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WO 03/104331 PCT/FR03/01706
PROCEDE POUR AMELIORER, LES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DE
COMPOSITIONS DE BITUME, CES COMPOSITIONS ET LEURS UTILISATIONS
La présente invention concerne un procédé pour améliorer les propriétés
physico-
chimiques de compositions de bitume ainsi que de nouvelles compositions de
bitume aux
propriétés améliorées et leurs utilisations dans un procédé de préparation
d'enrobés
bitumeux à chaud ou dans un procédé de préparation d'enrobés bitumeux à froid.
Il est connu d'utiliser les matériaux de type bitume, tels que l'asphalte et
la malthe pour
les chaussées, les matériaux de toitures, divers revêtements, le mortier et le
coudage.
Des compositions de bitume ont été préparées en ajoutant des additifs adéquats
tels que
des agrégats ou des charges aux matériaux de type bitume mentionnés ci-dessus.
Toutefois, de telles compositions présentent de nombreux inconvénients
lorsqu'elles sont
utilisées en tant que telles pour différentes applications : on peut citer
notamment une
sensibilité importante à la température, adhérence faible vis à vis des
agrégats, propriétés
médiocres à basses températures, faible résistance à l'abrasion, faible
résistance aux
chocs.
Ainsi dans le cas d'une chaussée de route, les constituants principaux sont
des enrobés
bitumineux qui sont constitués de 95 % en masse de granulés et de 5 % en masse
de
bitume qui sert de liant.
Le rôle de ce liant est prépondérant sur les propriétés de la route qui est
soumise à trois
types de contraintes d'origine mécanique : fracture thermique, fatigue et
orniérage.
A basse température (environ -20° C), le liant, c'est à dire le bitume,
vitrifie et devient
cassant. Il peut alors de former de longues fissures transversales dues aux
contraintes
thermiques (fractures thermiques) qui sont des microfissures à cause de
l'hétérogénéité
du matériau.
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A plus haute température (environ 0° C), la chaussée peut toujours se
fissurer sous l'effet
de la fatigue. Il en résulte une multitude de fissures principalement
longitudinales
interconnectées.
Enfin, à des températures plus élevées (environ 50°C), les charges
répétées créées par les
véhicules sur la chaussée contribuent à former des ornières.
Le liant assure en outre l'imperméabilisation de la chaussée, protégeant ainsi
les
soubassements de la route.
Les principales caractéristiques demandées à la route et donc à la composition
de bitume
qui sert de liant sont donc
- une bonne résistance aux fissurations à basse température (typiquement -
30° C),
- une faible déformation à haute température (typiquement + 60° C).
- une bonne résistance à la fatigue pour améliorer la durabilité.
Il est aussi connu d'améliorer les propriétés du bitume en effectuant des
ajouts
appropriés.
Ainsi, en ajoutant un composant de caoutchouc, la sensibilité à la température
est réduite
et l'adhérence du liant vis à vis des agrégats et la résistance à l'abrasion
sont plus
grandes; de plus on améliore remarquablement les propriétés du bitume à basse
température, ainsi on fournit par exemple de la flexibilité, de même, les
propriétés à
hautes températures sont améliorées : ainsi on améliore la stabilité de forme
et la
résistance aux chocs.
De manière conventionnelle, à titre de caoutchouc pour obtenir une telle
composition de
bitume modifiée, on utilise principalement du caoutchouc naturel ou un
caoutchouc de
copolymère styrène-butadiène à l'état solide ou à l'état de latex.
Toutefois, lorsqu'on utilise un caoutchouc à l'état solide, la fusion au sein
d'un matériau
de type bitume nécessite de chauffer pendant une longue période, et des
problèmes
surviennent, comme la dégradation du composant de caoutchouc et du matériau de
bitume.
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En revanche, un caoutchouc à l'état de dispersion aqueuse de polymère (latex)
peut
facilement être mélangé avec un matériau de type bitume. Du point de vue de la
maniabilité et du temps de mélange, les latex de caoutchouc sont généralement
utilisés.
Toutefois, lorsqu'on ajoute une dispersion aqueuse de polymère (latex) de
caoutchouc
naturel à de l'asphalte, la viscosité s'accroît dans le temps comme si tout le
système se
gélifiait, entraînant des problèmes de mise en oeuvre.
De plus, lorsqu'une dispersion aqueuse de polymère (latex) de caoutchouc est
ajoutée à
du bitume qui a été fondu à haute température, dans le cas le plus fréquent de
réalisation
d'enrobés bitumeux à chaud, qui consiste à épandre à chaud un mélange des
divers
constituants (gravier et bitume), on observe une génération brutale de vapeur,
laquelle
peut présenter un danger pour les utilisateurs.
