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EP0999890B1 - Method for preparing concentrated and emulsions calibrated in a highly viscous phase, in particular bitumen emulsions - Google Patents

Method for preparing concentrated and emulsions calibrated in a highly viscous phase, in particular bitumen emulsions Download PDF

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Publication number
EP0999890B1
EP0999890B1 EP98941475A EP98941475A EP0999890B1 EP 0999890 B1 EP0999890 B1 EP 0999890B1 EP 98941475 A EP98941475 A EP 98941475A EP 98941475 A EP98941475 A EP 98941475A EP 0999890 B1 EP0999890 B1 EP 0999890B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase
bitumen
emulsion
less
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98941475A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0999890A1 (en
Inventor
Fernando Leal Calderon
Jérôme Bibette
Florence Guimberteau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP0999890A1 publication Critical patent/EP0999890A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0999890B1 publication Critical patent/EP0999890B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/47Mixing liquids with liquids; Emulsifying involving high-viscosity liquids, e.g. asphalt
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S516/00Colloid systems and wetting agents; subcombinations thereof; processes of
    • Y10S516/924Significant dispersive or manipulative operation or step in making or stabilizing colloid system
    • Y10S516/928Mixing combined with non-mixing operation or step, successively or simultaneously, e.g. heating, cooling, ph change, ageing, milling

Definitions

  • the subject of the present invention is a method of emulsification a hydrophobic or viscous hydrophilic phase, in particular useful for preparing concentrated and calibrated bitumen emulsions and also relates to emulsions thus obtained.
  • the emulsification mode according to the invention is original in that it allows the production of "water in oil” type emulsions or "oil in water” very concentrated by directly mixing the two phases in laminar shear regime. It therefore clearly differs from the processes conventional emulsification, like the one mentioned above, which operate in turbulent regime. It is also distinguished from emulsification techniques by classical laminar regime which proceed by progressive incorporation of a first phase to be emulsified in a second phase or vice versa.
  • the size of the droplets of the first phase decreases when the shear rate and / or the surfactant concentration increase.
  • the inventors have thus demonstrated that it was possible to adjust the droplet size of the first phase by controlling the amount of the second phase introduced to prepare the emulsion.
  • the size of droplets do not evolve monotonically with the quantity of the second phase: the size first decreases then increases when the quantity of the second phase increases.
  • the shear applied to the mixture is a laminar shear and is therefore adjusted so that the stirring mobile rotates at low speed.
  • This scheme is characterized in that it has a low Reynolds number.
  • the stirring speed varies between 100 and 1000 revolutions per minute (corresponding to a shear rate of between approximately 250 and 2500 s -1 ) and more preferably is of the order of 400 to 500 revolutions per minute (correspond to a shear rate of approximately 1000 s -1 ). It is in fact adapted so as to transform very quickly, that is to say within a period of a few seconds to a few tens of seconds, the mixture, into the expected emulsion.
  • hydrophobic materials such as in particular rosin esters (adhesive industry), lanolin (cosmetics), bitumens, waxes (cosmetics, cleaning products ...), low molecular weight polybutadienes or hydrophilic compounds like in particular polyethylene glycol, sugars, gelatins (agar-agar, carrageenans, ...) (food industry, pharmacy) and their mixtures.
  • the second phase it can be either aqueous or oily.
  • this oil can be either mineral, vegetable or animal.
  • mineral oil it is possible in particular offer parrafinic, naphthenic oils or their mixtures.
  • the method according to the invention is very particularly useful for prepare aqueous bitumen emulsions.
  • a particular embodiment of the invention therefore aims application of the claimed process to the preparation of a bitumen emulsion concentrated and calibrated.
  • This process includes the steps of heating bitumen, up to a temperature of 95 ° C, is mixed in a reactor and at atmospheric pressure, with 5% by weight of water and 0.5% to 1.5% in weight of a surfactant relative to the weight of the bitumen and to be applied to said mixture thus obtained, a shear rate so as to form said emulsion which is recovers.
  • bitumen with a penetration index of 90/100 * 100 grams of bitumen with a penetration index of 90/100 * are heated to a temperature of the order of 100 ° C.
  • An aqueous solution of tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB) of variable concentration is prepared.
  • the heated bitumen is poured onto the aqueous solution and the whole is kneaded for a few seconds using a flexible grid, at 400 revolutions per minute (1000 s -1 ), in a 10 cm reactor. of diameter.
  • the emulsion obtained almost instantaneously, is characterized in terms of droplet diameter.
  • the finest emulsion is obtained for a constant amount of water around 5 grams per 100 grams of bitumen
  • the minimum size of droplet thus obtained can also be reduced by increasing the amount of surfactant.
  • the minimum diameter is increased to 0.8 microns against 2 microns with 0.75 grams of TTAB.
  • a characterization of the process yield according to the mass of TTAB introduced shows that the maximum efficiency is almost reached for this maximum amount of TTAB. More specifically, this result is obtained by posing the yield as the ratio of the mass of surfactants, present at the interfaces, on the total mass of surfactants introduced. The mass of surfactants, present at the interfaces, is simply deduced by a measurement of the residual amount of surfactants, present in the second phase after dilution controlled. The graph in Figure 4 shows this relationship as a function of the total mass introduced into the 5.5 grams of water necessary to emulsify 100 grams of bitumen.
  • the viscous hydrophilic phase to be dispersed is a aqueous mixture containing 44% polyethylene glycol PEG 35000, the surfactant is Span 80® (sorbitan monooleate, marketed by Sigma), present at a rate of 1.5 g per 100 g of the phase to be dispersed and the continuous phase is dodecane.
  • the surfactant is Span 80® (sorbitan monooleate, marketed by Sigma), present at a rate of 1.5 g per 100 g of the phase to be dispersed and the continuous phase is dodecane.
  • a centered average size is noted around 2 microns with a polydispersity close to 30%.
  • the control emulsion has a significantly larger mean droplet diameter at namely 5 microns and a polydispersity not in accordance with the invention, that is to say significantly higher than 40%.

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Description

La présente invention a pour objet un procédé de mise en émulsion d'une phase hydrophobe ou hydrophile visqueuse, notamment utile pour préparer des émulsions concentrées et calibrées en bitume et se rapporte également aux émulsions ainsi obtenues.The subject of the present invention is a method of emulsification a hydrophobic or viscous hydrophilic phase, in particular useful for preparing concentrated and calibrated bitumen emulsions and also relates to emulsions thus obtained.

Des émulsions, concentrées en composés(s) hydrophobe(s) très visqueux, sont notamment mises en oeuvre dans le domaine des revêtements comme par exemple dans l'industrie routière. En effet, les émulsions représentent une alternative séduisante au problème de l'étalement du bitume sur les chaussées. Dans la technique traditionnelle, le bitume pur est mis en oeuvre à chaud ce qui s'avère coûteux et peut être dangereux pour le personnel de chantier. Lorsque le bitume est mis en émulsion dans l'eau, le matériau obtenu est parfaitement fluide à température ambiante ce qui permet sa mise en oeuvre sans difficulté. Sous l'effet de l'évaporation et du draínage de l'eau, on obtient après quelques heures un film homogène de bitume. Les émulsions concentrées en composés hydrophobes très visqueux sont également utilisées dans l'industrie des adhésifs via les colles en émulsion à base d'esters de colophane. Les émulsions, concentrées en composé(s) hydrophile(s) visqueux, sont pour leur part, plus particulièrement employées dans les industries alimentaire et pharmaceutique.Emulsions, concentrated in very hydrophobic compound (s) viscous, are used in particular in the field of coatings like for example in the road industry. Indeed, emulsions represent an attractive alternative to the problem of spreading bitumen on pavements. In the traditional technique, pure bitumen is implemented hot which is expensive and can be dangerous for site personnel. When the bitumen is emulsified in water, the material obtained is perfectly fluid at ambient temperature which allows its implementation without difficulty. Under the influence of evaporation and drainage of the water, a film is obtained after a few hours homogeneous bitumen. Emulsions concentrated in very hydrophobic compounds viscous are also used in the adhesive industry via glues in emulsion based on rosin esters. Emulsions, concentrated in compound (s) viscous hydrophilic (s), for their part, are more particularly used in the food and pharmaceutical industries.

