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PROCÉDÉS DE FABRICATION DE GRANULÉS DE PIGMENTS
ET DE COLORATION DE BÉTON
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer des
granulés de pigments et les granulés ainsi obtenus. Un autre objet de la
présente invention est relatif à un procédé pour colorer le béton et d'autres
matériaux avec les granulés obtenues par le procédé selon l'invention.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par granulés des
agglomérations et agrégations de matière d'un diamètre moyen compris
entre 30pm et 2mm, à l'origine à l'état pulvérulent, et /ou à l'état de
suspension et/ou en solution.
L'expression "pigments" désigne des colorants inorganiques et /ou
organiques, y inclus les pigments blancs, comme par exemple le dioxyde
de titane, les divers oxydes de fer rouges, jaunes, bruns, noirs et leurs
mélanges, les noirs de carbone, l'oxyde de chrome, de manganèse et /ou
les spinelles de cobalt et autres.
Dans le cadre de la présente invention, le terme "béton" est relatif à
la matière première, contenant entre autre, avant sa mise en réaction
chimique: du ciment ou d'autres liants hydrauliques, et/ou des cendres
volantes, des silicates, des sables et/ou des agrégats et d'autres
composants, pour par exemple la fabrication de parpaings, de plaques, de
tuiles, de pavés, de pavés autobloquants et pour la réalisation de liaison en
béton. Mais le terme "béton" englobe aussi du mortier au ciment, des
composés en fibre de ciment et d'autres articles contenant à l'origine du
ciment et /ou des liants hydrauliques.
Le béton est un matériau de construction ayant fait ses preuves,
qui sous forme de béton de parement, satisfait également à des buts
esthétiques. La coloration de la masse de béton pour fabriquer du béton de
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parement donne à ce dernier une teinte durable, qui nécessite
pratiquement aucun entretien pendant des années.
Ä l'opposé, les surfaces de béton, décorées par application d'une
couche de peinture, doivent être repeintes à de courts intervalles.
On utilise du béton coloré par exemple pour des façades, des plaques,
des pavés, des tuiles, des remblais antibruit, des murs de soutient, des
digues, des ponts et des constructions similaires, et sous forme de mortier
coloré et de crépi, également pour la décoration de façades.
Le béton est coloré avec des pigments inorganiques et plus
récemment avec des pigments organiques. Ä titre d'exemple, l'oxyde de
manganèse, l'oxyde de fer, l'oxyde de chrome, et le carbone ont fait leurs
preuves comme pigments adaptés pour le béton. Plus particulièrement, des
pigments à base de carbone, et d'oxyde de fer, se sont avérés très
efficaces dans la pratique.
La fabrication de béton coloré soulève cependant des problèmes.
La poudre de pigments dégage de la poussière et son utilisation salit les
hommes, les machines et les locaux.
En raison de la finesse de leurs particules, les pigments stockés
dans des silos perdent très rapidement leur fluidité. Ils ne peuvent plus être
retirés des silos que très difficilement, à un coût considérable en appareils
et en hommes.
Pour la même raison, leur dosage par des transporteurs à vis, et
des rainures vibrantes, est très délicat.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Selon l'état de la technique, on a essayé de résoudre les
problèmes impliqués par l'utilisation de pigments en poudre, à savoir
l'apparition de poussière lors du stockage notamment dans les silos
(ensilage) et lors du dosage automatique, en utilisant pour la coloration du
béton des pâtes de pigments aqueuses. Les pâtes de ce type contiennent
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le plus souvent environ 30 à 70% d'eau en tant que milieu porteur ainsi que
des produita tensioactifs.
Les avantages résultant de l'utilisation de pâtes de pigments
aqueuses par comparaison avec les poudres de pigments sont cependant
accompagnés d'inconvénients importants.
Dans la pratique, les pâtes ne peuvent être stockées longtemps
dans des silos ou dans d'autres récipients à grandes dimensions parce
qu'elles se divisent par ségrégation des composants et conduisent
partiellement à des dépôts fixes.
En raison de la haute teneur en eau, les frais d'emballages sont
doublés pour des pâtes de pigments aqueuses. II en est de même des frais
de transport pour la partie « eau » dans ces pâtes. Un autre inconvénient
provient de ce que les pâtes de ce type ne sont pas utilisables lorsque
l'humidité propre du sable et des agrégats pour la préparation du béton est
telle que toute adjonction d'eau, même sous forme de pâtes de pigments
aqueuses, détériore de façon intolérable la consistance du béton; cette
situation se produit très fréquemment sur les chantiers de plein air. De plus,
les substances tensioactives et les dispersants utilisés dans ces pâtes
augmentent très souvent les efflorescences dans le béton coloré.
Dans le domainE: de la coloration des laques et des matières
synthétiques, les inconvénients évoqués ci-dessus ont pu être minimisés
en utilisant les pigments sous forme de granulés et non sous forme de
pâtes ou dE: poudres.
Ainsi, et plus particulièrement dans l'industrie des matières
synthétiques, des pigments nuisibles à la santé sont utilisés depuis de
nombreuses années presque exclusivement, sous forme de granulés.
La fabrication et l'utilisation de granulés sont maintenant
traditionnelles dans de nombreuses domaines de l'industrie humaine (cf
H.Rumpf dans "Chemie-Ing-.Technik", 30, 1958, n° 3, n°4,
n°5; W.C. Peck
dans "Chernistry and Industry ", livraison du 20.12.1958, pp 1674 et suiv.;
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en ce qui concerne la granulation par fusion, cf U.A.W. Boretzky in "Fette-,
Seifen-, Anstrichmittel", n°4, 1967).
Ainsi, les briquettes se sont imposées dans le domaine du charbon
et des minE:rais.