De plus, lorsqu'une dispersion aqueuse de polymère (latex) de caoutchouc est
ajouté à du
bitume dans une émulsion de bitume dans Peau (60-70 % de bitume) qui est
épandue sur
la route avant d'épandre les granulats comme c'est le cas dans la réalisation
d'enrobés « à
froid », le latex apporte une quantité d'eau supplémentaire qui perturbe la
réalisation de
l'enrobé à froid.
La présente invention a été mise au point afin de résoudre les problèmes
mentionnés plus
haut.
Un des buts de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer
les
propriétés des compositions de bitume qui ne présente pas les inconvénients
mentionnés
ci-dessus.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer
les
propriétés rhéologiques et mécaniques des compositions de bitume.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer
les
propriétés mécaniques des compositions de bitume aux basses températures.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer
les
propriétés des compositions de bitume qui soit plus facile à mettre en oeuvre
et moins
risqué d'un point de vue sécurité à la fois dans la préparation d'enrobés de
bitume à
chaud et dans la préparation des émulsions de bitume à froid .
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Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé pour améliorer
les
propriétés des compositions de bitume qui présente des facilités de stockage
et une bonne
redispersibilité des additifs utilisés dans les compositions de bitume.
Ces buts et d'autres sont atteints par la présente invention qui concerne en
effet un
procédé pour améliorer les propriétés physico-chimiques du bitume caractérisé
en ce
qu'on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère dont la
granulométrie est
comprise entre 1 et 1 SO ~m à la composition de bitume.
La présente invention concerne également une composition de bitume susceptible
d'être
obtenue par le procédé.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d'enrobés à
chaud
qui met en oeuvre la composition de bitume de l'invention.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d'enrobés à
froid
qui met en oeuvre la composition de bitume de l'invention.
La présente invention concerne tout d'abord un procédé pour améliorer les
propriétés
physico-chimiques du bitume, caractérisé en ce qu'on ajoute une quantité
suffisante de
poudre de polymère dont la granulométrie est comprise entre 1 et 150 ~,m à la
composition de bitume.
La composition pulvérulente de polymère filmogène insoluble dans Peau utilisée
dans le
procédé de l'invention peut être préparée par toutes les méthodes de
préparation de
poudres redispersables de polymères connues par l'homme de l'art dans le
domaine de la
construction.
Ainsi, le polymère filmogène est préparé à partir d'au moins un monomère à
insaturation
éthylénique , qui peut être choisi parmi : le styrène, le butadiène, les
esters acryliques
etJou méthacryliques d'alkyle en C~-C12, les esters vinyliques, facrylamide
et/ou le
méthacrylamide, et leurs dérivés alkyle en Cl-C12. De préférence, la
composition peut
comprendre, à titre de monomères à insaturation éthylénique, le styrène et le
butadiène.
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De plus, un monomère ayant un ou des groupes) fonctionnels) peut être inclus à
titre
de monomère additionnel. D'une manière générale, les polymères filmogènes sous
forme de dispersion aqueuse (latex) ou sous forme de poudres redispersables ne
sont
pas stables à la polymérisation ou au stockage si elles ne présentent pas de
5 groupements hydrophiles anioniques à la surface des particules.
C'est la raison pour laquelle on introduit ces groupements pendant la
polymérisation
en émulsion en ajoutant des monomères fonctionnalisés.
Des exemples de groupes fonctionnels comprennent les groupes carboxy,
anhydride
d'acide, hydroxy, amide, amino et glycidyle, et, parmi ceux-ci, on préfère les
groupes
carboxy.
Des exemples de monomères ayant un ou des groupes) carboxy comprennent les
acides
mono- ou poly- carboxyliques à insaturation éthylénique. Parmi les monoacides
carboxyliques à insaturation éthylénique, on peut citer l'acide acrylique,
l'acide
méthacrylique, ou leur mélange. A titre d'exemple d'acide polycarboxylique à
insaturation éthylénique, on peut citer les diacides carboxyliques à
insaturation
éthylénique notamment l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide
crotonique, l'acide
maléfique, l'anhydride maléfique, l'acide mésaconique, l'acide glutaconique ou
leurs
mélanges.
Des exemples de monomères ayant un ou des groupes) amide comprennent les
alkylamides d'acides carboxyliques insaturés éthyléniques, tel que le
méthacrylamide, le
N-méthylol méthacrylamide, le diacétone acrylamide, l'éthacrylamide, le
crotonamide,
l'itaconamide, le méthylitaconamide et le monoamide d'acide maléfique ; des
exemples
de monomères ayant un ou des groupes) amine comprennent l'aminoéthyle
(méth)acrylate, le diméthylaminoéthyle (méth)acrylate, le (3-aminoéthyle éther
de vinyle
et le diméthylaminoéthyle éther de vinyle ; des exemples de monomères ayant un
ou des
groupes) glycidyle comprennent les esters de glycidyle d'acides carboxyliques
insaturés
éthyléniques, tel que le (méth)acrylate de glycidyle ; des exemples de
monomères ayant
à la fois un ou des groupes) amine et un ou des groupes) amide comprennent les
aminoalkylamides d'acides carboxyliques insaturés éthyléniques, tel que
l'aminoéthylacrylamide, le diméthylaminométhyl-méthacrylamide et le
méthylaminopropylméthacrylamide ; et des exemples de monomères ayant un ou des
groupes) glycidyle comprennent les esters de glycidyle d'acides carboxyliques
insaturés
éthyléniques, tel que le (méth)acrylate de glycidyle. Ces monomères ayant un
ou des
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groupes) fonctionnels peuvent être utilisés seuls, ou bien deux ou plusieurs
monomères
peuvent être utilisés en combinaison.
