Brevet FR2913350A1 — publié le 20080912

Utilisation de bétaïnes à titre d'agent moussant et d'agent de réduction du drainage de la mousse La présente invention a pour objet l'utilisation d'une bétaïne à titre d'agent moussant et d'agent de réduction du drainage de la mousse. La présente invention a également pour objet la mise en oeuvre cle la bétaïne dans des procédés impliquant la présence de mousse. Certains processus industriels ou opérés dans le domaine privé mettent en oeuvre des mousses. Dans certaines compositions détergentes la mousse est un signal apprécié du consommateur d'un bon pouvoir nettoyant. Dans ces compositions la mousse permet également de mettre en suspension les souillures nettoyées et ainsi de les séparer de l'objet nettoyé ou de la surface nettoyée. Des mousses sont également utilisées dans des produits d'extinction du feu. Des mousses sont également utilisées pour générer des matériaux légers et/ou poreux: le matériau durcit à partir de la composition formant les parois des bulles, ce qui conduit à une structure comprenant des pores correspondant aux bulles. Des mousses sont également utilisées pour suspendre et transporter des déblais dans des opérations de constructions, dans le domaine du bâtiment et des travaux publics, notamment dans des opérations d'excavation et/ou de perçage de tunnels. La mousse est également utilisée comme marqueur visuel sur des terrains. Des mousses sont également utilisées dans le traitement de l'eau comme agent de dépollution pour enlever des particules ou salissures. II existe de nombreux agents susceptibles de générer de la mousse. Parmi ceux-ci les plus utilisés sont des tensioactifs anioniques notamment des alkyle ether sulfates, qui présentent un pouvoir détergent utile et génèrent une mousse appréciée. Un tensioactif zwitterionique, la cocoamidopropyldiméthylbétaïne, est également connu, et d'utilisation répandue. Afin d'augmenter le volume de mousse, de nombreux composés "tonifiant de mousse" ("foam boosters" en anglais) ont été décrits, notamment des polymères. De tels polymères sont notamment utilisés dans des compositions de lavage de la vaisselle à la main. Les processus décrits ci-dessus peuvent nécessiter une durée de vie de la mousse relativement importante, sans quoi les opérations et phénomènes ne peuvent pas être menés à leur terme, ou voient leur efficacité diminuée. Par exemple dans la génération d'un matériau léger, la mousse doit rester présente le temps du durcissement. Plus la mousse draine tôt, moins il y aura de pores induisant la légèreté et/ou la porosité recherchée. Dans les opérations d'excavation, plus la mousse disparaît tôt, moins il y aura de matière évacuée. Il existe un besoin pour générer des mousses à drainage diminué, c'est-à-dire des mousses dont la teneur en eau est maintenue élevée plus longtemps et/ou conservant un certain volume de mousse pendant plus de temps. Le maintient de la teneur élevée en eau a pour conséquence, par exemple une durabilité élevée des propriétés, notamment mécaniques et/ou la conservation de la forme des bulles et/ou de l'homogénéité. II existe un besoin d'agents à cet effet. L'invention répond à ce besoin en proposant l'utilisation dans une composition aqueuse moussante, comme agent moussant et agent de réduction du drainage de la mousse, d'un tensioactif bétaïne choisi parmi les suivants: - des alkylbétaïne de formule (I) suivante: R'-N+R2R3-CH2-COO-(I) - les alkylamidoalkylbétaïne de formule (Il) suivante: R'1-CO-NH-R4-N+R2R3-CH2-COO- (Il), et - leurs mélanges et associations, où: - R' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant 20 de 16 à 24 atomes de carbone, - R'' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 15 à 23 atomes de carbone, - R4 représente un groupe alkyle divalent en C1-C4, le cas échéant substitué par un groupe hydroxyle, 25 R2 et R3, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle en C1-C2, le cas échéant substitué par un groupe hydroxyle. Le tensioactif décrit ci-dessus est par la suite dénommé "agent de l'invention" ou "tensioactif bétaïne". L'invention concerne également un procédé de préparation de mousse dans 30 lequel on fait mousser, par exemple par agitation et/ou par propulsion à l'aide d'un gaz, une composition aqueuse comprenant l'agent de l'invention. L'invention concerne également des processus comprenant une étape de préparation de mousse et une autre étape, simultanée ou subséquente. II peut s'agir de processus industriels ou opérés dans le domaine privé. L'intérêt