Pour le papier carbone, l'on utilise des micro-capsules. Dans le
domàine agricole, le fourrage est stocké dans les silos sous forme de
granulats compacts. Dans le domaine des laques, on utilise des concentrés
de pigments de nitrocelluloses, exempts de poussière qui se dissolvent
parfaitement dans des solvants. Dans le domaine du caoutchouc, le noir de
carbone est utilisé sous forme de granulés obtenus par agrégation. Du
PVC est utilisé sous forme de granulés perlés obtenus par atomisation et
séchage dE; ses suspensïons aqueuses.
La coloration du béton par des pigments sous forme de granulés
fait aussi partie de l'état de la technique.
Le brevet FR-A-2450273 décrit des granulés perlés contenant des
pigments à base de carbone sec, mais en même temps, à une teneur en
eau de 59%, avec peu de poussière. Ces granulés sont utilisés pour
colorer le cdment.
Le brevet européen EP-A-0268645 et son équivalent aux
Etats-Unis (US-A-4 946 505) et au Canada (CA-A-1 291 849) décrivent la
coloration de béton à l'aide des pigments en granulés, à l'exception de
granulés comprimés ou briquetés, qui se composent d'un ou plusieurs
pigments, les pigments à base de carbone seul étant exclus, et
obligatoirennent, d'un ou plusieurs liants, favorisant la dispersion des
pigments dans le béton. Les liants spécifiques décrits dans ce document
sont bien délimités. Par comparaison aux bétons colorés avec des
pigments purs et sans additif, ils peuvent provoquer une augmentation des
efflorescences dans le béton.
Comme tous ces liants dans les granulés mentionnés sont
facilement solubles dans l'eau, l'ïmpact de l'humidité atmosphérique est
critique. En particulier dans les usines de béton proches de chambres à
vapeur, l'humidité dissout ces liants et provoque une agglomération
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importante de ces granulés, et la formation conséquente de boules assez
dures pendant le stockage de ces granulés et même pendant leur
utilisation. Ces boules ne se dispersent pas dans le béton et bloquent
l'installation de dosage.
5 De plus, le brevet EP-A-0 268 645 enseigne que:
- l'utilisation de pigments sous forme ~ de granulés est
désavantaç~euse, car les forces de dispersion exercées sur
les granulÉ;s pendant le mélange des différents composés
pour former le béton coloré sont insuffisantes et ont, comme
résultat, la formation de tâches de pigment et de nids de
pigments proche, de la surface du béton ainsi coloré,
- les pigments sous forme de granulés, sont insuffisamment
dispersifs, manquent de pouvoir colorant et doivent être
dosés en plus grande quantité que des poudres pour arriver
au même résultat,
- les pigments sous forme de leurs granulés contenant du liant
ne démontrent pas de propriétés dispersives améliorées, et
finalement,
- que l'humidité présente dans le béton ne suffit pas pour
dissoudre IE~s granulés contenant un liant.
Selon les brevets DE-4336613-C1 et US-A-5 484 481 de "Bayer
AG, Leverk.usen DE" on peut produire et utiliser des granulés pour la
coloration du béton, en préparant un mélange de différents pigments inor-
ganiques avec au moins un liant, pour la plupart déjà mentionnés dans le
brevet US-A-4 946 505, en formant une poudre cohésive et en produisant
par compactage sous certaines conditions de pression contrôlée, des
flocons, qui par la suite sont broyés et granulés par agglomération. Les
désavantages de ces granulés résident dans leur haute instabilité
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mécanique et dans la formation de produits pulvérulents et de poussière;
les granulés selon ce procédé ne coulent pas librement et ne se prétent
donc pas à un dosage automatique dans des systèmes courants et
simples.
De plus, les granulés de pigments obtenus selon ce procédé
compliqué ne présentent aucun avantage par rapport aux granulés
obtenues par le procédé selon le brevet US-A-4 496 505.
Le brevet Européen EP-A-0 802 241 de la société Bayer AG décrit
un procédé de granulation, similaire au procédé de compactage ci-dessus
mentionné, pour le pigment de noir de carbone, avec les mêmes
inconvénients.
Le brevet Européen EP-A-0 697 379 décrit en termes généraux la
formation des granulés dans un "fluid bed dryer".
Le brevet EP-A-0 657 511 décrit une forme particulière du brevet
US 4.496.505, en utilisant comme liants des sucres qui appartiennent aux
substances polyhydroxilées décrites dans le brevet US-A-4 495 505
quoique les sucres utilisés soient reconnus pour modifier de façon négative
les propriétés des bétons.
Le brevet DE-A-4223598-A1 décrit une forme particulière du brevet
US 4.496.505 en proposant des polyphosphates comme liants, qui
promeuvent la dispersion des pigments dans le béton. En même temps ces
granulés ne coulent pas librement et démontrent encore une abrasion
élevée, et avec cela, beaucoup de poussière.
Le brevet EP-A-0 518 152 utilise des sels solubles comme liants
pour les granulés et comme agent, qui promeut la dispersion des pigments
dans le béton. Mais, comme ces granulés aussi, ne sont pas stables
mécaniquement; ils amènent encore beaucoup de poussière et ne coulent
pas librement.
Le brevet EP-A-0 507 046 décrit des granulés pour la coloration du
béton, dont "l'avantage" se trouve dans un processus supplémentaire
d'agglomération de granulés, une fois que ces granulés ont été préparés
selon le procédé de "spray granulation". Aussi, ce procédé ne donne pas
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de résultats satisfaisants en ce qui concerne l'écoulement libre de ces
granulés, l'absence de poussière et la simplicité du procédé. En fait, il
s'agit
d'une version plus compliquée du procédé décrit dans le brevet EP-A-0 482
450, qui utilise certains sels comme liants dans un procédé de granulation
par agglomérations, sans que le processus de "spray granulation" soit
requis.
