Brevet FR2614290A1 — publié le 19881028

La présente invention est relative à des particules de tripolyphosphate de sodium (STPP) à capacité d'absorption de liquide élevée ainsi qu'à un procédé de préparation de celles-ci en modifiant simplement une installation de traitement existante utilisée actuellement dans l'industrie pour préparer du tripolyphosphate de sodium. Le tripolyphosphate de sodium est largement utilisé pour la préparation des compositions détergentes modernes dans lesquelles il agit comme un adjuvant de détergence à base de phosphate en augmentant le pouvoir nettoyant de la composition détergente. Une propriété déterminante du tripolyphosphate - de sodium selon la présente invention, réside dans sa capacité d'absorption des divers composants liquides utilisés dans les formulations des détergents, tels que les tensio-actifs. La capacité d'absorption est la mesure de la capacité du tripolyphosphate de sodium à absorber des liquides sans devenir humide, et elle est exprimée par le pourcentage en poids de Triton 0 X-100 qui peut être absorbé par le matériau sans perdre ses propriétés de libre écoulement. Des valeurs élevées de capacité d'absorption sont bénéfiques pour préparer des compositions détergentes s'écoulant librement et contenant des tensioactifs, tels que les compositions pour le lavage automatique de vaisselle mélangées à sec. Ces capacités d'absorption élevées permettent d'incorporer des quantités plus importantes de tensio-actifs dans les compositions détergentes sans provoquer d'agglutination ou d'agglomération. Les particules à base de tripolyphosphate de sodium ayant cette caractéristique, confèrent un pouvoir nettoyant plus important au détergent puisqu'elles sont capables d'absorber et de retenir des quantités importantes de tensio-actifs sans former de grumeaux au cours de l'agglomération ou de l'opé- ration de fabrication par mélange à sec. Les qualités caractéristiques des tripolyphos- phates de sodium commerciaux, ont en général des valeurs de capacité d'absorption d'environ 6 à 20 % en poids en fonction de la densité du matériau, la capacité d'absorption augmentant de manière générale lorsque la densité diminue. Bien que les valeurs de capacité d'absorption situées dans cette plage, soient satisfaisantes pour de nombreuses applications, le niveau d'efficacité des compositions détergentes modernes est conti- nuellement relevé, et il est en conséquence souhaitable d'encore accroître la capacité d'absorption pour accroître l'efficacité de ces compositions. On produit industriellement le tripoly- phosphate de sodium à partir d'une solution aqueuse de phosphate monosodique et de phosphate disodique, qui peut être préparée en faisant réagir de l'acide phosphorique avec de l'hydroxyde de sodium ou du carbonate de sodium. Ce "mélange humide" est, de manière caractéristique, séché par atomisation pour produire des granulés d'orthophosphate de sodium déshydraté. L'orthophosphate de sodium est ensuite converti en tripolyphosphate de sodium en calcinant les particules à des températures élevées allant de 3000C à 6000C. Diverses techniques ont été proposées pour accroître la capacité d'absorption du tripolyphosphate de sodium. Deux de ces techniques sont décrites dans les brevets US-A-4 251 498 et 4 255 274. Dans le brevet USA-4 255 274, on humidifie un mélange particulaire dense de tripolyphosphate de sodium ayant une masse volumique apparente d'au moins 897,12 kg/m3 en ajoutant 10 % en poids d'humidité dans les particules, et ces particules sont ensuite calcinées à des températures élevées pour produire les particules STPP ayant des capacités d'absorption allant jusqu'à 22,4 % en poids. Le brevet US-A-4 251 498 a pour objet une application du procédé précédent pour diminuer la taille des particules de STPP qui sont d'abord broyées avant d'être humidifiées et calcinées. Ce procédé est efficace pour produire du STPP ayant une capacité d'absorption allant jusqu'à 22,1 % en poids. Ainsi que l'homme de l'art le remarquera, il est souhaitable