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WO2004094310A2 - Emulsion comprenant des particules de silice amphiphile et son procede de preparation - Google Patents
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WO2004094310A2 - Emulsion comprenant des particules de silice amphiphile et son procede de preparation - Google Patents

Emulsion comprenant des particules de silice amphiphile et son procede de preparation Download PDF

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WO2004094310A2
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David Monin
Serge Ravaine
Stéphane RECULUSA
Véronique SCHMITT
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Rhodia Chimie SAS
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Rhodia Chimie SAS
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    • A61K2800/33Free of surfactant

Definitions

  • emulsions comprising amphiphilic silica particles and its preparation process.
  • emulsion is meant a suspension of a liquid in a phase in which it is not miscible. A discontinuous phase is then obtained suspended in a continuous phase.
  • Emulsions are widely used in the industrial field for various compounds which are sold in the form of emulsions. Examples that may be mentioned include creams, ointments, mayonnaise, emulsion paints, adhesive emulsions, sealants, lubricants.
  • a ternary mixture comprising the base medium, the immiscible liquid and a third component which makes it possible to maintain in suspension drops which are initially immiscible.
  • This third component is a stabilizer which acts as an interface between the continuous phase and the discontinuous phase.
  • surfactants in particular organic surfactants. These have the disadvantage of being harmful and polluting and of altering the adhesive properties of the coatings formed by drying of emulsions, as for example in the case of paints or mastics.
  • organic surfactants are sensitive to extreme conditions of temperature, pH and ionic strength.
  • stabilizers have been developed, in particular mineral particles, which make it possible to stabilize emulsions. In this regard we can cite the article by Pickering, S.U. 1907, J. Chem. Soc. 91 Pages 2001-2021.
  • the problem which the invention proposes to solve is to provide a stabilizer for emulsions, the stabilization properties of which make it possible to stabilize emulsions whose drops (discontinuous phase) are very large.
  • the invention provides an emulsion of a discontinuous phase suspended in a continuous phase characterized in that it comprises amphiphilic silica particles at least partly at the interface of the discontinuous and continuous phases.
  • the invention also provides a method for manufacturing said emulsions, characterized in that it comprises the following steps: (i) Prepare, with stirring, a dispersion of amphiphilic silica particles in a continuous phase; and (ii) Add, with stirring, the phase to be dispersed to the dispersion obtained in step (i).
  • the advantage of the present invention is to provide emulsions which are stable over several months, in particular stable up to at most 12 months.
  • Another advantage of the present invention is to provide emulsions in which the dispersed phase consists of extremely viscous compounds, while the emulsion is of low viscosity.
  • the emulsions according to the invention have a high volume fraction of the dispersed phase.
  • these emulsions flow easily, in particular because of the large diameter of the drops.
  • the emulsions according to the invention have the advantage of being completely free of organic surfactants.
  • the emulsions according to the invention have the advantage of being able to be concentrated, and also of being stable on storage.
  • FIGS. 1a and 1b represent photos of these direct emulsions: oil in water -
  • FIG. 2 represents the relationship between the reverse of the diameter of the emulsion drops • and the mass of silica introduced with two different types of agitation, for the same system.
  • the invention firstly relates to an emulsion of a discontinuous phase suspended in a continuous phase characterized in that it comprises particles of amphiphilic silica at least partly at the interface of the discontinuous and continuous phases.
  • the emulsion according to the invention advantageously has a discontinuous phase which is in the form of a drop whose drop size is at least 10 ⁇ m and more particularly whose drop size is between 10 ⁇ m and 1 cm.
  • the emulsions according to the invention advantageously have a high volume fraction of the dispersed phase.
  • the emulsions according to the invention advantageously have a volume fraction of at least 50%, advantageously of at least 65%, and preferably of at least 80%.
  • the volume fraction is expressed by the ratio:
  • dispersed phase volume R dispersed phase volume + continuous phase volume
  • amphiphilic silica is meant a partially hydrophobic silica.
  • a treatment of the silica particles leading to reducing the number of free -OH site surface silanol, also called by the skilled person a Q3 site) will be suitable for manufacturing a partially hydrophobic silica.
  • These particles advantageously comprise particles of silica grafted with a silane.
  • the preferred silane used according to the invention comprises a carbon chain, linear, branched or cyclic, having at least 3 carbon atoms, preferably at least 5 carbon atoms, and even more preferably at least 8 carbon atoms.
  • one of the preferred silanes used is n-octyltriethoxysilane or hexadecyltriethoxysilane
  • the grafting generally takes place in an alcoholic medium.
  • the concentration of the reaction medium in silica is less than 20%, more particularly less than 5%.
  • the silane concentration is calculated so as to partially or completely cover the silica particles.
  • silica can be covered by at least one monomolecular layer of silane, with a surface density of the order of a silane chain per 20 Angstroms squared.
