La présente invention se rapporte à un procédé de production d'un agent de dispersion ou dispersant.
En général, un agent de dispersion est efficace pour disperser dans l'eau l'huile ou de fines particules d'une substance solide. Cependant, la plupart des agents de dispersion connus précédemment provoquent une formation considérable de mousse par agitation au moment de la dispersion, ou entraînent de l'air dans le liquide de dispersion, ce qui incorporera dans le liquide de nombreuses mousses fines. Alors que cet effet de formation de mousse peut, dans certains cas, être efficacement utilisé, il devient très souvent la source de grands problèmes. Par exemple, une couche de mousses à la surface de liquides protège la phase liquide de l'atmosphère extérieure, ce qui empêche le liquide d'entrer en contact avec l'atmosphère extérieure et ce qui rend difficile l'observation de l'état de la surface du liquide.
En conséquence, ce phénomène de formation de mousse constitue un obstacle considérable au point de vue pratique. Un autre exemple d'inconvénient provenant de cette formation de mousse est que, dans le domaine de l'industrie des céramiques où une boue ou une pâte préparée en dispersant des particules de poudre d'une matière solide dans l'eau est utilisée, la couche de mousses créée à la surface du liquide dégrade l'aptitude au moulage de la boue ou de la matière pâteuse, ou bien les mousses créées par l'air entraîné dans la dispersion entraînent la formation d'articles moulés à porosité élevée, ce qui abaisse la résistance mécanique des produits conformés.
Dans ces circonstances, on a eu besoin depuis longtemps d'un agent de dispersion amélioré qui forme moins de mousse et qui possède une excellente aptitude à la dispersion.
C'est, en conséquence, un but de la présente invention de fournir un agent de dispersion amélioré ayant les propriétés idéales mentionnées ci-dessus et une large gamme d'utilités dans le domaine de diverses industries, en satisfaisant ainsi ce besoin longtemps ressenti.
A cet effet, le procédé selon la présente invention consistre
a) à traiter thermiquement des matières premières hydrocarbonées, à une température allant de 7000 C à 20000 C, pendant un temps compris entre 0,0001 seconde et 0,5 seconde;
b) à refroidir le composé aromatique polycyclique condensé résultant du traitement thermique;
c) à soumettre ce composé hydrocarboné aromatique polycyclique condensé à la sulfonation, et
d) à neutraliser la substance sulfonée pour produire son sel sulfonique.
La nature et les détails de la présente invention apparaîtront mieux d'après la description détaillée suivante de la présente invention, en relation avec ses exemples de réalisation préférés.
Les matières premières hydrocarbonées, du type pétrole ou charbon, utilisées pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention se réfèrent aux goudrons et aux poix obtenus à partir de composants distillés de pétrole brut, de gas oil, de kérosène, de naphte, d'huiles lourdes, d'asphalte, etc., ainsi que de charbon. Ces goudrons et ces poix, indépendamment de leurs variations de compositions par suite de leur origine, ou des différences de procédés de distillation, peuvent être transformés en hydrocarbures ayant la structure et la composition moléculaire exigées, et une aromaticité élevée.
D'une manière plus détaillée, ces matières premières hydrocarbonées donnent lieu à un changement chimique re marquabje lorsqu'on les soumet à un traitement thermique à température élevée. Alors que le mécanisme du changement chimique doit être encore complètement éclairci, les réactions principales sont une pyrolyse des hydrocarbures à température élevée, et une polycondensation des produits résultant de la pyrolyse. La substance goudronneuse liquide résultante ou la substance poisseuse solide ont une aromaticité extrêmement élevée, mais n'ont pas d'hydrocarbures aliphatiques.
De manière plus surprenante, par une sélection convenable des conditions de traitement thermique, il est toujours possible d'obtenir un produit fortement aromatique à propriétés extrêmement semblables malgré l'utilisation de diverses matières premières telles que celles décrites ci-dessus.
