Brevet FR2769917A1 — publié le 19990423

La présente invention concerne un émulsifiant non ionique qui est utilise pour émulsionner un asphalte, et une émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau qui est obtenue en utilisant cet émulsifiant non ionique et dont la stabilité au repos et l'aptitude au stockage sont excellentes. L'asphalte a été utilisé jusqu'à présent dans une large gamme d'applications, par exemple comme revêtement de chaussée en asphalte, adhésif hydrofuge, matériau pour la pose de voies ferrées et combustible. Cependant, un problème associé à l'asphalte est sa très mauvaise aptitude à la mise en oeuvre qui résulte du fait que la viscosité de l'asphalte est tres élevée à la température normale. En conséquence, afin d'assurer une aptitude à la mise en oeuvre de l'asphalte appropriée à la température normale, il existe une technique qui consiste à convertir l'asphalte en une forme apte à la mise en oeuvre, c'est-à-dire en une émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau ayant une meilleure fluidité, en utilisant un émulsifiant approprié et de l'eau. Comme émulsifiants à utiliser dans les émulsions d'asphalte du type huile dans l'eau, on connut un émulsifiant anionique, un émulsifiant cationique, un émulsifiant amphotère et un émulsifiant non ionique, et ces émulsifiants sont utilisés en fonction des différentes applications. Parmi ces émulsifiants, l'émulsifiant non ionique est caractérisé par sa bonne stabilité chimique, c'est-à-dire sa bonne stabilité envers les ions de métaux polyvalents qui sont présents dans l'eau ou sont incorporés au système à partir de l'extérieur, et également envers d'autres impuretés incorporées au système à partir de l'extérieur. Pour cette raison, un émulsifiant non ionique est bien adapté à la production d'une émulsion d'asphalte chimiquement stable. Des exemples de ces émulsifiants non ioniques qui sont généralement utilisés sont l'éther nonylphénylique de polyoxyéthylène et l'éther octylphénylique de polyoxyéthylène. Bien que ces émulsifiants non ioniques assurent la stabilité chimique susmentionnée, ils n'offrent pas une stabilité au repos et une aptitude au stockage satisfaisantes de l'émulsion d'asphalte, car l'émulsion d'asphalte contenant un tel émulsifiant non ionique n'est pas stable lorsqu'elle est laissée au repos pendant une longue période de temps. Dans la technologie des émulsions d'asphalte préparées en utilisant des émulsifiants non ioniques, on connaît jusqu'à présent une émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau (décrite dans JP-B NO 47-35059) comprenant un asphalte, un émulsifiant non ionique préparé en ajoutant de l'oxyde d'éthylène ou de l'oxyde de propylène et de l'oxyde d'éthylène à un groupe aryloxy ou alkylaryloxy, et de l'eau, ainsi qu'une émulsion d'asphalte à utiliser comme couche de fond du type huile dans l'eau (JP-A NO 56-8462) comprenant un asphalte, un solvant organique à base hydrocarbure ou d'hydrocarbure halogéné, un émulsifiant cationique, un émulsifiant non ionique préparé en ajoutant de l'oxyde d'éthylène à un alcool aliphatique ou à un alkylphénol, et de l'eau. Cependant, aucune de ces émulsions n'est satisfaisante en ce qui concerne la stabilité au repos à long terme et l'aptitude au stockage. Le but de la présente invention est de fournir un émulsifiant non ionique ayant une excellente stabilité chimique et convenant pour une émulsion d'asphalte ayant une excellente stabilité au repos et une excellente aptitude au stockage, et de fournir une émulsion d'asphalte contenant cet émulsifiant non ionique. L'invention propose un procédé pour émulsionner une matière asphaltique dans l'eau, qui comprend l'étape consistant à mélanger l'asphalte et l'eau avec un émulsifiant comprenant un composé non ionique (1) ayant la formule (1) R-O- (C2H40)X- (CH(CH3)-CH2-O)y-(C2H4O)z-H (1) dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle linéaire ou ramifié ayant 8 à 22 atomes de carbone, x est un nombre moyen de zéro à 80, y est un nombre moyen de 1 à 10 et z est un nombre moyen de 1 à 80. Il est préférable que, dans le composé (1), x soit un nombre de zéro à 40 ; en particulier x est zéro. Dans un composé (1) encore préférable, R compte 10 à 18 atomes de carbone, x est un nombre de 1 à 30, y est un nombre de 