Parmi ces monomères additionnels, les acides carboxyliques insaturés
éthyléniques sont
préférés.
Avantageusement, le polymère filmogène utilisé dans l'invention est préparé à
partir des
monomères styrène, butadiène, et acide acrylique.
De préférence, le polymère filmogène est préparé par polymérisation d'un
mélange de
monomères, comportant 92 à 99,9 % en poids d'au moins un monomère à
insaturation
éthylénique, et 0, I à 8 %, et plus particulièrement 2 à 5 % en poids d'au
moins un
monomère à fonction carboxylique.
Les proportions et la nature des monomères à insaturation éthylénique utilisés
dans la
polymérisation sont choisies par l'homme du métier de façon à obtenir une
température
de transition vitreuse adaptée à l'utilisation visée.
Ainsi, dans la présente invention, les proportions et la nature des monomères
utilisés sont
choisies de façon à obtenir une température de transition vitreuse du polymère
obtenu
comprise entre -40°C et 35°C.
De préférence, les proportions et la nature des monomères utilisées sont
choisies de façon
à obtenir une température de transition vitreuse comprise entre -40°C
et 5°C.
De manière encore plus préférentielle, les proportions et la nature des
monomères
utilisées sont choisies de façon à obtenir une température de transition
vitreuse comprise
entre -40°C et 1 °C.
La raison de cette sélection vient du fait que les propriétés mécaniques à
froid, c'est à
dire à une température voisine de -30°C, de la composition de bitume
dans laquelle on a
incorporé une quantité suffisante de poudre de polymère selon le procédé de
l'invention,
sont nettement améliorées lorsque ledit polymère présente une température de
transition
vitreuse comprise dans la gamme de température visée.
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La poudre de polymère de la présente invention peut être obtenue en opérant
une
polymérisation en émulsion des monomères mentionnés ci-dessus dans un milieu
aqueux, ce qui conduit à l'obtention d'une dispersion aqueuse de polymère
(latex), puis
en éliminant l'humidité du latex obtenu.
Une telle polymérisation est habituellement mise en oeuvre en présence d'un
émulsifiant
et d'un initiateur de polymérisation.
Les monomères peuvent être introduits en mélange, ou séparément et
simultanément,
dans le milieu réactionnel, soit avant le début de la polymérisation en une
seule fois, soit
au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu.
En tant qu'agent émulsifiant, on met en oeuvre généralement les agent
anioniques
classiques représentés notamment par les sels d'acides gras, les
alkylsulfates, les
alkylsulfonates, les alkylarylsulfates, les alkylarylsulfonates, les
arylsulfates, les
arylsulfonates, les sulfosuccinates, et les alkylphosphates de métaux
alcalins. Ils sont
employés à raison de 0,01 à 5 % en poids par rapport au poids total des
monomères.
L'initiateur de polymérisation en émulsion, qui est hydrosoluble, est
représenté plus
particulièrement par les hydroperoxydes tels que l'eau oxygénée,
l'hydroperoxyde de
tertiobutyle, et par les persulfates tels que le persulfate de sodium, le
persulfate de
potassium, et le persulfate d'ammonium. Il est employé en quantités comprises
entre 0,05
et 2 % en poids par rapport au poids total des monomères.
En fonction de l'initiateur mis en oeuvre, la température de réaction est
généralement
comprise entre 0 et 100°C, de préférence entre 50 et 80 °C.
On peut utiliser un agent de transfert dans les proportions allant de 0 à 3 %
en poids par
rapport au poids total des monomères, généralement choisi parmi les mercaptans
tels que
le n-dodécylmercaptan, le tertiododécylmercaptan, le tertiobutylmercaptan, et
leurs esters
comme le méthylmercaptopropionate, le cyclohexène, les hydrocarbures halogénés
tels
que le chloroforme, le bromoforme, et le tetrachlorure de carbone.
La taille des particules de l'émulsion de polymère filmogène peut être
comprise entre
0,02 et 5 gym, et de préférence entre 0,08 et 1 pm.
Concernant le procédé de polymérisation par émulsion et les conditions de
celle-ci, il
n'existe pas de limite particulière et la polymérisation par émulsion peut
être opérée en
utilisant des procédés et des conditions conventionnels connus de l'homme de
l'art.