Toutefois, les techniques, dont on dispose aujourd'hui, pour préparer ce type d'émulsions nécessitent dans la plupart des cas des températures élevées, de hautes pressions et/ou des vitesses de cisaillement élevées.However, the techniques, which we have today, to prepare in most cases, this type of emulsion requires high temperatures, high pressures and / or high shear rates.

Ainsi, si l'on considère le cas particulier du bitume, les émulsions correspondantes sont actuellement préparées par injection a chaud. En général, le bitume est chauffé à une température supérieure à 120°C et la phase continue, généralement l'eau, est quand à elle chauffée aux alentours de 60°C. Le mélange du bitume et de la phase aqueuse est injecté dans une turbine sous très haute vitesse d'agitation, de l'ordre de 5 000 tours par minute et sous une pression pouvant aller jusqu'à 3 atmosphères. A l'issue d'un tel traitement, on obtient généralement des émulsions de bitume possédant une concentration ne dépassant pas 70 % en poids de bitume, une taille moyenne de gouttelettes importance (typiquement supérieur à 5 micromètres) et une polydispersité également élevée. So, if we consider the particular case of bitumen, the emulsions are currently being prepared by hot injection. In general, the bitumen is heated to a temperature above 120 ° C and the phase continues, generally the water is heated to around 60 ° C. The mixture of bitumen and the aqueous phase is injected into a turbine at very high speed agitation, of the order of 5,000 revolutions per minute and at a pressure which can range up to 3 atmospheres. At the end of such a treatment, one generally obtains bitumen emulsions with a concentration not exceeding 70% by weight bitumen, an average size of small droplets (typically greater than 5 micrometers) and an equally high polydispersity.

Ce type de procédé présente donc plusieurs inconvénients.This type of process therefore has several drawbacks.

En particulier, les procédés conventionnels ne permettent pas de préparer des émulsions concentrées au-delà de 70 % en bitume. Or, certaines applications spécifiques requièrent sur le plan de la maniupulation des émulsions concentrées à plus de 90 % en bitume. C'est par exemple le cas des mastics utilisés pour les travaux d'étanchéité (protection des batiments, des pipelines, des dessous de voitures).In particular, conventional methods do not allow prepare emulsions concentrated above 70% in bitumen. However, some specific applications require in terms of handling emulsions more than 90% concentrated in bitumen. This is for example the case of sealants used for waterproofing works (protection of buildings, pipelines, undersides of cars).

Enfin, les émulsions de bitume actuellement disponibles ne donnent pas satisfaction en terme de monodispersité. La taille des gouttelettes de bitume présentes dans ces émulsions est généralement supérieure à 5 microns et très hétérogène. La stabilité au stockage et la rupture de ce type d'émulsion s'avèrent difficilement contrôlables et les revêtements qui en découlent, insuffisamment homogènes. Il est clair que ceci est préjudiciable au niveau de la mise en oeuvre des émulsions et de la qualité mécanique finale des revêtements correspondants.Finally, the bitumen emulsions currently available do not give not satisfaction in terms of monodispersity. Bitumen droplet size present in these emulsions is generally greater than 5 microns and very heterogeneous. Storage stability and rupture of this type of emulsion are found difficult to control and the coatings which result therefrom, insufficiently homogeneous. It is clear that this is detrimental in terms of the implementation of the emulsions and the final mechanical quality of the corresponding coatings.

La présente invention a précisément pour objet de proposer un procédé permettant de préparer des émulsions qui soient concentrées en une phase très visqueuse comme le bitume et également calibréesThe object of the present invention is precisely to propose a process for preparing emulsions which are concentrated in one phase very viscous like bitumen and also calibrated

En particulier, elle repose sur la mise en évidence que le mélange direct d'une phase très visqueuse, c'est à dire possédant au moment de l'émulsification une viscosité comprise entre 1 et 5000 Pa.s, avec une phase qui lui est non miscible, en présence d'un agent tensioactif, conduit sous faible cisaillement et dans un temps très réduit à une pâte viscoélastique (lui s'avère avantageusement dotée des spécificités d'une émulsion.In particular, it is based on the demonstration that the mixture direct from a very viscous phase, i.e. having at the time of emulsification a viscosity between 1 and 5000 Pa.s, with a phase which is immiscible, in the presence of a surfactant, conducted under low shear and in a very short time to a viscoelastic paste (advantageously turns out to be with the specifics of an emulsion.

Plus précisément, le mode d'émulsification selon l'invention est original en ce qu'il permet de fabriquer des émulsions de type "eau dans huile" ou "huile dans eau" très concentrées en mélangeant directement les deux phases en régime de cisaillement laminaire. Il se différencie donc clairement des procédés d'émulsification conventionnels, comme celui évoqué précédemment, qui opèrent en régime turbulent. Il se distingue également des techniques d'émulsification en régime laminaire classiques qui procèdent par incorporation progressive d'une première phase à émulsionner dans une seconde phase ou inversement. More specifically, the emulsification mode according to the invention is original in that it allows the production of "water in oil" type emulsions or "oil in water" very concentrated by directly mixing the two phases in laminar shear regime. It therefore clearly differs from the processes conventional emulsification, like the one mentioned above, which operate in turbulent regime. It is also distinguished from emulsification techniques by classical laminar regime which proceed by progressive incorporation of a first phase to be emulsified in a second phase or vice versa.

La présente invention a donc pour premier objet un procédé utile pour émulsionner une première phase hydrophobe ou hydrophile et de viscosité comprise entre 1 et 5 000 Pa.s ou supérieure avec une seconde phase non miscible à ladite première phase caractérisé en ce qu'il met en oeuvre:

  • le cas échéant, un traitement préalable de ladite première phase à émulsionner de manière à ajuster sa viscosité à une valeur inférieure à 5 000 Pa.s.,
  • l'addition en une seule fois, de ladite phase à une seconde phase non miscible avec ladite première phase, en présence d'au moins un agent tensioactif et
  • leur mélange sous cisaillement en régime laminaire jusqu'à obtention d'une émulsion stable et dans laquelle ladite première phase est présente à raison de 75 à 95% en poids. L'émulsion obtenue à l'issue du procédé revendiqué a en fait l'aspect d'une pâte viscoélastique Avantageusement, elle s'avère redispersable malgré une concentration élevée en l'une de ses phases. Elle peut donc être diluée de manière à adapter la concentration de l'émulsion finale aux exigences de l'application envisagée.Outre une concentration élevée en l'une de ses phases, l'émulsion obtenue selon l'invention possède une distribution granulométrique très resserrée et le diamètre moyen de ses gouttelettes peut être aisément contrôlé par l'intermédiaire de la vitesse de cisaillement ou par l'intermédiaire des paramètres de formulation et plus particulièrement la concentration en la seconde phase dite encore phase diluante.A cet égard, la présente invention a également pour objet un procédé utile pour préparer une émulsion concentrée et calibrée en une phase hydrophobe ou hydrophile et de viscosité comprise entre 1 et 5 000 Pa. s ou supérieure comprenant
  • le cas échéant, un traitement préalable, de ladite phase à émulsionner de manière à ajuster sa viscosité à une valeur inférieure à 5 000 Pa.s,
  • l'addition en une seule fois de ladite phase à une seconde phase, non miscible avec ladite première phase, en présence d'au moins un agent tensioactif et
  • leur mélange sous cisaillement en régime laminaire jusqu'à obtention d'une émulsion stable et dans laquelle ladite première phase est présente à raison de 75 à 95% en poids, caractérisé en ce que la taille des gouttelettes de ladite première phase est contrôlée au sein de ladite émulsion par ajustement de la concentration en la seconde phase pour un taux de cisaillement et une concentration en agent tensioactif donnés.
The present invention therefore has for first object a process useful for emulsifying a first hydrophobic or hydrophilic phase and of viscosity between 1 and 5000 Pa.s or higher with a second phase immiscible with said first phase characterized in that it provides in action:
  • where appropriate, a preliminary treatment of said first phase to be emulsified so as to adjust its viscosity to a value less than 5,000 Pa.s.,
  • the addition at one time, of said phase to a second phase immiscible with said first phase, in the presence of at least one surfactant and
  • mixing them under shear in a laminar regime until a stable emulsion is obtained and in which said first phase is present at a rate of 75 to 95% by weight. The emulsion obtained at the end of the claimed process in fact has the appearance of a viscoelastic paste. Advantageously, it turns out to be redispersible despite a high concentration in one of its phases. It can therefore be diluted so as to adapt the concentration of the final emulsion to the requirements of the intended application. In addition to a high concentration in one of its phases, the emulsion obtained according to the invention has a very tight particle size distribution. and the average diameter of its droplets can be easily controlled via the shear rate or via the formulation parameters and more particularly the concentration of the second phase, also known as diluent phase. In this regard, the present invention also relates to a process useful for preparing a concentrated and calibrated emulsion in a hydrophobic or hydrophilic phase and of viscosity between 1 and 5000 Pa. s or higher comprising
  • where appropriate, a preliminary treatment of said phase to be emulsified so as to adjust its viscosity to a value less than 5,000 Pa.s,
  • the addition at one time of said phase to a second phase, immiscible with said first phase, in the presence of at least one surfactant and
  • mixing them under shear in a laminar regime until a stable emulsion is obtained and in which said first phase is present at a rate of 75 to 95% by weight, characterized in that the size of the droplets of said first phase is controlled within of said emulsion by adjusting the concentration in the second phase for a given shear rate and a concentration of surfactant.

En règle générale, la taille des gouttelettes de la première phase diminue lorsque la vitesse de cisaillement et/ou la concentration de tensioactif augmentent. De manière inattendue, les inventeurs ont ainsi mis en évidence qu'il était possible d'ajuster la taille des gouttelettes de la première phase en contrôlant la quantité de la seconde phase introduite pour préparer l'émulsion. La taille des gouttelettes n'évolue pas de façon monotone avec la quantité de la seconde phase : la taille d'abord diminue puis augmente lorsque la quantité de la seconde phase augmente.As a rule, the size of the droplets of the first phase decreases when the shear rate and / or the surfactant concentration increase. Unexpectedly, the inventors have thus demonstrated that it was possible to adjust the droplet size of the first phase by controlling the amount of the second phase introduced to prepare the emulsion. The size of droplets do not evolve monotonically with the quantity of the second phase: the size first decreases then increases when the quantity of the second phase increases.

Selon ce mode particulier de l'invention, il s'avère ainsi possible d'obtenir une emulsion possédant un diamètre moyen de gouttelettes minimal, c'est-à-dire inférieur à 2 microns, pour une quantité optimale de cette seconde phase. L'appréciation de ce volume critique de la seconde phase dépend en fait de la nature chimique de ladite première phase visqueuse à émulsionner. Pour une quantité déterminée de la première phase à émulsionner, on établit l'évolution (à vitesse d'agitation fixée) du diamètre moyen des gouttelettes, obtenues lors de son émulsification, pour des quantités variables en seconde phase. Le volume critique est le volume pour lequel le diamètre des gouttelettes est minimal. Cette appréciation du volume critique est bien entendu réalisée pour un taux de cisaillement et une concentration en agent tensioactif donnés.According to this particular mode of the invention, it thus turns out to be possible to obtain an emulsion having a minimum average droplet diameter, that is to say less than 2 microns, for an optimal amount of this second phase. The appreciation of this critical volume of the second phase in fact depends on the chemical nature of said first viscous phase at emulsify. For a determined quantity of the first phase to be emulsified, we establishes the evolution (at fixed stirring speed) of the average diameter of the droplets, obtained during its emulsification, for variable quantities in the second phase. The critical volume is the volume for which the diameter of the droplets is minimal. This appreciation of the critical volume is of course carried out for a shear rate and a concentration of surfactant given.

L'émulsion possède un diamètre moyen de gouttelettes inférieur à 2 microns soit une taille relativement plus réduite à celle obtenue selon les procédés d'émulsification classiques. En ce qui concerne la polydispersité, elle est inférieure à 40 % contre par exemple plus de 100 % pour les émulsions classiques de bitume. Cette polydispersité est exprimée selon le granulomètre Laser Coulter LS 230 et correspond à l'écart-type de la distribution divisé par le diamètre moyen obtenu (Documentation Coulter LS 230 page B-5).The emulsion has an average droplet diameter less than 2 microns or a relatively smaller size than that obtained according to conventional emulsification processes. Regarding polydispersity, it is less than 40% against for example more than 100% for emulsions bitumen classics. This polydispersity is expressed according to the Laser granulometer Coulter LS 230 and corresponds to the standard deviation of the distribution divided by the diameter means obtained (Coulter LS 230 Documentation page B-5).

Le cisaillement appliqué au mélange est un cisaillement laminaire et est donc ajusté de manière à ce que le mobile d'agitation tourne à faible vitesse. Ce régime est caractérisé en ce qu'il possède un faible nombre de Reynolds.The shear applied to the mixture is a laminar shear and is therefore adjusted so that the stirring mobile rotates at low speed. This scheme is characterized in that it has a low Reynolds number.

En mécanique des fluides, les régimes d'écoulement sont généralement caractérisés par rapport à un nombre adimensionnel dit nombre de Reynolds défini par Re = ρ ν L/η où

  • ρ est la masse volumique moyenne,
  • ν est la vitesse d'écoulement assimilable dans le cas de la présente invention à la vitesse du mobile d'agitation,
  • L est une longueur caractéristique assimilable dans le procédé revendiqué, à l'entrefer entre le mobile d'agitation et la paroi du réacteur, et
  • η est la viscosité moyenne de l'émulsion.
  • In fluid mechanics, the flow regimes are generally characterized with respect to an adimensional number called Reynolds number defined by Re = ρ ν L / η where
  • ρ is the average density,
  • ν is the flow speed which can be assimilated in the case of the present invention to the speed of the stirring mobile,
  • L is a characteristic length which can be assimilated in the claimed process, to the air gap between the agitation mobile and the wall of the reactor, and
  • η is the average viscosity of the emulsion.
  • Au sens de l'invention, le régime laminaire est caractérisé en ce qu'il possède un faible nombre de Reynolds, inférieur à environ 1 000. Au delà de cette valeur, le régime devient turbulent.Within the meaning of the invention, the laminar regime is characterized in that it has a low Reynolds number, less than about 1,000. Beyond this value, the regime becomes turbulent.