La condition de traitement thermique indiquée ci-dessus, permettant de légères différences selon la matière première à utiliser, consiste à chauffer la matière telle que, par exemple, des hydrocarbures du type pétrole, à une température allant de 7000 C à 20000 C, ou, de préférence, de 900( > C à 15000 C, pendant un temps de réaction allant de 0,0001 seconde à 0,5 seconde, ou, de préférence, de 0,005 seconde à 0,1 seconde, et puis à refroidir la matière chauffée par un procédé arbitraire. Dans le cas d'hydrocarbures du type charbon, le traitement thermique peut quelquefois être réalisé au même niveau de température que celui indiqué pour les hydrocarbures du type pétrole, avec un temps de réaction plus long que celui utilisé pour les premiers hydrocarbures.
Le produit résultant du traitement thermique est divisé en deux classes principales: les produits gazeux comprenant l'hydrogène, I'acétylène, les oléfines, etc., et les substances huileuses sont, en outre, séparées en fractions légères telles que du benzène, du toluène, etc., et en fractions lourdes telles que des goudrons.
On a trouvé que la substance goudronneuse ainsi obtenue, par analyse par chromatographie, spectre de résonance magnétique nucléaire, spectre d'absorption dans l'infrarouge, et d'autres analyses par instruments, était un mélange de diverses substances, c'est-à-dire un mélange de divers composés aromatiques polycycliques condensés ayant des poids moléculaires différents, dans lequel non seulement il n'y a pas de molécule hydrocarbonée aliphatique, mais aussi les chaînes latérales aliphatiques sont présentes à un très faible degré.
Ces mélanges d'hydrocarbures à forte aromaticité peuvent être utilisés tels quels comme matières premières, ou ils peuvent être utilisés sous la forme de fractions obtenues par n'importe quel expédient approprié tel que la distillation,
I'extraction par solvant, etc., ou bien le mélange de substances peut être utilisé après qu'il a été encore rendu plus lourd dans des conditions de chauffage appropriées allant de 3500 C à 6000 C.
Les composés hydrocarbonés à forte aromaticité sont alors sulfonés. La réaction de sulfonation peut être de n'importe quel genre qui est généralement connu à présent.
Par exemple, la sulfonation par l'acide sulfurique concentré, l'acide sulfurique fumant, I'acide chlorosulfonique, I'an- hydride sulfurique, etc., satisfait bien au présent but. Le degré de sulfonation peut être réglé de manière appropriée selon les conditions pour la sulfonation.
Le produit provenant de la réaction de sulfonation est alors neutralisé par une base organique ou minérale, telle que l'ammoniac, la soude caustique, la potasse caustique, la chaux, le phosphate de sodium, la triéthanolamine, la morpholine, etc. Le sel sulfonique des hydrocarbures aromatiques polycycliques condensés produit par la neutralisation peut être utilisé dans l'état où il est mélangé avec d'autres sels fournis sous forme de sous-produits durant la réaction de neutralisation, bien qu'il soit, bien sûr, possible de l'utiliser après séparation de ces sels formés en tant que sousproduits, selon la nécessité, ou bien il est possible d'utiliser le sel sulfonique du composé hydrocarboné aromatique polycyclique condensé avec addition de produits d'aide, tels que d'autres sels et un produit tensio-actif.
Le sel sulfonique de l'hydrocarbure aromatique polycyclique condensé ainsi obtenu possède la structure chimique particulière mentionnée ci-dessus et est utile comme agent de dispersion dans un grand nombre de domaines.
Par exemple, dans le domaine de la fabrication de réfractaires où l'on prépare de la pâte d'argile, de la boue d'argile, des produits pouvant être coulés, etc., si le produit de dispersion selon la présente invention est ajouté au mélange d'argile, non seulement sa manipulation est facilitée par suite du fait qu'il n'y a pas d'effet de formation de mousse, mais on peut également obtenir un corps conformé compact, à résistance mécanique augmentée. Le même résultat peut être aussi obtenu dans le cas du moulage d'articles en carhone avec de l'argile comme liant. Ce produit de dispersion est également utile pour aspirer de la boue au moment où l'on fait un forage souterrain pour l'extraction du pétrole, ou dans la préparation de boue pour le procédé de mise en circulation de boue dans les travaux de génie civil.