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Lors de la mise en oeuvre de la polymérisation en émulsion, outre l'initiateur
de
polymérisation, l'émulsifiant et l'agent de transfert de chaînes mentionnés
plus haut, un
agent chélatant, un ajusteur de pH, un électrolyte ou équivalent, peuvent en
outre être
utilisés, si nécessaire.
Dans la présente invention, en ce qui concerne les procédés d'élimination de
l'humidité
du latex polymère permettant d'obtenir une poudre sous forme sèche, on peut
mentionner
les procédés de séchage par pulvérisation, les procédés de séchage par flux
moyen et les
procédés de lyophilisation et de séchage sous vide. Parmi ceux-ci, les
procédés de
séchage par pulvérisation sont particulièrement préférés en termes
d'efficacité et de coût
de production. Le séchage par pulvérisation est généralement mis en oeuvre à
50-170 °C,
de préférence à 70-120 °C, en utilisant un appareil, tel qu'un
atomiseur à double buse
hydraulique, un atomiseur à buse de pression ou un atomiseur à disque rotatif.
Les conditions du séchage par pulvérisation, telles que la température
d'entrée, la
température de sortie, le flux d'air et le débit, sont choisies de manière
appropriée en
fonction du type, de la composition, de la température de transition vitreuse
et du rapport
à la teneur totale en solides du latex.
En ce qui concerne la poudre de polymère utilisée dans la présente invention,
le diamètre
de particules est compris entre 1 et 150 gym, et de préférence entre 50 et 150
pm. Lorsque
le diamètre de particules de la poudre polymère est inférieur à 1 gym, la
manipulation de
la poudre devient difficile, ce qui conduit à une faible maniabilité lors de
l'application.
En revanche, lorsque le diamètre est supérieur à 150 gym, elle démontre une
redispersibilité plus faible.
Ainsi, dans le but de produire une poudre de polymère particulièrement adaptée
à la
présente invention, il est préférable d'utiliser un procédé de préparation de
la poudre tel
que décrit dans le document WO 99/38917 incorporé par référence.
En résumé ce procédé consiste à éliminer l'eau d'une dispersion aqueuse de
particules de
polymère filmogène insoluble dans l'eau (B) comme décrit ci-dessus, comprenant
en
outre des quantités adaptées de polypeptide (A), éventuellement d'acide aminé
(D), de
protéine partiellement ou totalement hydrosoluble (E) ou de leur mélange, de
composé
hydrosoluble (C) et de charge minérale (F),
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ledit polymère filmogène étant préparé à partir d'au moins un monomère à
insaturation
éthylénique et d'au moins un monomère éthyléniquement insaturé à fonction
carboxylique.
Le résidu sec ainsi obtenu, peut être, facultativement, broyé ou désaggloméré
en une
poudre de granulométrie désirée.
Toutes les définitions des constituants (A), (C), (D), (E), (F) ainsi que les
quantités mises
en jeu et les conditions de préparation sont précisées dans ce document WO
99/38917
incorporé par référence.
Le polypeptide (A) est incorporé dans une quantité comprise entre 2 à 40
parties en poids
pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène insoluble dans l'eau
préparé à
partir d'au moins un monomère à insaturation éthylénique et d'au moins un
monomère
éthyléniquement insaturé à fonction carboxylique,
ledit polypeptide (A) contenant de 2 à 100 acides aminés.
Par polypeptide, il est entendu une molécule formée de l'enchaînement d'au
moins deux
acides aminés. Dans le cadre de la présente invention, le polypeptide (A)
contient de 2 à
100 acides aminés, et de préférence, de 4 à 50 acides aminés.
Le polypeptide (A) entrant dans la composition selon l'invention est au moins
partiellement hydrosoluble. Avantageusement, la partie hydrosoluble du
polypeptide (A)
peut représenter au moins 2 parties en poids par rapport au polymère.
Les acides aminés constitutifs du polypeptide, peuvent être choisis parmi tous
les acides
aminés naturels et/ou synthétiques. Ils sont choisis notamment parmi (alanine,
l'arginine,
l'asparagine, l'acide aspartique, la cystéine, l'acide glutamique, la glycine,
fhistidine,
l'isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la
proline, la sérine, la
thréonine, le tryptophane, la tyrosine, la valine, et leurs dérivés.
Par dérivés des acides aminés constitutifs du polypeptide, on désigne plus
particulièrement les sels hydrosolubles ou hydroalcalisolubles des acides
aminés. Il peut
s'agir par exemple de sels de sodium, de potassium, et d'ammonium.
On peut citer par exemple le glutamate de sodium, faspartate de sodium, et
fhydroxyglutamate de sodium.
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La poudre de polymère peut éventuellement, en outre, comprendre au moins un
composé
hydrosoluble (C). Ce composé peut être choisi parmi les sucres et leurs
dérivés, et les
polyélectrolytes appartenant à la famille des polyacides faibles. Plus
particulièrement le
composé (C) est un solide.
