Brevet FR2630451A1 — publié le 19891027

La présente invention concerne un procédé d'obtention de bitumes renfermant au moins un élastomère ou polymère et les produits obtenus. A l'heure actuelle on sait préparer de nombreux mé- langes de bitumes et d'élastomères. Les élastomères ont été introduits dans les compositions de bitume parce qu'ils apportent des propriétés de plasticité qui sont souvent utiles lors de l'application des mélanges à base de bitumes. On a utilisé différentes catégories d'élastomères ou de polymères, par exemple,des copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle, des copolymères de butadiène et de styrène ainsi que des élastomères du type styrène butadiène styrène. Les bitumes styrène-butadiène-styrène présentent une caractéristique très intéressante mais leur fabrication exige une haute technologie. L'une des raisons est que le réseau de styrène-butadiène-styrène doit être structuré de façon spécifique dans le bitume. Les procédés d'obtention de bitumes styrène-butadiène-styrène (SBS) selon l'art an- térieur impliquent l'utilisation de bitumes compatibles de gammes particulières qui sont mélangés en une étape au styrène-butadiène-styrène. Plus précisément selon les pro- cessus courants de fabrication de bitumes styrène-butadiène styrène de l'art antérieur, il est nécessaire d'utiliser un bitume dit compatible à basse teneur en asphaltènes et à haute teneur en aromatiques. Comme l'homme de l'art le sait parfaitement, ces bitumes ne sont pas produits dans toutes les raffineries quel que soit le processus de raffinage. Les principales difficultés rencontrées dans la fa- brication et l'obtention des bitumes styrène-butadiène-sty- rène sont les suivantes:il est nécessaire d'utiliser des bitumes spéciaux dits compatibles,comme indiqué ci-dessus, qui seuls permettent d'obtenir un mélange homogène et évite le crémage de l'élastomère lors du stockage, d'un autre côté il y à un risque de ne pas obtenir une phase continue polymère. Pour autant qu'on le sache il n'est pas possible avec les procédés connus de l'art antérieur d'obtenir des bitumes styrènebutadiàne-styrène à base de bitumes rou- tiers, c'est-à-dire de bitumes ayant un pourcentage nota- ble d'asphalténes. Il existe donc un besoin d'obtenir des bitumes styrène-butadiène-styrène permettant d'utiliser des bitumes routiers classiques selon une proportion-notable alors que les procédés selon l'art antérieur n'ont jamais permis d'utiliser de tels bitumes routiers dans l'obtention de bi- tumes SBS. Les recherches accomplies ont permis de réaliser des bitumes renfermant au moins un élastomère i notamment du bitume styrene-butadiène-styrène, dans lequel le bitume est en grande partie du bitume routier. Le procédé selon la présente invention outre qu'il est criginal en ce qui concerne la fabrication des bitumes styrène-butadiène-styrène est aussi intéressant car il amé- liore les caractéristiques des produits obtenus. Le procédé de la présente invention se caractérise également en ce qu'il est très fiable ce qui n'était pas le cas des procédés de l'art antérieur. La -présente invention propose donc un procédé qui permet d'utiliser un bitume routier classique en très forte proportion et qui permet de supprimer le risque de démixion. Il facilite donc le stockage. Les recherches entreprises par la demanderesse ont permis de montrer qu'il était possible d'obtenir un bitume styrène-butadiène-styrène possédant de très bonnes caracté- ristiques dans tous les domaines en utilisant pour une par- tie majoritaire un bitume routier classique à condition de procéder à une fabrication en deux temps au cours de laquel- le dans un premier temps on prépare une solution mère à for- te concentration en styrène-butadiène-styrène avec un bitume soigneusement sélectionné et dans un deuxième temps on dilue ladite solution mère avec un bitume routier classique Le procédé selon la présente invention présente deux avantages très importants, savoir l'emploi en proportion no- table d'un bitume routier classique disponible localement et l'obtention d'un liant élastomère stable au stockage. La présente invention permet en outre d'améliorer les caractéristiques de tenue à froid et d'adhésivité. La présente invention propose donc un procédé d'obtention de bitumes renfermant au moins un élastomère qui est caractérisé en ce qu'il comprend deux étapes selon les- quelles dans la première étape on prépare une dispersion ho- mogène constituée d'élastomère et de bitume sélectionné à faible pourcentage en produits saturés et en asphaltènes en malaxant ledit élastomère et ledit bitume jusqu'à obtention d'une solution mère à forte concentration en élastomère et dans la deuxième étape on dilue ladite solution mère avec un bitume routier jusqu'à obtention d'un produit homogène sous forme d'un bitume-élastomère. Selon un premier mode de mise en oeuvre on part d'un élastomère suffisamment fin broyé au préalable en le mélan- geant au bitume sélectionné ce qui conduit à une solution mère directement utilisable dans la deuxième étape en vue de sa dilution avec le bitume routier. En variante on part d'un élastomère relativement grossier qui est directement