    A titre illustratif, si l'on considère dans le procédé revendiqué des valeurs de ρ de 1 000 kg/m3, ν de 0,3 ms-1 (vitesse circonférentielle d'un mobile de rayon 5 cm et tournant à une vitesse de 500 tours/minute), L de 0,002 m et η de 10 Pa.s (viscosité caractéristique, à la vitesse de cisaillement appliquée, d'une émulsion dans laquelle l'une des phases est présente à raison de 90 % en poids), on trouve un nombre de Reynolds, Re de 0,06 ce qui montre clairement que le régime de cisaillement appliqué aux émulsions est laminaire.By way of illustration, if we consider in the claimed process values of ρ of 1000 kg / m 3 , ν of 0.3 ms -1 (circumferential speed of a mobile of radius 5 cm and rotating at a speed of 500 revolutions / minute), L of 0.002 m and η of 10 Pa.s (characteristic viscosity, at the applied shear speed, of an emulsion in which one of the phases is present at a rate of 90% by weight), there is a Reynolds number, Re of 0.06 which clearly shows that the shear regime applied to the emulsions is laminar.

    Dans le cas d'un procédé classique réalisé dans un réacteur industriel, mettant en oeuvre des valeurs de ρ de 1 000 kg/m3, ν de 30 ms-1 (vitesse circonférentielle d'un cylindre de rayon 0, 5 m et tournant à une vitesse de 5 000 tours/minute), L de 0,001 m et η de 10-2 Pa.s (viscosité caractéristique, à la vitesse de cisaillement appliquée, d'une émulsion dans laquelle l'une des phases est présente à raison de 60 % en poids) on trouve en revanche un nombre de Reynolds, Re, de 3 000 correspondant à un régime turbulent.In the case of a conventional process carried out in an industrial reactor, using values of ρ of 1000 kg / m 3 , ν of 30 ms -1 (circumferential speed of a cylinder of radius 0, 5 m and rotating at a speed of 5000 revolutions / minute), L of 0.001 m and η of 10 -2 Pa.s (characteristic viscosity, at the applied shear speed, of an emulsion in which one of the phases is present in the right proportion 60% by weight), on the other hand, there is a Reynolds number, Re, of 3000 corresponding to a turbulent regime.

    De préférence, la vitesse d'agitation varie entre 100 et 1 000 tours par minute (correspondant à un taux de cisaillement compris entre environ 250 et 2 500 s-1) et plus préférentiellement est de l'ordre de 400 à 500 tours par minute (correspondent à un taux de cisaillement d'environ 1 000 s-1). Elle est en fait adaptée de manière à transformer très rapidement, c'est-à-dire dans un délai de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, le mélange, en l'émulsion attendue.Preferably, the stirring speed varies between 100 and 1000 revolutions per minute (corresponding to a shear rate of between approximately 250 and 2500 s -1 ) and more preferably is of the order of 400 to 500 revolutions per minute (correspond to a shear rate of approximately 1000 s -1 ). It is in fact adapted so as to transform very quickly, that is to say within a period of a few seconds to a few tens of seconds, the mixture, into the expected emulsion.

    A cet effet, le système d'agitation est choisi de manière à assurer à la fois l'homogénéisation et le cisaillement du mélange. Ainsi des agitateurs tels que des grilles souples, hélices, agitateurs à pâles sont particulièrement adaptés dans le cadre de la présente invention.To this end, the stirring system is chosen so as to ensure that the both the homogenization and the shear of the mixture. So agitators such as flexible grids, propellers, paddles are particularly suitable in the part of the present invention.

    Préférentiellement l'émulsification s'effectue à température et pression ambiantes. Toutefois certains composés dont la viscosité est supérieure à 5 000 Pa.s doivent être traités et de préférence par chauffage de manière à réduire leur viscosité. Pour éviter l'ébullition de la seconde phase, sous l'effet de la chaleur apportée par la première phase visqueuse préalablement chauffée, il peut être nécessaire de travailler à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Les conditions de température et de pression optimales seront determinées par l'homme de l'art par de simples opérations de routine.Preferably, the emulsification takes place at temperature and ambient pressure. However, certain compounds whose viscosity is greater than 5 000 Pa.s must be treated and preferably by heating in order to reduce their viscosity. To avoid the boiling of the second phase, under the effect of heat brought by the first viscous phase previously heated, it can be necessary to work at a pressure higher than atmospheric pressure. The optimal temperature and pressure conditions will be determined by humans of art through simple routine operations.

    Au sens de l'invention ladite première phase hydrophobe ou hydrophile est ou comprend au moins un composé hydrophobe ou hydrophile. Par exemple, elle peut comprendre un mélange de plusieurs composés à caractère soit hydrophile soit hydrophobe et sous une forme diluée ou non.Within the meaning of the invention, said first hydrophobic phase or hydrophilic is or comprises at least one hydrophobic or hydrophilic compound. Through example, it may include a mixture of several compounds having either hydrophilic is hydrophobic and in a diluted form or not.

    Cette phase hydrophobe ou hydrophile est dans tous les cas caractérisée par une viscosité très importance, de l'ordre de 1 à 5 000 Pa.s ou supérieure. Elle a l'aspect d'un liquide très visqueux, donc particulièrement difficile à émulsionner.This hydrophobic or hydrophilic phase is in all cases characterized by a very high viscosity, of the order of 1 to 5,000 Pa.s or higher. It has the appearance of a very viscous liquid, therefore particularly difficult to emulsify.

    A titre illustratif des composés susceptibles d'être dispersés selon l'invention, on peut tout particulièrement citer des matériaux hydrophobes comme notamment les esters de colophane (industrie des adhésifs), la lanoline (cosmétique), les bitumes, les cires (cosmétiques, produits d'entretien...), les polybutadiènes de faibles masses moléculaires ou des composés hydrophiles comme notamment les polyéthylènes glycol, les sucres, les gélatines (agar-agar, carraghénanes, ...) (industrie alimentaire, pharmacie) et leurs mélanges.By way of illustration of the compounds capable of being dispersed according to the invention, mention may very particularly be made of hydrophobic materials such as in particular rosin esters (adhesive industry), lanolin (cosmetics), bitumens, waxes (cosmetics, cleaning products ...), low molecular weight polybutadienes or hydrophilic compounds like in particular polyethylene glycol, sugars, gelatins (agar-agar, carrageenans, ...) (food industry, pharmacy) and their mixtures.