  • silica-grafted silica particle of a pyrogenation silica modified with a dichlorodimethylsilane, such as silica R972 from DEGUSSA.
  • a pyrogenation silica modified with a dichlorodimethylsilane such as silica R972 from DEGUSSA.
  • the grafted silica it may for example be a silica obtained by precipitation from alkali silicates, with controlled isotropic growth.
  • Mention is made, by way of example, of the silica soils sold by the company Clariant under the name Klébosol, the size of which is less than 100 nm.
  • the emulsion according to the invention is advantageously monodisperse.
  • the uniformity factor as can be measured from the size distribution obtained by a particle size analyzer using light scattering or else by direct counting of the drops, is more particularly less than 40% and preferably less than 25%.
  • the uniformity factor, U can be calculated as follows:
  • Vi is the volume that characterizes each class of drops, called "i”.
  • Di is the diameter that characterizes each class of drops, called "i”.
  • the index "i” refers to the drop classes.
  • the drop classes are determined by making the histogram of the number of drops of the emulsion, of which the uniformity index is calculated, as a function of their diameter (Di).
  • the invention then relates to a method for manufacturing the emulsions described above which comprises the following steps:
  • step (ii) adding, with stirring, the phase to be dispersed to the dispersion obtained in step (i).
  • the dispersion prepared in step (i) may contain between 0.01 and 10% by volume of amphiphilic silica particles.
  • Step (ii) of the process according to the invention is preferably carried out by gradually adding the phase to be dispersed and by stirring the mixture one or more times depending on the size of the drops which it is desired to obtain.
  • Agitation can be weak (for example manual) or turbulent (for example induced by an agitator of the
  • the mean diameter D of the drops can be controlled from the mass m of amphiphilic silica and the volume V d of dispersed phase from the following relationship:
  • s f is the specific surface defined as the ratio between the total surface of the drops and the mass of silica initially introduced. The previous relationship is verified provided that all the silica is adsorbed on the drops and that the stirring is kept constant. s f is then measured from the slope of the plot of 1 / D as a function of m. It should be noted that the intensity of the agitation influences the value of s f . More intense agitation results in a higher s f value (see Figure 2). In other words, for a value of m, various drop sizes are accessible depending on the type of agitation.
  • the phase to be dispersed can also be organic.
  • the main compound of the organic phase mention is made of: - organic oils / fats / waxes of animal or vegetable origin; mineral oils / waxes;
  • esters of such acids and of alcohol comprising 1 to 6 carbon atoms; monoalcohols, saturated or not, comprising 10 to 40 carbon atoms;
  • organic oils / fats / waxes of animal origin mention may be made, among others, of sperm whale oil, whale oil, seal oil, shark oil, cod liver oil, pork and mutton fats (tallow), perhydrosqualene, beeswax, alone or in a mixture.
  • organic oils / fats / waxes of vegetable origin there may be mentioned, inter alia, rapeseed oil, sunflower oil, peanut oil, olive oil , walnut oil, corn oil, soybean oil, avocado oil, linseed oil, hemp oil, grape seed oil, copra, palm oil, cotton seed oil, babassu oil, jojoba oil, sesame oil, castor oil, macadamia oil, d oil sweet almond, camauba wax, shea butter, cocoa butter, peanut butter, alone or in a mixture.
  • mineral oils / waxes there may be mentioned, inter alia, naphthenic, paraffinic (petrolatum), isoparaffinic oils, paraffinic waxes, alone or as a mixture.
  • fatty acids the latter, saturated or unsaturated, contain 10 to 40 carbon atoms, more particularly 16 to 40 carbon atoms, and can comprise one or more ethylenic unsaturations, conjugated or not. It should be noted that said acids may comprise one or more hydroxyl groups.
  • saturated fatty acids mention may be made of palmitic, stearic and behenic acids.
  • unsaturated fatty acids there may be mentioned myristoleic, palmitoleic, oleic, erucic, linoleic, linolenic, arachidonic, ricinoleic acids, as well as their mixtures.
  • fatty acid esters mention may be made of the esters of the acids listed above, for which the part deriving from the alcohol comprises 1 to 6 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, etc.
  • oils of the silicone type oils of the silicone type, synthetic oil with variable aromatic content, paraffinic oil such as dodecane, vinyl oils. or phenylated or amino, epoxy oil, a liquid silicone resin.
  • the symbols R are similar or different and represent an alkyl group in CC IB , an aryl or aralkyl group in C 6 -C- ⁇ 2 , optionally substituted by halogen atoms (fluorine in particular);
  • - the symbols X are similar or different and represent a reactive function consisting of a hydroxyl group or a reactive group linked to a silicon atom by a Si-C or Si-OC bond;
  • radicals R appearing in formula (I) Mention may be made, among the radicals R appearing in formula (I), of the methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, n-hexyl, octyl, trifluoropropyl or phenyl radicals; preferably at least 80 mol% of said radicals R represent a methyl group.