est particulièrement 35 marqué dans le cadre de processus industriels. L'invention permet notamment: - de conserver la mousse plus longtemps, - de conserver la mousse autant de temps, mais avec des quantités moindres d'agent, ce qui est économique et/ou bénéfique pour l'environnement, ou au moins perçu comme tel, - de conserver plus longtemps l'homogénéité de la mousse, et/ou - d'avoir une présence d'une quantité de mousse, cumulée dans le temps, plus importante. L'agent de l'invention procure notamment un excellent compromis entre la quantité de mousse générée et sa durée dans le temps. Par drainage on entend l'écoulement de l'eau contenue dans la mousse, pouvant conduire à la dégradation des parois des bulles et finalement au retour progressif à l'état de composition aqueuse exempte de bulles. Composition et agent l'invention La composition est une composition aqueuse comprenant l'agent de l'invention. L'agent de l'invention présente la faculté de générer de la mousse. La mousse peut être générée par toute méthode classique, notamment par agitation, détente, mise en oeuvre d'un gaz propulseur, mise en oeuvre d'un dispositif aérosol etc... La mousse générée est de faible drainage. Il s'agit donc d'un agent à la fois moussant et de réduction du drainage. La composition peut comprendre un agent moussant autre, différent du tensioactif bétaïne. Si c'est le cas le rapport en poids entre le tensioactif bétaïne et l'agent moussant autre est de préférence supérieur à 4, de préférence à 5, de préférence à 10. De préférence la composition est exempte d'un agent moussant autre. Par exempte, on entend que la composition comprend moins de 0,1% en poids, de préférence moins de 0,05%, de préférence pas du tout d'agent moussant autre. La génération de mousse et le faible drainage peuvent donc être, au titre de l'invention, la conséquence de l'agent de l'invention substantiellement seul. Les agents moussants sont connus de l'homme du métier. On cite notamment les alkyl ether sulfates, les alkylsulfates et les alkylbenzenesulfonates, qui sont d'utilisation très répandue. La composition moussante peut notamment comprendre de à 0,05 à 5%, de préférence de 0,1 à 2%, de préférence de 0,15 à 1,5%, par exemple de 0,2 à 1% ou de 0,3 à 0,7%, en poids, du tensioactif bétaïne. De préférence, dans l'agent de l'invention: - R2 et R3 sont des groupes méthyle, et - R4 est le groupe -CH2-CH2-CH2-. Avantageusement: - R' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 18 à 22 atomes de carbone, ou - R'' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 17 à 21 atomes de carbone. On mentionne que les groupes R' et R'' peuvent correspondre à des restes d'acides gras, généralement d'origine naturelle, le plus souvent végétale. L'acide gras auquel correspond R'' est l'acide gras de formule R'1-COOH. L'acide gras auquel correspond R' est l'acide gras présentant le même nombre d'atomes de carbone. Ainsi le groupe R'' peut correspondre à un acide gras linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 15 à 23, de préférence de 17 à 21, atomes de carbone. Le groupe R' peut correspondre à un acide gras linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 16 à 24, de préférence de 18 à 22, atomes de carbone. Il est usuel d'assimiler les groupes R' et R'' à l'acide gras auquel ils correspondent. Ces acides gras et groupes sont connus. II s'agit en général de dérivés d'huiles végétales. Ils peuvent être présents en mélanges. S'il s'agit de mélanges, entrent dans la définition l'ensemble des groupes (ou des acides gras correspondant), quel que soit le nombre d'atomes de carbone, si le groupe (ou l'acide correspondant) majoritaire en poids (majorité relative, de préférence absolue, de préférence à au moins 75%) correspond à la définition. Il est fréquent de réduire la dénomination au groupe (ou de l'acide correspondant) au groupe (ou à l'acide) majoritaire. Les groupes R' et R'' peuvent notamment correspondre à des acides gras en C18 ou C22, comme les acides stéarique, oléïque, ou érucique. De préférence ils correspondent à un groupe oléyle ou érucyle. La composition peut comprendre toutes sortes d'ingrédients supplémentaires, en fonction de sa destination et de son utilisation. L'eau de la composition présente de préférence une dureté modérée, de préférence de dureté allant de 5 à 100 TH, par exemple de 20 à 60. De telles conditions peuvent améliorer la réduction du drainage. Le pH de la composition peut être varié. Il peut être contrôlé à l'aide d'agents connus. Le pH