瀝青組合物的製作方法

2023-04-23 16:37:01 1

瀝青組合物的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種瀝青組合物，其包含20至80重量%的瀝青、0.1至7重量%的由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物，以及20至60重量%的硫磺，所有的重量百分比基於所述瀝青組合物的重量。本發明進一步提供製備該組合物的方法和包含這樣的瀝青組合物的瀝青混凝土組合物。
【專利說明】瀝青組合物
發明領域
[0001] 本發明涉及包含浙青(bitumen)、聚合物和硫磺的浙青組合物。本發明還涉及製造浙青組合物的方法；硫磺粒料；包含所述浙青組合物的浙青混凝土(asphalt)組合物；製造所述浙青混凝土組合物的方法；製備浙青混凝土路面的方法；以及如此製備的浙青混凝土路面。
_2] 發明背景
[0003]浙青是常用於製備鋪路和屋頂材料的材料。在道路建造和道路鋪設工業中，成熟實用的方法是利用熱的流體浙青塗覆骨料(aggregate )材料,例如沙子、砂碌、碎石或其混合物，在其還熱的時候將塗覆的材料在路基或先前建造的道路上鋪展為均勻層，並通過重型壓路機滾壓來將均勻層壓實，以形成表面光滑的道路。
[0004]浙青與骨料材料例如沙子、砂礫、碎石或其混合物的組合被稱作「浙青混凝土」。浙青，也被稱作「浙青混凝土粘合劑」，通常是一種含有浙青質、樹脂和油類的液體粘合劑。它可以是天然存在的，也可以是從原油的殘留物中獲得的(例如，通過分餾或通過沉澱(例如利用丙烷))，或在原油精煉過程(例如裂化)後獲得的。浙青通常包含具有高浙青質含量(例如，12重量％或更高)的烴類。浙青也可以經過一些進一步的處理(例如吹制)，從而使浙青組份經過氧(如空氣)或化學組份(如磷酸)的氧化。
[0005]通過添加聚合物來改變浙青的性質是已知的。Martinez-Estrada等人在Journalof Applied Polymer Science, V0.115，3409-3422 (2010)中詳細論述了向包含苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的聚合物改性浙青中添加硫磺。表明添加相對少量的硫磺能夠極大地提高改性浙青的熱穩定性。然而，它闡釋了精確的硫磺添加量是極其重要的，因為稍微的過量導致凝膠的形成。技術人員意識到添加少量的硫磺可能是有益的，但由於凝膠化的風險添加更大的量需要謹`慎。
[0006]W02007/002104公開了含有乙烯共聚物，例如乙烯、丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的三元共聚物的聚合物改性浙青。所述組合物包含約0.001至約5重量％的硫磺。重量百分數是基於聚合物改性浙青的重量。
[0007]US6, 011, 094公開了聚合物改性浙青，所述聚合物改性浙青包含例如苯乙烯_ 丁二烯共聚合物的彈性體並且還包含乙烯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的三元共聚物。硫磺的量基於所述彈性體重量為0.1至20%。
[0008]含有硫磺和聚合物的浙青組合物在W0-A03/014231中已有描述。為了獲得改善的鋪路粘合劑，將硫磺加入到浙青粘合劑和骨料、沙子或其他材料中。硫磺起到所謂的浙青混凝土添加劑的作用，並用於使粘合劑具有較低的流動性。鋪路粘合劑可以包含聚合物或可聚合的材料作為其他成分。可聚合的材料或聚合物的實例是苯乙烯單體、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙烯醋酸乙酯、ExxonlOl或Exxonl03和其他乙烯基芳香族化合物。
[0009]本發明人努力尋求提供可用於提供具有有利性質的浙青混凝土或可用於改善生產浙青混凝土的方法的聚合物改性浙青組合物。
[0010]發明概沭[0011]因此，本發明提供一種浙青組合物，其包含20重量％至80重量％的浙青、0.1重量％至7重量％的由包含乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物和20重量％至60重量％的硫磺，所有重量百分比基於所述浙青組合物的重量。