Le brevet EP-A-0 482 449 décrit des granulés de pigments
inorganiques, qui contiennent des impuretés déjà présentes dans les
pigments lors du processus de fabrication de ces pigments, c'est-à-dire
des sels inorganiques. Ce brevet revendique tout procédé de coloration du
béton avec des granulés, déjà décrits dans la littérature précédente et
contenant des pigments (oxydes de fer). En pratique, les granulés selon ce
brevet présentent les mêmes inconvénients que les granulés du brevet
précédant en ce qui concerne les problèmes de poussière et le manque
d'écoulement libre.
Le brevet EP-A-0 395 872 décrit des granulés d'oxyde de fer noir,
fait par "spray granulation" d'une suspension aqueuse de cet oxyde avec
une substance organique instable, qui en pratique fonctionne comme agent
dispersant pour la préparation de la suspension aqueuse à haute teneur en
pigment (50-75%), comme le décrit déjà le brevet US-A-4 946 505; après
granulation, le dispersant est détruit par un procédé supplémentaire
thermique, qui doit être appliqué après la "spray granulation" à de très
hautes températures.
De tous ces procédés, seul le procédé décrit dans le brevet EP-A-0
268 645, a gagné une importance commerciale, malgré ses inconvénients.
OBJET ET RÉSUMÉ DE L'INVENTION
La présente invention a principalement les trois objets suivants, à
savoir la mise à disposition:
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ô
a) d'un nouveau procédé, simple et moderne, permettant la
préparation de nouveaux granulés de pigments dépourvus des
inconvénients des granulés selon l'état de l'art;
b) d'un procédé permettant la coloration de béton mais aussi
celle des plastiques et des peintures à l'aide de ces nouveaux
granulés de pigments; et
c) de nouveaux granulés de pigments exempts de poussière,
coulant librement, non hygroscopiques, et ne formant pas, en
présence d'humidité, d'agglomérats, permettant une manipulation
automatique facile et se dispersant bien dans le matériau à colorer.
Le:~ granulés selon l'invention sont libres de poussière, coulent
librement, ne sont pas hygroscopiques et ne forment pas d'agglomérats en
présence d'humidité. De plus, ces nouveaux granulés, contrairement aux
préjugés mentionnés en lignes 23 à 52, colonne 2 du brevet
US-A-4 946 505, se dispersent bien dans le béton avec la méme force
colorante que celles des granulés du brevet US-A-4 946 505, que celles
des pigments correspondants sous forme de poudres et ils se dispersent
bien dans le médium à colorer. Par ailleurs, les granulés selon l'invention
présentent un avantage supplémentaire par rapport à ceux contenant des
dispersants, dans la mesure où ils n'influencent pas négativement
l'élimination mécanique d'eau dans les bétons humides.
De plus, les granulés de l'invention sont, à l'exception d'impuretés,
exempts de dispersants et/ou de tensioactifs, ou d'autres composés
chimiques, solubles dans l'eau, entre autres, comme cela est le cas pour
ceux décrits dans le brE;vet US-A-4 495 505, qui contiennent des liants
permettant de promouvoir la dispersion des granulés dans le béton.
Cette caractéristique révèle une importance particulière car les
additifs solubles dans l'eau ont pour effet de promouvoir les efflorescences
du béton coloré et influencent souvent de façon négative le durcissement du
béton. De tels additifs sont désavantageux pour le matériau à colorer, en
particulier lorsqu'il s'agit de béton.
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Ä l'opposé, les granulés selon l'invention dépourvus
de liants dispersants et solubles dans l'eau, évitent la
promotion des efflorescences dans le béton et la formation
de boules dures, insolubles en béton, pendant leur
stockage, et sous l'effet d'humidité. Les liants non
solubles et inactifs contenus dans les granulés selon
l'invention n'exercent pas d'effets négatifs générés par
les additifs de l'art antérieur sur le durcissement du
béton.
Le premier objet de la présente invention est atteint
grâce à un procédé pour la préparation de granulés de
pigments comprenant les étapes suivantes:
a) obtention d'un mélange, sous forme d'une
suspension liquide, d'une émulsion et/ou d'une
pâte, ledit mélange comprenant au moins un
pigment et au moins un liant choisi dans le
groupe constitué par les composës organiques
qui forment des films insolubles après séchage
et/ou par réaction chimique accompagnant le
séchage, le ou les liants étant choisis de
façon que les films formés soient dépourvus de
pouvoir dispersif dans les bétons; et
b) séchage dudit mélange.
Le deuxième objet de la présente invention est atteint
grâce à un procédé pour la coloration du béton utilisant
comme colorants des pigments en granulés obtenus par le
procédé conforme au premier objet de l'invention.
Le troisième objet de la présente invention est
atteint grâce à des granulés de pigments contenant:
- moins de 20â d'eau;
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- de 79 à 99,95ô de pigment;
- de 0,05 à 15g de liants choisis dans le groupe
constitué par les composés organiques qui forment
des films insolubles après séchage et/ou par
réaction chimique accompagnant le séchage,
lesdits liants étant choisis de façon que les
films formés soient dépourvus de pouvoir
dispersif dans les bétons,
les pourcentages étant des pourcentages en poids
10 exprimés par rapport au poids total du granulé de
pigments.
De préférence, les granulés de pigments selon
l'invention, contiennent moins de 4~ d'eau et de 81 à
99,95 de pigments.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
La préparation des granulés de pigments passe par
l'étape préalable de préparation d'un mélange sous forme
d'une suspension liquide, d'une émulsion et/ou d'une pâte,
ledit mélange comprenant au moins un pigment et au moins un
liant organique de nature particulière.
Le mélange contient éventuellement un ou plusieurs
additifs pour bétons.
De préférence, le liquide utilisé pour la préparation
du mélange est de l'eau.