    Certaines des phases hydrophobes ou hydrophiles correspondantes possédant à température ambiante, une viscosité importante notamment supérieure à 5 000 Pa.s, il s'avère nécessaire d'abaisser leur viscosité à une valeur inférieure à 5 000 Pa.s pour leur conférer au préalable une fluidité propice à leur mélange ultérieur avec ladite seconde phase. Comme explicité précédemment, on applique alors à ladite première phase un prétraitement consistant de préférence en une opération de chauffage combinée, le cas échéant, à une agitation mécanique (homogénéisation plus rapide de la température au sein de la phase visqueuse). En fait, ce chauffage s'avère plus particulièrement nécessaire lorsque ladite première phase possède une viscosité à température ambiante telle qu'elle s'oppose à son écoulement et/ou son pompage. A cet égard, il convient de prévenir toute déstabilisation de l'émulsion obtenue, susceptible d'être provoquée par l'évaporation de la seconde phase. Dans ce cas particulier, la pâte viscoélastique obtenue pourra être diluée dans les heures qui suivent sa préparation et de préférence immédiatement après sa préparation de façon à limiter les instabilités (coalescence) pouvant résulter de l'évaporation.Some of the corresponding hydrophobic or hydrophilic phases having at room temperature a high viscosity, in particular a higher viscosity at 5000 Pa.s, it becomes necessary to lower their viscosity to a value below 5,000 Pa.s to give them beforehand a fluidity conducive to their mixing subsequent with said second phase. As explained above, we apply then in said first phase a pretreatment preferably consisting of a heating operation combined, if necessary, with mechanical agitation (faster homogenization of the temperature within the viscous phase). In done, this heating is more particularly necessary when said first phase has a viscosity at room temperature such that it opposes its flow and / or pumping. In this regard, any destabilization of the emulsion obtained, which may be caused by evaporation of the second phase. In this particular case, the viscoelastic paste obtained may be diluted within hours of preparation and preferably immediately after its preparation in order to limit instabilities (coalescence) which may result from evaporation.

    En ce qui concerne la seconde phase, elle peut être soit aqueuse soit huileuse. Dans le cas où il s'agit d'une huile, cette huile peut être indifféremment minérale, végétale ou animale. A titre d'huile minérale on peut en particulier proposer les huiles parrafiniques, naphténiques ou leurs mélanges.As regards the second phase, it can be either aqueous or oily. In the case of an oil, this oil can be either mineral, vegetable or animal. As mineral oil, it is possible in particular offer parrafinic, naphthenic oils or their mixtures.

    Les tensioactifs mis en oeuvre selon l'invention peuvent être choisis parmi toutes les catégories de tensioactifs (anioniques, cationiques, non ioniques, amphotères...). Ils peuvent être choisis parmi les tensioactifs conventionnellement mis en oeuvre dans les procédés d'émulsification, de ladite première phase considérée. Ils sont bien entendu sélectionnés en tenant compte du type d'émulsion, phase hydrophobe visqueuse dans phase aqueuse ou phase hydrophile visqueuse dans phase huileuse, qu'il est envisagée de préparer selon l'invention. C'est ainsi que pour obtenir des émulsions de type eau dans huile, on choisit des agents tensioactifs possédant une balance hydrophile /lipophile (HLB) inférieure à 7 et pour des émulsions de type huile dans eau, des agents tensioactifs de HLB supérieure à 14.The surfactants used according to the invention can be chosen among all categories of surfactants (anionic, cationic, nonionic, amphoteric ...). They can be chosen from surfactants conventionally implemented in the emulsification processes, of said first phase considered. They are of course selected taking into account the type of emulsion, viscous hydrophobic phase in aqueous phase or viscous hydrophilic phase in the oily phase, which it is envisaged to prepare according to the invention. Therefore to obtain water-in-oil type emulsions, surfactants are chosen with a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) of less than 7 and for oil-in-water type emulsions, HLB surfactants greater than 14.

    Le terme "HLB" (Hydrophilic Lipophilic Balance) désigne le rapport de l'hydrophilie des groupements polaires des molécules de tensioactifs à l'hydrophobie de la partie lipophile de ces mêmes molécules ; il s'agit d'un terme couramment utilisé dans le domaine des agents de surface (voir le Traité "Techniques de l'ingénieur", chapitre A7610 "Les agents de surface".The term "HLB" (Hydrophilic Lipophilic Balance) refers to the ratio hydrophilicity of polar groups of surfactant molecules to the hydrophobicity of the lipophilic part of these same molecules; it is a term commonly used in the field of surfactants (see Treaty "Engineering techniques", chapter A7610 "Surfactants".

    Avantageusement, on prendra soin de solubiliser préalablement les agents tensioactifs dans la seconde phase afin d'éviter d'éventuels problèmes de cinétique de solubilisation. Les agents tensioactifs sont mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention à une quantité réduite et de préférence variant entre 0,5 % et 5 % en poids exprimé par rapport au poids de ladite première phase hydrophobe ou hydrophile à émulsionner de manière à rentabiliser au maximum la quantité de tensioactif. Le rendement en tensioactif est défini comme étant le rapport de la quantité en tensioactif nécessaire pour couvrir les gouttelettes dispersées sur la quantité totale de tensioactif mise en oeuvre.Advantageously, care will be taken to dissolve the surfactants in the second phase in order to avoid possible problems of kinetics of solubilization. Surfactants are used in the process according to the invention in a reduced amount and preferably varying between 0.5% and 5% by weight expressed relative to the weight of said first hydrophobic phase or hydrophilic to be emulsified so as to make the most of the amount of surfactant. The surfactant yield is defined as the ratio of the amount of surfactant necessary to cover the droplets dispersed on the total amount of surfactant used.

    Le procédé selon l'invention est tout particulièrement utile pour préparer des émulsions aqueuses de bitume.The method according to the invention is very particularly useful for prepare aqueous bitumen emulsions.

    On peut ainsi préparer à partir de 100 grammes de bitume et pour une concentration en eau, de 5 grammes pour 100 grammes de bitume, des émulsions très concentrées à savoir contenant 95 % en poids de bitume, diluables et stables au stockage.We can thus prepare from 100 grams of bitumen and for a water concentration of 5 grams per 100 grams of bitumen, highly concentrated emulsions, namely containing 95% by weight of bitumen, which can be diluted and stable in storage.

    Comme mentionnée précédemment la pâte viscoélastique obtenue pourra être diluée à l'eau chaude (60°C) dans les heures qui suivent sa préparation et de préférence immédiatement après sa préparation. Des émulsions possédant après dilution une concentration en bitume comprise entre 75 % et 85 % s'avèrent particulièrement stables pendant au moins plusieurs mois.As mentioned previously, the viscoelastic paste obtained can be diluted with hot water (60 ° C) in the hours following its preparation and preferably immediately after its preparation. Emulsions with after dilution a bitumen concentration between 75% and 85% is found particularly stable for at least several months.

    L'introduction d'un tensioactif comme notamment le bromure de tétradécyltriméthylammonium à raison de 1,5 grammes pour 100 grammes de bitume permet en outre de réduire la taille des gouttelettes de l'émulsion à une valeur voisine du micron.The introduction of a surfactant such as in particular bromide tetradecyltrimethylammonium at a rate of 1.5 grams per 100 grams of bitumen also makes it possible to reduce the size of the droplets of the emulsion to a value close to one micron.

    Un mode de réalisation particulier de l'invention vise donc l'application du procédé revendiqué à la préparation d'une émulsion de bitume concentrée et calibrée. Ce procédé comprend les étapes consistant à chauffer jusqu'à une température de 95°C, du bitume, on mélange celui-ci, au sein d'un réacteur et à pression atmosphérique, avec 5 % en poids d'eau et 0,5 % à 1,5 % en poids d'un tensioactif par rapport au poids du bitume et à appliquer audit mélange ainsi obtenu, un taux de cisaillement de manière à former ladite émulsion que l'on récupère.A particular embodiment of the invention therefore aims application of the claimed process to the preparation of a bitumen emulsion concentrated and calibrated. This process includes the steps of heating bitumen, up to a temperature of 95 ° C, is mixed in a reactor and at atmospheric pressure, with 5% by weight of water and 0.5% to 1.5% in weight of a surfactant relative to the weight of the bitumen and to be applied to said mixture thus obtained, a shear rate so as to form said emulsion which is recovers.