  • "Reactive function” means any function capable of reacting chemically by addition, polyaddition, condensation, polycondensation, dehydrogeno (poly) condensation, this possibly under the action of heat, radiation, electron beams and / or to using a catalyst.
  • reactive function X there may be mentioned: - in addition to a hydroxyl group,
  • alkenyls or cycloalkenyls such as for example vinyl, allyl, 3-butenyl, 5-hexenyl, 9-decenyl, 10-undecenyl, 5,9-decadienyl, 6,11-dodecadienyl, cyclopentadienyl, dicyclopentadienyl; hydroxyfunctional such as for example 3-hydroxypropyl, 3- (2hydroxyethoxy) propyl;
  • epoxyfunctionals such as for example 3-glycidoxypropyl, 4-ethanediyl (1, 2-epoxycyclo-hexyl); . alkoxyfunctionals such as for example methoxy, ethoxy, butoxy, octyloxy;
  • Said polyorganosiloxanes containing the units of formula (I) may be linear polymers which may optionally have up to 50% by weight of branches (units other than "D" units), cyclic polymers or three-dimensional polymers (resins).
  • radicals R are as defined above. It should be understood that in the resins, part of the radicals R represents X functions.
  • resins examples include MQ resins, MDQ resins, TD resins and MDT resins, the reactive functions X can be carried by the units M, D and / or T.
  • resins which are particularly suitable mention may for example be made of vinylated MDQ resins having a weight content of vinyl group of between 0.2 and 10% by weight and MQ, MDQ or TD resins having a weight content of hydroxyl group of between 0.1 and 10% in weight.
  • the continuous phase is an aqueous phase or a hydroalcoholic mixture, or containing polyols or alcohols.
  • glycerol a poly(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl)-2-aminoethyl-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-(2-aminoethyl)-aminoethyl
  • the emulsion according to the invention can be direct, that is to say that the continuous phase is an aqueous phase, or reverse, that is to say that the dispersed phase is aqueous.
  • the invention relates to the use of the emulsion according to the invention in the fields of detergency, cosmetics, water treatment, concrete / mortar additives, texturing agents, textiles (sizing agents) , metal processing, petroleum, dental care, agrochemicals, paints, paper, building materials, wire and film surface treatment, microelectronics or catalysis.
  • the following examples illustrate the invention without, however, limiting its scope.
  • Example 1 A dispersion of amphiphilic silica prepared according to the protocol described in 1 / is used. 0.08 grams of silica are dispersed in 20 ml of purified water. 80g of a RHODORSIL type silicone oil (Rhodia Silicones) with a viscosity of 350cPo is added in 8 times ten grams. With each addition, manual stirring is done. A direct emulsion of silicone oil dispersed in water, of high volume fraction, is then obtained, the drops of which have a millimeter size as can be seen in FIG. 1a.
  • a RHODORSIL type silicone oil Rhodia Silicones
  • the emulsion obtained is shown in Figure 1b. It consists of drops of smaller size compared to the drops of the emulsion of the same volume fraction but containing a lower mass of silica (0.08 g / 20 ml) presented in FIG. 1 a.
  • the mass of silica contained in the emulsion influences the size of the drops.
  • a dispersion of amphiphilic silica prepared according to the protocol described in 1 / is used. 0.018 grams of silica are dispersed in 40 ml of purified water. 10 grams of a DC200 (Fluka) type silicone oil with a viscosity of 10cPo are added. Manual agitation is carried out. A direct emulsion is then obtained.
  • a DC200 (Fluka) type silicone oil with a viscosity of 10cPo are added. Manual agitation is carried out. A direct emulsion is then obtained.
  • the specific surfaces s f are calculated from the slopes of the straight lines obtained for these two types of agitation, and the values are indicated in FIG. 2.
  • the degussa silica D 972 was used as it was in this example, without specific treatment.
  • silica D 972 20 mg are dispersed in 25 ml of silicone oil of type DC200 (Fluka) of viscosity 10cPo. 25 ml of water are added thereto. Agitation is carried out manually so as to obtain the reverse emulsion.

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Abstract

EMULSION COMPRENANT DES PARTICULES DE SILICE AMPHIPHILE ET SON PROCEDE DE PREPARATION RHODIA CHIMIE ET LE CNRS Abrégé du contenu technique La présente invention a pour objet des émulsions comprenant des particules de silice amphiphile au moins en partie à l'interface des phases discontinues et continues et son procédé de préparation. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer des émulsions selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (i) préparer, sous agitation, une dispersion de particules de silice amphiphile dans une phase continue; et (ii) ajouter, sous agitation, la phase à disperser à la dispersion obtenue à l'étape (i).

