BRPI0719332A2 - Revestimento de telha de asfalto com maior resistência ao dilaceramento - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REVESTI- MENTO DE TELHA DE ASFALTO COM MAIOR RESISTÊNCIA À RUPTU- RA".

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a materiais de telha de asfalto

com aditivos que, entre outras coisas, intensificam a adesão e/ou a resistên- cia ao rasgamento de um material de cobertura de asfalto para produzir ma- teriais de telha e, mais particularmente, em que os aditivos incluem ácido polifosfórico.

DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA RELACIONADA

Como é de notório conhecimento, o asfalto é comumente usado para produzir telhas de asfalto. Tipicamente, o asfalto é usado para revestir esteiras de fibras de vidro e em seguida as esteiras revestidas são revesti- das com grãos cerâmicos ou minerais. Este tipo de telha é comumente men- cionada como "telhas de fibra de vidro" ou "telhas de asfalto". Muito embora não seja um material prevalecente, o asfalto também é usado para fabricar "telhas orgânicas" em que uma base celulósica é saturada em asfalto. Devi- do à saturação, as telhas orgânicas tendem a ser mais pesadas que as te- lhas de fibra de vidro. Ainda, as telhas orgânicas tendem a serem menos resistentes ao calor e à umidade, porém, são mais duráveis em condições de congelamento que as telhas de fibra de vidro.

Com relação às telhas de fibra de vidro, a resistência ao rasga- mento é uma característica de extrema importância em função do desenvol- vimento das telhas de fibra de vidro ao longo dos anos. Resumidamente, quando as telhas de fibra de vidro foram inicialmente fabricadas, as esteiras de fibra de vidro pesavam aproximadamente 1,362 kg/445.934,59cm2 (3,0 libras/480ft2) e naquele peso com asfaltos no momento um padrão de resis- tência ao rasgamento mínimo de 1.700 g na direção transversal ("CD") foi estabelecido pela indústria. "Seção transversal" significa a execução de um teste de rasgamento em um ângulo perpendicular à direção em que a telha escoava para a máquina (isto é, a "direção da máquina" ou "MD"). Com o passar do tempo, os fabricantes, concentrando seus esforços na tecnologia de esteira de vidro, foram capazes de reduzir o peso das esteiras de vidro, o que minorou seus custos materiais. Especificamente, as esteiras de vidro largamente usadas nos dias de hoje estão inseridas na faixa de cerca de 1,5 a cerca de 0,907kg/445.934,59cm2 (2,0 libras/480ft2). Embora muitas telhas de fibra de vidro usando esteiras mais leves ainda possam satisfazer o pa- drão resistência de rasgamento de 1.700 gramas, tal fato impediu o uso de esteiras ainda mais leves para produzir telhas de asfalto aceitáveis com um custo ainda mais baixo de algum outro modo.

O padrão de 1.700 gramas é uma questão controvertida entre os fabricantes de produtos para telhado e os compradores de produto para te- lhado. Sendo que os compradores confiam quase inteiramente na resistên- cia ao rasgamento como forma de determinar se as telhas de fibra de vidro são defeituosas. A importância da resistência ao rasgamento é ilustrada pelo fato de que a disputa entre produtores e compradores sobre o desempenho das telhas baseou-se primordialmente em se as telhas satisfaziam esta úni- ca propriedade.

Muito embora os esforços dos fabricantes em aprimorar a tecno- logia de esteira de fibra de vidro tenham permitido a redução dos custos ma- teriais, tais reduções algumas vezes ocorreram em detrimento de aceitáveis resistências ao rasgamento. Assim, persiste a necessidade de criar uma tecnologia, um método, materiais, ou uma combinação desses, que permitis- se aos fabricantes de telhado produzir confiavelmente produtos dotados de aceitáveis resistências ao rasgamento, ao mesmo tempo em que reduziriam seus custos, por exemplo, com o uso de esteiras de fibra de vidro ainda mais leves.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Resumidamente, a presente invenção é direcionada a um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que compreende um asfalto comprimido a ar e ácido polifosfórico. A presente invenção também é direcionada a um produto para

telhado asfáltico que compreende um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado. Adicionalmente, a presente invenção é direcionada a um pro- cesso aperfeiçoado de fabricação de um produto para telhado asfáltico, em que o aperfeiçoamento compreende o uso de um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado na fabricação do dito produto para telhado asfálti- co.

Mais ainda, a presente invenção é direcionada a um processo de modificação de um asfalto, em que o processo compreende efetuar a com- pressão a ar do asfalto e misturar o ácido polifosfórico com o asfalto antes, durante ou depois de efetuar a compressão a ar, ou uma combinação des- ses, para formar um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que seja adequado para uso na preparação de um produto para telhado.

A presente invenção também é direcionada a um asfalto com- primido a ar, quimicamente modificado, que é formado pelo processo para modificar um asfalto, tornando-o adequado para uso na preparação de um produto para telhado, em que o processo compreende efetuar a compressão a ar do asfalto e misturar o ácido polifosfórico com o asfalto antes, durante ou depois de efetuar a compressão a ar, ou uma combinação desses, para formar um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que seja ade- quado para uso na preparação de um produto para telhado. Ainda mais, a presente invenção é direcionada a um telhado que

compreende um produto para telhado asfáltico que compreende um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que inclui uma mistura comprimi- da a ar de asfalto e ácido polifosfórico.

Além disso, a presente invenção é direcionada a um processo aperfeiçoado de construção de um telhado, em que o aperfeiçoamento inclui o uso de um produto para telhado asfáltico que compreende um asfalto com- primido a ar, quimicamente modificado que inclui uma mistura comprimida a ar de asfalto e ácido polifosfórico.