    En ce qui concerne la vitesse d'agitation, elle peut varier entre 0 et 1 000 tours par minute et est de préférence de l'ordre de 400 à 500 tours par minute, ce qui correspond à un taux de cisaillement d'environ 1 000 s-1. On obtient très rapidement, c'est à dire en quelques secondes, sous l'effet de ce cisaillement, une émulsion concentrée en bitume. Elle a en fait l'aspect d'une pâte viscoélastique d'apparence non émulsionnée. Un examen de cette émulsion, montre qu'elle présente une concentration pouvant atteindre jusqu'à 90 voire 95% en poids de bitume. Avantageusement, cette pâte s'avère parfaitement redispersable dans l'eau malgré sa concentration importante en bitume.As regards the stirring speed, it can vary between 0 and 1000 revolutions per minute and is preferably of the order of 400 to 500 revolutions per minute, which corresponds to a shear rate of approximately 1000 s -1 . An emulsion concentrated in bitumen is obtained very quickly, that is to say in a few seconds, under the effect of this shearing. It actually has the appearance of a viscoelastic paste of non-emulsified appearance. An examination of this emulsion shows that it has a concentration of up to 90 or even 95% by weight of bitumen. Advantageously, this paste proves to be perfectly redispersible in water despite its high concentration of bitumen.

    La présente invention a également pour objet des émulsions de bitumes caractérisées en ce qu'elles possèdent une concentration en bitume supèrieure à 75 % et de préférence au moins égale à 85 % en poids de bitume.The present invention also relates to emulsions of bitumens characterized in that they have a bitumen concentration greater than 75% and preferably at least equal to 85% by weight of bitumen.

    Les emulsions de bitume revendiquées et obtenues selon le procédé de l'invention possèdent une polydispersité inférieure à 40 %. Elles sont constituées de gouttelettes possédant un diamètre moyen inférieur à 2 microns, et de préférence inférieur à 1 micron.Bitumen emulsions claimed and obtained according to the process of the invention have a polydispersity of less than 40%. They consist of droplets having an average diameter less than 2 microns, and preferably less than 1 micron.

    Il est clair que le procédé selon l'invention de même que les émulsions ainsi obtenues, sont particulièrement avantageux dans le domaine de l'industrie routière. Le procédé revendiqué permet de préparer des émulsions fines de bitumes très concentrées avec un très bon contrôle de la taille finale de leurs gouttelettes, selon un protocole rapide et simple et avec peu de tensioactifs. It is clear that the method according to the invention as well as the emulsions thus obtained are particularly advantageous in the field of the road industry. The claimed process makes it possible to prepare fine emulsions highly concentrated bitumens with very good control over the final size of their droplets, according to a quick and simple protocol and with few surfactants.

    La présente invention s'étend également aux émulsions de phase hydrophobe ou hydrophile, obtenues selon le procédé revendiqué. Il s'avère ainsi tout particulièrement utile pour préparer des émulsions concentrées et calibrées à intérêt thérapeutique, cosmétique ou alimentaire.The present invention also extends to phase emulsions hydrophobic or hydrophilic, obtained according to the claimed process. It turns out particularly useful for preparing concentrated and calibrated emulsions for therapeutic, cosmetic or food interest.

    Les exemples et figures présentés ci-après, à titre non limitatif de la présente invention, mettent en évidence d'autres avantages de celle-ci.The examples and figures presented below, without limitation of the present invention, highlight other advantages thereof.

    FIGUREFIGURE

    figure 1 :figure 1 :
    Graphe représentant l'évolution du diamètre moyen des gouttelettes obtenu pour une vitesse d`agitation de l'ordre de 400 tours/minutes (taux de cisaillement d'environ 1 000 s-1) en fonction des quantités d'eau et de tensioactif (TTAB) présentes au départ.Graph representing the evolution of the mean diameter of the droplets obtained for a stirring speed of the order of 400 revolutions / minute (shear rate of approximately 1000 s -1 ) as a function of the quantities of water and of surfactant ( TTAB) present at the start.
    figure 2 :figure 2:
    Graphe représentant l'évolution du diamètre moyen de gouttelettes préparées selon l'exemple 3 en fonction de la vitesse de cisaillement appliquée lors de l'émulsification.Graph representing the evolution of the average droplet diameter prepared according to Example 3 as a function of the shearing speed applied during emulsification.
    figure 3 :figure 3:
    Graphe représentant l'évolution du diamètre moyen des gouttelettes obtenu pour une vitesse d'agitation de l'ordre de 400 tours/minutes (taux de cisaillement d'environ 1 000 s-1) en fonction de la quantité de TTAB.Graph representing the evolution of the mean diameter of the droplets obtained for a stirring speed of the order of 400 revolutions / minute (shear rate of approximately 1000 s −1 ) as a function of the quantity of TTAB.
    figure 4 :figure 4:
    Graphe d'efficacité de l'émulsification obtenue pour une vitesse d'agitation de l'ordre de 400 tours/minutes (taux de cisaillement d'environ 1 000 s-1), masse TTAB utilisée/masse introduite.Emulsification efficiency graph obtained for a stirring speed of the order of 400 revolutions / minute (shear rate of approximately 1000 s -1 ), mass TTAB used / mass introduced.
    figure 5 :figure 5:
    Graphe représentant l'évolution du diamètre moyen des gouttelettes en fonction des quantités d'huile, pour une émulsification réalisée selon l'exemple 5.Graph representing the evolution of the average diameter of the droplets in depending on the quantities of oil, for an emulsification carried out according to Example 5.
    figure 6 :figure 6:
    Photographie microscopique d'une émulsion de PEG obtenue selon l'exemple 5.Microscopic photograph of a PEG emulsion obtained according to Example 5.
    figure 7 :figure 7:
    Graphe représentant l'évolution du diamètre moyen des gouttelettes en fonction de la quantité de Span 80® ou une émulsion préparée selon l'exemple 5. Graph representing the evolution of the average diameter of the droplets in depending on the amount of Span 80® or an emulsion prepared according to Example 5.
    figure 8 :figure 8:
    Comparaison en termes de polydispersité d'une émulsion selon l`invention et d'une émulsion témoin (exemple7).Comparison in terms of polydispersity of an emulsion according to the invention and a control emulsion (example 7).
    EXEMPLE 1EXAMPLE 1 Protocole de préparation d'une émulsion aqueuse de bitume selon l'invention.Protocol for the preparation of an aqueous bitumen emulsion according to the invention.

    100 grammes de bitume d'indice de pénétrabilité 90/100* sont chauffés à une température de l'ordre de 100°C. On prépare une solution aqueuse de bromure de tétradécyltriméthyl ammonium (TTAB) de concentration variable. Le bitume chauffé est versé sur la solution aqueuse et l'ensemble est malaxé pendant quelques secondes à l'aide d'une grille souple, à 400 tours par minute (1 000 s-1), au sein d'un réacteur de 10 centimètres de diamètre. L'émulsion obtenue quasi instantanément, est caractérisée en termes de diamètre de gouttelettes.100 grams of bitumen with a penetration index of 90/100 * are heated to a temperature of the order of 100 ° C. An aqueous solution of tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB) of variable concentration is prepared. The heated bitumen is poured onto the aqueous solution and the whole is kneaded for a few seconds using a flexible grid, at 400 revolutions per minute (1000 s -1 ), in a 10 cm reactor. of diameter. The emulsion obtained almost instantaneously, is characterized in terms of droplet diameter.