[0012]已發現，浙青混凝土組合物的性質可以通過加入硫磺和共聚物而進一步提高。本發明人已經向聚合物改性浙青組合物中加入顯著量的硫磺(20重量％以上)，而沒有發生在現有技術中提到的凝膠化。本發明中使用的共聚物(由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成)表現出提供了其中煙化(fuming )減少的改善的浙青混凝土製備方法。
[0013]本發明還涉及製造根據本發明的浙青組合物的方法，所述方法包括以下步驟:
[0014](i)加熱浙青；
[0015](ii)混合這樣獲得的熱浙青和硫磺；
[0016]其中在步驟(i)或(ii)中的至少一步中加入所述共聚物。
[0017]根據本發明的浙青組合物可有利地施用於道路和屋頂應用中，優選道路應用。
[0018]本發明進一步涉及包含骨料和根據本發明的浙青組合物的浙青混凝土組合物。
[0019]本發明還提供製造根據本發明的浙青混凝土組合物的方法，該方法包括以下步驟:
[0020](i)加熱浙青；
[0021](ii)加熱骨料；
[0022](iii)在混合裝置中混合所述熱浙青和所述熱骨料，以形成浙青混凝土組合物；
[0023]其中在步驟(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中加入硫磺；以及其中在步驟(i)、
(ii)或(iii)中的至少一步中加入所述共聚物或在步驟(i)之前將所述共聚物預先摻入所述浙青中。
[0024]本發明還提供了硫磺粒料，其包含由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物。所述硫磺粒料可用於製造本發明的浙青組合物或浙青混凝土組合物的方法中。
[0025]此外，本發明還提供了製備浙青混凝土路面的方法，其中通過本文中的浙青混凝土組合物製造方法製備了浙青混凝土組合物，隨後進行以下步驟:
[0026]( iv)將所述浙青混凝土組合物鋪展為層；和
[0027](V)壓實所述層。
[0028]本發明還涉及通過這樣的方法製備的浙青混凝土路面。
[0029]發明詳沭
[0030]本發明的浙青組合物包含三種基本成分:浙青、硫磺和共聚物。
[0031]浙青可以選自寬範圍的浙青化合物。然而現有技術的一些文獻要求浙青在用於鋪路應用之前必須經過吹制，而在本發明的組合物中不需要此要求。所以，可應用的浙青可以是直餾浙青、熱裂化殘渣或沉澱浙青，例如來自丙烷的。雖然不是必要的，但浙青也可經過吹制。可以通過用含氧氣體例如空氣、富氧空氣、純氧氣或任何其他含有分子氧和惰性氣體(例如二氧化碳或氮氣)的氣體處理浙青來進行吹制。吹制操作可以在175-400°C，優選200-350°C的溫度下進行。或者，吹制處理可以利用催化過程進行。在此過程中合適的催化劑包括氯化鐵、磷酸、五氧化二磷、氯化鋁和硼酸。使用磷酸是優選的。[0032]基於所述浙青組合物的重量，根據本發明的浙青組合物中浙青的含量為20至80重量％、更優選30至75重量％、最優選50至75重量％。具有少於20重量％的浙青可能導致浙青混凝土組合物太硬。具有大於80重量％的浙青可能導致浙青混凝土組合物的機械性質差，例如強度不夠。
[0033]本發明中使用的共聚物由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成。在一個實施方式中，所述共聚物僅由乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯形成或僅由乙烯和丙烯酸縮水甘油酯形成。在優選的實施方式中，所述共聚物由包括乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成。最優選的共聚物是由乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯形成的三元共聚物。基於所述三元共聚物的重量，由丙烯酸烷基酯形成的重複單元的量優選是I至70重量％、更優選5至45重量％。基於所述三元共聚物的重量，由甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯形成的重複單元的量優選是0.5至16重量％、更優選5至12重量％。合適的共聚物是可得自DuPont以Elvaloy商標銷售的共聚物。
[0034]本發明的浙青組合物中的所述共聚物的含量基於所述浙青組合物重量為0.1至7重量％，更優選0.1至5%。為達到浙青組合物(以及最終的浙青混凝土)的所需機械性能，應當摻入足量的共聚物，但是所述共聚物常常是組合物中最貴的組份，因此限制共聚物的量是所期望的。事實上，令人驚奇地發現，該共聚物由於硫磺的存在而在本發明中是特別有效的。因此，在浙青組合物中的共聚物的含量基於所述組合物的重量可能有利地為最多2重量％、優選最多I重量％、或甚至最多0.7重量％。