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10a
Les liants utilisés dans la préparation du mélange
sont:
- les composés organiques qui forment des films
insolubles après séchage et/ou par réaction
chimique accompagnant le séchage, et plus
particulièrement,
- les résines et/ou systèmes de résines
utilisables, pour la fabrication de vernis et/ou
de peintures, de préférence comme liants,
le ou les liants étant choisis de façon que les films
formés soient dépourvus de pouvoir dispersif dans les
bétons.
Selon un mode de réalisation avantageux de
l'invention, le mélange contient en outre des additifs
chimiques réagissant avec le liant au cours du séchage du
dit mélange.
On recherche plus particulièrement les liants qui, par
séchage et/ou par réaction chimique et/ou par présence
d'additifs réactifs, deviennent insolubles et forment un
film stabilisant les caractéristiques mécaniques des
granulés sans nuire à leur pouvoir colorant, lesdits liants
étant choisis de façon que les films formés soient
dépourvus de pouvoir dispersif dans les bétons.
Selon un mode de réalisation préférentiel de
l'invention, le liant utilisé est choisi dans le groupe
constitué par les polyacrylates, les
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copolymères du styrène et d'acides polyacryliques, les vinyles acrylates,
les copolymères de styrène et d'acrylate, les copolymères de l'anhydride de
l'acide maléfique et les latex utilisés en peintures, tels que ceux décrits à
titre d'exemple dans le tableau suivant:
Compagnie Nom du produit Formulation
Rhom and Multilobe 200 100% acrylique
Haas
Rho lex*I 545 ac li ue
Rho lex* 3427 ac li ue
Rhoplex* fastrack acrylique
2706
Reichhold Synthemul* 40- acrylique
423-00
Arolon* 850 w 45 ac li ue
Zeneca Neoc I* A-6037 ac li ue
Neoc I* BT-175
Nacan Res n* 7448 vin le ac li ue
Res n* 2550 100% ac li ue
Dow DA* 30NA* 100% ac li ue
DA* 42NA* styrne
ac li ue
De préférence les liants sont présents sous la forme d'une
suspension ou d'une émulsion aqueuse.
Sous encore une autre forme de l'invention on utilise comme
liants, des résines ou d'autres composés chimiques qui forment des films
insolubles dans de l'eau pendant le séchage par réaction avec des
additifs réactifs.
marque de commerce
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Selon une forme particulièrement avantageuse de
réalisation de l'invention, on utilise des liants avec une
capacité de dispersant très bien développée. Ceci permet
d'obtenir des mélanges constitués de liquide, de préférence
de l'eau, de pigments, de liants dispersants et d'autre
additifs avec une très grande concentration volumétrique de
pigments; ces liants sont utilisés avec des additifs
réactifs qui par réaction chimique avec le ou les liants,
notamment par réticulation, deviennent insolubles dans
l'eau et résistants aux intempéries et forment des films et
stabilisent les propriétés mécaniques des granulés sans
pourtant nuire à la force colorante.
De façon avantageuse, le liant est choisi parmi les
résines et les systèmes de résines utilisables pour la
fabrication de vernis et/ou de peinture.
Les liants, avec une haute capacité dispersive
particulièrement bien adaptés pour la formation de films
insolubles dans l'eau et dépourvus de pouvoir dispersif
dans les bétons, par réaction de réticulation avec des
additifs réactifs, sont les acides polymères sous leurs
formes acides, les acides polymères sous leur forme
partiellement neutralisée et les acides polymères sous leur
forme neutralisée. Plus particulièrement, il s'agit des
acides polycarboxyliques et des polyacrylates. Ä titre
d'exemple d'acides polymères et polycarboxyliques, le
Carbopol* et la Série K*-700 de BF-Goodrich, à l'état
partiellement neutralisé.
On peut aussi utiliser des catalyseurs volatils qui
sont des dispersants et des tensioactifs.
* marques de commerce
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12a
Ä titre d'exemple de polyacrylates, sous leur formes
acides ou partiellement neutralisés comme l'Acrysoli G-111
de (Rhom and Hass), ou comme certains polyacrylaes vendus
par Allied Colloids, BASE.
Des liants organiques ayant des propriétés
plastifiantes et/ou tensioactives avant séchage, mais pas
après séchage sont aussi adaptés.
Si cela s'avère nécessaire, il est possible d'utiliser
en plus d'autres liants non gênants pour le béton.
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* marque de commerce
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La quantité de liant présente dans les granulés varie entre 0,05 à
15% en poids par rapport au poids total d'un granulé, de préférence entre
0,5 à 8% en poids et plus particulièrement entre 0,8 et 5% en poids.
Le mélange contient en poids de 0,1 à 15% de liant par rapport au
poids de pigments présents dans le mélange.
Sellon un mode préférentiel de l'invention, le ou les liants
possède(nt.), avant séchage, des propriétés plastifiantes et/ou tensioactives
et ces propriétés ne sont plus présents après séchage.
Sous une autre forme de l'invention, on utilise avec ces liants des
catalyseurs;, c'est-à-dire des substances, qui, au cours de l'étape de
séchage aboutissant à la granulation, sont complètement évaporées et
potentiellement récupérés par réfrigération des vapeurs et réutilisés. Ces
catalyseurs dits "volatils" ont comme fonction, de faciliter la dispersion des
pigments clans le mélange liquide et ils permettent d'arriver à une plus
haute concentration volumétrique de pigments dans ledit mélange. Ceci
est important pour le diamètre des granulés que l'on peut avoir, surtout
dans une granulation dE: séchage par atomisation, mais aussi pour la
quantité de liquide qui doit étre évaporée, pour obtenir un certaine quantité
de granulés, qui est ainsi réduite.
Le catalyseur est présent dans le mélange à raison de 0,1 à 15%
en poids par rapport au poids du pigment présent dans le mélange.
