-produit, est chassé du système réactionnel, de sorte que le savon métal- lique est obtenu à l'état fondu. Ce procédé a l'avantage que le mode opératoire est plus simple que la double décomposition sus-mentionnée, étant donné que le récipient réactionnel peut être de petites dimensions et que les opérations de lavage à l'eau et de séchage peuvent être supprimées. Toutefois, étant donné que la réaction doit être exécutée à une température élevée supérieure au point de fusion du savon métallique à produire, généralement à 130'C environ, il se produit des réac- tions secondaires gênantes qui empêchent d'obtenir des produits de grande pureté,de sorte que ce mode opératoire n'est pas uti- lisé d'une façon aussi fréquente que le procédé à double décom- position. La présente invention est fondée sur la décou- verte selon laquelle il est possible d'obtenir un savon métal- lique sous forme granulaire dans des conditions réactionnelles particulières que les procédé connus sus-mentionnés n'ont pas permis d'envisager. Ainsi, la présente invention permet de produire un savon métallique granulaire en un rendement élevé en faisant réagir un carbonate métallique insoluble dans l'eau et un acide gras, à l'état dispersé dans l'eau, à une tempé- rature supérieure à celle à laquelle l'acide gras commence à fondre et inférieure au point de fusion du savon métallique à produire. La température réactionnelle de la présente inven-- tion est caractérisée par le fait qu'elle est très inférieure à celle du procédé classique de fusion. D'une façon surpre- nante, outre le fait que le savon métallique obtenu selon le procédé de la présente invention est de grande pureté, il est obtenu sous forme de granules poreux qui diffèrent du savon métallique sous forme de poudre finement divisée obtenu par le procédé classique à double décomposition. Dans la présente invention, le savon métallique obtenu à la fin de la réaction précipite ou se sépare sous forme granulaire dans la couche supérieure du système réactionnelle. En conséquence, après l'avoir séparé par filtration, suivi seulement d'un lavage à l'eau et d'un séchage, il est possible d'obtenir un produit qui ne soulève pas de problème d' envolage ou de dispersion dans l'air. En outre, non seulement le lavage à l'eau et le séchage peuvent être effectués facilement, mais il n'est pas nécessaire de mettre le produit sous forme de granules par une opération supplémentaire. On va décrire maintenant l'invention plus en plus en détail. Les carbonates métalliques insolubles dans l'eau à utiliser dans la présente invention peuvent être des produits industriels qui sont disponibles sur le marché. Parmi ces car- bonates, on peut utiliser les carbonates de zinc, de cobalt, de fer, de nickel, de manganèse, de plomb, de cuivre et de magnésium, le carbonate de cobalt étant préféré. De plus, il est préférable d'utiliser les carbonates aussitôt que possi- ble après leur production. Dans un mode pratique de mise en oeuvre de la présente invention, on ajoute un carbonate de métal alcalin ou un carbonate "acide" de métal alcalin à une solution aqueuse d'un sel métallique hydrosoluble, par exemple le chlorure, le sulfate ou le nitrate du métal sus-mentionné, et on peut utiliser la dispersion aqueuse résultante du car- bonate insoluble dans l'eau telle quelle pour la réaction avec un acide gras. On peut utiliser n'importe quel acide gras qui est solide à la température ambiante et dont la température à laquelle il commence à fondre est inférieure au point d'ébul- lition de l'eau utilisée comme milieu de dispersion du liquide réactionnel. Par exemple, on peut utiliser l'acide laurique, l'acide stéarique, l'acide palmitique, l'acide béhénique, l'a- cide myristique, etc. Parmi ces derniers, on préfère l'acide stéarique. 2487 49 Aucune limitation particulière n'est imposée au rapport quantitatif entre le carbonate métallique inso- luble dans l'eau et l'acide gras à faire réagir, maisd'une façon générale, il est préférable de les utiliser en des quan- tités qui sont équivalentes du point de vue chimique. Selon l'application à laquelle le savon métallique est destiné, il est possible d'utiliser une quantité en excès de l'acide gras. La quantité d'eau utilisée comme milieu de dispersion du système réactionnel n'a pas une importance primordiale, pour autant que la quantité permette une agitation pendant toute la durée.de la réaction. Par exemple, une quantité d'eau supérieure à 10 fois, de préférence supérieure à 20 fois, le poids du carbonate métallique insoluble dans l'eau utilisé est appropriée. Pour exécuter la réaction, le carbonate métal- lique insoluble dans l'eau et l'acide gras peuvent être préa- lablement agités et dispersés dans l'eau, sans utiliser d'agents tensioactifs, d'émulsionnants, etc. et peuvent être chauffés à une température comprise dans la plage sus-mentionnée. Il est également possible de les faire réagir en chauffant une dispersion aqueuse du carbonate métallique insoluble dans l'eau à la température prédéterminée, puis d'ajouter l'acide gras. La température réactionnelle selon la présente invention est comprise dans la plage située au-dessus de la température à laquelle l'acide gras utilisé commence à fondre et au-dessous du. point de fusion du savon métallique résultant. A une température inférieure à cette plage, le carbonate métal- lique et l'acide gras ne réagissent pas l'un avec l'autre à l'état dispersé dans l'eau. Egalement, à une température supé- rieure à cette plage, le savon métallique produit fond à me- sure que le temps passe et se combine avec l'acide gras qui n'a pas réagi pour former une couche huileuse visqueuse et> par suitela réaction est incomplète. Il est possible de faire varier la température réactionnelle à volonté dans la plage de températures selon l'invention. Par exemple, si l'on utilise un acide gras qui commence à fondre à 580C et si le point de fusion du savon métallique résultant est de 940C, il est pos- sible d'achever la réaction