[0035]硫磺構成所述粘合劑材料的基本部分，因此使用了大量的硫磺。這與硫磺作為交聯劑使用是不同的，其中使用的硫磺的量基於浙青、硫磺和共聚物的重量通常低於2重量％。在本發明的應用中，存在的硫磺量基於浙青組合物重量為20至60重量％。當所述浙青組合物中使用的硫磺低於20重量％時，降低了由硫磺提供給浙青組合物的強度提高。優選地，硫磺的存在量為25重量％以上,更優選30重量％以上。優選地,所述硫磺的存在量最多為55重量％。最優選硫磺的存在量為30至50重量％。具有多於55重量％的硫磺可能導致浙青混凝土組合物太 硬。
[0036]如W0-A03/014231中所述，可以將硫磺以硫磺粒料形式加入到浙青組合物中，並且優選地，將硫磺以此形式摻入本發明的組合物中。此處提及的粒料是指已經從熔化狀態鑄成某種尺寸的規則粒子的任何類型的硫磺材料，例如片狀、板狀或球形的硫磺，例如，小球、顆粒、塊和錠或半豌豆大小的硫磺。基於硫磺粒料的重量，硫磺粒料通常包含50-100重量％的硫磺、優選地從60重量％和最優選從70重量％並通常至99重量％、優選至95重量％或至100重量％。更優選的範圍為60-100重量％。
[0037]這些粒料可含有炭黑和任選的其他成分，例如醋酸戊酯和蠟。炭黑的存在量基於粒料可以為最高5重量％，優選最高2重量％。適宜地，炭黑在硫磺粒料中的含量為至少0.25重量％。其他成分例如醋酸戊酯和蠟的含量通常各自不超過1.0重量％。當存在蠟時，它可以是例如疏鬆石臘或從Fischer-Tropsch方法衍生的臘形式。本文使用的合適的臘的實例
有 Sasobit(RTM)-—種可商購自 Sasol 的 Fischer-Tropsch 衍生的臘,和 SX100 臘-
一種來自 Shell Malaysia 的 Fischer-Tropsch 臘。
[0038]在本發明的一種實施方式中，所述共聚物存在於硫磺粒料中。基於硫磺粒料的重量，所述硫磺粒料優選含有0.1至28重量％的共聚物。所述粒料的剩餘部分由硫磺和任選地一種或多種其他成分(例如上面提到的)形成，所述硫磺的量優選地為至少50重量％ (更優選60重量％或甚至70重量％)。
[0039]本發明的浙青組合物可以含有除了由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物之外的聚合物。例如，所述浙青組合物可以含有由一種或多種乙烯基芳香族化合物和一種或多種共軛二烯(如苯乙烯丁二烯橡膠或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)形成的共聚物。然而，在本發明的優選實施方式中，基於浙青組合物的重量，所述浙青組合物含有0.1至7重量％的聚合物，並且基於所述浙青組合物中所有聚合物的重量，所述聚合物的至少90重量％、更優選至少95重量％是由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物。最優選地，由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物是所述浙青組合物中的唯一聚合物。
[0040]根據本發明的浙青組合物還可以包含氣味抑制劑，例如，在EP2185460中公開的那些。
[0041]本發明的浙青組合物和浙青混凝土組合物也可以包含蠟，例如疏鬆石蠟或
Fischer-Tropsch方法衍生的臘。本文使用的合適的臘的實例是Sasobit (RTM)-一種可
商購自Sasol的Fischer-Tropsch衍生的臘,和SXlOO臘-一種來自Shell Malaysia的
Fischer-Tropsch 臘。
[0042]本發明的浙青組合物和浙青混凝土組合物也可以包含抗剝離劑。合適的抗剝離添加劑包括石灰(如熟石灰、生石灰或白雲石石灰)或胺(如牛脂二胺或雙六亞甲基三胺)。所述抗剝離添加劑基於浙青 組合物的重量，合適地以0.1至3重量％、更優選約I重量％摻入。
[0043]根據本發明的浙青組合物有利地以包含所述浙青組合物和填料和/或骨料的浙青混凝土組合物的形式使用。填料的實例在US-A5863971中已有描述，包括炭黑、二氧化矽、碳酸鈣、穩定劑、抗氧化劑、顏料和溶劑。骨料的實例包括沙子、巖石、砂礫、石子、卵石等。這些骨料材料對鋪路特別有用。
