Brevet FR2717182A1 — publié le 19950915

ADHÉSIF BITUMINEUX POUR UNE UTILISATION A FROID, PROCéDAS DE PRÉPARATION ET APPLICATIONS La présente invention appartient au domaine technique des adhésifs bitumineux, utiles pour des applications Lits diverses. Plus précisément, la présentc invention fournit un nouvel adhésif bitumineux pour une utilisation à froid qui set non seulement comme adhésif pour fixer des éléments fibreux sur du béton et de la toue, mais aussi comme mastic réparateur pour des impermcabilisations détériorées par le temps et comme barrière à vapeur. n existe de nombreux brevets dans le monde décrivant des mélanges de produits asphaltiques avec des polymères de toute sorte et avec toute sorte de charges minérales. Tous ces produits sont orientes vers la production de lames imperméabilisantes. Certains de ces mélanges bitumineux sont employés comme adhésifs ou comme autoadhésifs, mais ils impliquent tous l'utilisation de températures élevées, de 1500 C à 2000 C environ, pour leur fabrication et, dans certains cas, pour leur application. Ainsi, par exemple, les brevets USA nO 329536, USA nO 3856732, USA nO 398014 et USA nO 4835199, décrivent plusieurs mélanges de composés bitumineux contenant des élastomères et d'autres additifs. Ces produits sont utilises dans les autadhésifs et pour fabriquer des lames, mais aucun d'eux ne permet les applications des produits de la présente invention. Actuellement, si l'on veut donner une isolation thermique à une couverturc en béton, avec des produits comme de la laine de roche, il n'existe pas de méthode ou de produit actuellement, qui permettent une isolation sûre et économiquement viable. Dans le cas des couvertures en tblc métallique, la méthode existante est basée sur des fixations mécaniques. Cette méthode est sûre, mais elle implique un coût élevé par rapport au coût de l'utilisation de l'adhésif de la présent invention. Certains adhésifs de polyuréthane ont tenté de résoudre ce pr blême, mais ils n'ont pas tenu compte des mouvements structuraux des couvertures; des défaillances se sont donc produites, avec le préjudice econo- tique correspondant. Face à ces inconvénients, la présente invention fournit un nouvel adhésif bitumineux pour une application à froid qui sert non seulement comme adhésif pour fixer des éléments fibreux sur du béton et de la tôle, mais aussi comme mastic réparateur des imperméabilisations et comme barrière de vapeur En outre, il est extrêmement intéressant du point de vue économique et commercial. Par ailleurs, les procédures de préparation du genre d'adhésifs utilisés jusqu'à présent, posent aussi divers problèmes et inconvénients, ainsi que nous l'expliquons ciVessous. Les propriétés physiques de l'asphalte brut, otamnent à température et à température élevée, présentent souvent des déficiences sur un ou plusieurs aspects. Pour les améliorer, on utilise des polymères comme le plastomère ou l'élastomère, ou des mélanges des deux. Certains polymères, spécialement les élastomères sont difficiles à disperser dans l'asphalte. L'équipement habituel utilise pour mélanger le bitume, comme un réacteur muni d'un agitateur à faible agitation, n'est pas capable de disperser rapidement des élastomères dans des bitumes. Cette solution permet une bonne dispersion de l'élastomère, mais elle est relativement chère par suite du coût associé aux résidus d'élastomère. D'autres tentatives ont été faites. Par exemple, le brevet USA nO 3963659, décrit un processus suivant lequel un caoutchouc et un asphalte sont mélangés dans un mastiqueur,l'asphalte ajouté étant versé très lentement dans le mastiqueur. Au fur et à mesurc que la concentration d'asphalte augmentc, la composition devient collante, et on ajoute donc l'asphalte lentement et continuellement, ou par petites charges. Ce processus est exttmement long et donc très peu avantageux. Le brevet USA nO 4081502 montre un processus qui résout certains des problèmes du brevet précédent fi décnt un processus suivant lequel un pétrisseur est utilisé pour mélanger des écailles, des granules ou de la poussière de polymère, à de l'asphalte. Cependant, les mélanges sont collants et ont tendance à adhérer au pétrisseur. Le temps de refroidissement est donc un élément essentiel de ce processus. Le brevet USA nO 4837252 décrit aussi. un processus pour le mélange de