A presente invenção também é direcionada a um método de preparação de um asfalto comprimido a ar, de polímero modificado que pos- sui uma reduzida concentração de polímero, sendo que o método compre- ende: efetuar uma compressão a ar de um asfalto e misturar o ácido polifosfórico com o asfalto antes, durante ou depois de efetuar a compressão a ar, ou uma combinação desses, para modificar quimicamente o asfalto comprimido a ar; e

misturar um ou mais modificadores de polímeros com o asfalto

comprimido a ar, quimicamente modificado para modificar o dito asfalto e para formar o asfalto comprimido a ar e de polímero modificado que possui uma concentração de polímero reduzida;

em que o asfalto comprimido a ar e de polímero modificado que possui uma concentração de polímero reduzida possui determinadas propri- edades físicas e uma concentração total de modificadores de polímero que é inferior a que seria necessária para modificar um asfalto comprimido a ar idêntico que não fosse quimicamente modificado para que apresentasse substancialmente as mesmas determinadas propriedades físicas. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama de fluxo de um processo de fabricação de um rolo ou telha orgânica genérica do Midwest Research Institute (MRI). 1995. ÁCIDO POLIFOSFÓRICO-42, 5a edição, volume 1, capítulo 11 Mineral Products Industry e impresso em EconomicAnaIysis for Air Pollution Regula- tions: Asphalt Roofing and Processing, Relatório Final (EPA-452/R-03-005, fevereiro de 2003), preparado por Heller, Yang, Depro, Research Triangle Institute, health, Social and Economics Research, Research Triangle Park, NC 27709 por Linda Chappell, Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, Gabinete de Parâmetros e de Planejamento da Qualidade do Ar, Grupo de Economia e de Estratégias Inovadoras, Research Triangle Park, NC 27711.

A figura 2 é um gráfico apresentando os pontos de amolecimen- to do asfalto (modificado com ácido polifosfórico e um asfalto não- modificado) como uma função do tempo de compressão, em que o ponto de amolecimento foi determinado de acordo com a ASTM D36.

A figura 3 é um gráfico que apresenta a penetração do asfalto de acordo com a ASTM D5 como uma função do ponto de amolecimento. A figura 4 é um gráfico que apresenta perda de massa em per- centual como uma função do número de horas de exposição de acordo com a ASTM D4798 para asfaltos carregados e não-carregados que foram e que não foram modificados com ácido polifosfórico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, foi descoberto que a adição de ácido polifosfórico ao asfalto pode modificar certas características do as- falto, o que torna útil o asfalto modificado por ácido na fabricação de produto para telhado asfáltico. Em particular, modificar um asfalto comprimido a ar com o ácido polifosfórico resulta em aperfeiçoamentos significativos para o asfalto e para os produtos acabados, o que inclui: aumento de adesão do asfalto aos demais constituintes do telhado (por exemplo, feltras fibrosos, esteiras, agregados e/ou grãos), maior resistência ao rasgamento das telhas asfálticas fabricadas com o asfalto, aumento de elasticidade, ou uma combi- nação desses. Portanto, em uma modalidade, a presente invenção é um as- falto para telhado que é modificado através da compressão do ar e da adi- ção do ácido polifosfórico.

Muito embora esta invenção seja aplicável a todos os tipos de produto para telhado a base de asfalto, o foco é converge para as telhas as- fálticas de fibra de vidro, pelo fato de que elas constituem um vasto segmen- to do mercado de telhas, em especial nos Estados Unidos. I. Asfalto

Dentre seus componentes, os asfaltos caracteristicamente con- têm compostos hidrocarbônicos de elevado peso molecular denominados asfaltenos. Mais particularmente, os asfaltenos são moléculas bastante complexas e acredita-se que consistem em sistemas associados de lâminas poliaromáticas que ostentam cadeias laterais alquílicas. Os heteroátomos O, NeS assim como os metais V, Ni e Fe também estão presentes nos asfal- tenos. Em função de sua complexidade, a estrutura molecular exata dos as- faltenos ainda é desconhecida e eles são usualmente caracterizados com base na solubilidade apresentada. Os asfaltenos são, amplamente falando, a fração de um óleo que é insolúvel em n-heptano, n-hexano ou n-pentano e solúvel em benzeno/tolueno. Adicionalmente, o asfalto compreende satura- dos, os quais são óleos relativamente leves, e resina.

O asfalto exibe um comportamento viscoso em temperaturas elevadas e um comportamento elástico em baixas temperaturas. Em tempe- raturas mais baixas, as propriedades elásticas dominam e o asfalto tende a resistir ao escoamento. As propriedades que tornam o asfalto adequado às telhas são sua maleabilidade, flexibilidade e resistência. O asfalto possui a habilidade de expandir e contrair junto com a superfície em que é aplicado, o que ocorre em função dos saturantes, que a tornam maleável e flexível. Por outro lado, os asfaltenos fornecem ao asfalto massa, rigidez e resistência, ao passo que as resinas aglutinam os saturados e os asfaltenos e transmitem sua resiliência ao asfalto.

A qualidade do asfalto depende tipicamente da fonte do óleo cru usada em sua produção. Um óleo cru com um elevado ponto de fulgor em geral é desejado para aplicações de telhas, pois a combustão e a vaporiza- ção de tais óleos leves são mais prováveis em pontos de fulgor mais eleva- dos. Por outro lado, pontos de fulgor mais baixos tendem a resultar em um asfalto mais rígido, que se adapta melhor às aplicações em pavimentação.