Dans le cas où l'on utilise comme dispersant pour préparer un mé- lange de ciment, il n'y a pas d'air entraîné dans le béton frais si bien que le béton cuit résultant conserve sa résistance mécanique exigée. De ce fait, I'agent de dispersion selon la présente invention est particulièrement avantageux pour obtenir un béton cuit à résistance mécanique élevée.
Alors que l'agent de dispersion obtenu par le présent procédé forme moins de mousse, on exige quelquefois, dans le cas de béton frais, par exemple, d'introduire de l'air dans le mélange de ciment afin d'augmenter l'aptitude au travail du béton cuit, ainsi que son aptitude à la durée d'utilisation vis-à-vis du gel et de la fusion, et, dans ce but, on ajoute de temps en temps un agent d'entraînement d'air.
Lorsque l'agent de dispersion obtenu par le présent procédé est utilisé en même temps que cet agent d'entraînement d'air, les effets des deux additifs agissent sur la matière mélangée et, de ce fait, le produit de dispersion est utile comme produit ayant un effet d'entraînement d'air.
Pour permettre aux personnes expérimentées dans ce domaine de la technique de mettre en pratique facilement la présente invention, on présente les exemples de réalisation suivants.
Exemple 1 :
Du naphte lourd a été soumis à un traitement thermique à 11000 C pendant 0,04 seconde dans un réacteur du type à chauffage interne, pour obtenir une substance gazeuse contenant de l'acétylène et de l'éthylène, en même temps qu'une substance goudronneuse.
Cette substance goudronneuse a été distillée à une température allant jusqu'à un niveau de 2500 C, sous une pression réduite de 5 mm Hg, pour obtenir un résidu formé de poix. Comme résultat de diverses analyses par des instruments, on a trouvé que la substance était un mélange de composés hydrocarbonés ayant diverses structures aromatiques polycycliques condensées.
30 g de poix ont été traités avec 40 g d'acide sulfurique concentré à une température de 800 C pendant 3 heures, après quoi ils ont été neutralisés en y ajoutant de la chaux, Ca(OH).,, précipités et filtrés. La substance filtrée a été encore concentrée et séchée pour obtenir 80 g de poudre de couleur marron foncé.
La matière poudreuse ainsi obtenue a été ajoutée en diverses quantités dans un mélange de ciment ayant la formulation telle que présentée dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
(formulation de mélange de ciment)
Quantité
Ingrédient (kg)
Ciment (marque Asano , produit de la société
dite Nippon Cement Co., Ltd.) ... 15,0
Gravier (tamis de 10 mm et au-dessus) . 41,2
Gravier (tamis de 10 mm et en dessous) .. 13,8
Sable (tamis de 0,6 mm et au-dessus) .. 23,3
Sable (tamis de 0,6 mm et en dessous) .. 15,7
Eau .. ........ ....... 9,2
Les résultats expérimentaux des mélanges de ciment, contenant diverses quantités du produit de dispersion selon la présente invention, sont tels que présentés dans le tableau 2 suivant, d'où l'on reconnaîtra que, avec une augmentation du présent agent de dispersion, on peut obtenir une remarquable aptitude à la réduction de la quantité d'eau, ce qui contribue à une augmentation de la résistance mécanique du ciment cuit.