[0044]通常，該浙青混凝土組合物基於浙青混凝土組合物的重量包含至少I重量％的浙青。優選包含約I重量％到約10重量％浙青的浙青混凝土組合物，特別優選包含約3wt%到約7wt%的浙青的浙青混凝土組合物,均基於浙青混凝土組合物重量。因此,所述浙青混凝土組合物可以優選包含約90重量％到約99重量％的骨料，更優選約93重量％到約99重量％的骨料。
[0045]本發明的浙青組合物可以通過以適當量混合所述三種基本成分而製備。
[0046]因此，本發明提供製造根據本發明的浙青組合物的方法，所述方法包括以下步驟:
[0047](i)加熱浙青；
[0048](ii)混合這樣獲得的熱浙青和硫磺；
[0049]其中在步驟(i )或(i i )中的至少一步中加入所述共聚物或在步驟(i )之前將所述共聚物預先摻入所述浙青中。
[0050]本發明還提供了製造根據本發明的浙青混凝土組合物的方法，所述方法包括以下步驟:[0051](i)加熱浙青；
[0052](ii)加熱骨料；
[0053](iii)在混合裝置中混合所述熱浙青和所述熱骨料，以形成浙青混凝土組合物；
[0054]其中在步驟(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中加入硫磺；以及在步驟(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中加入所述共聚物或在步驟(i)之前將所述共聚物預先摻入所述浙青中。
[0055]在製造本發明的浙青組合物或浙青混凝土組合物的方法的步驟(i )中，所述浙青優選在60-200°C、優選80-150°C、更優選100_145°C、甚至更優選125_145°C的溫度下被加熱。在高於120°C下工作具有硫磺是液態的優點，其便於混合工藝。雖然技術人員可以容易地確定最佳混合時間，但是混合時間可相對短，例如，10-600秒。
[0056]該浙青優選地是適合道路應用的鋪路級浙青，具有例如9-1000dmm、更優選15-450dmm的針入度(根據EN1426:2007於25°C測試)，以及25_100°C、更優選25_60°C的軟化點(根據EN1427:2007測試)。
[0057]在製造該浙青混凝土組合物的方法的步驟(ii)中，所述骨料優選在60-200°C、優選80-170°C、更優選100-160°C、甚至更優選100_145°C的溫度下被加熱。該骨料適當地是任何適合道路應用的骨料。該骨料可由粗骨料(在4_篩上被截留)、細骨料(通過4_篩但在63 μ m篩上被截留)和填料(通過63 μ m篩)的混合物組成。
[0058]在該浙青混凝土製造方法的步驟(iii)中，在混合裝置中混合熱浙青和熱骨料。合適地，在80-200°C、優選90-150°C、更優選100_145°C的溫度下進行混合。通常，混合時間為10-60秒、優選為20-40秒。
[0059]加熱浙青和骨料以及隨後混合的溫度希望保持儘可能低，以減少加入硫磺時硫化氫的排放。然而，該溫度需要足夠高以使浙青能夠有效地塗覆骨料。本發明允許產生浙青、骨料和硫磺的混合物，具有抑制的從浙青混凝土混合物散發的氣味。
[0060]在製備浙青混凝土的方法中，優選儘可能晚地在該方法中加入硫磺，優選地在步驟(iii)中加入。
[0061]在本發明的一個實施方式中，硫磺以如上所述的硫磺粒料的形式加入。
[0062]硫磺和共聚物可以一起加入，即在製造該浙青組合物和浙青混凝土組合物的各自方法的步驟(i)、步驟(ii)或步驟(iii)中加入。或者，在該浙青混凝土製備方法中，可以分開加入共聚物。例如，可以在步驟(i)中將共聚物加入到浙青中，並且硫磺可以在步驟
(iii)中加入。
[0063]在第一個優選實施方式中，熱浙青與共聚物混合，並且隨後與熱骨料並與硫磺混合。在第二個優選實施方式中，熱骨料與熱浙青混合，並且硫磺和共聚物被加入到所述熱的浙青-骨料混合物中。該實施方式提供了產生更強的硫磺-浙青混凝土混合物強度的益處。
[0064]在本發明的一個實施方式中，硫磺和共聚物一起加入；硫磺是粒料的形式，並且共聚物被摻入到硫磺粒料中。硫磺粒料基於硫磺粒料重量優選地包含0.1-28重量％的共聚物。硫磺粒料適當地通過其中液體硫磺與共聚物以及任選的額外成分如炭黑或醋酸戊酯混合的方法來製備。之後將混合物成形和/或粒化。
[0065]在本發明的一個實施方式中，可以以兩種類型的硫磺粒料形式加入硫磺；第一種類型的硫磺粒料包含共聚物，以及第二種類型的硫磺粒料不包含共聚物。這具有以下優點:共聚物基本上濃集於第一種類型的硫磺粒料中，並且常規的硫磺粒料可用於組成其餘的硫磺需求。