A química do asfalto pode ser descrita no nível molecular assim como no nível intermolecular (microestrutural). No nível molecular, o asfalto é uma mistura de moléculas orgânicas complexas que variam de peso mole- cular da grandeza de centenas à grandeza de milhares e até mesmo de mi- lhões. Muito embora tais moléculas afetem as características comportamen- tais do asfalto, o comportamento do asfalto é amplamente determinado por sua microestrutura, que é aquele de um fluido polar disperso. Especifica- mente, uma associação tridimensional contínua de moléculas polares (asfal- tenos) dispersas em um fluido de moléculas não-polares ou de baixa polari- dade relativa (maltenos). Todas estas moléculas são capazes de formar li- gações intermoleculares dipolares de resistência variada. Visto que tais Iiga- ções intermoleculares são mais fracas que as ligações que mantêm unidos os constituintes hidrocarbônicos orgânicos do asfalto, elas se romperão pri- meiro e controlarão as características comportamentais do asfalto. Portanto, as características físicas do asfalto são o resultado direto da formação, rup- tura, e reconstituição de tais ligações intermoleculares ou demais proprieda- des associadas às superestruturas moleculares. O resultado é um material que se comporta de maneira elástica através dos efeitos das redes de molé- cuia polar, e de maneira viscosa pela possibilidade de as várias partes da rede de molécula polar se deslocarem uma em relação à outra em decorrên- cia da dispersão nas moléculas não-polares do fluido.

Conforme mencionado acima, a presente invenção não se res- tringe a qualquer asfalto ou combinação de asfalto específica. Por exemplo, o asfalto pode ser um asfalto de ocorrência natural ou um asfalto fabricado como conseqüência do refino do petróleo. Ainda, os asfaltos apropriados podem incluir asfaltos derivados de frações corridas, asfaltos craqueados, asfaltos derivados de processamento, tais como oxidação do asfalto, desas- faltamento a propano, destilação de vapor, modificação química e similares. O asfalto tanto pode ser modificado quanto não-modificado, e podem ser usadas misturas de diferentes tipos de asfalto. Muito embora qualquer asfal- to possa ser usado, é preferível que um produto para telhado compreenda um asfalto ou uma combinação de asfaltos que possua uma ou mais propri- edades físicas que o tornem adequado a uma aplicação particular. A seleção do dito asfalto ou combinação de asfaltos é bastante conhecida pelos indiví- duos versados na técnica. Exemplos de asfaltos comercialmente disponíveis que podem ser vantajosos na preparação de produtos para telhado da pre- sente invenção incluem resíduos da Escarpa Norte do Alasca (Alaskan North Slope)/mistura de petróleo bruto pesado leve ceroso, petróleo árabe pesado, petróleo árabe leve, boscan ou bachaquero (Venezuela), Wood River e simi- lares.

Il Ácido Polifosfórico

Um ácido polifosfórico consiste em uma série de oxiácidos de fósforo dotados da fórmula química geral Hn+2(Pn03n+i). Mais especificamen- te, o ácido polifosfórico ocorre no sistema P2O5-H2O e possui um teor de P2O5 que está acima de cerca de 74 por cento. Os ácidos polifosfóricos são misturas complexas de orto- (n=1), piro- (n=2), tri (n=3), tetra (n=4), e espé- cies de polímeros de cadeias mais longas, cujas proporções são uma função direta do teor de P2O5 do ácido. Muito embora possam ser mencionados em termos dos teores de P2O5, os ácidos polifosfóricos são tipicamente mencio- nados em termos de uma percentual ou concentração equivalente de H3PO4 (ácido fosfórico). Preferencialmente, o ácido polifosfórico usado na modifica- ção do asfalto possui uma concentração equivalente de H3PO4 de cerca de ao menos 100%. Mais preferencialmente, o ácido polifosfórico possui a con- centração equivalente de H3PO4 de pelo menos aproximadamente 105%. Mais preferencialmente ainda, o ácido polifosfórico usado na modificação do asfalto possui uma concentração equivalente de H3PO4 de cerca de ao me- nos 110%. Ainda mais preferencialmente, o ácido polifosfórico usado na mo- dificação do asfalto possui uma concentração equivalente de H3PO4 de cer- ca de ao menos 115%. Exemplos de ácidos polifosfóricos apropriados inclu- em os ácidos que possuem um teor equivalente de H3PO4 de 105% (teor de P2O5 de 76,05%), um teor equivalente de H3PO4 de 115% (teor de P2O5 de 83,29%), ou um teor equivalente de H3PO4 de 116,4% (teor de P2O5 de 84,31%), os quais estão comercialmente disponíveis em ICL Performance Products, LP.

Os ácidos polifosfóricos não são substâncias a base de água e são menos corrosivos que os ácidos fosfóricos a base de água, que é uma vantagem em relação aos ácidos fosfóricos a base de água. Por exemplo, a mistura de ácido fosfórico com asfalto quente poderia resultar em formação de espuma ou interferência, enquanto os ácidos polifosfóricos são imediata- mente incorporados com pouca ou nenhuma formação de espuma ou inter- ferência.