Tableau 2
(Résultats expérimentaux de mélanges de ciment avec diverses quantités de l'agent de dispersion selon la présente invention)
EMI2.1
<tb> <SEP> Résistance
<tb> <SEP> Taux <SEP> de <SEP> réduction <SEP> à <SEP> la <SEP> compression
<tb> <SEP> Quantité <SEP> additive <SEP> de <SEP> l'addition <SEP> Quantité <SEP> d'air <SEP> (kg/cm2)***
<tb> <SEP> de <SEP> produit <SEP> de <SEP> dispersion <SEP> de <SEP> la <SEP> quantité <SEP> d'eau <SEP> entraîné <SEP> Abaissement <SEP> # <SEP>
<tb> Essai <SEP> N <SEP> (%) <SEP> (%)@ <SEP> <SEP> (%) <SEP> ** <SEP> (cm) <SEP> ** <SEP> 7e <SEP> jour <SEP> 8e <SEP> jour
<tb> <SEP> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2,1 <SEP> 18,1 <SEP> 127 <SEP> 247
<tb>
<SEP> 2 <SEP> 0,1 <SEP> 3,8 <SEP> 2,0 <SEP> 17,7 <SEP> 133 <SEP> 258
<tb> <SEP> 3 <SEP> 0,3 <SEP> 7,2 <SEP> 2,0 <SEP> 18,1 <SEP> 139 <SEP> 276
<tb> <SEP> 4 <SEP> 0,5 <SEP> 10,9 <SEP> 1,9 <SEP> 17,9 <SEP> 145 <SEP> 284
<tb> Notes: Pourcentage en poids par rapport au ciment.
Le taux est indiqué par rapport à la teneur en eau dans le mélange de ciment sans addition d'agent de disper-
sion selon la présente invention, en prenant la teneur en eau à la valeur 100.
*** La quantité d'entraînement d'air, l'abaissement et la résistance à la compression sont mesurés sur la base des
normes industrielles japonaises, c'est-à-dire JIS A-1128-1960 et JIS A-1108-1963.
Exemple 2:
30 g de poix sulfonée, ayant la même qualité que celle obtenue dans l'exemple 1, ont été neutralisés par de la soude pour obtenir 76 g de poudre marron foncé du sulfonate.
L'agent de dispersion ainsi obtenu a été ajouté suivant diverses quantités dans un mélange de ciment pour du béton à air entraîné, ayant la formulation telle que présentée dans le tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
(Formulation de mélange de ciment)
Quantité
Ingrédient (kg)
Ciment (ciment de Portland , produit par la
société dite Onoda Cement Co.) .. . 15,0
Gravier (tamis de 10 mm et au-dessus) . 44,1
Gravier (tamis de 10 mm et en dessous) .. 14,7
Sable (tamis de 0,6 mm et au-dessus) .. 22,3
Sable (tamis de 0,6 mm et en dessous) ... 15,0
Eau ... ... 8,3
Les résultats expérimentaux des mélanges de ciment contenant diverses quantités du produit de dispersion selon la présente invention sont tels que présentés dans le tableau 4 suivant, d'où l'on reconnaîtra que l'on pouvait obtenir un excellent effet d'entraînement d'air et un excellent effet de réduction de la quantité d'eau.
Exemple 3:
Du pétrole brut, originaire de Koweit, préchauffé jusqu'à 3000 C, a été envoyé sous forme atomisée, à un taux de 1 kg/h, dans de la vapeur d'eau à température élevée qui a été surchauffée jusqu'à approximativement 20000 C par un four à régénération, utilisant des galets en zircone comme moyen d'emmagasinage de chaleur, et il s'écoule à un taux de 5 kg/h.
On a amené l'huile de pétrole brut à entrer en contact avec la vapeur d'eau à température élevée, dans un intervalle de température allant de 1100o C à 12000 C pendant 0,06 seconde, et on a ultérieurement refroidi, de ce fait on a obtenu 700 litres/h de substance gazeuse et 450 g/h de substance goudronneuse.
Cette substance goudronneuse a été distillée sous pression réduite de 5 mm Hg et jusqu'à un niveau de température de 2000 C pour obtenir un résidu de poix en quantité égale à 230 g/h. On a reconnu que le résidu de poix, selon les mêmes analyses que celles conduites dans l'exemple 1 ci-dessus, était un mélange de composés hydrocarbonés ayant divers genres de structures aromatiques polycycliques condensées.
