Este documento describe la tecnología actual de las emulsiones de betún y nuevos retos. Resume que las emulsiones de betún se fabrican tradicionalmente mediante emulsificación en régimen turbulento, pero que un nuevo método llamado HIPR permite fabricar emulsiones a medida controlando el tamaño de partícula. Explica los mecanismos de rotura de las emulsiones y cómo esto afecta a la toma de cohesión en mezclas asfálticas. Concluye señalando áreas como nuevos emulsionantes más ecológicos y la

1. EMULSIONES de BETÚN:
TECNOLOGÍA ACTUAL y NUEVOS RETOS
Granada – 26 de Febrero de 2007
Didier Lesueur
Polo de Emulsiones
Eurovia/Probisa
Pinto (Madrid)

2. Las emulsiones de betún
Tecnología Actual
Rotura
Nuevo proceso de fabricación
Conclusiones

3. Las emulsiones de betún
Tecnología Actual
Rotura
Nuevo proceso de fabricación
Conclusiones

4. 8 millones de toneladas anuales
Las emulsiones de betún
fuente: SFERB 2002
2.3
1.1
0.6 0.5
0.4
0.3 0.3
0.2
0.1 0.1
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Producciónanual(Mt)
EstadosU
nidos
Francia
M
exico
Brasil
España
Japón
TailandiaR
eino
U
nido
ItaliaC
orea
delSur

5. Dos categorías:
emulsiones a Rotura
Rápida (Regar)
emulsiones a Rotura
Lenta (Envolver)
Formulación de las emulsiones de betún

6. Ingredientes
Betún típicamente al 60-65 %
(Fluidificante)
Emulsionante
0,1-0,3 % s/e (rápidas)
0,3-2,0 % s/e (lentas)
Formulación de las emulsiones de betún

7. 1. Fase dispersa de alta viscosidad
2. Contiene tensioactivos naturales en calidad
y cantidad que depende del crudo
El betún

8. La viscosidad del betún
10
100
1000
10000
100000
80 100 120 140 160 180
temperatura (ºC)
viscosidad(mPa.s)
160/220
70/100
10/20

9. Los tensioactivos del betún
fuente: Durrieu, BLPC Sp. W, 1977
catiónicos
(anfóteros)
aniónicos

10. Los tensioactivos del betún
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
2 4 6 8 10 12 14
pH
ζ(mV)
Betún A
Betún B

11. fuente : Baudet, JCIS 239, 2001
¿Papel de los asfáltenos?

12. fuente : Yeung, Proc. Roy. S. Lond. B455, 1999
¿Papel de los asfáltenos?

13. 1. Estabiliza la emulsión
2. Permite una rotura controlable
3. Favorece la adhesión entre betún y árido
El papel del emulsionante

14. • Aminas Grasas
• Aminas Grasas
Etoxiladas
• Amidoaminas
• Imidazolinas
Emulsionantes (Catiónicos)

15. 1. Emulsionante del betún
2. Rotura activada por pH
R-NH2 + H+
 R-NH3
+
(pKa ~ 8,0-10,6)
1. Buena adhesión con las superficies minerales
¿Porque las aminas?

16. Fabricación
Agua Emuls. Betún
20-50ºC 140ºC
90ºC

17. Fabricación

18. Granulometría
0
1
2
3
4
5
6
7
0.1 1 10 100 1000
diametro mediano (micras)
cantidad(%)
d50 =2-20 µm

19. Las emulsiones de betún
Tecnología Actual
Rotura
Nuevo proceso de fabricación
Conclusiones

20. Estabilidad
DLVO validado
Takamura, Flocculation in Biotechnology and Separation
Systems, Y. A. Attia Ed., Elsevier, 1987
Laroche et al., JCIS 250, 2002
Rodríguez Valverde et al., CSA 222, 2003

21. Estabilidad
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
2 4 6 8 10 12 14
pH
ζ(mV)
Betún A
Betún B
ESTABLE
INESTABLE:
ROTURA