5 Lorsque le composé (C) est choisi parmi les polyélectrolytes appartenant à
la famille des
polyacides faibles, pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène
(B), la
composition pulvérulente selon l'invention peut comprendre, de 5 à 20 parties
en poids,
de préférence de 5 à 15 parties en poids, et encore plus préférentiellement
entre 2 et 10
parties en poids de composé hydrosoluble (C).
10 Les polyélectrolytes peuvent être de nature organique, issus de la
polymérisation de
monomères qui ont la formule générale suivante
R1 R4
\ /
C C
/ \
R2 R3
formule dans laquelle R;, identiques ou différents, représentent H, CH3, COZH,
(CH2)~
C02H avec n = 0 à 4.
A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer les acides acrylique,
méthacrylique,
maléfique, fumarique, itaconique, et crotonique.
Conviennent également à l'invention, les copolymères obtenus à partir des
monomères
répondant à la formule générale précédente et ceux obtenus à l'aide de ces
monomères et
d'autres monomères, en particulier les dérivés vinyliques comme les alcools
vinyliques et
les amides copolymérisables comme facrylamide et le méthacrylamide. On peut
également citer les copolymères obtenus à partir d'alkyle vinyl éther et
d'acide maléfique
ainsi que ceux obtenus à partir de vinyl styrène et d'acide maléfique qui sont
notamment
décrits dans l'encyclopédie KIRK-OTHMER intitulé "ENCYCLOPEDIA OF
CHEMICAL TECHNOLOGY" - Volume 18 - 3 ème édition - Wiley interscience
publication - 1982.
Les polyélectrolytes préférés présentent un degré de polymérisation faible. La
masse
moléculaire en poids des polyélectrolytes est plus particulièrement inférieure
à 20000
g/mole. De préférence, elle est comprise entre 1000 et 5000 g/mole.
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Le composé hydrosoluble (C) peut également être choisi parmi les sucres et
leurs dérivés,
seul ou en mélange. Conviennent à ce titre les oses (ou monosaccharides), les
osides, les
polyholosides fortement dépolymérisés. On entend des composés dont la masse
moléculaire en poids est plus particulièrement inférieure à 20 000 g/mole.
Parmi les oses on peut mentionner les aldoses tels que le glucose, le mannose,
le
galactose, le ribose, et les cétoses tels que le fructose.
Les osides sont des composés qui résultent de la condensation, avec
élimination d'eau, de
molécules doses entre elles ou encore de molécules doses avec des molécules
non
glucidiques. Parmi les osides on préfère les holosides qui sont formés par la
réunion de
motifs exclusivement glucidiques et plus particulièrement les oligoholosides
(ou
oligosaccharides) qui ne comportent qu'un nombre restreint de ces motifs,
c'est-à-dire un
nombre en général inférieur ou égal à 10. A titre d'exemples d'oligoholosides,
on peut
mentionner le saccharose, le lactose, la cellobiose, le maltose, et le
tréhalose.
Les polyholosides (ou polysaccharides) fortement dépolymérisés convenables
sont
décrits par exemple dans l'ouvrage de P. ARNAUD intitulé "cours de chimie
organique",
Gaultier-Villars éditeurs, 1987. Plus particulièrement, on met en oeuvre des
polyholosides dont la masse moléculaire en poids est plus particulièrement
inférieure à
000 g/mole.
A titre d'exemple non limitatif de polyholosides fortement dépolymérisés, on
peut citer le
20 dextran, l'amidon, la gomme xanthane et les galactomannanes tels que le
guar ou la
caroube. Ces polysaccharides présentent de préférence un point de fusion
supérieur à
100°C et une solubilité dans l'eau comprise entre 50 et 500 g/l.
Lorsque le composé hydrosoluble (C) est choisi parmi les sucres et leurs
dérivés, pour
100 parties en poids de poudre de polymère filmogène (B), la composition
pulvérulente
peut comprendre de 7 à 50 parties en poids,et de préférence de 8 à 25 parties
en poids de
composé hydrosoluble (C).
Bien entendu, il est tout à fait envisageable d'utiliser ces différents types
de composés
hydrosolubles, c'est-à-dire les sucres et leurs dérivés, et les
polyélectrolytes appartenant à
la famille des polyacides faibles, en combinaison.
La composition pulvérulente redispersable peut éventuellement, également,
comprendre
au moins un acide aminé (D), ou l'un de ses dérivés. L'acide aminé (D) est
choisi parmi
- les acides monoaminés monocarboxylés,
- ou les acides monoaminés dicarboxylés,
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- ou les acides diaminés monocarboxylés.
De préférence, l'acide aminé (D) possède une chaîne latérale avec des
propriétés acido-
basiques, choisi notamment parmi farginine, la lysine, l'histidine, (acide
glutamique,
l'acide aspartique, et l'acide hydroxyglutamatique.