La poix a été sulfonée de la même manière que dans l'exemple 1 et puis neutralisée avec de la soude. Le sel de sodium de la poix sulfonée ainsi obtenu a été appliqué à une masse en alumine pouvant être coulée, pour obtenir les résultats tels que présentés dans le tableau 5 ci-dessous.
D'après les résultats présents, on comprendra que l'agent de dispersion selon la présente invention aide à réduire la quantité additive d'eau exigée pour régler la pâte pouvant être coulée, ainsi que pour réduire la porosité du produit écoulé et augmenter sa résistance mécanique.
Tableau (Résultat expérimentaux des mélanges de ciment avec diverses quatités de l'agent de dispersion selon la présente invention
EMI3.1
<SEP> Taux <SEP> de <SEP> réduction <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compresion
<tb> <SEP> Quantité <SEP> additive <SEP> de <SEP> l'addition <SEP> (Kg/cmê)
<tb> <SEP> de <SEP> produit <SEP> de <SEP> dispersion <SEP> de <SEP> la <SEP> quantité <SEP> d'eau <SEP> Quantité <SEP> d'air <SEP> #
<tb> Essai <SEP> No <SEP> (%) <SEP> (%) <SEP> entraîne <SEP> (%) <SEP> Abaissement <SEP> (%) <SEP> 7e <SEP> jour <SEP> 8e <SEP> jour
<tb> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> 7,2 <SEP> 179 <SEP> 335
<tb> 2 <SEP> 0,25 <SEP> - <SEP> 4,2 <SEP> 1,2 <SEP> 7,3 <SEP> 221 <SEP> 368
<tb> 3 <SEP> 0,35 <SEP> 0,006 <SEP> 15,7 <SEP> 5,3 <SEP> 7,5 <SEP> 246 <SEP> 394
<tb> 4 <SEP> 0,25 <SEP> 0,005 <SEP> 13,3 <SEP> 5,2 <SEP> 8,3 <SEP>
231 <SEP> 381
<tb> 5 <SEP> 0,15 <SEP> 0,004 <SEP> 10,8 <SEP> 4,2 <SEP> 8,3 <SEP> 233 <SEP> 397
<tb> Note: *** Produit tensio-actif non ionique fabriqué et vendu par la société dite Onoda Unilon Co., Japon, sous la marque déposé # Hi-Foam #.
La quantité additive du produit de dispersion et de l'agent d'entraînement d'air est basée sur le pourcentage en poids par rapport au ciment total.
Tableau 5
Pas Poix sulfonée ajoutée
d'addition (0,2 O/o en poids) Eau (O/o) . 16,5 13,0
Porosité ciao) . 32,4 29,3
Résistance à la compression (kg/cm2):
après cuisson .. 170 300
après séchage . 160 180
après cuisson avec chauffage .. 240 310
Notes: 1. Ingrédients
ciment d'alumine: 10 O/o en poids par rapport à l'agrégat.
- agrégat: sable de Schamotte.
2. Cuisson: à la température ambiante pendant 24 heures.
3. Séchage: à 105e C pendant 10 heures.
4. Cuisson avec chauffage: à 14000 C.
Exemple 4:
On a utilisé pour fabriquer des briques de graphite lié par de l'argile le même sel de sodium de poix sulfonée que celui obtenu dans l'exemple 3 ci-dessus.
On a trouvé que, lorsque le produit de dispersion obtenu par le procédé selon la présente invention était ajouté, la quantité d'eau à ajouter pour préparer la pâte pouvait être réduite, tout en maintenant encore une plasticité et une aptitude au travail de la pâte suffisantes, et le produit final, cuit par chauffage, possédait une excellente résistance mécanique, telle que présentée dans le tableau 6 ci-dessous.
Tableau 6
Pas Poix sulfonée ajoutée
d'addition (0,2 ouzo en poids) Eau ( /o) . 17,1 16,6
Porosité calo) . . . 25 23,7
Rétrécissement durant le chauffage calo) .. 3,82 3,75
Résistance à la compression (kg/cm2):
après séchage 295 354