l'asphalte et des polymères, composé de deux capes. En résumé, au moment de mélanger des asphaltes et des polymères, notamment des élastomères, on rencontre généralement le problème de la dispersion et celui d'avoir à utiliser des températures de mélange supérieures à 1700 C. Face à ces inconvénients, la présente invention fournit un procédé pour l'obtention desdits nouveaux adhésifs bitumineux qui non seulement éliminent ces inconvénients, mais encore, utilisent des températures de mélange beaucoup plus basses, avec l'économie de temps et d'énergie qui s'en suit. La présente invention, comme nous l'avons indiqué dans l'énoncé, concerne un additif bitumineux utilisé à froid, un procédé de préparation et ses diverses applications. Ainsi, le premier objet de la présente invention est de fournir un adhésif bitumineux ayant toutes les propriétés nécessaires pour éviter les problJrnes rencontrés par la technique précédente, et permettant une application à froid. Le second objet de la présente invention est l'emploi d'un procédé d'utilisation desdits additifs qui soit économiquement et commercialement viable. Le troisième objet de la présente invention est de fournir un produit bitumineux qui serve non seulement comme adhésif pour la fixation d'éléments fibreux sur du béton et de la tôle, nuis aussi comme mastic réparateur des imperméabilisations détériorées par le temps, et aussi comme barrière de vapeur. Le quatrième objet de la présente invention est de fournir une peinture bitumineusc imperméabilisante. En résumé1 L'objet de basc de la présent invention est de fournir un adhésif bitumineux pour une application à froid, ct dont la nature k rende polyvalent en vue de toutes les fins citées ci-dessus. Tous ces objets sont développés dans les paragraphes suivants. Lc nouvel adhésif bitumineux de la pente invention se carac térise parce qu'il comprend essentiellement: a) 15% - .45% en poids total d'un bitume asphaltique avec une pénétration de 40 à 400 dmm. à 250 C et un point de ramollissement anneau-boule de 2(?0 C à 700 C. b) l9; - 15% en poids total d'un mélange d'élastomères thermoplastiques contenant au moins deux blocs de polymère, dont l'un est un bloc de polymère cristallin et l'autre est un bloc de polymère amorphe. c) 1% - 60% en poids total d'une charge inerte et d) 10% - 50% en poids total d'un dissolvant dérivé du pétrole. Le terme "bitume' peut généralement être défini comme un mélange d'hydrocarbures d'origine naturelle ou pyrogénique, ou des combinaisons des deux, souvent accompagnés de leurs dérivés non métalliques, qui peuvent être gazeux, liquides, semi-solides ou solides et qui sont généralement solubles dans du disulfure de carbone. Aux fins de la présente invention, on peut utiliser le bitume de nature liquide, semi-solide ou solide. Voici une liste de plusieurs matériaux bitumineux, qui peuvent être utilisés dans la présente invention: 1.- Asphaltes de pétrole A. Asphaltes directement réduits. 1. Réduction à pression atmsphérique ou sous pression réduite. 2. Précipité de dissolvant, comme du propane. B. Asphaltes thermiques, comme les résidus des opérations de craquage dans l'emmagasinage du pétrole. C. Asphaltes soufflés à l'air. 1. Directement soufflés. 2. Soufflés de manière catalytique. 2.- Asphaltes naturels A. Contenant du minerai dans une proportion inférieure à 5%. 1. Asphaltites, comme la gilsonite et la graphanite et le brai glance. 2. Dépôts de Bermudez et autres dépôts naturels. B. Contenant du minerai dans une proportion supérieure à 5%. 1. Asphaltes de roche. 2. Dépits de Trinidad et autres dépôts naturels. Comme on peut l'apprécier, le poids moléculaire moyen, en poids, des différents bitumes asphaltiques peut largement varier, par exemple de 500 à 10.000. De plus, le point de ramollissement des différentes sortes de bitume peut aussi varier de 0 C à 2000 C. Les asphaltes préférés pour l'invention contiennent des asphal tènes dans une proportion inférieure à 25% et contiennent des coooooés aromati- ques dans une proportion comprise entre 45% et 75%, de préférence entre 55% et 65%. Parmi les nombreux types d'asphalte que l'on peut utiliser, les asphaltes de pétrole sont ceux que l'on préfere. Parmi ks asphaltes de pétrole, les asphaltes thermiques sont ceux que l'on préRre. La quantité de bitume asphaltique ou d'asphalte utiliséc dans