Les acides aminés (D) précités peuvent également se présenter sous la forme de
dérivés
de ceux-ci et notamment sous forme de sels hydrosolubles ou
hydroalcalisolubles. Il peut
s'agir par exemple de sels de sodium, de potassium, et d'ammonium. On peut
citer par
exemple le glutamate de sodium, faspartate de sodium, et fhydroxyglutamate de
sodium.
La composition pulvérulente redispersable peut éventuellement, en outre,
comprendre au
moins une protéine partiellement ou totalement hydrosoluble (E), ou une
protéine rendue
au moins partiellement hydrosoluble par des méthodes connues, qui sont souvent
des
produits du commerce.
Il pourra s'agir par exemple
- des protéines provenant des graines protéagineuses notamment celles de pois,
de
féverole, de lupin, de haricot, et de lentille ; des protéines provenant de
grains de céréales
notamment celles du blé, de l'orge, du seigle, du maïs, du riz, de l'avoine,
et du millet ;
des protéines provenant des graines oléagineuses notamment celles du soja, de
l'arachide,
du tournesol, du colza, et de la noix de coco ; des protéines provenant des
feuilles
notamment de luzerne, et d'orties ; et les protéines provenant d'organes
végétaux de
réserves enterrées notamment celle de pomme de terre, et de betterave,
- des protéines d'origine animale, on peut citer, par exemple, des protéines
musculaires
notamment les protéines du stroma, et la gélatine; des protéines provenant du
lait
notamment la caséine, la lactoglobuline ; et les protéines de poissons,
- des protéines produites par des micro-organismes, et de préférence celles
qui peuvent
utiliser notamment de l'amidon, de la cellulose, du dioxyde de carbone, des
hydrocarbures, et des alcools, comme source de carbone.
La protéine partiellement ou totalement hydrosoluble (E) est plus
particulièrement
d'origine animale, de préférence la lactoglobuline.
Bien entendu, il est possible d'avoir une composition pulvérulente
redispersable
comprenant un mélange d'acide aminé (D) et de protéine (E). Il sera alors
nécessaire
d'assurer au préalable la compatibilité entre les divers composants de la
composition
pulvérulente de l'invention.
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Une deuxième variante possible issue du document 898015 consiste à mettre en
oeuvre
une composition pulvérulente comprenant un polypeptide (A) obtenu par
hydrolyse
chimique ou enzymatique des protéines provenant du soja ou du blé, et un
polymère (B)
préparé à partir des monomères styrène, butadiène, acide acrylique, et une
protéine (E)
qui est la lactoglobuline.
Afm de favoriser la préparation de la poudre et sa stabilité au stockage en
évitant
faggrégation de la poudre ou son mottage, la composition pulvérulente peut
comprendre
éventuellement, aussi, une charge minérale (F), de granulométrie inférieure à
20 pm.
Comme charge minérale (F), on recommande d'utiliser une charge choisie
notamment
parmi la silice, le carbonate de calcium, le kaolin, le sulfate de baryum,
l'oxyde de titane,
le talc, (alumine hydratée, la bentonite, et le sulfoaluminate de calcium
(blanc satin).
Pour 100 parties en poids de poudre de polymère filmogène insoluble dans l'eau
(B), la
quantité de charge minérale (F) peut être comprise entre 0,5 et 60 parties en
poids, de
préférence entre 10 et 20 parties en poids.
La charge minérale (F) peut être ajoutée à la dispersion aqueuse de polymère
de départ.
Toute ou une partie de la charge minérale peut, également, être introduite
lors de l'étape
de pulvérisation dans le procédé de séchage par atomisation. Il est aussi
possible d'ajouter
la charge minérale directement à la composition pulvérulente finale, par
exemple, dans
un mélangeur rotatif.
De préférence, toute ou une partie de la charge minérale peut, également, être
introduite
lors de l'étape de pulvérisation dans le procédé de séchage par atomisation.
Selon un mode préféré, on peut introduire, dans la tour d'atomisation, des
particules
minérales de faible taille, par exemple de l'ordre de 3 pm, en quantité telle,
qu'à la sortie
de l'atomiseur la composition pulvérulente présente une teneur en particules
de l'ordre de
10 % en poids.
L'intérêt d'utiliser cette poudre de polymère particulière est qu'elle est
très stable au
stockage, très maniable, elle est très fluide, elle ne motte pas et elle se
redisperse
particulièrement bien dans les compositions de bitume, ce qui facilite la mise
en oeuvre
des procédés de préparations des compositions de bitumes aux performances
améliorées
et des procédés de préparation dcs enrobés bitumeux « à chaud » et des enrobés
bitumeux
« à froid ».
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La poudre de polymère doit être ajoutée dans la composition de bitume dans une
quantité
suffisante.
Par quantité suffisante, on entend au sens de la présente invention, une
quantité suffisante
pour améliorer sensiblement les propriétés physico-chimiques des compositions
de
bitume.