1 à8 et z est un nombre de 1 à 60. Le groupe R le plus apprécié est un groupe cocoyle. Il doit être entendu que cocoyle désigne les chaînes grasses alkyliques ou alcényliques des acides gras de l'huile de coprah (ou huile de coco). Les acides gras de l'huile de coco comprennent de nombreux acides gras saturés et insaturés et notamment les acides laurique et myristique, lesquels sont majoritaires dans le mélange. On notera que la chaîne grasse de l'acide laurique est la chaîne lauryle et la chaîne grasse de l'acide myristique est la chaîne myristyle. L'invention fournit une émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau, obtenue par le procédé défini ci-dessus, et propose l'utilisation du composé (1) pour émulsionner un asphalte dans l'eau. Dans l'émulsion de l'invention, l'asphalte peut être un asphalte raffiné à la vapeur, un asphalte de pétrole fluxé, un asphalte soufflé, un asphalte semi-soufflé, un asphalte modifié, un bitume naturel ou un asphalte recompose. Dans l'invention, il est préférable d'utiliser 0,02 à 3,0 pour cent en poids du composé (1) par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau. L'émulsifiant peut encore contenir 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un agent tensio-actif anionique, d'un agent tensio-actif cationique, d'un agent tensio-actif amphotère ou d'un autre agent tensio-actif non ionique. Il peut en outre comprendre 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un agent tensioactif oligomère. Il peut encore comprendre 0,002 à 0,5 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un polymère hydrosoluble. Il peut encore comprendre 0,05 à 0,5 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un composé phénolique tel que le tanin et l'acide gallique. Il peut encore comprendre 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un produit d'addition d'oxyde d'éthylène sur le polypropylène. Il peut encore comprendre 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'une lignine aminée. Dans l'émulsifiant non ionique représenté par la formule (1), R est un groupe hydrophobe alkyle ou alcényle linéaire ou ramifié ayant 8 à 22 atomes de carbone, et de préférence un groupe alkyle ou alcényle linéaire ou ramifié ayant 10 à 18 atomes de carbone ; x désigne la moyenne de moles d'oxyde d'éthylène ajouté et c'est un nombre de o à 80, de préférence un nombre de o à 40, mieux encore un nombre de 0 à 30, de préférence encore un nombre de 1 à 30 et très préférablement un nombre de 3 à 25 ; y désigne la moyenne de moles d'oxyde de propylène ajouté et c'est un nombre de 1 à 10, de préférence un nombre de 1 à 8, et mieux encore un nombre de 3 à 6 ; et z désigne la moyenne de moles d'oxyde d'éthylène ajouté et c'est un nombre de 1 à 80, de préférence un nombre de 1 à 60, et mieux encore un nombre de 5 à 40. L'émulsifiant non ionique représenté par la formule (1) est un polymère séquencé obtenu en ajoutant un oxyde d'alkylène à un alcool ayant une chaîne longue, de l'oxyde d'éthylène étant ajouté aux extrémités de la chaîne du polymère. De préférence, cet émulsifiant non ionique est un polymère triséquencé obtenu par un procédé comprenant les étapes consistant à ajouter de l'oxyde d'éthylène à un alcool ayant une chaîne longue, ajouter de l'oxyde de propylène au composé résultant et ajouter encore de l'oxyde d'éthylène au composé résultant. Si l'émulsifiant non ionique est un composé dans lequel de l'oxyde de propylène est ajouté aux extrémités de la chaîne du polymère, on ne peut obtenir la stabilité au repos et l'aptitude au stockage souhaitées. Si nécessaire, un émulsifiant anionique, un émulsifiant cationique, un émulsifiant amphotère ou un autre émulsifiant non ionique peut etre utilisé conjointement à l'émulsifiant non ionique pour asphalte de la présente invention. Des exemples de l'émulsifiant anionique comprennent un acide gras, un alkylsulfate, un alkyl-éther-sulfate, un acide alkylbenzènesulfonique, un acide alkylphosphorique et leurs sels. Des exemples de l'émulsifiant cationique comprennent des sels d'acides minéraux, des sels d'acide carboxylique inférieur ou des sels d'ammonium quaternaire d'amines telles qu'une alkylamine, une alkylpolyamine, un amide-amine et une alkylimidazoline. Des exemples de l'émulsifiant amphotère comprennent une