les compositions de l'invention peut vaner entre IS et 45%, en poids basé sur le poids total de la composition, avec des quantités préférées au rang de 20% à 35 % en poids. Les élastomères sont généralement associés à des polymères de diènes, comme par exemple le butadiène ou l'isoprène, ou à des copolymères de ces diènes avec un vinylaromatique, comme k styrène. Les diènes adéquats sont ceux qui contiennentde quatre à cinq atomes de carbone par monomère, notamment le butadiène et l'isoprène. Les hydrocarbures monovinyliques aromatiques adéquats sont l'alpha-méthyle- styrène, le vinyle-toluène, le vinyle-xylène et en particulier, le styrène. Le copolymère en bloc peut entre linéaire et avoir la configuration: A-B-(B-A)n dans laquelle A représente un polyvinyle aromatique ou un poly-l-alquène; B représente un bloc de polydiène et "n" représente un nombre entier de 1 à 5. Le Znw le plus indiqué est 1, et donne un copolymère tri-bloc ayant une configuration A-B-A. n peut aussi être ramifié ou en forme d'étoile, et avoir la configuration A-B(B-A)m dans laquelle wmZ est un nombre entier de 2 à 8. La quantité de blocs de polymère A dans le copolymère oscille entre 10% et 70%, ou encore mieux de 20% à 50% en poids. Les blocs de polymère A ont un poids moléculaire moyen cn nombre de 20.000 à 150.000, et spécialement de 30.000 å 100.000. La quantité d'élastomère utilisée dans les compositions de l'invention peut varier de 1% à ISI en poids total de la composition avec des quantités citées au rang de 3% à 10% en poids. La charge inorganique utilise dans la présente invention est une charge inerte. Des exemples de charges inorganiques utilisables dans les compositions de la présente invention sont le kaolin, le carbonatc de calcium et le silice, mais on peut utiliser d'autres charges comme par exemple la pâte d'aluminium. La quantité de charge utiliséc dans les compositions de l'invention peut varier de 1% à 60%, en poids total de la composition, les quantités préférées étant au rang de 10% à 50% en poids. Le dissolvant utilise pour la présente invention est un dissolvant dérivé du pétrole, notamment du type aromatique, et plus précisément, un allvleXenzène, comme le benzène, le toluène, le xylène, etc... ou un mélange de ceuxci. La quantité de dissolvant utiliséc dans les compositions de l'invention peut varier de 10% à 50% en poids total de la composition, les quantités préférées étant au rang de 15 13096 en poids. Le processus d'obtention de l'adhésif bitumineux de la présente invention est effectué avec un équipement de mélange conventionnel, essentiellement compose d'un réacteur muni d'un agitateur à grande vitesse, en employant une température de mélange comprise entre 20 et 800 C, durant un temps global compris entre 1,3 ct 3 heures. Le mélange est effectué en introduisant le bitume asphaltique dans le réacteur à une température adéquate pour qu'il puisse couler et en ajoutant ensuite le dissolvant peu à peu. Une fois que tout le dissolvant a été ajouté, on ajoute le mélange de polymères et, lorsque ccux4i sont dissous, on incorpore la charge. Si l'ordre d'incorporation des ingrtdients précédemment exposé est l'ordre préféré, il n'est pas déterminant pour l'obtention du produit final et ilpeuttre modifié selon convenance. L'adhésif bitumineux de la présente invention permet differentes applications, notamment en fonction des différentes proportions des composants employés. Ainsi, parmi les principales applications des adhésifs bitumineux de la présente invention, on peut citer les suivantes: a) Adhésif pour l'application d'Eiéments fibreux sur des couvertures en béton et en tôle métallique. b) Barrière de vapeur dans l'imperméabilisation. c) Mastic réparateur d'imperméabilisations, et d) peinture imperméabilisante. Conformément à ce qui précède, ces adhésifs peuvent entre utilisés, par exemple, pour fixer de la laine de roche sur du béton. Pour l'employer comme tarieoe de vapeur dans l'imperméabiii- sation, on étend le produit dans une proportion donnôe, a on laisse ensuite le dissolvant s'évaporer pour obtenir une couche qui agit comme barrière de vapeur. Pour l'employer comme mastic réparateur de lames bitumineuses détériorées par le vieillissement ou par d'autres causes, on étend la couche d'adhésif de l'invention sur les fentes et les fissures, a une fois sèche, on