mélangé avec le bitume sélec- tionné après quoi on soumet le mélange obtenu à un broyage en milieu humide pour obtenir la solution mère utilisable dans la deuxième étape. A titre d'élastomère, on peut utiliser dans le pro- cédé de l'invention n'importe lequel des élastomères conve- nant pour être combinés à des bitumes, les élastomères à base de styrènebutadiène-styrène (SBS), étant hautement préférés. Ce type d'élastomère est intéressant en raison de ses qualités à chaud et à froid; en effet il est thermo- plastique à haute température et résistant à froid. La présente invention concerne également les caracté- ristiques ci-après considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - l'élastomère est du styrènebutadiène-styrène(SBS) - le styrène-butadiène-styrène est de type linéaire, -le styrène-butadiène-styrène est sous forme de poudre, de grains,de granulés. -on introduit sensiblement de 10 à 20% de styrène- butadiène -styrène; -le bitume sélectionné renferme moins de 6% de pro- duits saturés et moins de 7% d'asphaltènes et a un indice d'instabilité colloïdale inférieur à O.0,17. -le bitume routier renferme plus de 8% d'asphaltènes, et a un indice d'instabilité colloïidale compris entre 0,2 et 0,6. -on incorpore lors de la deuxième étape au moins 30% de bitume routier; Sous un autre aspect, la présente invention a égale- ment pour objet de nouveaux produits, à savoir des bitumes élastomères, notamment des bitumes styrène-butadiène-styrène (SBS), comprenant, en poids, au moins 30% de bitume rou- tier et au moins 3% d'élastomère, le complément étant cons- titué de bitume sélectionné. Selon un mode avantageux de réalisation, les bitumes de l'invention contiennent jusqu'à 80% et généralement plus de 50% en poids de bitume routier. Selon d'autres caractéristiques, considérées isolé- ment ou en combinaison: -les bitumes élastomères ont une pénétration à 25 C comprise entre 40 et 200 l/10ème de mm. -les bitumes élastomères ont une température bille et anneau supérieure à 60"C; -les bitumes ont un indice de pénétrabilité Pfeiffer supérieur à 3, 5; -les bitumes ont un point Fraass inférieur à -20 C; La présente invention sera illustrée sans être limitée par les exemples suivants, o, sauf indication contraire toutes les parties et proportions sont exprimées en poids EXEMPLE 1: On introduit du styréne-butadiène-styrène broyé dans un malaxeur à axe vertical contenant du bitume sélectionné, c'est-à-dire un bitume renfermant moins de 7% d'asphaltènes et ayant un indice d'instabilité colloïdale inférieur à 0,17 et renfermant aussi moins de 6% de produits saturés. Le styrène-butadiène-styrène représente 10 à 20% de la solution mère Dans une deuxième étape on dilue le produit obtenu se- lon l'étape 1 ci-dessus avec un bitume routier classique pour avoir un bitume styrène-butadiène-styrène renfermant au moins 3% en styrènebutadiène-styrène EXEMPLE 2 On introduit des granulés de styrène-butadiène-styrè- ne d'un diamètre d'environ 3 à 4 mm dans un broyeur en mi- lieu humide et on les mélange à un bitume sélectionné c'est-à-dire à un bitume renfermant moins de 7% d'asphaltènes, moins de 6% de produits saturés et ayant un indice d'instabilité colloïdale inférieur à 0,17. Lorsqu'on obtient une dispersion homogène on réalise un broyage afin d'obtenir une solution mère. Dans une deuxième étape on dilue le produit selon l'étape 1 ci-dessus avec un bitume routier classique pour arriver également à une teneur dans le bitume-styrène-butadiène styrène final d'au moins 3% en styrène-butadiène-styrène L'indice d'instabilité colloidale Ic = A + S R + C est calculé avec A = a d'asDhaltènes, S = % de saturés, R= % de résines et C = % de cycliques EXEMPLE 3 On indique ci-après sous forme de tableau la compa- raison des propriétés de deux produits selon la présente in- vention (3 et 4) avec deux témoins à base de bitume routier ( 1 et 2) renfermant 5% de styrène-butadiène-styrène. Pénétra- Température** Indice*** Point**** tion* bille et an- de péné- Fraass neau trabilité (l) Témoin à % de SBS F 103 75 + 6 -28 C H 130 78 B 64 + 250C (2) Témoin F 89 66 + 3,8 - -21"C à 5% SBS H 134 79 + 31 C B 76 48 (3)Produit F 91 - 72 + 5 -20 C de l'invention H 118 70 B 119 69 + 1 C (4)Produit F 82 74 +5 -24 C de l'invention H 91 79 O0C B 84 79 __________________________________________________________ F = fabrication H =échantillon prélevé dans le haut de l'éprouvette après l'essai de sédimentation B = prélevé dans le bas de l'éprouvette après l'essai de sédimentation. * Mesurée selon la norma NFT 66004 ** Mesurée selon la norme NFT 66008 *** Mesuré selon la norme Pfeiffer **** Mesuré selon le projet du mode opératoire RLB7 ?630451 Pour apprécier la stabilité au stockage des produits obtenus on utilise un essai selon lequel on caractérise la sédimentation du bitume. Un tel essai consiste à soumettre le bitume pendant 96 heures à une température d'environ 160 C. On mesure au bout de ce temps la viscosité.'1 de la partie supérieure et la viscosité t2 de la partie infé- rieure. Le rapport a o X= ' 2 - 1 et = '2 2 caractérise la sédimentation du bitume. Si t t est positif il y a sédimentation et si est négatif il y a crémage t Comme on