Preferencialmente, a quantidade de ácido polifosfórico adiciona- do ao asfalto é eficiente, ou seja, uma quantidade que aumenta a adesão entre o asfalto e os demais constituintes do telhado, tais como feltros, estei- ras de fibra de vidro e orgânicas, agregados, etc. quando comparado a um asfalto modificado idêntico que não contém ácido polifosfórico. Mais prefe- rencialmente, o ácido polifosfórico é adicionado ao asfalto em uma quantida- de que atinge o benefício máximo em termos de adesão. Muito embora esta quantidade ótima dependa de diversos fatores, inclusive do tipo de asfalto (isto é, da composição química do asfalto), os tipos dos outros componentes do telhado usados para produzir um produto de telhado, o teor de umidade do asfalto e do agregado, a inclusão dos aditivos do polímero, etc., podem ser imediatamente determinados através de um teste empírico de rotina. Em geral, entretanto, acredita-se que uma melhor adesão pode ser observada pela adição mínima de 0,05% em peso de ácido polifosfórico ao asfalto. Pre- ferencialmente, a quantidade de ácido polifosfórico adicionada ao asfalto é de ao menos cerca de 0,1% em peso do asfalto. Mais preferencialmente, a quantidade de ácido polifosfórico adicionada ao asfalto é de ao menos cerca de 0,2% em peso do asfalto. Ainda mais preferencialmente, a concentração de ácido polifosfórico adicionada ao asfalto é de ao menos cerca de 0,5% em peso do asfalto, ou até mesmo de cerca de ao menos 0,7% em peso do asfalto.

É importante ressaltar que, "percentual em peso" ou ainda "por-

centagem em peso", conforme usado no presente, referem-se à porcenta- gem em peso de um material com base no peso do asfalto. Além disso, a quantidade de um composto adicionado ao asfalto também pode ser men- cionada como "concentração". Em acréscimo, é preciso observar que com- postos ou substâncias químicas adicionadas ao asfalto, tais como o ácido polifosfórico, podem reagir com outras substâncias químicas ou constituintes no asfalto ou com aqueles adicionados a ele para formar uma ou mais subs- tâncias químicas ou compostos diferentes (vide abaixo). Isto posto, é carac- terístico dos indivíduos versados na técnica descrever a composição de um asfalto modificado em termos dos ingredientes e das quantidades adiciona- das a um asfalto, muito embora uma porção ou a totalidade dos ingredien- te/composto/substância química possam reagir e formar uma ou mais subs- tâncias químicas/compostos. Por exemplo, é consistente com esta conven- ção mencionar um asfalto modificado, por exemplo, adicionando 1% de áci- do polifosfórico ao mesmo como um asfalto quimicamente modificado que possui uma concentração de ácido polifosfórico de 1% em peso.

Também foi descoberto que a adesão pode ser afetada adver- samente em certas circunstâncias pela inclusão de uma quantidade excessi- va de ácido polifosfórico. Muito embora a definição de uma quantidade ex- cessiva dependa do asfalto específico, e sem se prender ao que está dispos- to adiante, acredita-se atualmente que a adição de mais de 2% de ácido poli- fosfórico a um asfalto provavelmente é prejudicial à adesão. Na realidade, acredita-se atualmente que seja preferível incluir não mais que cerca de 1,5% de ácido polifosfórico no Iigante asfáltico. Isto posto, determinar que concentração de ácido polifosfórico afeta adversamente a adesão é uma questão de teste de rotina para os indivíduos versados na técnica, e é bem possível que as concentrações de ácido polifosfórico superiores a 2% em certos aglutinantes de asfalto podem ser benéficas ou não prejudiciais à a- desão.

Em vista do precedente, em uma modalidade da presente inven- ção, o ácido polifosfórico está presente em uma concentração na faixa de cerca de 0,05% a cerca de 2,0% em peso do asfalto. Preferencialmente, o ácido polifosfórico está presente em uma concentração circunscrita à faixa de cerca de 0,5% a cerca de 1,5% em peso do Iigante asfáltico. Mais prefe- rencialmente, o ácido polifosfórico está presente em uma concentração cir- cunscrita à faixa de cerca de 0,7 a cerca de 1,2% em peso do Iigante asfálti- co.

III. SOPRO DE ASFALTO

Antes de iniciar as operações necessárias à produção dos pro- dutos de telhado de asfalto, o asfalto é preparado através de um processo denominado "sopro". O processo de sopro, que envolve a oxidação do asfal- to pelo borbulhamento do gás (por exemplo, ar, oxigênio e/ou oxigênio e gás inerte como nitrogênio e hélio) através dele quando ele está na forma líqui- da, resulta na reação exotérmica que com freqüência exige o resfriamento (por exemplo, através de uma jaqueta resfriada a água ou outros meios). Por exemplo, o fluxo de ar insuflado através do conversor usualmente varia de cerca de 220 a cerca de 650 litros (STP) por hora/litro de asfalto processado, e a natureza exotérmica da reação pode elevar a temperatura do asfalto de 204,44°C a 260°C a 287,78°C (400°F a 500-550°F). A oxidação pode ocorrer ao longo de um período de tempo que se estende de 1 hora a 10 horas, ou ainda mais longo, dependendo das características desejadas para o asfalto de telhado. O tempo de processamento depende da temperatura do proces- so, da taxa do fluxo de ar, das características do asfalto, e das especifica- ções do produto desejado.

O insuflamento de ar modifica propriedades como o ponto de amolecimento e a taxa de penetração do asfalto. Em geral, o processo de sopro aumenta a penetração para um dado ponto de amolecimento, de mo- do que o asfalto é menos quebradiço e susceptível ao craqueamento duran- te o ciclo térmico. O ciclo térmico é a mudança de temperatura de quente para frio, conforme se pode encontrar nos asfaltos usados em telhamento. O asfalto ficará extremamente quente pela incidência direta da luz solar, mas ficará extremamente frio à noite. Para ser um efetivo asfalto de telhamento, o asfalto preferencialmente possui uma penetração suficientemente elevada, de modo que ele não se torna quebradiço ou craqueado durante o ciclo tér- mico, e um ponto de amolecimento suficientemente elevado para permane- cer viscoso o bastante, de modo que a não correr do telhado durante os dias quentes.