carbobétaïne, une amidobétaïne, une sulfobétaïne, une imidazolinium-bétaïne, et un oxyde d'amine. Des exemples d'un autre émulsifiant non ionique comprennent un ester de sorbitanne, un produit d'addition d'oxyde d'alkylène sur un ester de sorbitanne, un produit d'addition d'oxyde d'éthylène sur un alcool à longue chaîne, un produit d'addition d'oxyde d'éthylène sur du polypropylène, par exemple Pluronic (fabriqué par Wyandotte Chemicals Corp.) ou autre, un produit d'addition d'oxyde d'éthylène sur un alkylphénol, et un alkylglucoside. La quantité ajoutée préférable de l'agent tensio-actif susmentionné est de 0,02 à 3,0 pour cent en poids par rapport au poids total d'asphalte et d'eau. En outre, afin de transformer l'émulsifiant non ionique pour asphalte de la présente invention en un émulsifiant dans un état, par exemple, à l'état liquide, l'émulsifiant non ionique peut comprendre un solvant tel que l'eau, un alcool inférieur, du glycol ou polyoxyéthylèneglycol, un saccharide tel que le glucose ou le sorbitol, et un hydrotrope tel qu'un acide gras inférieur, une amine inférieure, l'acide p-toluènesulfonique ou un acide éthercarboxylique. De plus, afin d'améliorer la miscibilité entre le granulat et le ciment lors du goudronnage d'une chaussée, un agent tensio-actif du type oligomère peut être ajouté à l'émulsifiant non ionique pour asphalte de la présente invention. Des exemples de l'agent tensio-actif du type oligomère comprennent un polyacrylate de sodium, le naphtalènesulfonate de sodium, le lignosulfonate de sodium et une lignine aminée. La quantité ajoutée préférable de l'agent tensio-actif du type oligomère est de 0,02 à 3,0 pour cent en poids par rapport au poids total d'asphalte et d'eau. De plus, pour améliorer encore l'aptitude au stockage de l'émulsion d'asphalte, un polymère hydrosoluble peut être ajouté à l'émulsifiant non ionique pour asphalte de la présente invention. Des exemples du polymère hydrosoluble comprennent un poly(alcool vinylique), l'hydroxyéthylcellulose, la cellulose cationisée, la méthylcellulose et des gommes. La quantité ajoutée préférable du polymère hydrosoluble est de 0,002 à 0,5 pour cent en poids par rapport au poids total d'asphalte et d'eau. En outre, afin d'améliorer l'adhérence entre le granulat et l'asphalte après le goudronnage d'une chaussée, un composé phénolique, tel que le tanin ou l'acide gallique, peut être ajouté a l'émulsifiant anionique pour asphalte de la présente invention. La quantité ajoutée préférable du composé phénolique est de 0,05 à 0,5 pour cent en poids par rapport au poids total d'asphalte et d'eau. En prenant en compte les facteurs économiques, il est habituellement préférable que la quantité ajoutée de l'émulsifiant non ionique pour asphalte soit de 0,02 à 3 pour cent en poids pour obtenir une excellente stabilité au repos et une excellente aptitude au stockage d'une emulsion d'asphalte, mieux encore de 0,05 à 3,0 pour cent en poids et très préférablement de 0,1 à 3,0 pour cent en poids, par rapport au poids total d'asphalte et d'eau. L'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau de la présente invention comprend un asphalte, un émulsifiant non ionique représenté par la formule (1) et de 1 eau. Des exemples de l'asphalte à utiliser dans la présente invention comprennent un asphalte raffiné à la vapeur, un asphalte de pétrole fluxé, un asphalte soufflé, un asphalte semi-soufflé, un asphalte modifié, du bitume naturel et un asphalte recompose. En ce qui concerne la teneur en asphalte et la teneur en eau de l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau permettant d'obtenir une émulsion qui est fluide à une température normale et possède la stabilité au repos et l'aptitude au stockage souhaitées, la teneur en asphalte est de 40 à 80 pour cent en poids et de préférence de 50 à 75 pour cent en poids ; et la teneur en eau est de 20 à 60 pour cent en poids et de préférence de 25 à 50 pour cent en poids. La teneur en émulsifiant non ionique a été décrite précédemment. Si nécessaire, l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau peut encore comprendre un émulsifiant anionique, un émulsifiant cationique, un émulsifiant amphotère et un autre émulsifiant non ionique, chacun d'eux ayant été décrit précédemment. De plus, si