Ces catalyseurs volatils permettent d'augmenter sensiblement la
teneur en pigment des mélanges contenant des pigments, des liants et
d'autres additifs. II s'agit par exemple des alcools aminés, comme l'AMP, le
Surfynol* 61 (Mélange secret), les Surfynol* CT-171 *, CT-111, CT 121 et
CT-131, les diols acétylénique, la triéthylamine, le T-Amine WR500*, l'acide
acétique, ou tout autre dispersant qui s'évapore pendant le processus de
séchage.
L'AMP présente un intérét particulier comme catalyseur volatil.
marques de commerce
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De façon particulièrement avantageux du point de vue
économique, le catalyseur volatil est récupéré au cours de l'étape de
séchage ei: recyclé dans le procédé. Selon un mode avantageux de
réalisation, le catalyseur volatil est récupéré par réfrigération.
Les additifs chimiques réactifs, qui eux aussi peuvent avoir des
propriétés dispersantes, et qui réagissent avec lesdits liants en formant des
films insolubles dans l'eau par réticulation pendant et/ou par le processus
de séchagE: et qui permettent, d'augmenter sensiblement la teneur en
pigment des mélanges comprenant des pigments, des liants et des additifs
sont, à titre d'exemple, des polyols tels que les polyoéthylènes glycols
(Macol* BASF) et/ou les oligomers de l'éthylène glycol, du propanediol, du
butanediol, du pentanedial, du pentaerythrite, du triméthylolpropane, du a-
Naphtolben;zein, du 2-(2-hydroxyethoxy)phénol, du 1,3-dihydroxyacetone
dimer, du 1,8-dihydroxyantraquinone, de l'anthrarufin, de l'acide 3,5
dihydroxybE;nzoic, du 1,5-dihydroxynaphtalene, du 3-hydroxy-2,2-dimethyl
propyl 3-hydroxy-2,2-dimethylpropionate des acétylènes comme du
Surfinol* 104, du Surfinol~' 104 PG50, du Surfinol* 104 DPM, du Surfinol*
104 E, du Surfinol*104 BC, du Surfinol* 400 Séries (Air Products), du
silicone glycol (BASF corp.), des sucres et des polyuréthanes modifiés tels
que EFKA* 452 de LUBRIZOL.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les additifs
chimiques réactifs sont utilisés dans une quantité de 0,1 à 15% par rapport
au poids des pigments présents dans le mélange.
Dans certains cas, il est avantageux d'ajouter aux mélanges
mentionnés un régulateur de pH pour optimiser les effets des liants et des
additifs. Ä titre d'exemple de régulateur de pH, l'acétate de sodium, les
carbonates, le NaOH, les sels d'ammonium, et l'acide sulfurique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le mélange
contenant préférablement de l'eau, des liants, éventuellement des
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catalyseurs dispersants volatils et/ou des additifs chimiques réactifs, et des
pigments, peut contenir un ou plusieurs additifs utiles pour le béton.
Les granulés de pigments obtenus selon l'un des procédés de
l'invention, sont utilisables pour la coloration de béton ou d'autres
5 matériaux. Ils contiennent notamment de l'eau, les pigments ci-dessus
mentionné;, des liants sous formes de leurs films insolubles dans de l'eau
et, éventuellement, d'autres additifs utiles pour le béton.
La quantité de catalyseur volatil introduite dans le mélange, mais
absente dans le granulé, varie de 0 à 15% en poids par rapport au poids
10 d'un granulé.
La quantité d'additifs réactifs et de réticulants introduits dans le
mélange avant séchage représente de 0 à 15% en poids d'un granulé.
Les pigments utilisés pour la préparation du mélange sont de
nature organique et/ou inorganique. Parmi les pigments inorganiques, on
15 choisira de préférence les pigments du groupe des oxydes de manganèse,
des oxydes et des hydroxydes de fer, des oxydes de chrome, des dioxydes
de titane, des noirs de carbone et des spinelles, notamment des spinelles
de cobalt. On peut utiliser des pigments exclusivement organiques,
exclusivement inorganiques et des mélanges de pigments organiques et
inorganiques.
Sont bien adaptés, pour le procédé de coloration selon l'invention,
des granulés fins, ayant une taille comprise entre 30N et 3mm, de
préférence entre 35N et 2mm, plus particulièrement entre 40 et 500
micromètres et surtout des granulés entre 40N et 400~r obtenus par
séchage et granulation d'un mélange contenant:
a) une phase, de préférence de l'eau;
b) des pigments tels que ceux décrits ci-dessus, et
éventuellement d'autres additifs appropriés ;
c) des liants décrïts ci-dessus; et
d) éventuellement des catalyseurs, tels que ceux décrits
ci-dessus et
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e) éventuellement des substances réactives ci-dessus décrites
pour la réticulation de liants.
Les granulés de pigments obtenus contiennent:
- moins de 20 % d'eau;
- de 79 à 99,95 % de pigment; et
- de 0,05 à 15 % de liants choisis dans le groupe constitué par
les composés organiques qui forment des films insolubles
après séchage et/ou par réaction chimique accompagnant le
séchage,
les pourcentages étant des pourcentages en poids exprimés par
rapport au poids total du granulé.
De préférence, ies granulés de pigments contiennent moins de 4%
d'eau et de 79 à 99,95% de pigments.
D'autres granulés représentatifs de l'invention contiennent:
- moins de 10 % d'eau;
- de 39,5 à 44,98 % de pigment;
- de 0,025 à 7,5 % de liants choisi dans le groupe constitué
par les composés organiques qui forment des films
insolubles après séchage et/ou par réaction chimique
accompagnant le séchage ; et
- jusqu'à 50 '% d'additifs pour bétons,
les pourcentages étant des pourcentages en poids exprimés par
rapport au poids total du granulé.