O processo de sopro pode ainda incluir a introdução do que se chama na indústria de "catalisadores", o que tende a acelerar o processo de oxidação. Um catalisador amplamente utilizado é o cloreto de ferro (FeCI3), que também pode ser introduzido e usado no processo de sopro.

De acordo com a presente invenção, o ácido polifosfórico pode ser adicionado ao asfalto, misturando-o antes dos processos de sopro; adi- cionando-o ao asfalto no conversor durante o processo (preferencialmente no início do processo, usualmente em torno da primeira hora); antes e du- rante o processo de sopro; durante e depois do processo de sopro; ou antes, durante e depois do processo de sopro. A mistura do asfalto e do ácido poli- fosfórico pode ser realizada por meios apropriados (por exemplo, pás, lâmi- nas, misturadores, rotação, etc.) Ainda, o ácido polifosfórico é preferencial- mente aquecido antes de ser adicionado ao asfalto, pois isto diminui sua vis- cosidade, o que auxilia o escoamento e a mistura. Sem estar vinculado a uma teoria específica, acredita-se que o ácido polifosfórico não esteja agindo como um "catalisador", porquanto não foi observado o aumento das taxas de oxidação. Em vez disso, novamente sem estar vinculado a uma teoria parti- cular, acredita-se atualmente que o ácido polifosfórico esteja reagindo com as moléculas de asfalteno no asfalto, as quais são polares e tendem a se aglomerar, em lugar de permanecerem dispersas uniformemente. Especifi- camente, acredita-se que o ácido polifosfórico esteja agindo com sítios ati- vos, tais como hidroxila, amina, enxofre, ou outros grupos dos asfaltenos, fragmentando desta forma os aglomerados. As partículas dispersas de asfal- teno tornam-se então mais capacitadas a formar uma estrutura de rede de faixa longa, as quais possivelmente produzem um asfalto mais elástico em comparação com um outro asfalto idêntico. Adicionalmente, acredita-se que, aparentemente, o ácido polifosfórico aumente a concentração de asfaltenos no asfalto. O modo como este aumento ocorre ainda não está inteiramente elucidado, porém, sem estar vinculado a uma teoria particular, acredita-se que o ácido pode reagir com alguns compostos de hidrocarbonetos, modifi- cando seus grupos funcionais e convertendo-os em espécies relativamente mais polares, que agora se comportam como outros compostos asfaltenos. Alternativamente, pode não haver um aumento efetivo nos asfaltenos ou nos compostos semelhantes aos asfaltenos, e a mudança possivelmente é o re- sultado do ácido polifosfórico que de algum modo permite/causa/facilita uma "recuperação" mais eficaz dos asfaltenos usando o método de teste SARA, para o qual a fração insolúvel de heptano é considerada como asfaltenos. Independente do mecanismo e, sem estar vinculado a uma teoria particular, acredita-se que as mudanças químicas causadas pela adição de ácido poli- fosfórico são a razão para o aprimoramento das características físicas, tais como, uma melhor adesão, que, dentre outras coisas, afeta a resistência ao rasgamento da telha de fibra de vidro. Por exemplo, observou-se que a adi- ção de ácido polifosfórico (cerca de 0,9% em peso) aumenta a resistência ao rasgamento para uma cobertura de asfalto não preenchida em certa de dez por cento. O dito aprimoramento provavelmente seria a diferença entre uma telha de fibra de vidro dentro ou fora do padrão de 1.700 gramas. Outros efeitos benéficos decorrentes da adição de ácido polifosfórico que podem ser observados incluem o aumento da adesão aos agregados e aos grãos de cerâmica, aumento da flexibilidade, na medida em que a temperatura é reduzida e/ou diminuição da penetração em baixas temperaturas, quando comparada com outros asfaltos ou produtos idênticos.

Muito embora não se acredite que o ácido polifosfórico seja um "catalisador", ele pode ser usado para reduzir o significativo custo da sopro, que demanda muita energia, e o uso de catalisadores, que tendem a ser re- lativamente caros. A redução ou a eliminação dos catalisadores de cloreto de ferro também seria desejável, pois seu caráter corrosivo afeta o equipa- mento de ventilação e contribui para a poluição atmosférica. Especificamen- te, devido ao aumento da adesividade decorrente da adição de ácido polifos- fórico, acredita-se que seja possível aprimorar a operação de ventilação (por exemplo, reduzindo a duração, a temperatura(s), a quantidade do fluxo de ar, etc., ou a combinação de tais ações) e reduzir ou eliminar o uso de cata- lisadores, ou a combinação deles, ao mesmo tempo em que obtém proprie- dades aceitáveis para o asfalto. IV. Cargas Minerais