Description

EMULSION COMPRENANT DES PARTICULES DE SILICE AMPHIPHILE ET SON
PROCEDE DE PREPARATION
La présente invention a pour objet des émulsions comprenant des particules de silice amphiphile et son procédé de préparation. On entend par émulsion une suspension d'un liquide dans une phase dans laquelle il n'est pas miscible. On obtient alors une phase discontinue en suspension dans une phase continue.
Les émulsions sont largement utilisées dans le domaine industriel pour divers composés qui sont vendus sous forme d'émulsions. On peut citer à titre d'exemples, les crèmes, les pommades, les mayonnaises, les peintures en émulsions, les émulsions d'adhésifs, les mastics, les lubrifiants.
Pour réaliser une émulsion stable dans le temps, il est nécessaire de constituer un mélange ternaire comprenant le milieu de base, le liquide non miscible et un troisième composant qui permet de maintenir en suspension des gouttes initialement non miscibles. Ce troisième composant est un stabilisant qui joue un rôle d'interface entre la phase continue et la phase discontinue.
Parmi les stabilisants les plus utilisés actuellement on peut citer les tensio-actifs, notamment les tensio-actifs organiques. Ceux-ci présentent l'inconvénient d'être nocifs et polluants et d'altérer les propriétés adhesives des revêtements formés par séchage d'émulsions, comme par exemple dans le cas des peintures ou des mastics.
Ces tensio-actifs permettent de stabiliser des émulsions dont les gouttes (phase discontinue) sont de tailles limitées et ne dépassant pas 100 μm de diamètre.
De plus ces tensio-actifs organiques sont sensibles à des conditions extrêmes de température, de pH et de force ionique. Aussi d'autres stabilisants ont été développés, notamment des particules minérales, qui permettent de stabiliser des émulsions. A ce propos on peut citer l'article de Pickering, S.U. 1907, J. Chem. Soc. 91 Pages 2001-2021.
Or ces particules minérales permettent de stabiliser des émulsions dont les gouttes (phase discontinue) sont de tailles limitées et ne dépassant pas 100 μm de diamètre.
Afin de répondre aux exigences des industriels, il est devenu nécessaire de trouver des stabilisants qui permettent de stabiliser des émulsions dont les gouttes (phase discontinue) sont de grandes tailles, au moins supérieure à 100 μm.
Aussi le problème que se propose de résoudre l'invention est de fournir un stabilisant pour des émulsions, dont les propriétés de stabilisation permettent de stabiliser des émulsions dont les gouttes (phase discontinue) sont de très grande taille.
Dans ce but l'invention propose une émulsion d'une phase discontinue en suspension dans une phase continue caractérisée en ce qu'elle comprend des particules de silice amphiphile au moins en partie à l'interface des phases discontinue et continue.
L'invention propose également un procédé pour fabriquer les dites émulsions caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (i) Préparer, sous agitation, une dispersion de particules de silice amphiphile dans une phase continue ; et (ii) Ajouter, sous agitation, la phase à disperser à la dispersion obtenue à l'étape (i). L'avantage de la présente invention est de fournir des émulsions qui sont stables sur plusieurs mois, notamment stable jusqu'au plus 12 mois.
Un autre avantage de la présente invention est de fournir des émulsions dont la phase dispersée est constituée de composés extrêmement visqueux, alors que l'émulsion est de faible viscosité.
Il est aussi à noter que les émulsions selon l'invention présentent une haute fraction volumique de la phase dispersée. De plus, même à forte teneur en phase dispersée, ces émulsions coulent facilement, en raison notamment du grand diamètre des gouttes.
Les émulsions selon l'invention présentent l'avantage d'être totalement exemptes de tensio-actifs organiques. De plus les émulsions selon l'invention ont l'avantage de pouvoir être concentrées, et également d'être stables au stockage.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description et des dessins annexés dans lesquels : -les figure 1a et 1b représentent des photos de ces émulsions directes : huile dans eau - la figure 2 représente la relation entre l'inverse du diamètre des gouttes des émulsions • et la masse de silice introduite avec deux types d'agitation différentes, pour un même système.
L'invention concerne tout d'abord une émulsion d'une phase discontinue en suspension dans une phase continue caractérisée en ce qu'elle comprend des particules de silice amphiphile au moins en partie à l'interface des phases discontinue et continue.
L'émulsion selon l'invention possède avantageusement une phase discontinue qui est sous forme de goutte dont la taille des gouttes est d'au moins 10 μm et plus particulièrement dont la taille des gouttes est comprise entre 10 μm et 1 cm. Les émulsions selon l'invention présentent avantageusement une haute fraction volumique de la phase dispersée. Notamment les émulsions selon l'invention possèdent avantageusement une fraction volumique d'au moins 50%, avantageusement d'au moins 65%, et de préférence d'au moins 80%. La fraction volumique est exprimée par le rapport :
volume de phase dispersée R = Volume de phase dispersée + volume de phase continue
Par exemple, pour une fraction volumique de 80 %, cela signifie que 100 ml d'émulsion contiennent 80 ml de phase dispersée.