    Pour mesurer le diamètre des gouttelettes, un granulomètre commercial Laser Coulter LS 230 (société COULTRONICS) est utilisé.To measure the diameter of the droplets, a granulometer Commercial Laser Coulter LS 230 (COULTRONICS company) is used.

    EXEMPLE 2EXAMPLE 2 Incidence de la quantité en eau et en tensioactif (TTAB) sur le diamètre moyen des gouttelettes d'une émulsion de bitume à cisaillement constantEffect of the quantity of water and surfactant (TTAB) on the mean diameter of droplets of a constant shear bitumen emulsion

    Le protocole, décrit en exemple 1, est reproduit pour deux concentrations en TTAB, 0,75 grammes et 1,5 grammes et en présence pour chacune de ces concentrations, d'une quantité en eau variant entre 4 et 14 grammes. Les émulsions, obtenues à l'issue de chacun des essais, sont caractérisées par le diamètre moyen de leurs gouttelettes. Les résultats sont représentés sur le graphe de la figure 1. The protocol, described in example 1, is reproduced for two TTAB concentrations, 0.75 grams and 1.5 grams and present for each of these concentrations, with a quantity of water varying between 4 and 14 grams. The emulsions, obtained at the end of each of the tests, are characterized by the average diameter of their droplets. The results are represented on the graph of figure 1.

    L'émulsion la plus fine est obtenue pour une quantité d'eau constante de l'ordre de 5 grammes pour 100 grammes de bitume La taille minimale de gouttelette ainsi obtenue peut en outre être réduite en augmentant la quantité en tensioactif. C'est ainsi que pour 1,5 grammes de TTAB dans 5,5 grammes d'eau, le diamètre minimal est porté à 0,8 microns contre 2 microns avec 0,75 grammes de TTAB.The finest emulsion is obtained for a constant amount of water around 5 grams per 100 grams of bitumen The minimum size of droplet thus obtained can also be reduced by increasing the amount of surfactant. Thus for 1.5 grams of TTAB in 5.5 grams of water, the minimum diameter is increased to 0.8 microns against 2 microns with 0.75 grams of TTAB.

    EXEMPLE 3EXAMPLE 3 Incidence de la vitesse de cisaillement sur le diametre moyen des gouttelettes de la phase visqueuse émulsionnée. Effect of the shear rate on the average diameter of the droplets of the emulsified viscous phase .

    On reproduit le protocole décrit en exemple 1 avec 100 g de bitume, 1,5 g de TTAB et 5,5 g d'eau pour des vitesses d'agitation variables. Les émulsions, obtenues à l'issue de chacun des essais, sont caractérisées par le diamètre moyen de leurs gouttelettes. Les résultats sont représentés sur le graphe de la figure 2. On observe ainsi qu'une vitesse de cisaillement élevée favorise la formation de gouttelettes à diamètre moyen nettement plus reduit. Cependant, la vitesse d'agitation ne doit pas dépasser une valeur seuil de 1 000 tours/minute (environ 2 500 s-1) au delà de laquelle le cisaillememt trop violent détruit l'émulsion concentrée.The protocol described in Example 1 is reproduced with 100 g of bitumen, 1.5 g of TTAB and 5.5 g of water for variable agitation rates. The emulsions obtained at the end of each of the tests are characterized by the average diameter of their droplets. The results are shown in the graph in FIG. 2. It is thus observed that a high shear speed promotes the formation of droplets with significantly smaller average diameter. However, the stirring speed must not exceed a threshold value of 1,000 revolutions / minute (approximately 2,500 s -1 ) beyond which the excessively violent shear destroys the concentrated emulsion.

    EXEMPLE 4EXAMPLE 4 Incidence de la quantité en tensioactif cationique sur le diamètre moyen des gouttelettes d'une émulsion de bitume à volume d'eau et cisaillement constants. Effect of the amount of cationic surfactant on the average diameter of the droplets of a bitumen emulsion at constant volume of water and shear .

    Le protocole décrit dans l'exemple 1 est reproduit pour différentes concentrations en TTAB, en présence de 5,5 grammes d'eau Les résultats obtenus sont représentés sur le graphe de la figure 3. The protocol described in example 1 is reproduced for different TTAB concentrations in the presence of 5.5 grams of water The results obtained are shown in the graph in Figure 3.

    On note qu'1 gramme de TTAB pour 100 grammes de bitume suffit pour atteindre des tailles de l'ordre du micron.Note that 1 gram of TTAB per 100 grams of bitumen is sufficient to reach sizes on the order of a micron.

    Une caractérisation du rendement des procédés en fonction de la masse de TTAB introduite, montre en fait que l'efficacité maximale est quasiment atteinte pour cette quantité maximale de TTAB. Plus précisément, ce résultat est obtenu en posant le rendement comme étant le rapport de la masse de tensioactifs, présents aux interfaces, sur la masse totale de tensioactifs introduits. La masse de tensioactifs, présents aux interfaces, est simplement déduite par une mesure de la quantité résiduelle de tensioactifs, présents dans la seconde phase après une dilution contrôlée. Le graphe de la figure 4 rend compte de ce rapport en fonction de la masse totale introduite dans les 5,5 grammes d'eau nécessaires à émulsionner 100 grammes de bitume.A characterization of the process yield according to the mass of TTAB introduced, in fact shows that the maximum efficiency is almost reached for this maximum amount of TTAB. More specifically, this result is obtained by posing the yield as the ratio of the mass of surfactants, present at the interfaces, on the total mass of surfactants introduced. The mass of surfactants, present at the interfaces, is simply deduced by a measurement of the residual amount of surfactants, present in the second phase after dilution controlled. The graph in Figure 4 shows this relationship as a function of the total mass introduced into the 5.5 grams of water necessary to emulsify 100 grams of bitumen.

    EXEMPLE 5EXAMPLE 5 Appréciation de la quantité optimale en seconde phase par rapport au diamètre moyen des gouttelettes d'une émulsion. Assessment of the optimal quantity in the second phase relative to the average diameter of the droplets of an emulsion .

    Dans cet exemple, la phase hydrophile visqueuse à disperser est un mélange aqueux à 44 % de polyéthyléneglycol PEG 35000, le tensioactif est du Span 80® (monooléate de sorbitan, commercialisé par Sigma), présent à raison de 1,5 g pour 100 g de la phase à disperser et la phase continue est du dodécane.In this example, the viscous hydrophilic phase to be dispersed is a aqueous mixture containing 44% polyethylene glycol PEG 35000, the surfactant is Span 80® (sorbitan monooleate, marketed by Sigma), present at a rate of 1.5 g per 100 g of the phase to be dispersed and the continuous phase is dodecane.