O asfalto da presente invenção também pode incluir cargas mi- nerais. Qualquer carga mineral de combinações de cargas conhecidas como próprias para a inclusão no asfalto de telhamento e/ou uma carga ou cargas minerais que são convencionalmente usadas no asfalto do telhamento po- dem ser usadas no asfalto modificado por ácido polifosfórico da presente invenção. Uma carga mineral típica é o calcário. Outra carga mineral típica é o pó de pedra. Tipicamente, as partículas de carga mineral são caracteriza- das em termos de tamanho da malha de peneiramento, usualmente em ter- mos da porcentagem que permanece na, ou que cai através de um tamanho de tela particular. Por exemplo, em uma modalidade a distribuição do tama- nho das partículas da carga mineral é cerca de 75% a cerca de 95% menor que 200 mesh. Em outra modalidade, a distribuição do tamanho da partícula é cerca de 80% a cerca de 90% menor que a malha 200. A presente inven- ção, no entanto, não se limita a qualquer distribuição de tamanho de partícu- Ia específica para a carga mineral, se presente. Se incluída, uma carga mi- neral tipicamente está em uma concentração que é de ao menos cerca de 50 por cento em peso e não é superior a cerca de 70 por cento em peso da formulação total. Em outra modalidade da presente invenção, a carga é o calcário que possui uma distribuição do tamanho de partícula cerca de 85% menor que 200 mesh, e está em uma concentração de ao menos cerca de 55 por cento em peso e não superior a cerca de 65 por cento em peso da formulação total. V. Modificadores de Polímero O asfalto da presente invenção também pode compreender um

modificador de polímero. Em geral, os polímeros tipicamente modificam o asfalto tendendo a fornecer integridade em diferentes temperaturas, aumen- tando a faixa de temperatura útil, e aumentando o componente elástico do asfalto. Alguns típicos modificadores de asfalto poliméricos incluem os copo- límeros tribloco ou ramificados de estireno-butadieno-estireno (SBS), copo- límeros dibloco de estireno-butadieno (SB), copolímero de bloco de estireno (SBC), borracha de butadieno-estireno (SBR) e polipropileno atático (APP), poliolefinas funcionalizadas (APO) e terpolímeros de etileno reativo (por e- xemplo, Elvaloy®). APP, APO e SBS, entretanto, são os modificadores mais populares e fornecem diferentes características de resistência e flexibilidade ao asfalto. Especificamente, o SBS é um elastômero que intensifica a flexibi- lidade no tempo frio e torna-se fluido em temperatura relativamente mais baixa (em comparação com outros polímeros). Também possui uma resis- tência à tensão mais elevada, porém um alongamento menor que os modifi- cadores de poliolefinas. As poliolefinas são polímeros termoplásticos que amolecem quando aquecidos e fundem em temperaturas significativamente mais elevadas. Em geral, os modificadores de poliolefinas são considerados resistentes à exposição ao tempo, enquanto os modificadores de SBS tipi- camente requerem proteção da superfície contra a radiação ultravioleta. Ambos os modificadores são usados na tentativa de elevar o ponto de amo- Iecimento do asfalto sem reduzir sua flexibilidade ou alterabilidade.

Muito embora a modificação de polímero seja considerada tipi- camente benéfica, o custo associado a adição de polímero é elevado. Assim sendo, os modificadores de polímeros são tipicamente adicionados apenas aos asfaltos usados para produzir telhas de grau muito elevado, e um pe- queno segmento de produtos de telhamento comerciais. Apesar do custo elevado, os asfaltos de telhamento comerciais contém uma grande quanti- dade de polímeros - tipicamente entre 4 a 15 por cento em peso. Este uso elevado de polímeros resulta na quantidade de polímeros usada nestes pro- dutos de telhamento comerciais que são equivalentes à quantidade de polí- meros usados na pavimentação de asfalto nos Estados Unidos. Em vista do precedente, os fabricantes dos ditos produtos de telhamento comercial e das telhas de extremidade alta são sempre procurados como formas para reduzir a quantidade de polímeros em seus asfaltos, enquanto ainda obtêm as pro- priedades desejadas. De modo vantajoso, acredita-se que a adição de ácido polifosfórico ao asfalto, de acordo com a presente invenção, pode ser usada pelos ditos fabricantes para reduzir o uso de polímeros em certas circuns- tâncias. Em particular, acredita-se que adicionando uma quantidade apropri- ada de ácido polifosfórico ao asfalto, a quantidade de polímero pode ser re- duzida entre cerca de 10 a cerca de 30 por cento. Isto posto, mesmo as re- duções das quantidades de polímeros inferiores a cerca de 10 por cento se- riam provavelmente consideradas comercialmente vantajosas.

Se incluído, a concentração do modificador de polímero adicio- nado ao asfalto modificado por ácido polifosfórico da presente invenção é preferencialmente consistente com a concentração considerada apropriada para a aplicação particular e as variáveis associadas, tais como tipo de asfal- to, tipo de produto para telhamento, etc. tipicamente, a concentração dos modificadores de polímeros está entre cerca de 8 e cerca de 12% em peso de asfalto. Contudo, é possível que a concentração do polímero possa estar abaixo de 8% em peso, mas provavelmente não será superior a 15 por cento em peso.

Em outra modalidade, entretanto, o asfalto modificado por ácido

polifosfórico da presente invenção preferencialmente não é modificado com polímeros. Falando de outra forma, nesta modalidade o asfalto está prefe- rencial e substancialmente livre de modificadores de polímeros. Especifica- mente, a concentração de tais aditivos é, em ordem de preferência crescen- te, inferior a cerca de 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, ou 0,01% em peso de asfalto ou mesmo 0%.

V. Tipos de Produtos de Telhamento de Asfalto

Os produtos para telhamento asfáltico são populares entre os consumidores em função de suas excelentes capacidades impermeabilizan- tes. O tipo específico de produto asfáltico desejado por um usuário final varia dependendo de um número de fatores. Estes fatores incluem o orçamento do usuário final, a facilidade de instalação, o tipo de área da superfície a qual o produto está sendo aplicado, e o clima e os padrões climáticos do local onde os produtos para telhamento são instalados. Os produtos para telha- mento asfáltico tipicamente recaem em quatro categorias principais: feltro saturado de asfalto, telhamento em rolo (liso e texturado), telhas asfálticas (de fibras de vidro e orgânicas), e telhamento de betume modificado (MBR).