Les émulsions selon l'invention sont stabilisées par des particules de silice amphiphile. Par silice amphiphile, on entend une silice partiellement hydrophobée. Ainsi, un traitement des particules de silice conduisant à réduire le nombre de site -OH libre (silanol de surface, encore appelé par l'homme du métier un site Q3) sera approprié pour fabriquer une silice partiellement hydrophobée.
Ces particules comprennent avantageusement des particules de silices greffées par un silane.
Le silane préféré mis en œuvre selon l'invention comporte une chaîne carbonée, linéaire, ramifiée ou cyclique, ayant au moins 3 atomes de carbone, de préférence au moins 5 atomes de carbone, et encore plus préférentiellement au moins 8 atomes de carbone. Notamment l'un des silanes préférés mis en œuvre est le n-octyltriéthoxysilane ou l'hexadecyltriethoxysilane Le greffage se déroule en général en milieu hydroalcoolique. De préférence, la concentration du milieu réactionnel en silice est inférieure à 20%, plus particulièrement inférieure à 5%. La concentration en silane est calculée de manière à recouvrir partiellement ou totalement les particules de silice. Par exemple, la silice peut être recouverte par au moins une couche monomoléculaire de silane, avec une densité surfacique de l'ordre de une chaîne silane pour 20 Angstrôm carrés.
On peut également citer à titre de particule de silice greffée silane une silice de pyrogénation modifiée par un dichlorodiméthylsilane, comme la silice R972 de DEGUSSA. En ce qui concerne la silice greffée, il peut s'agir par exemple d'une silice obtenues par précipitation à partir de silicates alcalin, avec croissance isotrope contrôlée. On cite à titre d'exemple les sols de silice vendus par la société Clariant sous la dénomination Klébosol dont la taille est inférieure à 100nm.
On peut également citer les silices sensiblement sphériques de type Stôber dont la dispersion de taille est réduite, ou encore les silices commercialisées sous la référence Seostar KEP50 par la société Nippon Shokubaï.
L'émulsion selon l'invention est avantageusement monodisperse. Le facteur d'uniformité, tel qu'on peut le mesurer à partir de la répartition de taille obtenue par un granulomètre utilisant la diffusion de lumière ou bien par un comptage direct des gouttes, est plus particulièrement inférieur à 40% et préférentiellement inférieur à 25%.
Le facteur d'uniformité, U, peut être calculée de la manière suivante :
Figure imgf000005_0001
Vi est le volume qui caractérise chaque classe de gouttes, nommées « i ». Di est le diamètre qui caractérise chaque classe de gouttes, nommées « i ».
L'indice « i » se réfère aux classes de gouttes. Les classes de gouttes sont déterminées en faisant l'histogramme du nombre de gouttes de l'émulsion, dont on calcul l'index d'uniformité, en fonction de leur diamètre (Di).
Dest le diamètre moyen qui peut être calculé comme suit :
Figure imgf000005_0002
Ainsi plus le facteur d'uniformité est petit, plus les gouttes ont la même taille, c'est à dire que plus l'émulsion est monodisperse.
L'invention concerne ensuite un procédé pour fabriquer les émulsions décrites ci- dessus qui comprend les étapes suivantes :
(i) préparer, sous agitation, une dispersion de particules de silice amphiphile dans une phase continue ; et
(ii) ajouter, sous agitation, la phase à disperser à la dispersion obtenue à l'étape (i). Au cours du procédé selon l'invention, la dispersion préparée à l'étape (i) peut contenir entre 0,01 et 10% en volume de particules de silice amphiphile.
L'étape (ii) du procédé selon l'invention est de préférence réalisée en ajoutant progressivement la phase à disperser et en agitant le mélange une ou plusieurs fois en fonction de la taille des gouttes que l'on souhaite obtenir. L'agitation peut être faible (par exemple manuelle) ou bien turbulente (par exemple induite par un agitateur de type
Ultra-Turrax® ou bien un homogénéisateur haute pression). Avantageusement, le diamètre moyen D des gouttes peut être contrôlé à partir de la masse m de silice amphiphile et du volume Vd de phase dispersée à partir de la relation suivante :
1 sfm
où sf est la surface spécifique définie comme le rapport entre la surface totale des gouttes et la masse de silice initialement introduite. La relation précédente est vérifiée à condition que toute la silice soit adsorbée sur les gouttes et que l'agitation soit maintenue constante. sf est alors mesurée à partir de la pente du tracé de 1/D en fonction de m. Il est à noter que l'intensité de l'agitation influence la valeur de sf. Une agitation plus intense se traduit par une valeur de sf plus élevée (voir figure 2). Autrement dit, pour une valeur de m, diverses tailles de gouttes sont accessibles selon le type d'agitation.