Les granulés de pigments obtenus ont de préférence la forme de
perles.
Les mélanges de granulés de pigments obtenus selon l'un des
procédés de l'invention contiennent au moins 90% de perles ayant une
taille comprise entre 40 et 400 microns.
CA 02263667 1999-03-15
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Selon l'état de la technique, il existe une multitude de manières,
pour fabriquer des pigments en granulés à partir de mélanges sous forme
d'une suspension liquide, d'une émulsion et/ou d'une pâte. Les granulés
conformes à l'invention peuvent être obtenues de différentes manières par
séchage d'un mélange de liant, de pigments, de liquide, de préférence
d'eau, éventuellement de catalyseurs volatils et /ou d'additifs réactifs et
en cas de besoin d'autres additifs.
II est par exemple possible d'appliquer sur un tambour une fine
couche de ce type de mélange en forme de pâte, qui sera séchée puis
broyée en granulés très fins.
II est également possible d'appliquer une fine couche de ce type de
mélange en forme de pâte sur une bande de séchage métallique où le
mélange sera séché, puis broyé en granulés fines.
Une autre manière de procéder consiste à préparer le mélange et à
l'extruder à l'aide d'une extrudeuse selon le procédé dit "spaghetti" ou
"cheveux d'anges" couramment utilisé dans l'industrie alimentaire des
pâtes, en le séchant ensuite par de l'air chaud ou par mise en contact avec
une surface chaude et en broyant les fils "spaghetti" obtenus.
Encore une autre manière de produire les granulés selon
l'invention consiste à doser de toutes petites gouttes de ce mélange sur
une surface chauffée et à séparer ces petites gouttes séchées de la
surface .
La forme préférée des granulés conformes à l'invention est le
granulat perlé.
Lesdits granulés perlés sont obtenus par l'intermédiaire d'un
séchoir à pulvérisation avec des buses à une ou plusieurs têtes,
respectivement des disques pulvérisateurs placés dans une tour de
pulvérisation, à partir de mélanges de liquides ci-dessus décrits.
Les granulés perlés se présentent sous forme de micro-granulés;
90% des particules de pigments ont une taille comprise entre 20 à 500, en
particulier une taille comprise entre 40 et 400.
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II s'est avéré, ce qui est étonnant et contre l'enseignement de l'art
antérieur, que les granulés indiqués ci-dessus se dissolvent bien dans le
béton bien que la dispersion de ces pigments soit réalisée en l'absence de
liants qui promeuvent la dispersion des granulés dans le béton, comme
stipulé dans le brevet US-A-4 946 505.
De plus, ils se dispersent de façon homogène dans le béton de
sorte que le béton de parement est parfaitement coloré sans taches ou nids
de couleur. Leur utilisation est également économique car avec une
quantité déterminée de pigments en granulés, l'on obtient une coloration de
même intensité qu'avec une quantité identique de pigments en poudre. Par
comparaison à une coloration par des pigments purs et pulvérulents, le
béton coloré avec les granulés selon l'invention ne démontre pas ou pas
plus d'efflorescences, et le plus souvent, moins d'efflorescences qu'avec
les granulés connus contenant des dispersants comme liants pour
stabiliser les granulés.
Les granulés produits et utilisés conformément à l'invention
s'écoulent librement d'un silo et n'ont point tendance à s'agglomérer ni à
former des agglomérats. Ils sont facilement transportés par des moyens
pneumatiques. En même temps, ils sont moins sensibles à l'humidité et
moins aptes à former des agglomérations ou boules dures, que les
granulés contenant des dispersants solubles dans l'eau ou même
hygroscopiques comme liants.
Le maniement des granulés selon l'invention ne dégage
pratiquement aucune poussière. Ils sont du point de vue du maniement
supérieurs aux granulés de l'art antérieur. Ainsi, les procédés de production
et d'utilisation conforme à l'invention sont particulièrement adaptés à une
coloration automatique et propre, plus particulièrement du béton. De ce fait,
ils sont d'excellente utilisation dans la pratique.
L'invention sera explicitée plus en détail à l'aide des exemples
suivants:
CA 02263667 2001-06-11
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Exemple 1
Fabrication selon le procédé de l'invention de Granulés perlés contenant
dehoxyde de Fer noir. Magnétite Fe304~
Un mélange en suspension composé pour 55,4% du poids d'oxyde
de fer noir et par 1,6% du poids de liant d'un copolymère de l'acide
polyacrylique avec du styréne, de 0,6% d'amino méthyle propanol comme
catalyseur volatile et pour le reste d'eau, est séché à l'aide d'air comprimé
par pulvérisation sur une installation de séchage par pulvérisation à flux
opposé et équipée d'une buse de pulvérisation.
La température d'entrée de l'air de sëchage est entre 240° et
325°C et la température de sortie de l'air entre 115° et
130°C.
Le produit obtenu est un granulé perlé et 98% des perles ont une
taille comprise entre 45p Ea 375N.
Ce:. granulés coulent librement, sont exempts de poussière et ont
une humidité résiduelle comprise entre 0,3 et 1,3%. La densité en vrac est
comprise entre 0,81 et 1,G4 g/I.
Les granulés perlés ainsi obtenues, présentent une taille moyenne
de grain variant entre 150 et 200p, et démontrent une bonne stabilité
mécanique.
Exemple 2
Fabrication de Granulés perlés selon le procédé de l'invention à partir de
l'oxyde de fer rouge~Hématite)
Ä partir d'une mélange en suspension aqueuse composé de:0,9%
de liant, un copolymère de l'acide polyacrylique avec du styrène, 1,13%
d'amino méthyle propanol comme catalyseur volatile, de 60% d'oxyde de
fer rouge ei: pour le restant d'eau, sont fabriqués des granulés perlés de la
même manière que décrite pour l'exemple 1. La température d'entrée de
CA 02263667 2001-06-11
l'air de séchage est comprïse entre 280° et 340° C; la
température de sortie
de l'air se situe entre 11C1° et 170°C.