peut notamment être supérieur ou égal à 4 ou à 5, de préférence supérieur ou égal à 7, par exemple de 8-9 à 11-12. Des pH élevés peuvent améliorer la réduction du drainage. La composition, et les processus dans lesquels elle est mise en oeuvre, peut être de température variée. Elle est par exemple comprise entre 20 C et 80 C, de préférence entre 20 C et 40 C ou entre 40 et 80 C. Des températures modérées peuvent améliorer la déduction du drainage. L'invention permet notamment de conserver un faible drainage à des températures relativement importantes, par exemple entre 40 C et 80 C, ce qui la rend particulièrement utile et avantageuse dans certains processus opérés à relativement hautes températures. La composition peut être préparée par simple mélange d'eau, de l'agent de l'invention, et d'éventuellement d'autres ingrédients. Utilisations et processus La composition moussante peut notamment être: -une composition comprenant un liant hydraulique, - une composition pour la fabrication de céramiques, pouvant notamment comprendre une barbotine, -un fluide de forage, - une composition comprenant des composés susceptibles de générer un matériau polymérique réticulé, - une composition de marquage de terrain, - une composition d'extinction de feux, - une composition de dépollution des eaux, - une composition de bain moussant, ou - une composition détergente. De telles compositions sont connues de l'homme du métier. Elles comprennent le plus souvent des composés supplémentaires, en plus de l'agent de l'invention. Ceux-ci sont connus de l'homme du métier. Des processus mettant en oeuvre des mousses avec de telles compositions sont connus de l'homme du métier. Pour les compositions comprenant un liant hydraulique, il peut notamment s'agir de compositions cimentaires ou de compositions de plâtre pour l'obtention d'un matériau poreux et/ou léger et/ou réfractaire et/ou isolant, par exemple un matériau pour l'isolation thermique et/ou acoustique. L'agent de l'invention peut notamment être utilisé dans un processus (de type industriel généralement) où on fait mousser la composition à liant hydraulique, puis on laisse la composition durcir sous forme de mousse, pour obtenir le matériau. Un autre processus peut être de préparer une dispersion du liant dans de l'eau d'y incorporer une mousse obtenue à l'aide du système de l'invention, puis de laisse la composition durcir. De tels processus peuvent notamment être mis en oeuvre pour l'obtention de matériaux pré-fabriqués, comme des éléments de construction pré-fabriqués. II en est de même pour les compositions susceptibles de générer un matériau polymérique éventuellement réticulé, le liant hydraulique étant remplacé par un polymère, pouvant le cas échéant réticuler au contact de l'air ambiant, ou par un système chimique à plusieurs composés comprenant au moins un polymère ou oligomère, ledit système pouvant éventuellement réticuler lorsque les plusieurs composés sont mis en contact, le cas échéant sous l'action d'un contact de l'air ambiant. Les compositions susceptibles de générer un matériau polymérique peuvent par exemple être des compositions à base de latex pour l'adjonction à des produits fibreux, par exemples de contre-couches de tapis ("carpet backing" en anglais) et/ou de surfaces non tissées. Les compositions susceptibles de générer un matériau polymérique peuvent aussi être utilisées dans l'industrie papetière. L'invention peut conférer aux matériaux à liant hydraulique ou à base polymérique, une bonne uniformité. Pour les compositions pour la fabrication de céramiques poreuses (par exemple à base d'oxydes), il peut notamment s'agir de compositions comprenant une barbotine. L'agent de l'invention peut notamment être utilisé dans un processus où on introduit la mousse dans la barbotine (composition à base d'eau et de précurseur de céramique) de manière à obtenir une pièce poreuse à cru manipulable qui est ensuite soumise à un profil de température dans un four de manière à obtenir une pièce poreuse par frittage des oxydes à haute température. Pour les fluides de forage, il peut s'agir de fluides d'excavation de déblais mis en oeuvre dans des opérations de percement de tunnels, ou dans des opérations de creusement de puits, avant cimentation du puits. L'agent de l'invention peut notamment être utilisé dans un processus (de type industriel généralement) où on fait mousser la composition, on l'injecte au niveau d'un outil de percement ou de creusement, comme un tunnelier, et on évacue la mousse portant (généralement) des déblais hors de la zone de contact de l'outil et de la roche percée ou creusée. La mousse permet notamment d'éviter des effondrements de la roche, d'évacuer les déblais, de fluidifier la roche percée ou creusée, de l'homogénéiser, et/ou de l'imperméabiliser localement et le cas échéant temporairement. Pour les compositions d'extinction des feux, il peut notamment s'agir de compositions d'extincteurs ou de compositions mises en oeuvre dans les systèmes de sécurité des bâtiments. L'invention procure des mousses ayant une bonne résistance à la chaleur, ce qui en rend l'utilisation particulièrement appropriée dans le cadre de l'extinction des feux. II peut s'agir d'éteindre des feux survenant dans des bâtiments et/ou dans les forêts ou exploitations agricoles, et/ou des feux liés à la combustion d'hydrocarbures par exemples lors d'incendies involontaires ou criminels d'installation d'extraction, de stockage ou de transport de pétrole et/ou de gaz. Pour les compositions détergentes, il peut s'agir de compositions de nettoyage à la main de la vaisselle, de shampoings ou gels-douche pour le corps et les cheveux, de savons liquides pour le lavage des mains, de compositions le lavage du linge à la main ou en machine semi automatique, de formulations détergentes pour le lavage de véhicules comme des voitures et des camions, de compositions pour le nettoyage ménager ou industriel des surfaces, où il peut être intéressant que la mousse ait un temps de vie suffisant pour permettre une action nettoyante (par exemple pour le nettoyage des toilettes). Dans ces compositions l'invention peut procurer par la présence de mousse un signal visuel d'une couverture complète de l'objet ou de la partie de l'objet à être nettoyé. L'agent de l'invention peut notamment être utilisé dans un processus (opéré dans le domaine privé généralement) où on dilue la composition et on la fait mousser (par agitation, souvent générée par le mouvement des mains ou par un jet d'eau de dilution), et on met en contact la vaisselle sale avec la composition diluée et présentant de la mousse. Un processus impliquant un marquage de terrain comprend une étape de génération de mousse, et une étape où la mousse est laissée sur le terrain pour le marquer. Plus la mousse dure, plus le marquage est persistant. On peut laisser la mousse sur le terrain en la projetant d'un aéronef, un avion par exemple. Ceci peut être utilisé dans le domaine militaire pour identifier des zones d'opérations, ou dans le domaine agricole, pour identifier des zones de traitement. D'autres détails ou avantages de l'invention pourront apparaître au vu des exemples qui suivent sans caractère limitatif. EXEMPLES Produits utilisés 8 - Mirataine BET C30, Rhodia ("BET C30"): cocoamidopropyldimethyl bétaïne - EMPICOL ESB3M, Hunstman ("SLES"): sodium laurylethersulfate û Matière active 27% - Mirataine BET 0-30, Rhodia ("BET 030"): oleamidopropyldiméthyl bétaïne - Mackam OB-30, McIntyre ("OB30"): oleyldiméthyl bétaïne - Mirataine BET E-40, Rhodia ("BET E40"): Mélange comprenant de l'érucylamidopropyldiméthyl bétaïne (40% en poids de matière active) et 20% en poids d'isopropanol. - Mélange 1: Mélange de Mirataine E3ET E-40 et 10% en poids de chlorure de benzyltriméthylammonium. - Eau: eau du robinet ("eau de ville") d'Aubervilliers, France, Décembre 2007. Matériel utilisé Agitateur Raynery Hélice à 3 pales Bêcher en plastique de 2 L diamètre 14,5cm Cône en verre Mise en oeuvre de l'essai de drainage Le drainage est caractérisé par le temps de demi-vie de la mousse (en volume). Plus le temps de demi-vie est élevé, plus le drainage est faible. On procède comme suit: 1- Préparation de 200 ml de composition par mélange des ingrédients (compositions données ci-après), le cas échéant à chaud (80 C). Les compositions sont données ci-dessous: quantité des ingrédients en matière active, le reste étant l'eau. 2- Moussage Agitation de la composition dans un bécher de 2 litres avec une hélice à 3 pales à 2000 tr/min pendant 5 min. On note le volume de mousse produit. 