La phase à disperser pourra également être organique. A titre de composé principal de phase organique, on cite: - les huiles/graisses/cires organiques d'origine animale ou d'origine végétale ; les huiles/cires minérales;
- les produits issus de l'alcoolyse des huiles précitées;
- les huiles essentielles;
- les mono-, di- et tri- glycérides; - les acides gras, saturé ou non, comprenant 10 à 40 atomes de carbone;
- les esters de tels acides et d'alcool comprenant 1 à 6 atomes de carbone; les monoalcools, saturés ou non, comprenant 10 à 40 atomes de carbone;
- les polyols comprenant 2 à 10 atomes de carbone. Ces composés peuvent être utilisés seuls ou en mélanges. Comme huiles / graisses / cires organiques d'origine animale, on peut citer en autres, l'huile de cachalot, l'huile de baleine, l'huile de phoque, l'huile de squale, l'huile de foie de morue, les graisses de porc, de mouton (suifs), le perhydrosqualène, la cire d'abeille, seules ou en mélange.
A titres d'exemples d'huiles / graisses / cires organiques d'origine végétale, on peut mentionner, entre autres, l'huile de colza, l'huile de tournesol, l'huile d'arachide, l'huile d'olive, l'huile de noix, l'huile de maïs, l'huile de soja, l'huile d'avocat, l'huile de lin, l'huile de chanvre, l'huile de pépins de raisin, l'huile de coprah, l'huile de palme, l'huile de graines de coton, l'huile de babassu, l'huile de jojoba, l'huile de sésame, l'huile de ricin, l'huile de macadamia, l'huile d'amande douce, la cire de camauba, le beurre de karité, le beurre de cacao, le beurre de cacahuète, seuls ou en mélange. En ce qui concerne les huiles / cires minérales, on peut citer entre autres les huiles naphténiques, paraffiniques (vaseline), isoparaffiniques, les cires paraffiniques, seules ou en mélange.
Les produits issus de l'alcoolyse des huiles précitées peuvent aussi être utilisés. Parmi les huiles essentielles, on peut citer sans intention de s'y limiter, les huiles et/ou essences de menthe, de menthe verte, de menthe poivrée, de menthol, de vanille, de cannelle, de laurier, d'anis, d'eucalyptus, de thym, de sauge, de feuille de cèdre, de noix de muscade, de citrus (citron, citron vert, pamplemousse, orange), de fruits (pomme, poire, pêche, cerise, prune, fraise, framboise, abricot, ananas, raisin, etc.), seules ou en mélanges.
Concernant les acides gras, ces derniers, saturés ou non, comprennent 10 à 40 atomes de carbone, plus particulièrement 16 à 40 atomes de carbone, et peuvent comprendre une ou plusieurs insaturations éthyléniques, conjuguées ou non. Il est à noter que lesdits acides peuvent comprendre un ou plusieurs groupements hydroxyles. Comme exemples d'acides gras saturés, on peut citer les acides palmitique, stéarique, béhénique.
Comme exemples d'acides gras insaturés, on peut citer les acides myristoléique, palmitoléique, oléique, érucique, linoléique, linolénique, arachidonique, ricinoléique, ainsi que leurs mélanges. Pour ce qui a trait aux esters d'acides gras, on peut citer les esters des acides précédemment listés, pour lesquels la partie dérivant de l'alcool comprend 1 à 6 atomes de carbone, comme les esters de méthyle, d'éthyle, de propyle, d'isopropyle, etc.
Comme exemple d'alcools, on peut citer ceux correspondants aux acides précités.
Comme autres composant de la phase à disperser, on peut également citer les huiles polyorganosiloxanes insolubles dans la phase aqueuse, les huiles du type silicone, l'huile synthétique de teneur en aromatique variable, l'huile paraffinique telle que le dodecane, les huiles vynilées ou phénylée ou aminée, l'huile epoxy, une résine silicone liquide.