nécessaire, l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau peut encore contenir un solvant, un saccharide, un hydrotrope, un polymère hydrosoluble et un composé phénolique, chacun d'eux ayant été décrit précédemment. Afin d'améliorer l'aptitude à l'émulsionnement, l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau peut encore contenir un sel minéral tel que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de calcium et le chlorure d'aluminium. Le pH de l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau de la présente invention n est pas particulièrement limité et le pH peut être choisi convenablement en fonction de l'usage prévu et des composés utilisés. L'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau de la présente invention peut être préparée au moyen d'un appareil d'émulsionnement tel qu'un moulin des colloïdes, un homogénéiseur à tambour, un homogénéiseur ou un mélangeur en canalisation. L'appareil d'émulsionnement est choisi convenablement en fonction de l'usage prévu. L'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau, qui est obtenue en utilisant l'émulsifiant non ionique pour asphalte de la présente, possède une excellente stabilité au repos et une excellente aptitude au stockage. Par conséquent, étant donné que la perte du composant asphalte dans l'émulsion peut être minimisée, le coût opératoire dans l'utilisation de l'émulsion peut être réduit. L'émulsifiant non ionique pour asphalte de la présente invention et l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau qui est obtenue en utilisant l'émulsifiant non ionique peuvent être utilisés dans une large gamme d'applications comme revêtement de chaussée en asphalte, adhésif hydrofuge, matériau pour la pose de voie ferrée et combustible. Les exemples suivants servent à mieux expliquer la présente invention, mais ne limitent son cadre en aucune maniere. Exemples 1 à 6 et Exemples Comparatifs 1 et 3 à 8 Des emulsions d'asphalte du type huile dans l'eau selon la présente invention sont obtenues en emulsionnant un asphalte raffiné à la vapeur selon le procédé suivant en utilisant les émulsifiants indiqués dans le Tableau 1. Les émulsions d'asphalte du type huile dans l'eau ainsi obtenues sont soumises à une mesure de la concentration d'asphalte et à un essai de stabilité au repos. Les résultats sont présentés dans le Tableau 1. Procédé de préparation d'une émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau Un asphalte raffiné à la vapeur ayant un indice de pénétration compris entre 80 et 100 est fondu par chauffage à 1500C. Par ailleurs, on prépare une solution aqueuse d'émulsifiant en dissolvant dans de l'eau maintenue à 500C un émulsifiant non ionique indiqué dans le Tableau 1 en une quantité équivalente à 1,0 pour cent en poids par rapport au poids total d'asphalte et d'eau. On introduit simultanément 40 parties en poids de la solution aqueuse d'émulsifiant ainsi obtenue et 60 parties de l'asphalte fondu à 1500C dans un moulin des colloïdes et le tout est émulsionné. On obtient ainsi une émulsion d'asphalte du type huile dans 1 ' eau. Concentration d'asphalte Conformément à la norme JIS K2208, on prélève et pèse 300 g de l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau dans un récipient en acier inoxydable de 1500 ml et le récipient est chauffé au moyen d'un réchauffeur électrique pendant environ 20 minutes tandis que l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau est agitée au moyen d'une tige de thermomètre. Lorsqu'il est confirmé que le bouillonnement de l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau a cessé et que toute l'eau s est évaporée, le résidu est chauffé à 1600C et maintenu à cette température pendant 1 minute. Le résidu est ensuite laissé au repos pour refroidir à la température ambiante. Ensuite, le résidu est pesé. La concentration d'asphalte est calculée comme le rapport, exprimé en pourcentage, du poids du résidu au poids de l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau avant l'essai. Stabilité au repos Conformément à la norme JIS K2208, une quantité prescrite de l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau est placée dans une éprouvette pour examiner la stabilité au repos, et l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau est maintenue dans un état de repos