3- Suivi du drainage dans un cône de 1 litre jusqu'à ce que la mousse relargue 100 ml d'eau (temps de vie car c'est la moitié de la composition initiale utilisée pour faire la mousse). On définit le facteur d'amélioration du drainage Fdrainage comme le rapport entre le temps de %2 vie pour le composé testé, et le ternps de %2 pour un composé de référence, le SLES, à même quantité en poids. Un facteur de 1 n'apporte aucune amélioration. Plus Fdrainage est élevé, plus le drainage est réduit. Un facteur supérieur à 1,5 représente une amélioration intéressante du drainage, supérieure à 50%. On définit un facteur de d'amélioration de la quantité de mousse Fmousse comme le rapport entre la quantité de mousse pour le composé testé, et la quantité de mousse 9 pour un composé de référence, le SLES, à même quantité en poids. Un facteur inférieur à 1 correspond à une plus faible quantité de mousse. C)n définit un facteur d'amélioration de la présence de mousse F comme le produit de Fdrainage et Fmousse. F est représentatif d'un compromis entre la mousse générée et un 5 faible drainage. Dans les exemples, la lettre C indique un exemple comparatif. Exemples 1 à 10 Exemple Composition Temps de'/2 vie Mousse Fdrainage F produite (mL) 1C 0,24% SLES 6 min (360s) 1300 1 1 2C 0,96% SLES 7 min 10 s (430 s) 1300 1 1 3 0,24% BET E40 > 4 h (:>14400s) 650 40 20 4 0,96% BET E40 > 17 h (>61200s) 800 >142 >87 0,24% BET 030 13 min (780s) 900 2,1 1,45 6 0,96% BET 030 1 h 28 min (5280s) 900 12,3 8,5 7C 0,24% BET C30 6 min 35s (395s) 1150 1,1 0,97 8C 0,96% BET C30 7 min 11 s (431s) 1100 1 0,84 9 0,24% Mélange 1 4h50 min (17400s) 950 48 35 0,96% Mélange 1 > 17 h 800 >142 >87 Les exemples 1 à 10 montrent que: - utilisés seuls les tensioactifs bétaïne de l'invention permettent d'obtenir une mousse à faible drainage. Un tensioactif bétaïne dont l'alkyl présente seulement 12 atomes de 15 carbone (BET C-30, comparatif) ne procure pas cet effet. - le compromis drainage/quantité de mousse est amélioré. 10 20 REVENDICATIONS 1. Utilisation dans une composition aqueuse moussante, comme agent moussant et agent de réduction du drainage de la mousse, d'un tensioactif bétaïne choisi parmi les suivants: - les alkylbétaïne de formule (I) suivante: R'-N+R2R3-CH2-COO- (I) - les alkylamidoalkylbétaïne de formule (II) suivante: R''-CO-NH-R4-WR2R3-CH2-000- (II), et - leurs mélanges et associations, où - R' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 16 à 24 atomes de carbone, - R'' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 15 à 23 atomes de carbone, - R4 représente un groupe alkyle divalent en C1-C4, le cas échéant substitué par un groupe hydroxyle, - R2 et R3, identiques ou différents, représentent un groupe alkyle en C1-C2, le cas échéant substitué par un groupe hydroxyle. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que: - la composition comprend éventuellement un agent moussant autre, différent du tensioactif bétaïne, - si la composition comprend un agent moussant autre, alors le rapport en poids entre le tensioactif bétaïne et l'agent moussant autre est supérieur à 4, de préférence à 5. 3. Utilisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la composition est exempte d'agent moussant autre. 4. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que: - R2 et R3 sont des groupes méthyle, et - R4 est le groupe -CH2-CH2-CH2-. 5. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que: - R' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 18 à 22 atomes de carbone, ou- R'' représente un groupe alkyle, linéaire ou branché, saturé ou insaturé, comprenant de 17 à 21 atomes de carbone. 6. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que: - le groupe R' ou le groupe R'' correspondent à un groupe oléyle ou érucyle. 7. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que - la composition moussante comprend de à 0,05 à 5%, de préférence de 0,1 à 2%, en poids du tensioactif bétaïne. 8. Utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition moussante est: - une composition comprenant un liant hydraulique, - une composition pour la fabrication de céramiques, - un fluide de forage, - une composition comprenant des composés susceptibles de générer un matériau polymérique éventuellement réticulé, - une composition de marquage de terrain, - une composition d'extinction de feux, - une composition de dépollution des eaux, ou - une composition de bain moussant, ou - une composition détergente. 9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la composition un liant hydraulique est une composition cimentaire ou une composition de plâtre pour l'obtention d'un matériau poreux et/ou léger et/ou réfractaire et/ou isolant. 10. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le fluide de forage et un fluide d'excavation de déblais mis en oeuvre dans des opérations de percement de tunnels. 11. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la composition détergente est une composition de nettoyage à la main de la vaisselle.