à une température constante, par exemple à 70C,ou bien il est possible de l'achever à toute température appropriée comprise entre 58 et 940C, par exem- pie en élevant la température de 63 à 750C environ. Toute- fois, en pratique, il est souhaitable d'éviter autant que pos- sible une réaction à haute température afin de ne pas altérer la pureté du savon métallique qui doit être obtenu. Lorsque le carbonate métallique insoluble dans l'eau et l'acide gras, à l'état dispersé dans l'eau, sont agités et chauffés dans la plage de températures selon la pré- sente invention, la réaction se poursuit et l'on obtient un savon métallique granulaire dispersé dans l'eau avec généra- tion de gaz carbonique. A la fin de la réaction, lorsque le carbonate métallique du système réactionnel a disparu et que l'on n'observe plus de génération de bulles de gaz carbonique comme sous-produit, le chauffage est interrompu et on isole le savon métallique flottant sur la couche supérieure du liqui- de réactionnel par filtration, on le lave à l'eau et le sèche. Le savon métallique obtenu est sous la forme de granules po- reuxde sorte qu'il constitue un produit qui ne peut pas se disperser dans l'air et qui ne pose pas de problème d'envolage. Par conséquent, ce procédé est très avantageux du point de vue industriel. Les exemples suivants sont donnés à titre expli- catif et non limitatif de l'invention. EXEMPLE 1 On chauffe 15,4 g de carbonate de cobalt sous forme pulvérulente (contenant 8,0 g de cobalt) et 78 g d'acide stéarique (température de début de fusion 580C) sous forme pulvérulente, pendant qu'ils sont dispersés sous agitation dans 800 ml d'eau, et on les fait réagir à une température constante de 650C. Au bout de 20 minutes, les bulles qui ont été engen- drées énergiquement au début de la réaction deviennent à peine visibles. A cette température, on poursuit l'agitation pendant 30 minutes supplémentaires, puis on arrête le chauffage. On isole par filtration le stéarate de cobalt qui s'est formé dans la couche supérieure du liquide réactionnel, on le lave avec 400 ml d'eau et le sèche à 600C. On obtient 8,5 g de stéarate de cobalt granulaire (point de fusion 940C) ayant un diamètre moyen des grains d' environ 1mm. La teneur en co- balt de ce produit est de 9,1 % et le rendement par rapport au cobalt utilisé est de 97 %. EXEMPLE 2 On ajoute sous agitation à une solution aqueuse de chlorure de zinc préparée en dissolvant 22 g de chlorure de zinc (contenant 47,8 % de zinc) dans 33 ml d'eau, 300 g d'une solution aqueuse de carbonate "acide" de sodium pour obtenir une dispersion aqueuse de carbonate de zinc contenant ,5 g de zinc. On chauffe ce liquide sous agitation et, lors- que la température atteint 650C, on commence à ajouter de l'a- cide stéarique granulaire (température de début de fusion 560C). Tout en élevant la température pendant 15 minutes, on ajoute 90 g d'acide stéarique. A la fin de l'addition, la température du liquide est de 720C. On poursuit la réaction sous chauffage doux pendant 40 minutes. A la fin de la réac- tion, la température du liquide est de 760C. On interrompt alors le chauffage et on isole par filtration le stéarate de zinc produit dans la couche supérieure du liquide réactionnel. On le lave à l'eau à trois reprises, la quantité d'eau utilisée à chaque fois étant de 1 000 ml. Ensuite, on le sèche à 105'C pour obtenir 100 g de stéarate de zinc granulaire (point de fusion 120'C) ayant un diamètre moyen des grains d'environ 1 mm. La teneur en zinc de ce produit est de 10,38 % et le rendement par rapport au zinc utilisé est de 98,9 %. EXEMPLE 3 On ajoute sous agitation à une solution aqueuse de chlorure de cobalt préparée en dissolvant 239 g de chlorure de cobalt hydraté Contenant 24,4 % de cobalt) dans 2 700 ml d'eau, 1 313 g d'une solution aqueuse à 80 % de carbonate de sodium pour produire une dispersion aqueuse de carbonate de cobalt contenant 58,3 g de cobalt. On chauffe ce liquide sous agitation, et, à une température constante de 550C, on ajoute 452 g d'acide myristique (température de début de fusion 500C) sous forme de paillettes pendant 15 minutes. On poursuit l'agitation pendant 60 minutes supplémentaires, tout en maintenant la température constante à 550C. Ensuite, on interrompt le chauffage. On isole le myristate de cobalt formé dans la couche supérieure du liquide réactionnel par filtration. On le lave à l'eau de la même manière que dans l'exemple 2 et on le sèche à 60C pour obtenir 508 g de my- ristate de cobalt granulaire (point de fusion 900C) ayant un diamètre moyen des grains d'environ 0,8 mm. La teneur en co- balt de ce produit est de 11,35 % et le rendement en produit par rapport au cobalt utilisé est de 98,9 %. - Le savon métallique ainsi obtenu selon la pré- sente invention est utilisé dans toute application connue dans laquelle des savons métalliques classiques ont été utilisés. Toutefois, le savon métallique de la présente invention est particulièrement utile comme additif à un caoutchouc naturel ou synthétique afin d'améliorer son adhésivité ou sa liaison avec les câblés d'acier à utiliser dans des pneumatiques à carcasse radiale comprenant des câblés d'acier. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un savon métallique granulaire, caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un carbonate métallique insoluble dans l'eau et un acide gras, à l'état dispersé dans l'eau, en chauffant la dispersion à une température supérieure à la température à laquelle l'acide gras commence à fondremais inférieure au point de fusion du savon métallique à produire. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le métal est le cobalt. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'acide gras est l'acide stéarique. 4. Savon métallique granulaire1 caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Composition à base de caoutchouccaractérisée en ce qu'elle contient un savon métallique obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.