D'une manière générale la quantité de poudre de polymère introduite dans la
composition
de bitume est comprise entre 0,5 et 20% en poids de poudre sèche par rapport
au poids de
la composition de bitume. De préférence, cette quantité est comprise entre 0,5
et 10% en
poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. De
manière
encore plus préférentielle, cette quantité est comprise entre 0,5 et 3% en
poids de poudre
sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
Il faut noter que des exemples de bitumes auxquels la poudre de polymère de la
présente
invention peut être ajoutée comprennent les bitumes naturels, les pyrobitumes
et les
bitumes artificiels. Des bitumes particulièrement préférés sont ceux utilisés
pour les
chaussées, tels que l'asphalte ou la malthe. De manière encore plus
préférentielle on
utilise l'asphalte.
Deux modes de réalisation sont possibles pour l'incorporation de la poudre de
polymère
dans la composition de bitume.
Le premier mode de réalisation concerne un procédé pour améliorer les
propriétés
physicochimiques de la composition de bitume comprenant les étapes suivantes
1-on chauffe la composition de bitume à une température comprise entre 140 et
190°C ;
2-on ajoute une quantité suffisante de poudre de polymère dont la
granulométrie est
comprise entre 1 et 150 ~m à la composition de bitume de l'étape 1 sous
agitation.
La présente invention concerne également une composition de bitume susceptible
d'être
obtenue par le procédé décrit ci-dessus.
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La présente invention concerne également un procédé de préparation d'enrobés à
chaud
qui met en oeuvre la composition de bitume susceptible d'être obtenue par le
procédé ci-
dessus.
Ce procédé comprend une étape supplémentaire au procédé précédent qui consiste
à
5 ajouter sous agitation et à une température comprise entre 140 et
190°C les agrégats dans
la composition de bitume.
Le deuxième mode de réalisation possible pour l'incorporation de la poudre de
polymère
dans la composition de bitume s'effectue à température ambiante. Il s'agit
d'un procédé
10 de préparation d'enrobés « à froid »
Ce procédé comprend les étapes suivantes
1- On incorpore une quantité suffisante de poudre de polymère dans une
émulsion de
bitume sous agitation à température ambiante ;
15 2-on épand l'émulsion obtenue à l'étape 1 sur une route pour obtenir une
couche
uniforme du mélange obtenu à l'étape 1;
3-on épand les agrégats et charges au-dessus de la couche obtenue à l'étape 2
sous forme
d'une couche uniforme;
4-on casse l'émulsion de bitume.
Par quantité suffisante, on entend au séns de la présente invention, une
quantité suffisante
pour améliorer sensiblement les propriétés physico-chimiques des compositions
de
bitume.
D'une manière générale la quantité de poudre de polymère introduite dans la
composition
de bitume est comprise entre 0,5 et 20% en poids de poudre sèche par rapport
au poids de
la composition de bitume. De préférence, cette quantité est comprise entre 0,5
et 10% en
poids de poudre sèche par rapport au poids de la composition de bitume. De
manière
encore plus préférentielle, cette quantité est comprise entre 0,5 et 3% en
poids de poudre
sèche par rapport au poids de la composition de bitume.
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Exemples
La présente invention va être explicitée plus en détail par référence aux
exemples
ci-après. Il faut noter que les termes " parties " et " % " apparaissant dans
les exemples
correspondent à des " parties en poids " et à des " % en poids ",
respectivement, en
l'absence de précisions particulières.
EXEMPLES
Exemple A : préparation d'une composition de bitume
1) préparation de la poudre de polymère
On prépare une phase liquide ayant la composition suivante
-76% en poids sec de Latexia300 par rapport au poids total de la poudre sèche
;
-9% en poids de glutamate par rapport au poids total de la poudre sèche ;
-1% d'eau .
Le Latexia300 est un latex commercialisé par la société RHODIA qui a été
synthétisé
selon le procédé décrit dans le document WO 99/38917. Les monomères principaux
utilisés sont le styrène, le butadiène et l'acide acrylique dans des
proportions telles que la
température de transition vitreuse obtenue (Tg) est de 0°C.
La phase liquide est ensuite pompée et pulvérisée dans une tour de séchage
(atomiseur)
dans laquelle on introduit les ingrédients suivants à l'état sec
- 12 % en poids de kaolin par rapport au poids total de la poudre sèche
- 1 % en poids de Sipernat D17 (silice) par rapport au poids total de la
poudre sèche
- 1 % en poids de chaux par rapport au poids total de la poudre sèche
On obtient une poudre dont les particules ont un diamètre compris entre 70 et
150 pm.
Elle présente de bonnes qualités d'écoulement libre, elle ne motte pas dans
des
conditions normales de stockage.
2) préparation de la composition de bitume
Une masse de 50 g de bitume Shell 70-100, représentatif des bitumes européens
de
gamme moyenne est prélevée dans un fût, puis placée dans un bêcher de 250m1.
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Ce bêcher est chauffé jusqu'à 170°C, jusqu'à ce que le bitume soit
totalement liquide.