A. Feltros Asfálticos

Os feltras asfálticos são tipicamente usados como coberturas internas de telhado para proteger e vedar, pois eles tendem a repelir a água, tolerantes às flutuações de temperatura, e resistentes ao colapso e à de- composição ocasionados pela exposição aos elementos.

B. Telhamento em Rolo

Ambos os telhamentos em rolo liso e texturado (isto é, agregado de superfície) são coberturas externas de telhado usadas para casas de bai- xo custo e prédio utilitários, em lugar de telhas asfálticas. Quase sempre são adquiridas em rolos que possuem 10,97 a 11,58 m (36 a 38 pés) de compri- mento, e aproximadamente 0,91 m (36 polegadas) de largura, o que tendem a simplificar o processo de aplicação do telhado. Os consumidores que de- sejarem um substituto de instalação mais simples que as telhas asfálticas tendem a usar telhamento em rolo. C. Telhas Asfálticas

As telhas asfálticas possuem diferentes características, depen- dendo do que é feita esteira base, se de feltro orgânico ou se de fibra de vi- dro. Os feltros orgânicos são tipicamente produzidos de fibras de papel, far- rapos, madeira ou uma combinação deles, enquanto as esteiras com base de fibra de vidro são constituídas de fibras de vidro delgadas. As telhas as- fálticas a base de feltro orgânico possuem a taxa mais baixa possível de re- sistência a fogo (isto é, na Classe C) da American Society of Testing and Materials (ASTM). As telhas orgânicas, no entanto, tendem a ser mais flexí- veis do que as telhas de fibra de vidro, especialmente nas temperaturas fri- as.

Independente do tipo de esteira, as telhas asfálticas são comu- mente fabricadas como telhas em tiras, telhas intertravantes, e grandes te- lhas individuais. As telhas em tira são usualmente retangulares e medem cerca de 0,30 m (12 polegadas) de largura e 0,90 m (36 polegadas) de com- primento. Uma telha de três abas é o tipo mais comum de telha em tira. A telha de três abas proporciona a aparência de três telhas separadas, e tende a ser mais forte e mais fácil de aplicar que as telhas em tiras. As telhas inter- travantes são fornecidas em vários formatos e com diferentes dispositivos de travamento, os quais fornecem um intertravamento mecânico que tende a aumentar a resistência ao dano causado pelos fortes ventos. Quanto às grandes telhas individuais, elas em geral são retangulares ou hexagonais. Se os padrões climáticos ou meteorológicos forem ponderados

pelo usuário final, o tipo de telha asfáltica depende das condições climáticas. Em comparação com as telhas asfálticas de base orgânica, as telhas a base de fibra de vidro são geralmente mais adequadas aos climas mais quentes, pois elas podem enrijecer nos climas frios. Ainda, as telhas a base de fibra de vidro são preferíveis para os climas quentes, porque em geral são mais resistentes ao tempo e possuem a mais elevada classificação de resistência ao fogo da ASTM. Isto se deve à tendência das telhas a base de fibra de vidro de conter mais asfalto de cobertura, o que fornece maior resistência ao empenamento, apodrecimento, formação de bolhas e ondulação. O formato desejado das telhas asfálticas também varia depen-

dendo da área geográfica de aplicação. A forma de telha mais comum é a telha de três abas, que possui duas fendas em sua borda frontal. Estas fen- das servem para fornecer um alívio de tensão na medida em que a telha se expande e contrai com o tempo. Nas áreas freqüentemente caracterizadas por ventos fortes, a telha com trava em T tende a ser preferível, pois as te- lhas permanecem travadas à telha abaixo e acima dela quando instaladas no telhado.

D. Membranas de Betume Modificadas

As membranas de betume modificadas possuem uma diversida- de de utilidades. Elas podem ser aplicadas como o material primário para telhados novos, como cobertura para telhados existentes, e como lâmina de revestimento em aplicações para telhados compostos (built up roofing - BUR). Tipicamente, para cada uma destas aplicações, as membranas a ba- se de estireno-butadieno-estireno (SBS) são instaladas usando asfalto quen- te, um maçarico, adesivos de processo a frio, ou autoadesivos. Em contras- te, as membranas a base de poliolefina atática (APP e APO) são usualmente instaladas apenas com um maçarico ou adesivos de processo resfriado. As duas membranas, a base de poliolefina e a base de SBS são usualmente adquiridas em rolos e são usualmente aplicadas em múltiplas camadas. As vantagens das membranas de betume modificado sobre os materiais de te- Ihamento incluem a versatilidade nas aplicações para telhados de pouca e de alta inclinação e sua resistência à perfuração, durabilidade e alterabilida- de.

Os consumidores podem optar por membranas de betume modi- ficado, se desejarem um produto que seja versátil e capaz de se adequar a uma ampla variedade de necessidades de projeto. Estas membranas são adequadas para ambos os tipos de telhados, os de baixa e os de alta incli- nação, e estão dotados da flexibilidade e da durabilidade necessárias aos edifícios de vão livre, tais como hangares de aeronaves e depósitos. Em a- créscimo, as membranas de betume modificado são eficazes nas condições climáticas de calor e frio. VI. Produção de Produtos para Telhamento

Após o asfalto ser preparado pelo processo de ventilação, ele é usado na produção de telhamentos em rolo liso e texturado, de feltro satura- do de asfalto, telhas de fibra de vidro e orgânicas (a base de feltro), e mem- branas de betume modificado. Para cada um destes produtos, à exceção das membranas de betume modificado, a produção tipicamente consiste nas seguintes operações primárias descritas adiante: (1) saturação de feltro - saturar esteiras/feltros orgânicos com

asfalto (tipicamente um asfalto de baixo ponto de amoleci- mento);

(2) revestimento - aplicar asfalto modificado e uma carga mi- neral sobre as esteiras/feltros orgânicos saturados ou es-

teiras/feltros de fibra de vidro;

(3) revestimento mineral - aplicar grãos minerais à parte inferi- or de esteiras/feltros revestidos;

(4) resfriamento e secagem - usar procedimentos para seca- gem por ar e resfriamento por água para colocar os produ-

tos à temperatura ambiente;

(5) acabamento do produto - formatar (por exemplo, laminação ou corte) os produtos para telhamento asfáltico resfriado; e

(6) embalar o produto acabado.