obtient l'imperméabilisation de la couverture. Pour l'employer comme peinture imperméabilisante, on ajoute par exemple à la composition de l'adhésif de la pite d'aluminium et une quantité de dissolvant appropriée afin d'obtenir une peinture bitumincuse qui sert, une fois appliquée et sèche, comme barrière contre l'eau. La présentc invention est encore illustrée par les exemples suivants, qui ne limitent pas sa portée. EXEMPLE 1 Un adhésif bitumineux a été obtenu, conformément à la prbente invention, dont la composition est la suivante: Composant % en poids bitume 200/300 25 toluène 25 *SBStpperadial 6 SBS type linéaire 6 Charge calcaire Total 100 (*SBS = styrbne-butadiène-styrcne) Pour obtenir cet adhésif, k bitume asphaltique a été introduit dans le réacteur, puis le dissolvant, en faisant un mélange bien homogène. Ensuite, et sans interromprc l'agitation, les polymères ont été incorporés, en agitant toujours et en faisant un mélange bien homogène jusqu'à ce que les polymères soient complètement dissous. Ensuite, et sans cesser d'agiter, la charge calcaire a etc ajoutée. L'agitation a été maintenue jusqu'à ce que la charge soit complètement homogénéisée, moment auquel le produit souhaité a été obtenu. L'ensemble du processus a pris 2h30 environ, et il s'est déroulé à une température comprise entre 60 et 800 C. Une couche de l'adhésif ainsi obtenu a été étendue à raison d'un kilo par m2, sur une couverture en béton sur laquelle on a posé ensuite de la laine de roche. Cela a permis d'obtenir une fixation dont la charge de rupture a été supérieure à 1.500 kg/m. EXEMPLE 2 Un adhésif bitumineux a été obtenu avec la composition indiquée à l'exemple 1, en appliquant exactement la procédure décrite dans cet exemple. On a étendu une couchc dc cet adhésif i raison de 2 kvm2 pour obtenir une couche dont l'épaisseur moyenne, une fois le dissolvant évaporé, était de 1,51 mm a dont la tenue était de 1,93.10-3 g/m.h.mmHg, et qui était donc capable d'agir comme barrière de vapeur. EXEMPLE 3 Une peinture imperméabilisante couleur aluminium a été obtenue conformément à la présente invention, dont la composition est la suivante: Composant % en poids bitume 200/300 21 toluène 30 *SBS type radial 4 *SBS type linéaire 4 Patte d'aluminium 30 Charge calcaire 11 (*SBS = styrène-butadiène-styrbne) Le procédé suivi pour obtenir cette peinture a été exactement le meme qu'à l'exemple 1, mais on a incorpore de la patte d'aluminium au mélange, juste avant d'introduire la charge calcaire et avec l'homogénéisation adequate. REVENDICATIONS 1.- Un adhésif bitumineux, caractérisé en ce qu'il comprend les composants suivants a) 159G - 45% en poids d'un bitume asphaltique ayant une pénétration de 40 à 400 dmm. å 250 C et un point de ramollissement anneauboule de 200 C à 70 C. b) 1% - 15% en poids total d'un mélange d'élasbmères thermoplastiques contenant au moins deux blocs de polymèrc, dont l'un est un bloc de polymère cristallin et l'autre est un bloc de polymère amorphe. c) 1% - 60% en poids d'une charge inerte et d) 10% - 50% en poids d'un dissolvant dérivé du pétrole. 2.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bitume asphaltique est sélectionné dans les asphaltes de pétrole, et qu'il comprend des asphaltes diccctement réduits1 des asphaltes thermiques et des asphaltes soufflés à l'air; et des asphaltes naturels, y compris ceux qui contiennent du minerai dans une proportion inférieure à 5% et ceux qui contiennent du minerai dans une proportion supérieure à SI. 3.- Un adhésif bitumineux, suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le poids moléculaire moyen en poids du bitume asphaltique est compris entre 500 et 10.000. 4.- Un adhésif bitumineux suivant n'importe laquelle des revendications I et 2, caractérise en cc que l'asphalte est sélectionné parmi ceux qui contiennent des asphaltes dans une proportion inférieure 12596 et ceux qui contiennent des composés aromatiques dans une proportion comprise entre 45 % et 75 %. 5.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que cette proportion de composés aromatiques est comprise entre 55 % et 65 %. 6.- Un adhésif. suivant n'importe laquelle des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient du bitume asphaltique dans une proportion comprise entre 20% et 33% en poids. 7. - Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 1, caractériséen en ce que l'élastomère correspond à un polymère de diènes ou àun copolymère de diènes. 8.- Un adhésif bitumineux, suivant h revendication S, carac térisé en ce que ces polymères sont sélectionnés entre poly (butadiène), poly (isoprène) ou un copolymère de butadiène ou d'isoprène avec un monomère vinylaromatique. 9.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le mono mère vinylaromatique est sélectionné parmi le styrène, l'alpha-méthyle-styrène, le vinyltoluène, et le vinylxylène. 10.- Un adhésif bitumineux, suivant les revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le copolymère de bloc est un copolymère linéaire dont la formule est: A-B-(B-A)n dans laquelle A représente un polyvinyle aromatique ou un poly1-alquène; B représente un bloc de polydiène et "n' représente un nombre entier de 1 à 5. 11.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 10, caractérisé en ce que que n est 1. 12.- Un adhésif bitumineux, suivant les revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le copolymère de bloc est un copolymère ramifié ou en forme d'étoile dont la formule est: A-B-(B-A)m dans laquelle A et B ont le sens donné à la revendication 11, et wmw est un nombre entier de 2 à 8. 13.- Un adhésif bitumineux, suivant n'importe laquelle des précédentes revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la quantité de blocs de polymère A dans le copolymère oscille entre 10% et 70% en poids. 14.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la quantité de blocs de polymère A dans le copolymère oscille entre 20 et 50% en poids. 15.- Un adhésif bitumineux, suivant n'importe laquelle des précédentes revendications 10 à 14, caractérisé en ce que les blocs de polymê- re A ont un poids moléculaire moyen en nombre de 20.000 à 150.000. 16.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 15, caractérisé en ce que le poids moléculaire moyen en nombre de ces blocs de polymère A est compris entre 30.000 et 100.000. 17.- Un adhésif bitumineux, suivant n'importe laquelle des revendications 7 à 16 wécédentes, caractérisé en ce que la quantité d'élas tomère est comprise entre 3 et 10% en poids. 18.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge inerte est sélectionnée entre le kaolin, le carbonate de calcium, le silice et la pâte d'aluminium. 19.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 18, caractérisé en ce que la quantité de charge inerte est sélectionnée entre 10% et 55% en poids. 20.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication I, caractérisé en ce que que le dissolvant dérivé du pétrole est un dissolvant du type aromatique. 21.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le dissolvant de type aromatique est du benzène ou un alwleobenzbne. 22.- Un adhésif bitumineux, suivant la revendication 21, caractérisé en ce que le dissolvant est sélectionné entre le benzne, le toluène, le xylène, ou le mélange de ceux, 23.- Un adhésif bitumineux, suivant n'importe laquelle des revendications 18 à 22, caractérisé en ce que la quantité de dissolvant est comprise entre 15 et 30% en poids. 24.- Un procédé de prdparation d'un adhésif bitumineux, suivant n'importe laquelle des précédentes revendications 1 à 23, caractérisé en ce qu'il est réalise dans un équipement essentiellement constitue d'un réacteur muni d'un agitateur à grande vitesse, dans lequel on introduit le bitume asphaltique, puis le dissolvant, après quoi on introduit le mélange d'élastomères et finalement la charge, en maintenant une agitation continuelle. Ce mélange est effectué à une température comprise entre 200 C et 800 C, pendant un temps global de 1,5 à 3 heures; l'ordre suivant lequel les différents composants sont ajoutés peut etre modifié si cela est nécessaire ou tout simplement si on le souhaite. 25.- Application de l'adhésif défini dans les revendications 1 à 23 précédentes, pour adhérer des éléments fibreux à des couvertures en béton et en tôle métallique. 26.- Application de l'adhésif défini dans les revendications 1 à 23 précédentes, comme barrière de vapewdans l'impenneabilisation. 27.- Application de l'adhésif défini dans les revendications 1 à 23 précédentes, comme mastic réparateur d'imperméabilisations. 28.- Application de l'adhésif défini dans les revendications 1 à 23 précédentes, comme peinture imperméabilisante.