L'ajout de la poudre de polymère de l'étape a) est alors effectué, et le
bitume est
maintenu sous agitation pendant 20 minutes en maintenant la température entre
165 et
175° C.
Une agitation très lente est alors effectuée pendant 10 minutes dans la même
gamme de
température afin d'éliminer les bulles.
La quantité de poudre de l'exemple A-1 utilisée est de 1,5% en poids de poudre
sèche par
rapport au poids du bitume.
L'incorporation est aisée, il n'y a pas de dégagement de vapeur d'eau et la
dispersion de
la poudre dans la composition de bitume est aisée et rapide.
Exemple B : évaluation des compositions de bitume
1- Préparation des éprouvettes
Afin de pouvoir évaluer les compositions de bitume de l'invention, des essais
sont
réalisés sur la composition de bitume de l'exemple A-2, sur une composition de
bitume
sans ajout de poudre (témoin), sur des compositions de bitume dans lesquelles
on a
incorporé une dispersion aqueuse de polymère (latex), et sur des compositions
de bitume
dans lesquelles on a incorporé du polymère solide.
On se place pour la préparation des éprouvettes dans les mêmes conditions que
celles
décrites dans l'exemple A-2.
Les mélanges effectués sont préparés à partir de bitume Shell 70-100,
représentatif des
bitumes européens de gamme moyenne.
Une masse de 50 g de bitume est prélevée dans un fût, puis placée dans un
bêcher de
250m1. Ce bêcher est chauffé jusqu'à 170°C, jusqu'à ce que le bitume
soit totalement
liquide. L'ajout de polymère sous forme de poudre ou de solide est alors
effectué, et le
bitume est maintenu sous agitation pendant 20 minutes en maintenant la
température
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entre 165 et 175° C. Une agitation très lente est alors effectuée
pendant 10 minutes dans
la même gamme de température afin d'éliminer les bulles.
Les éprouvettes destinées aux essais mécaniques sont préparées en coulant à
chaud le
mélange dans un moule en silastène. On coule 3 éprouvettes en même temps pour
éviter
de réchauffer plusieurs fois le même échantillon et modifier ainsi son
histoire thermique.
Une fois le bitume coulé dans le moule, il est placé au réfrigérateur afin de
rigidifier les
éprouvettes pour permettre le démoulage sans risque de déformation à une
temprérature
inférieure à -10°C pendant environ 30 minutes. Les éprouvettes
rigidifiées sont alors
démoulées.
Les produits évalués sont les suivants
- La poudre de polymère de l'exemple A-1
-Poudre de caoutchouc
Les poudres de caoutchouc utilisées sont issues de pneumatiques (cryobroyage).
Une granulométries a été testée : Poudre de 500 p,m
2- Description du test pour évaluer les propriétés mécaniques à froid des
compositions de bitume par essai de, rupture
Le comportement mécanique à froid d'un matériau type bitume vers les basses
températures, c'est-à-dire pour une température inférieure à sa température de
transition
vitreuse (Tg), est un comportement de type élastique fragile.
Le comportement fragile se caractérise par une rupture brutale du matériau.
Le comportement mécanique du bitume est approchée par des essais de flexion 3
points
sur des éprouvettes parallélépipédiques.
Les éprouvettes de bitume ont été coulées à chaud dans un moule silicone, et
rigidifiées à
basse température avant démoulage. Les éprouvettes sont parallélépipédiques et
possèdent les dimensions suivantes
1= 11 cm
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d = 1 cm
w = 1 cm
Les essais sont réalisés dans une enceinte à une température de - 30°C
reproduisant des
conditions extrêmes d'utilisation du bitume. De plus, cette température est
légèrement
inférieure à la température de transition vitreuse du bitume.
Les éprouvettes sont stabilisées à - 30°C pendant 15 minutes puis,
l'essai de flexion est
lancé. On compare pour chaque type de bitume modifié les valeurs de la force
maximale
atteinte.
Pour chaque bitume modifié six éprouvettes ont été cassées (à - 30°C)
et la moyenne des
contraintes maximales atteintes est déterminée par la formule suivante
a=3/2 * (Fl)/(d.w2)
La contrainte maximale moyennée est indiquée dans le tableau I ci-dessous
Tableau I
Type du bitume Rsistance mcanique
-30C (Mpa)
Shell pur (tmoin) 0.5
Shell + 1.5 % poudre de l'exemple2.75
A-1
Shell + 1 % caoutchouc 500 0.85
pm
L'ajout de polymère dans les bitumes conduit à une augmentation de la
contrainte de
rupture à froid, ce qui signifie une meilleure résistance du liant aux basses
températures.
Cependant, le comportement du matériau reste toujours fragile.
Les essais mécaniques confirment la très bonne influence des poudres de latex
sur le bitume. En effet, aux basses températures, l'ajout de poudre de latex
permet d'augmenter la résistance à froid.