Les granulés obtenus sont grossiers, 78% des granulés ont une
taille comprise entre 355p et 45p, coulent librement et sont exempts de
5 poussière. Leur humidité résiduelle est comprise entre 0,3 et 0,1% et la
densité en vrac se situe entre 0,800 et 1,100 g/l.
Exemple 3
Fabrication de Granulés perlés selon le~~rocédé de l'invention à partir de
10 l'oxyde de fer jaune ~Goethite)
Ä partir d'un mélange en suspension aqueuse composé de: 0.9%
de liant, un copolymère de l'acide polyacrylique avec du styrène, 1,13%
d'amino méthyle propanol en catalyseur volatil, 40% d'oxyde de fer jaune et
15 pour le restant d'eau, des granulés perlés sont fabriqués de la même
manière que décrite pour l'exempte 1. La température d'entrée de l'air de
séchage est comprise entre 280° et 340° C, la température de
sortie de l'air
est comprise entre 110° et 170°C.
Les granulés obtenus sont grossiers, 78% des grains ont une taille
20 comprise entre 355p et 4;ip, coulent librement et sont exempts de
poussière.
Leur humidité résiduelle est comprise entre 0,3 et 2,9 % et la densité en vrac
se situe entre 500 et 1.100 g/I.
Exemple 4
Dans une bétonnière (de type Masa) d'un volume de 1,25 m3, sont
mélangés pendant 1,5 minutes, 1024 kg de sable et d'agrégats et 10,4 kg
d'oxyde de fer noir sous forme de granulés perlés tels qu'obtenus dans
l'exemple 1. On ajoute 183 kg de ciment (du Portland artificiel) et à t'aide
d'un automate, la quantïté d'eau requise, qui seront homogénéisés pendant
CA 02263667 2001-06-11
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1,5 minutes avec le mélange. La bétonnière est ensuite vidée et le mélange
est utilisé pour la fabrication de pavés en béton.
Exemple comparatif 4a
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 4. Ä la place des
granulés perlés obtenus conformément à l'invention, l'on utilise la même
quantité (1l),4 kg) d'oxyde noir de fer sous forme de granulés avec un liant
qui promeut la dispersion du pigment dans le béton, à savoir du Granufin
Onyx; de la Société Davis.
L'on compare ensuite les teintes des bétons humides et celles des
pavés séchés pendant 24 heures. Dans le béton humide on ne constate
pas de différence de couleurs.
On constate que le béton sec, coloré avec du Granufin Onyx* porte
à sa surface une mince couche laiteuse significative du phénomène
d'efflorescence.
Exemple de comparaison 4b
II est procÉ:dé de la façon décrite à l'exemple 4. Ä la place des granulés
perlés obtenus conformément à l'invention, l'on utilise la méme quantité
(10,4 kg) d'oxyde noir de fer sous forme de poudre (Bayferrox* 330 de la
Soc. Bayer AG).
L'on compare ensuite les teintes des bétons humides et celles des
pavés séchés pendant 24 heures. Ni dans le béton humide ni dans le béton
sec, on ne constate de diffèrence de couleurs.
marques de commerce
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Exemple 5
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 4. Pour la coloration, il
est utilisé ici 11,3 kg de granulés perlés rouges conformes à l'exemple 2.
Exemple de comparaison 5a
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 5. Pour la coloration,
il est utilisé ici 11,3 kg de pigments sous forme de granulés avec un liant
qui promeuit la dispersion du pigment dans le béton, à savoir le Granufin
Terracotta de la Société Davis.
L'on compare ensuite les teintes des bétons humides et celles des
pavés séchés pendant c'.4 heures obtenus dans l'exemple 5 avec ceux
obtenus dans l'exemple 5a.
Ni dans le béton humide ni dans le béton sec on ne constate de
différence cle couleurs.
Exemple de comparaison 5b
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 5. Pour la coloration,
il est utilisé ici 11.3 kg des pigments sous forme de poudre utilisées pour la
production des granulés selon exemple 2.
L'on compare ensuite les teintes des bétons humides et celles des
pavés sécf iés pendant 24 heures obtenus dans l'exemple 5 avec ceux
obtenus dans l'exemple 5b. Ni dans le béton humide ni dans le béton sec,
on ne constate de différence de couleurs.
marque de commerce
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Exemple 6
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 5. Pour la coloration,
il est utilisé ici 11,3 kg de ç~ranulés perlés jaunes conformes à l'exemple 3.
Exemple de comearaison 6a
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 5. Pour la coloration,
il est utilisé ici 11,3 kg de pigments sous forme de granulés avec un liant
qui promeut la dispersion du pigment dans le béton à savoir le Granufin
Maize* de la Société Davis.
L'on compare ensuite les teintes des bétons humides et celles des
pavés séchés pendant 24 heures obtenus dans l'exemple 6 avec ceux
obtenus dans l'exemple C;a. Ni dans le béton humide ni dans le béton sec
on ne constate de différence de couleurs.
Exemple de comparaison 6b
II est procédé de la façon décrite à l'exemple 5. Pour la coloration,
il est utilisé ici 11,3 kg de pigments jaune sous forme de la poudre, utilisée
pour la production des granulés selon exemple 3.
L'on compare ensuite les teintes des bétons humides et celles des
pavés séchés pendant 24 heures obtenus dans l'exemple 6 avec ceux
obtenus dans l'exemple 6b. Ni dans le béton humide ni dans le béton sec
on ne consi:ate de différence de couleurs.
marque de commerce
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Exemple 7
On prépare un mélange aqueux composé de 150,OOml d'eau, de
6,OOg de K-~702* comme Fiant réticulant, de 1,32g de propylène glycol comme
additif réactif et de 1,50g d'AMP-95 comme catalyseur volatil; on ajoute
0,44g de NHaOH (25%) paur obtenir un pH de 8, et 143g de pigment jaune
(Goethite).