A titre d'huiles polyorganosiloxanes insolubles dans la phase aqueuse, on peut citer les huiles polyorganosiloxane fonctionnalisées contenant des motifs semblables ou différents de formule (I):
Figure imgf000007_0001
formule dans laquelle :
- les symboles R sont semblables ou différents et représentent un groupe alkyle en C CI B, un groupe aryle ou aralkyle en C6-C-ι2, éventuellement substitué par des atomes d'halogène (fluor notamment); - les symboles X sont semblables ou différents et représentent une fonction réactive consistant dans un goupe hydroxyle ou un groupe réactif liée à un atome de silicium par une liaison Si-C ou Si-O-C ;
- a_et b sont égaux à 0, 1 , 2, ou 3; - a+b = 0, 1 , 2 ou 3 ;
Parmi les radicaux R figurant dans la formule (I), on peut citer par exemple les radicaus méthyle, éthyle, isopropyle, tertiobutyle, n-hexyle, octyle, trifluoropropyle, phényle ; de prérérence au moins 80% molaire desdits radicaux R représentent un groupe méthyle. On entend par "fonction réactive" toute fonction susceptible de réagir chimiquement par addition, polyaddition, condensation, polycondensation, déshydrogéno(poly)condensation, ce éventuellement sous l'action de la chaleur, de radiations, de faisceaux d'électrons et/ou à l'aide d'un catalyseur. Comme exemple de fonction réactive X, on peut citer : - outre un groupe hydroxyle,
- des groupes hydrocarbonés pouvant contenir de 1 à 20 atomes de carbone du type choisi parmi les groupes :
. alcényles ou cycloalcényles tels que par exemple vinyle, allyle, 3-butényle, 5- hexényle, 9-décényle, 10-undécényle, 5,9-décadiényle, 6,11-dodecadiényle, cyclopentadiényle, dicyclopentadiényle ; hydroxyfonctionnels tels que par exemple 3-hydroxypropyl, 3- (2hydroxyéthoxy)propyl ;
. époxyfonctionnels tels que par exemple 3-glycidoxypropyl, 4-éthanediyle(1 ,2- époxycyclo-hexyl) ; . alkoxyfonctionnels tels que par exemple méthoxy, éthoxy, butoxy, octyloxy;
. aryloxyfonctionnels tels que p)ar exemple phényloxy ; . acyloxyfonctionnels tels que par exemple acétoxy ; alcénylcarbonyloxyfonctionnels tels que par exemple acryloyloxy, méthacryloyloxy. Lesdits polyorganosiloxanes contenant les motifs de formule (I) peuvent être des polymères linéaires pouvant éventuellement présenter jusqu'à 50% en poids de ramifications (motifs autres que des motifs "D"), des polymères cycliques ou des polymères tridimensionnels (résines).
S'agissant des résines, on entend définir des oligomères ou polymères organopolysiloxanes tridimensionnels bien connus et disponibles dans le commerce.
Elles présentent, dans leur structure, au moins deux motifs différents choisis parmi ceux de formule R3SiO0|5 (motif M), R2SiO (motif D), RsiO1ι5 (motif T) et SiO2 (motif Q), l'un au moins de ces motifs étant un motif T ou Q. Les radicaux R sont tels que défini supra. On doit comprendre que dans les résines, une partie des radicaux R représente des fonctions X.
Comme exemples de résines, on peut citer les résines MQ, les résines MDQ, les résines TD et les résines MDT, les fonctions réactives X pouvant être portées par les motifs M, D et/ou T. Comme exemple de résines qui conviennent particulièrement bien, on peut citer par exemple les résines MDQ vinylées ayant une teneur pondérale en groupe vinyle comprise entre 0,2 et 10 % en poids et les résines MQ, MDQ ou TD ayant une teneur pondérale en groupe hydroxyle comprise entre 0,1 et 10 % en poids.
De préférence la phase continue est une phase aqueuse ou un mélange hydroalcoolique, ou contenant des polyols ou des alcools.
Parmi les polyols convenables, on peut citer de préférence le glycérol.
L'émulsion selon l'invention peut être directe, c'est-à-dire que la phase continue est une phase aqueuse, ou inverse, c'est-à-dire que la phase dispersée est aqueuse.
Enfin l'invention concerne l'utilisation de l'émulsion selon l'invention dans les domaines de la détergence, du cosmétique, du traitement des eaux, des additifs béton/mortier, des agents de texturation, du textile (agents d'encollage), du traitement du métal, du pétrole, du soin dentaire, de l'agrochimie, des peintures, du papier, des matériaux de construction, du traitement de surface fils et film, de la microélectronique ou de la catalyse. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée.
EXEMPLES :
A/ Préparation d'une émulsion directe
1/ Préparation d'une silice amphiphile
Des Nanoparticules de silice à 3 silanes / nm2sont préparées. Matières premières
* Silice Klébosol 30R25 Clariant 25 nm ES 30% massique *N octyltriethoxysilane ABCR SIO6715.0 Solution à 97% massique *Ethanol absolu Prolabo *Ammoniaque Prolabo
Mode opératoire Dans un bêcher de 2 litres, on introduire 100 g d'une solution de SiO2 Klébosol 30 R 25, 300 g d'eau épurée, 750 ml d'éthanol absolu et 280 ml d'ammoniaque. Ce mélange est introduit dans un réacteur de 2 litres, muni d'un réfrigérant, contenant 5,1 g de solution à 97% de N Octyltriéthoxysilane diluée dans l'ethanol absolu. L'introduction dans le réacteur dure 4 heures.
Puis on laisse réagir une heure sous agitation après la fin de l'addition.