d'accroître la capacité d'absorp- tion du tripolyphosphate de sodium à des degrés encore supérieurs à ceux que l'on peut obtenir en employant la technique actuelle, en mettant en oeuvre une modification relativement peu coûteuse d'une installation de traitement existante utilisée pour la production industrielle de STPP. Conformément à la présente invention, on fournit un procédé de préparation d'un mélange particulaire de tripolyphosphate de sodium ayant une capacité d'absorption d'au moins 25 % en poids et de préférence d'au moins environ 30 % en poids. Ceci est réalisé en modifiant un procédé industriel de préparation de tripolyphosphate de sodium en humidifiant des particules d'orthophosphate de sodium anhydres jusqu'à une teneur en humidité d'environ 15 % à environ 25 % en poids après séchage rapide du mélange humide. Les particules d'orthophosphate hydratées sont ensuite calcinées à une température d'environ 300 C à environ 6000C pour préparer des particules de tripolyphosphate de sodium à capacité d'absorption élevée. La présente invention a ainsi pour objet des particules de tripolyphosphate de sodium, caractérisées en ce qu'elles ont une capacité d'absorption de liquide d'au moins environ 25 %, de préférence d'au moins environ 30 %. La présente invention a également pour objet un procédé de préparation de particules de tripolyphosphate de sodium ayant une capacité d'absorption de liquide d'au moins environ 25 % en poids, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: (a) à former une solution aqueuse de phosphates de sodium comprenant du phosphate monosodique et du phosphate disodique, avec de l'hydroxyde de sodium et/ou du carbonate de sodium, (b) à sécher rapidement la solution aqueuse de phosphates de sodium à une température d'environ 150oC à environ 250 C pour former des particules d'orthophosphate anhydres, (c) à humidifier les particules d'orthophosphate anhydres jusqu'à une teneur en humidité d'environ 15 % à environ 25 % en poids pour préparer des particules d'orthophosphate hydratées, (d) à calciner les particules hydratées à une température d'environ 3000C à environ 6000C pour éliminer l'eau, et (e) à recueillir les particules de tripolyphosphate de sodium ayant une capacité d'absorption d'au moins environ 25 % en poids. 261 4290 La solution formant le mélange humide de phosphate monosodique et de phosphate disodique est préparée en neutralisant de l'acide phosphorique avec de l'hydroxyde de sodium et/ou du carbonate de sodium. Le rapport molaire du sodium au phosphore est ajusté à environ 5:3 en ajoutant de l'hydroxyde de sodium pour obtenir du tripolyphosphate de sodium comme cela est illustré par la réaction suivante. 2Na2HPO4 + NaH2PO4-Na5P3010 + 2H20 Le mélange humide est séché rapidement pour préparer des particules anhydres d'orthophosphate de sodium. Le séchage rapide peut être réalisé en utilisant divers dispositifs de traitement classiques, tels qu'un dispositif de séchage à tambour ou un dispositif de séchage par atomisation. La température de séchage doit être maintenue d'environ 1500C à environ 250"C pour assurer l'élimination rapide de l'eau du mélange humide. Les particules d'orthophosphate anhydres sont ensuite humidifiées en ajoutant de l'eau selon des proportions d'environ 15 % à environ 25 % en poids par rapport aux particules. L'humidification est réalisée de manière appropriée en pulvérisant de l'eau sur les particules à l'aide d'un dispositif de pulvérisation classique. Les particules peuvent être avantageusement agitées au cours de l'humidification. Toutefois d'autres moyens d'humidification, tels que ceux décrits dans le brevet US-A-4 255 274, mentionné ici à titre de référence, ne sont pas exclus. 