Par' une pipette, ce mélange a été mis sous forme de petites gouttes
sur une plaque de verre et séché à 110°C. Après séchage, on a obtenu de
petites perles d'un diamètre d'environ 1 mm. Mises dans de l'eau pendant 72
heures, 10d de ces perles ne se décomposèrent pas.
Exemple 8
On prépare un mélange aqueux composé de 150,OOml d'eau, de
10,OOg de K-702* comme liant réticulant, de 2,19 g de propylène glycol
comme additif réactif et ciE: 2,20g d'AMP-95 en catalyseur volatil; on ajoute
2,OOg de NH4 HC03 pour obtenir un pH de 8, et 303g de pigment rouge
(Hématite).
Par une pipette, ce mélange a été mis sous forme de petites gouttes
sur une plaque de verre et séché à 110°C. Après séchage, on a obtenu de
petites perlas d'un diamètre d'environ 1 mm. Mises dans de l'eau pendant 72
heures, 10g de ces perles ne se décomposèrent pas.
Exemple 9
On a mélangé à sec dans un récipient de 51, avec l'aide d'un
mélangeur genre Hobarth en vitesse 4, 540 g de sable blanc avec 3,5 g de
granulés jaunes de l'exemple 7 pendant 60 sec. Puis on a ajouté 140 g de
ciment blanc et 56 ml d'eau. Le tout fut mélangé encore pour 2 minutes. Le
marques de commerce
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mortier obtenu fut versé dans une forme carrée avec une profondeur de 3
cm. La forme fut conservée à la température ambiante pour 24 heures. Le
corps en mortier fut alors démoulé.
5 Exemple de comparaison 9a
On a mélangé à sec dans un récipient de 51, avec l'aide d'un
mélangeur genre Hobarth en vitesse 4, 540 g de sable blanc avec 3,5 g de
granulés jaunes contenant un liant, qui promeut la dispersion du pigment
10 dans le béton, à savoir le Granufin Maize* de la Soc. Davis Colors, pendant
60 sec. Puis, on a ajouté 140 g de ciment blanc et 56 ml d'eau.
Le 'tout mélangé encore pour 2 minutes puis le mortier obtenu versé
dans une forme carré avec une profondeur de 3 cm. La forme fut conservée
à la température ambiantE: pour 24 heures.
15 Le corps en mortier sorti de sa forme.
Exemple de comparaison 9b
On a mélangé à sec dans un récipient de 51, avec l'aide d'un
20 mélangeur genre Hobarth en vitesse 4, 540 g de sable blanc avec 3,5 g de
pigment d'oxyde de fer jaune sous forme de poudre, qui a servi à produire
les granulés jaunes de l'exemple 9, contenant un liant qui promeut la
dispersion du pigment dans le béton, à savoir le Granufin Maize* de la Soc.
Davis Colons, pendant 60 sec. Puis on a ajouté 140 g de ciment blanc et 56
25 ml d'eau. LE: tout fut mélangé encore pendant 2 minutes.
Le mortier obtenu fut versé dans une forme carrée avec une
profondeur de 3 cm. La forme a été conservée à la température ambiante
pour 24 heures. Puis, le corps en mortier a été sorti de sa forme.
*marques de commerce
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Les corps en mortier des exemples 9, 9a et 9b furent comparés en
couleur: il n'y avait pas de différences significatives.
Exemple 10
On a mélangé à sec dans un récipient de mélange de 51 avec l'aide
d'un mélangeur genre Hobarth en vitesse 4, 540 g de sable blanc avec 3,5 g
de granulés jaunes de l'exemple 8 pendant 60 sec. Puis on a ajouté 140 g
de ciment blanc et 56 rnl d'eau.. Le tout fut mélangé encore pendant 2
minutes. Le mortier obtenu a été versé dans une forme carré avec une
profondeur de 3 cm. La forme a été conservée à la température ambiante
pour 24 heures. Le corps en mortier a été sorti de sa forme.
Exemple de comparaison 10a
On a mélangé à sec dans un récipient de mélange de 51 avec l'aide
d'un mélangeur genre Hobarth en vitesse 4, 540 g de sable blanc avec 3,5 g
de granulés rouges contenant un liant qui promeut la dispersion du pigment
dans le béton, le Granufin Terracotta~ de la Soc. Davis Colors, pendant 60
sec. Puis on a ajouté 140 g de ciment blanc et 56 ml d'eau. Le tout a été
mélangé encore pendant 2 minutes. Le mortier obtenu a été versé dans une
forme carrée avec une profondeur de 3 cm. La forme a été conservée à la
températurE: ambiante pour 24 heures. Le corps en mortier a été sorti de sa
forme.
Exemple de comparaison 10b
On a mélangé à sec dans un récipient de mélange de 51 avec l'aide
d'un mélanç~eur genre Hobarth en vitesse 4, 540 g de sable blanc avec 3,5 g
de pigment d'oxyde de fer rouge sous forme de poudre, qui servait à produire
marque de commerce
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les granulés de l'exemple 10 pendant 60 sec. Puis on a ajouté 140 g de
ciment blanc et 56 ml d'eau. Le tout fut mélangé encore pendant 2 minutes.
Le mortier obtenu a été versé dans une forme carrée avec une profondeur de
3 cm. La forme a été conservée à la température ambiante pour 24 heures.
Puis le corps en mortier fut sorti de sa forme.
Les corps en mortier des exemples 10, 10 a et 10 b furent comparés
en couleur: il n'y avait pas de différences significatives.