[0066]在本發明的優選實施方式中，在製備浙青混凝土組合物的方法的步驟(ii)中加入共聚物。在特別優選的實施方式中，將液體分散體形式的共聚物噴霧到熱骨料上以產生聚合物塗覆的骨料，然後將該聚合物塗覆的骨料與熱浙青混合，隨後加入硫磺，優選以粒料的形式。
[0067]本發明進一步提供製備浙青混凝土路面的方法，其中通過本發明的方法製備了浙青混凝土，並且所述方法還包括以下步驟:
[0068]( iv)將浙青混凝土鋪展為層；和
[0069](V)壓實該層。
[0070]本發明進一步提供通過本發明的方法製備的浙青混凝土路面。
[0071]步驟(V)中的壓實適當地在80_200°C、優選90_150°C、更優選100_145°C的溫度下進行。希望保持壓實的溫度儘可能地低，以減少硫化氫的排放。然而，壓實的溫度需要足夠高以使得到的浙青混凝土的孔隙率足夠低，以使得浙青混凝土持久耐用且防水。
[0072]現在將參考以下的兩組實施例來說明本發明，這些實施例不旨在限制本發明。
[0073]瀝青混凝土組合物的製備-一第I組
[0074]用來自北維吉尼亞(northern Virginia)的輝綠巖骨料製備了第一組浙青混凝土組合物。表1顯示了在此研究中用於製備混合物的骨料等級:
【權利要求】
1.浙青組合物，其包含20重量％至80重量％的浙青、0.1重量％至7重量％的由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物和20重量％至60重量％的硫磺，所有的重量百分比基於所述浙青組合物的重量。
2.根據權利要求1所述的浙青組合物，其中所述共聚物由包括乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成。
3.根據權利要求2所述的浙青組合物，其中所述共聚物是由乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯形成的三元共聚物。
4.根據前述權利要求任一項所述的浙青組合物，其基於所述浙青組合物的重量，包含0.1重量％至7重量％的聚合物，其中基於所述浙青組合物中所有聚合物的重量，至少90重量％的所述聚合物是由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物。
5.製備根據前述權利要求任一項所述的浙青組合物的方法，所述方法包括以下步驟: (i)加熱浙青； (ii)混合這樣獲得的熱浙青和硫磺； 其中在步驟(i)或(ii)中的至少一步中加入所述共聚物。
6.浙青混凝土組合物，其包含骨料和根據權利要求1至4中任一項所述的浙青組合物。
7.根據權利要求6所述的浙青混凝土組合物，其包含I重量％至10重量％的所述浙青組合物。
8.根據權利要求6或權利要求7所述的浙青混凝土組合物，其包含90重量％至99重量％的骨料。
9.製備根據權利要求6至8中任一項所述的浙青混凝土組合物的方法，所述方法包括以下步驟: (i)加熱浙青； (ii)加熱骨料； (iii)在混合裝置中混合所述熱浙青和所述熱骨料，以形成浙青混凝土組合物； 其中在步驟(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中加入硫磺；以及在步驟(i)、(ii)或(iii)中的至少一步中加入所述共聚物或在步驟(i)之前將所述共聚物預先摻入所述浙青中。
10.根據權利要求9所述的方法，其中在所述共聚物被加入或預先摻入後，所述硫磺在步驟(iii)加入。
11.製備浙青混凝土路面的方法，其中根據權利要求9或權利要求10所述的方法製備浙青混凝土組合物，隨後進行以下的步驟: (iv)將所述浙青混凝土組合物鋪展為層；和 (V)壓實所述層。
12.硫磺粒料，其包含由包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物。
13.權利要求12所述的硫磺粒料，其包含0.1重量％至28重量％的共聚物和至少50重量％的硫磺。
【文檔編號】C08L23/08GK103492494SQ201280017444
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月5日 優先權日:2011年4月7日
【發明者】D·斯特裡克蘭德, M·J·丘吉泰, R·W·梅 申請人:國際殼牌研究有限公司