    On effectue plusieurs mélanges de ces composés pour différentes quantités en dodécane sous un cisaillement de 400 tours/minute (1 000 s-1) (l'appareillage est le même que celui employé pour la fabrication des émulsions de bitume) au sein d'un réacteur. Les émulsions, obtenues quasi instantanément, sont caractérisées par le diamètre moyen de leurs gouttelettes. Les résultats sont représentés sur le graphe de la figure 5. La photo présentée en figure 6 est un cliché microscopique de l'une de ces émulsions.Several mixtures of these compounds are carried out for different amounts of dodecane under a shear of 400 revolutions / minute (1000 s -1 ) (the apparatus is the same as that used for the manufacture of bitumen emulsions) within a reactor. Emulsions, obtained almost instantaneously, are characterized by the average diameter of their droplets. The results are represented on the graph in FIG. 5. The photo presented in FIG. 6 is a microscopic photograph of one of these emulsions.

    On note sur le graphe de la figure 5 que le diamètre minimal, à savoir environ 2 microns, est obtenu pour 3 g de dodécane. We note on the graph of Figure 5 that the minimum diameter, namely about 2 microns, is obtained for 3 g of dodecane.

    EXEMPLE 6EXAMPLE 6 Incidence de la quantité en tensioactif sur le diamètre moyen des gouttelettes d'une émulsion à cisaillement constant. Effect of the amount of surfactant on the average diameter of the droplets of a constant shear emulsion .

    Le protocole décrit en exemple 5 est reproduit pour plusieurs concentrations en tensioactif Span 80® et 3 g de dodécane. Les émulsions obtenues à l'issue de chacun des essais sont caractérisées par le diamètre moyen de leurs gouttelettes. Les résultats sont représentés sur le graphe de la figure 7.The protocol described in example 5 is reproduced for several concentrations of Span 80® surfactant and 3 g of dodecane. The emulsions obtained at the end of each of the tests are characterized by the mean diameter of their droplets. The results are shown in the graph in Figure 7.

    L'émulsion la plus fine est obtenue pour 4 g de Span 80®.The finest emulsion is obtained for 4 g of Span 80®.

    EXEMPLE 7EXAMPLE 7 Comparaison d'une émulsion de bitume selon l'invention et d'une émulsion classique en termes de polydispersité et de diamètre moyen des gouttelettes. Comparison of a bitumen emulsion according to the invention and a conventional emulsion in terms of polydispersity and average diameter of the droplets .

    La technique industrielle de mise en oeuvre consiste à injecter sous pression (environ 1,5 atmosphères) et à 130°C le bitume, d'une part, et la phase aqueuse savonneuse, d'autre part, entre deux cylindres coaxiaux (un rotor et un stator) espacés d'environ 1 mm. Le rotor tourne à une vitesse d'environ 5 000 tours par minute. L'émulsification a lieu directement dans l'entrefer de 1 mm, elle s'effectue en régime turbulent. La fraction volumique de la phase à disperser ne peut excéder 70 % sous peine de bloquer le système.The industrial implementation technique consists of injecting under pressure (about 1.5 atmospheres) and at 130 ° C the bitumen, on the one hand, and the phase aqueous soap, on the other hand, between two coaxial cylinders (a rotor and a stator) spaced about 1 mm apart. The rotor rotates at a speed of about 5,000 revolutions per minute. Emulsification takes place directly in the 1 mm air gap, it takes place in turbulent conditions. The volume fraction of the phase to be dispersed cannot exceed 70% on pain of blocking the system.

    Cette appréciation est effectuée a partir d'une émulsion obtenue conformément à la présente invention et incorporant 0,75 grammes de TTAB pour 5,5 grammes d'eau et 100 grammes de bitume et d'une émulsion industrielle classique du bitume. Cette émulsion industrielle contient 60 grammes de bitume, 0,5 gramme de tensioactif cationique et 39,5 g d'eau.This assessment is carried out from an emulsion obtained in accordance with the present invention and incorporating 0.75 grams of TTAB for 5.5 grams of water and 100 grams of bitumen and an industrial emulsion classic bitumen. This industrial emulsion contains 60 grams of bitumen, 0.5 gram of cationic surfactant and 39.5 g of water.

    Les distributions granulométriques obtenues par les deux techniques sont présentées en figure 8.The particle size distributions obtained by the two techniques are shown in Figure 8.

    Pour l'émulsion selon l'invention on note une taille moyenne centrée autour de 2 microns avec une polydispersité voisine de 30 %. L'émulsion témoin possède pour sa part un diamètre moyen de gouttelettes nettement plus grand à savoir 5 microns et une polydispersité non conforme à l'invention c'est-à-dire nettement supérieure à 40 %.For the emulsion according to the invention, a centered average size is noted around 2 microns with a polydispersity close to 30%. The control emulsion has a significantly larger mean droplet diameter at namely 5 microns and a polydispersity not in accordance with the invention, that is to say significantly higher than 40%.

    Claims (12)

    1. A process for the preparation of a concentrated calibrated emulsion in a hydrophobic or hydrophilic phase having a Viscosity between 7 and 5000 Pa.s or more, referred to as the first phase, comprising:
      preparing the said first stage for emulsification, if necessary in a preliminary stage of prior treatment, so as to adjust its viscosity to a value below 5000 Pa.s
      adding the said first phase at a viscosity of less than 5000 Pa.s, in a single, operation, to a controlled quantity of a second phase which is not miscible with the said first phase, in the presence of at least one surfactant and
      mixing these under laminar shear conditions
      characterized in that the quantity in the second phase is adjusted to obtain a stable emulsion having a polydispersity of less than 40% on termination of the shear mixing, for a given shear rate and surfactant concentration, and in which the said first phase is present in a concentration of 75 to 95% by weight, and of which the mean diameter of the droplets is controlled within the said emulsion to a size of less than 2 microns.
    2. A process according to claim 1, characterized in that the prior treatment of the said first phase is effected by heating.
    3. A process according to claim 1 or 2, characterized in that the second phase is present in a quantity such that the mean diameter of the droplets of the said emulsion is less than or equal to 1 micron.
    4. A process according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surfactant is present in a quantity between 0.5% and 5% by weight expressed in relation to the weight of the first phase.
    5. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the first phase is or comprises at least one compound selected from bitumens, colophane esters, low molecular weight polybutadienes, waxes, lanolin, sugars, polyethylene glycols, gelatines and their mixtures.
    6. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the laminar conditions applied have a Reynolds number of less than approximately 1000.
    7. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the shear rate varies between 250 and 2500 s-1 and is preferably of the order of 1000 s-1.
    8. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the first phase is a bitumen and the second phase is water.
    9. Application of a process according to one of claims 1 to 8 to the preparation of concentrated gauged bitumen emulsions.
    10. A process for the preparation of a gauged bitumen emulsion having a bitumen concentration of the order of 95% by weight of bitumen and a viscosity of between 1 and 5000 Pa.s or more, characterized in that the bitumen is heated to a temperature of 95°C, this is then mixed within a reactor at atmospheric pressure with 5% by weight of water and 0.5 to 1.5% by weight of a surfactant with respect to the weight of bitumen, a shear rate is applied to the mixture so obtained so as to form an emulsion having a polydispersity of less than 40% in which the mean diameter of the droplets is adjusted to a size of less than 2 microns.
    11. An emulsion comprising 95 to 90% by weight of a hydrophobic or hydrophilic phase, of a viscosity between 1 and 5000 Pa.s or more, in which the mean diameter of the droplets is of a size less than 2 microns and of which the polydispersity is less than 40%, characterized in that it is obtained in accordance with the process defined in one of claims 1 to 8 and 10.
    12. A concentrated aqueous emulsion of bitumen, characterized in that it comprises at least 75% and preferably more than 85% by weight of bitumen, has a polydispersity of less than 40%, and in which the mean diameter of its droplets is less than microns.
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