22. γ
η
τ
r
∝
Rotura de las emulsiones de betún
fuente: Bonakdar, CSA 176, 2001

23. t= 0 t= 1 h e u r e t= 2 h e u r e s 10 µ m10 µ m10 µ m
Desestabilización de una emulsión de betún
fuente: Bonakdar, CSA 176, 2001 / Philip, Langmuir 17, 2001

24. fuente: Keddie, Macromol 28, 1995
Rotura sin desestabilizar: igual que un látex

25. Sin desestabilizar Desestabilización :
gelificación
Cinética de
evaporación
(días)
A. FILM CONTINUO
Cinética de
Contracción
(min)
B. CONTRACCIÓN DE
GEL
Rotura de las emulsiones de betún

26. dl
Film no siempre homogéneo…
fuente: Lesueur, IJRMPD 2, 2001

27. ¿Qué pasa alrededor de una superficie mineral?
fuente: SFERB, 1988

28. Conclusiones sobre la rotura
DLVO validado
2 rutas: sin/con desestabilización
¿Cómo ocurre la rotura sobre una superficie
mineral?
¿Cómo relacionar esos mecanismos con
procesos de toma de cohesión en las mezclas
asfálticas?

29. Las emulsiones de betún
Tecnología Actual
Rotura
Nuevo proceso de fabricación
Conclusiones

30. Fabricar emulsiones por el método HIPR
High Internal Phase Ratio emulsiones
Alto contenido en fase interna 75-95 %
Fase interna muy viscosa
viscosidad por encima de 1 Pa.s
Formulación adecuada de fase acuosa
Agitación moderada

31. Emulsiones de betún por el método HIPR
High Internal Phase Ratio emulsiones
Alto contenido en fase interna 75-95 %
Fase interna muy viscosa
viscosidad por encima de 1 Pa.s
Formulación adecuada de fase acuosa
Agitación moderada
Betún a
90ºC

32. Emulsiones de betún por el método HIPR

33. 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
tiempo de agitación (min)
diametromediano(micras)
El afinado de la emulsión

34. El contenido de emulsionante controla el tamaño
0.1
1
10
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
emulsifier in the aqueous phase (wt.%)
mediandiameter(microns)
Surf. A
Surf. B
¡Bienvenidos en
el nano-mundo!
fuente: Lesueur, 4th CME, 2006

35. 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.1 1 10 100 1000
particle diameter (microns)
volumefraction(%) Fabricación de emulsiones a medida
HIPR
Convencional

36. ¿A donde va el emulsionante?
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
70 80 90 100
betún en la emulsión concentrada (%)
emulsionanteenlafaseacuosa
delaemulsionconcentrada(%)
adsorbido
libre
20 Å2
/molec.
60 nm
60 Å2
/molec.
15 nm

37. Conclusiones sobre el método HIPR
Emulsiones de betún a medida
Control del tamaño (emulsionante)
Control del emulsionante residual
Proceso de afinado inestable (rotura)
¿Desorpción del tensioactivo?

38. Las emulsiones de betún
Tecnología Actual
Rotura
Nuevos procesos de fabricación
Conclusiones

39. El porque de las aminas
3 papeles del emulsionante
Las particularidades del betún
Alta viscosidad y tensioactivos propios
Mecanismos de rotura
Consecuencia de la alta viscosidad del betún
Conclusiones: ¿Qué sabemos?

40. Fabricación:
Emulsificación en régimen turbulento (molino coloidal)
con balance térmico complejo
Emulsificación por HIPR
Estabilidad:
Tensioactivos (añadidos y del betún) y zeta potencial
Rotura al interfaz betún-árido
Consecuencia de la rotura en la toma de cohesión de las
Mezclas Asfálticas
Conclusiones: ¿Qué queda por hacer?

41. Nuevos emulsionantes:
Mas amigables del medio ambiente
Emulsionantes sólidos
Perspectivas