26 1 42Y Après humidification, les particules hydratées sont calcinées à une température d'environ 300 C A environ 600 C pour éliminer l'eau. La calcination convertit les particules d'orthophosphate de sodium en particules de tripolyphosphate de sodium. La température de calcination doit être suffisamment élevée pour déshydrater les particules d'orthophosphate et éviter la présence d'orthophosphates acides non convertis dans le produit final. On recueille enfin dans l'étape finale du procédé, des particules de tripolyphosphate de sodium ayant une capacité d'absorption d'au moins environ 25 % en poids. Les particules de la finesse requise sont obtenues en tamisant et/ou en broyant le produit selon des procédés connus. On a trouvé que l'augmentation du degré d'humidification de la charge d'alimentation, provoquait une augmentation de la capacité d'absorption et une diminution de la densité apparente du produit récupéré. On pense que l'accroissement de la capacité d'absorption est due à l'évaporation d'eau de cristallisation, ce qui ouvre les pores des perles séchées par atomisation. En fait, un examen microscopique de la charge d'alimentation humidifiée et du matériau calciné, indique que la structure de la perle reste intacte. D'un autre côté, le tripolyphosphate de sodium perd sa structure en perle par hydratation dans une solution, et le tripolyphosphate de sodium produit à partir de cette charge d'alimentation, est pulvérulent. Les exemples suivants sont destinés à illustrer en détail la présente invention sans toutefois la limiter. Diverses modifications et variantes peuvent bien entendu être effectuées facilement par l'homme de l'art sans s'écarter pour autant de la présente invention telle qu'elle est définie dans les revendications annexées. EXEMPLE 1 On a pulvérisé avec de l'eau dans un tambour en acier inoxydable tournant à une vitesse d'environ 10 tr/min, une charge d'orthophosphate de sodium évacuée d'une tour d'atomisation. Après humidification du matériau jusqu'à une teneur en humidité de 19,7 % en poids, le matériau humidifié a été calciné en chauffant le tambour rotatif à une température d'environ 420 C à 440 C pendant 1/2 heure. Le produit a été refroidi à la température ambiante. Les grosses particules ont été éliminées par tamisage en utilisant un tamis de 0,841 mm, et on a déterminé les propriétés physiques du produit traversant le tamis de 0,841 mm. Le produit final avait une masse volumique apparente de 600,75 kg/m3 et une capacité d'absorption de 41%. EXEMPLE 2 On a répété le procédé de l'Exemple 1 en humidifiant une charge d'orthophosphate de sodium évacuée d'une tour d'atomisation, jusqu'à une teneur en humidité de 22 à 23 % en poids, et en calcinant le matériau humidifié à 4400C pendant 1/2 heure. La masse volumique apparente du produit était de 535,07 kg/m3 et il avait une capacité d'absorption de 32 % en poids. EXEMPLE 3 On a répété le procédé de l'Exemple 1 en humidifiant une charge d'orthophosphate de sodium évacuée d'une tour d'atomisation, jusqu'à une teneur en humidité de 14,3 % en poids, et en calcinant le matériau humidifié à environ 375 C pendant 1/2 heure. La masse volumique apparente du produit final était de 549,48 kg/m3, et la capacité d'absorption était de 22,4 % en poids. 2G6 4290 REVENDICATIONS 1. Particules de tripolyphosphate de sodium, caractérisées en ce qu'elles ont une capacité d'absorption de liquide d'au moins environ 25 % en poids. 2. Particules suivant la revendication 1, caractérisées en ce qu'elles ont une capacité d'absorption d'au moins environ 30 % en poids. 3. Procédé de préparation de particules suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: (a) à former une solution aqueuse de phosphates de sodium comprenant du phosphate monosodique et du phosphate disodique, avec de l'hydroxyde de sodium et/ou du carbonate de sodium, (b) à sécher rapidement la solution aqueuse de phosphates de sodium à une température d'environ 150 C à environ 250 C pour former des particules d'orthophosphate anhydres, (c) à humidifier les particules d'orthophosphate anhydres jusqu'à une teneur en humidité d'environ 15 à environ 25 % en poids pour préparer des particules d'orthophosphate hydratées, (d) à calciner les particules hydratées à une température d'environ 300 C à environ 600 C pour éliminer l'eau, et (e) à recueillir les particules de tripo-