On laisse reposer jusqu'au lendemain
2/ Préparation d'une émulsion directe
Exemple 1 : Une dispersion de silice amphiphile préparée selon le protocole décrit en 1/ est utilisée. 0,08 grammes de silice sont dispersées dans 20 ml d'eau épurée. 80g d'une huile silicone de type RHODORSIL (Rhodia Silicones) de viscosité 350cPo est ajoutée en 8 fois dix grammes. A chaque ajout, une agitation manuelle est faite. On obtient alors une émulsion direct d'huile silicone dispersée dans l'eau, de haute fraction volumique, dont les gouttes ont une taille millimétrique comme on peut le voir sur la figure 1a.
Avec les mêmes constituants que dans l'émulsion décrite ci-dessus et suivant le même protocole, une dispersion de 0,19 grammes de silice dans 20 ml d'eau épurée est préparée. 80g de la même huile de viscosité identique sont ajoutés suivant le même protocole.
L'émulsion obtenue est représentée sur la figure 1b. Elle est constituée de gouttes de taille inférieure comparativement aux gouttes de l'émulsion de même fraction volumique mais contenant une masse inférieure de silice (0,08 g / 20 ml) présentée figure 1 a. La masse de silice contenue dans l'émulsion influe sur la taille des gouttes. Ces émulsions coulent dans leur flacon comme de l'eau.
Exemple 2 :
Une dispersion de silice amphiphile préparée selon le protocole décrit en 1/ est utilisée. 0,018 grammes de silice sont dispersés dans 40 ml d'eau épurée. 10 grammes d'une huile silicone de type DC200 (Fluka) de viscosité 10cPo sont ajoutés. Une agitation manuelle est effectuée. On obtient alors une émulsion directe.
L'expérience décrite ci-dessus est répétée à partir de dispersions de silice contenant 0,024 grammes, 0,032 grammes, 0,041 grammes et 0,054 grammes de silice. La relation entre l'inverse du diamètre des gouttes de ces émulsions et la masse de silice introduite est représentée figure 2.
Avec les mêmes constituants que dans les émulsions décrites ci-dessus et suivant le même protocole, quatre dispersions de 0,022 grammes, 0,029 grammes, 0,041 grammes et 0,058 grammes de silice dans 40 ml d'eau épurée sont préparées. 10g de la même huile de viscosité identique (10cPo) sont ajoutés à chaque dispersion. Une agitation à l'aide d'un agitateur de type Ultra-Turrax® est faite à la vitesse d'environ 5000 tours / minute pendant au moins 30 secondes. On obtient alors une émulsion directe. La relation entre l'inverse du diamètre des gouttes de ces émulsions et la masse de silice est représentée figure 2.
Les surfaces spécifiques sf sont calculées à partir des pentes des droites obtenues pour ces deux types d'agitation, et les valeurs sont indiquées sur la figure 2.
B/ Préparation d'une émulsion inverse
La silice D 972 de dégussa a été utilisée telle quelle dans cet exemple, sans traitement spécifique.
On disperse 20 mg de silice D 972 dans 25 ml d'huile silicone de type DC200 (Fluka) de viscosité 10cPo. On y ajoute 25 ml d'eau. On agite manuellement de manière à obtenir l'émulsion inverse.
Puis on ajoute progressivement 50 ml d'eau en 5 X 10 ml d'eau avec une agitation manuelle simple entre chaque ajout. On obtient une émulsion inverse concentrée avec 75% d'eau (phase dispersée) dans l'huile.

Claims

REVENDICATIONS
Emulsion d'une phase discontinue en suspension dans une phase continue caractérisée en ce qu'elle comprend des particules de silice amphiphile au moins en partie à l'interface des phases discontinues et continues.
Emulsion selon la revendication 1 caractérisée en ce que la phase discontinue est sous forme de goutte dont la taille des gouttes est d'au moins 10 μm et plus particulièrement dont la taille des gouttes est comprise entre 10 μm et 1 cm.
Emulsion selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle possède une fraction volumique d'au moins 50%.
Emulsion selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend des particules de silices greffées par un silane.
Emulsion selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est monodisperse.
Procédé pour fabriquer des émulsions selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
(i) Préparer, sous agitation, une dispersion de particules de silice amphiphile dans une phase continue ; et
(ii) Ajouter, sous agitation, la phase à disperser à la dispersion obtenue à l'étape (i).
Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la dispersion préparée à l'étape (i) contient entre 0,01 et 10% en volume de particules de silice amphiphile.
Procédé selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce que l'ajout à l'étape (ii) de la phase à disperser est progressif.
Utilisation de l'émulsion selon l'une des revendications 1 à 5 dans les domaines de la détergence, du cosmétique, du traitement des eaux, des additifs béton/mortier, des agents de texturation, du textile (agents d'encollage), du traitement du métal, du pétrole, du soin dentaire, de l'agrochimie, des peintures, du papier, des matériaux de construction, du traitement de surface fils et film, de la microélectronique ou de la catalyse.
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