peut le constater, sur le tableau ci-dessus, les témoins 1 et 2 fabriqués avec un bitume routier, sans utiliser le procédé de l'invention, donnent lieu à une forte sédimentation après conservation pendant quatre jours à 160 C. Cette sédimentation est caractérisée par la diffé- rence des températures bille et anneau mesurée sur des échantillons prélevés dans le haut et dans le bas de l'éprouvette Par contraste les produits 3 et 4 fabriqués en uti- lisant le procédé de l'invention ne sédimentent pas car la différence des températures bille et anneau est négligeable (inférieure à la reproductibilité de l'essai 20C). A titre d'indication le bitume élastomère 3 selon l'invention contient 65% du bitume routier qui a servi à fabriquer le témoin 2. I1 importe de remarquer que dans la présente inven- tion on peut avoir un produit renfermant jusqu'à 80% de bi- tume routier. Dans l'art antérieur il n'était pas possible d'utiliser du bitume routier car le bitume élastomère fa- briqué avec du bitume routier (voir témoins 1 et 2) décan- tait.I1 était donc nécessaire d'employer du bitume compatible. Il importe de remarquer également que dans la présente invention l'expression bitume routier englobe aus- si les mélanges à base de bitume routier. Dans l'exemple 3 on a utilisé la température bille et anneau comme indice pour caractériser la viscosité du bitume dans la partie haute et la partie basse de l'éprouvette. Il y a sédimentation lorsque les températu- res billes et anneau sont significativement différentes. L'examen des résultats de l'exemple 3 montre que les diffé- rences + 25 C et + 31 C pour les témoins 1 et 2 sont signi- ficativement différentes alors qu'elles ne le sont pas pour les produits 3 et 4 selon l'invention. Le procédé selon la présente invention procure une économie importante au niveau industriel car il permet d'utiliser une grande quantité de bitumes routiers disponi- bles localement qui ne pouvaient pas être utilisés avec les procédés selon l'art antérieur qui nécessitaient de faire venir de loin des bitumes compatibles pour la totalité de la production. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits en détails et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de bitumes renfermant au moins un élastomère caractérisé en ce qu'il comprend deux étapes, selon lesquelles dans la première étape on prépare une dis- persion homogène constituée d'élastomère et de bitume sé- lectionné à faible pourcentage en produits saturés et en asphaltènes en malaxant ledit élastomère et ledit bitume sé- lectionné jusqu'à obtention d'une solution mère à forte concentration en élastomère et dans la deuxième étape on di- lue ladite solution mère avec un bitume routier jusqu'à ob- tention d'un produit homogène sous forme d'un bitume élastomère 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on part d'un élastomère suffisamment fin broyé au préalable en le mélangeant au bitume sélectionné ce qui conduit à une solutioh mère directement utilisable dans la deuxième étape en vue de sa dilution avec le bitume routier. 3.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce- qu'on part d'un élastomère relativement grossier qui est di- rectement mélangé avec le bitume sélectionné après quoi on soumet le mélange obtenu à un broyage en milieu humide pour obtenir la solution mère utilisable dans la deuxième étape. 4.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élastomère est du styrène- butadiène-styrène, notamment linéaire. 5.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que le styrène-butadiène-styrène est sous forme de poudre, de grains, de granulés. 6.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on introduit d'environ 10- à 20% de styrène-butadiène-styrène. 7.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bitume sélectionné est un bi- tume renfermant moins de 6% de produits saturés et moins de 7% d'asphaltènes et a un indice d'instabilité colloïdale in- férieur à 0,17. 8.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bitume routier renferme plus de 8 % d'asphaltènes et a un indice d'instabilité colloïdale compris entre 0,2 et 0,6. 9.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on incorpore lors de la deuxième étape au moins 30% de bitume routier. 10. Bitumes élastomères, notamment des bitumes styrène-butadiène-styrène (SBS), comprenant, en poids, au moins 30% de bitume routier et au moins 3% d'élastomère le complément étant constitué de bitume sélectionné ll.Bitumes élastomères selon la revendication 10, ca- ractérisés en ce qu'ils contiennent jusqu'à 80%, et généra- lement plus de 50% en poids de bitume routier. 12.Bitumes élastomères selon l'une des revendications ou 11 caractérisés par une pénétration à 25 C comprise entre 40 et 200 l/l0ème de mm. 13.Bitumes élastomères selon l'une quelconque des re- vendications 10 à 12, caractérisés par une température bil- le et anneau supérieure à 60 C. 14. Bitumes élastomères selon l'une quelconque des re- vendications 10 à 13, caractérisés par un indice de péné- trabilité Pfeiffer supérieur à 3,5. 15.Bitumes selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisés par un point Fraass inférieur à -200C.