pendant 24 heures. Ensuite, on prélève dans l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau un échantillon de 50 g de la partie supérieure et un échantillon de 50 g de la partie inférieure. Après avoir séché ces échantillons, on détermine la différence entre les quantités de résidus d'évaporation. La stabilité de l'émulsion est d'autant meilleure et le système peut donc être maintenu à l'état d'émulsion homogène pendant une période de temps d'autant plus longue que la différence est plus petite, ce qui dénote une meilleure stabilité au repos. TABLEAU 1 Quantités Concentration Stabilité ajoutées d'asphalte au repos Types d'émulsifiants (après (% en (% en poids) poids) 24 h) Exemple 1 RO(EO)8(PO)4(EO)8 1,0 60,5 0,5 (R = lauryle) Exemple 2 RO(EO)5(Po)s(Eo)1s 1,0 60,5 0,4 (R 2 (R = myristyle) Exemple 3 RO(EO)15(PO)5(EO)5 1,0 60,7 0,7 (R = cocoyle) Exemple 5 RO(EO)25(PO)5(EO)25 1,0 61,0 0,7 (R = cocoyle) Exemple 6 RO(PO)3(EO)40 1,0 60,9 1,2 (R = cocoyle) Exemple RO(EO)16(PO)4 1,0 60,6 21,4 Comparatif 1 (R = lauryle) Exemple RO(EO)5(Po)5(EO)100 1,0 60,8 9,5 Comparatif 3 (R = myristyle) Exemple RO(EO)5(PO)15(E0)15 1,0 60,5 23,1 Comparatif 4 (R = cocoyle) Exemple RO(EO)50 1,0 60,7 16,5 Comparatif 5 (R = lauryle) Exemple Comparatif 6 nonylphénol(EO)20 1,0 60,5 7,4 RO(EO)30(PO)4(E0)30 0,8 Exemple 7 (R = lauryle) 60,8 0,2 HO(EO)70(PO)30(EO)70OH 0,4 RO(EO)25(PO)4(Eo)25 0,8 Exemple 8 (R = myristyle) 60,4 0,6 lignine aminée 0,4 D'après les résultats du Tableau 1, on peut voir que l'émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau de la présente invention possède une excellente stabilité au repos et donc une très bonne aptitude au stockage. REVENDICATIONS 1. Procédé pour émulsionner une matière asphaltique dans l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à mélanger l'asphalte et l'eau avec un émulsifiant comprenant un composé non ionique (1) ayant la formule (1) R-O-(C2H4O)X-(CH(CH3)-CH2-O)y-(C2H4O)z-H (1) dans laquelle R est un groupe alkyle ou alcényle linéaire ou ramifié ayant 8 à 22 atomes de carbone, x est un nombre moyen de zéro à 80, y est un nombre moyen de 1 à 10 et z est un nombre moyen de 1 à 80. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que x est un nombre de zéro à 40. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que x est zéro. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que R compte 10 à 18 atomes de carbone, x est un nombre de 1 à 30, y est un nombre de 1 à 8 et z est un nombre de 1 à 60. 5. Émulsion d'asphalte du type huile dans l'eau, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé défini dans la revendication 1. 6. Utilisation du composé (1) défini dans la revendication 1 pour émulsionner un asphalte dans l'eau. 7. Émulsion selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'asphalte est un asphalte raffiné à la vapeur, un asphalte de pétrole fluxé, un asphalte soufflé, un asphalte semi-soufflé, un asphalte modifié, du bitume naturel ou un asphalte recomposé. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que R est un groupe cocoyle. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise 0,02 à 3,0 pour cent en poids du composé (1) par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant comprend de plus 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un agent tensio-actif anionique, d'un agent tensio-actif cationique, d'un agent tensio-actif amphotère ou d'un autre agent tensio-actif non ionique. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant comprend de plus 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un agent tensio-actif oligomère. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant comprend de plus 0,002 à 0,5 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un polymère hydrosoluble. 13. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant comprend de plus 0,05 à 0,5 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un composé phénolique. 14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant comprend de plus 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'un produit d'addition d'oxyde d'éthylène sur du polypropylène. 15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant comprend de plus 0,02 à 3,0 pour cent en poids, par rapport à la quantité totale d'asphalte et d'eau, d'une lignine aminée.