O processo de produção específico para cada um dos produtos

para telhamento asfáltico é o foco do restante desta seção. A. Fabricação de Feltros Asfálticos

Um dos produtos para telhamento asfáltico mais básicos é o fel- tro saturado por asfalto. É produzido com o uso de um papel do tipo mata- borrão, denominado feltro, que é produzido a partir de materiais celulósicos.

Com referência à figura 1, o processo de produção tipicamente começa na posição desenrolada, onde o feltro é desenrolado sobre uma bobina de se- cagem. A partir da bobina de secagem, o feltro atravessa um saturador, que é um tanque tipicamente preenchido por um asfalto mole ou de baixo ponto de amolecimento denominado saturante. O feltro em seguida se move sobre

uma série de cilindros, onde os cilindros do fundo são submergidos em asfal- to quente a uma temperatura de 205 a 250°C (400 a 480°F). De acordo com a presente invenção, o saturante, o asfalto quente, ou ambos, podem com- preender ou consistir inteiramente em um asfalto modificado por ácido poli- fosfórico da presente invenção. A próxima etapa do processo de produção envolve o aquecimento do asfalto para garantir que ele tenha penetrado o feltro. O feltro na atravessaria o aplicador de grão, ao contrário da produção de telhas e telhamento em rolo texturado que são descritos abaixo. Por fim, o feltro saturado atravessa os cilindros resfriados a água sobre a bobina flu- tuante de acabamento e em seguida é laminado e cortado sobre a bobina- deira de cilindro.

B. Fabricação de Telhamento em Rolo Rolos lisos e texturados podem ser produzidos com o uso de

feltro orgânico ou esteira de fibra de vidro como base ou substrato. Com re- ferência novamente à figura 1, que é também aplicável ao processo de pro- dução típico para rolos lisos e texturados. O primeiro estágio do processo de produção é a saturação do feltro orgânico por asfalto. Quando uma esteira de fibra de vidro é o substrato, porém, a etapa de saturação do feltro será tipicamente excluída. Após esta etapa ser finalizada ou dispensada, tanto o feltro saturado quanto a esteira de fibra de vidro passam pela revestidora (coater). A revestidora tipicamente aplica um revestimento de asfalto "carre- gado", que é preparado pela mistura de asfalto (como o asfalto modificado por ácido polifosfórico da presente invenção) e um estabilizador mineral em proporções aproximadamente iguais. A revestidora libera o revestimento car- regado sobre o topo do feltro ou da esteira. Rolos compressores aplicarão o revestimento no fundo do feltro ou da esteira e o distribuirá uniformemente para formar um revestimento de base espessa sobre os quais os materiais de texturização irão aderir.

Se rolos texturizados estiverem sendo fabricados, a lâmina de asfalto produzida pela revestidora passa em seguida pelo aplicador de grão. A produção de rolos lisos exclui esta etapa. Durante o estágio de aplicação de grão, o material de texturização é aplicação através da dispensação de grãos sobre a superfície quente e revestida da lâmina de asfalto. A texturiza- ção mineral encontrada nos produtos asfálticos podem ser variáveis, sendo que talco e mica são os mais freqüentemente usados. Porém, grãos mine- rais ásperos, como grãos de pedra e de ardósia, também podem ser usados. A escolha dos grãos é a forma básica em que a aparência do telhamento texturizado é afetada. Tipicamente, os grãos são aplicados à lâmina na me- dida em que ela passa através do rolo de prensagem para forçar a entrada dos grãos no revestimento asfáltico.

Em seguida à aplicação do material de texturização, para a pro- dução de rolo texturizado, ou à etapa de revestimento para a produção de rolo liso, a lâmina asfáltica passa pelas etapas finais de produção. Primeiro a lâmina é resfriada rapidamente sobre cilindros resfriados por água e/ou pelo uso de aspersão de água. Em seguida, se rolos texturizados estiverem sen- do produzidos, a lâmina passa através por cilindros de compressão opera- dos por pressão do ar usados para incrustar firmemente os grãos no reves- timento. As lâminas asfálticas para a produção de rolos texturizados e lisos são então submetidas à secagem por ar. Uma tira de adesivo asfáltico é a- plicada em seguida com a finalidade de vedar a borda frouxa do telhamento após sua instalação. Estes processos são tipicamente facilitados por uma bobinadeira de acabamento, o que permite o movimento contínuo da lâmina enquanto passa por cada um destes estágios finais de produção. Também se destina a resfriar e secar adicionalmente a lâmina. O estágio final da pro- dução de telhamento em rolo é a formação de tolos. Esta formação ocorre pela introdução do telhamento em uma bobinadeira, onde os rolos são for- mados.

C. Fabricação de Telhas Asfálticas

A fabricação de telhas a base de esteira de fibra de vidro e feltro orgânico envolve os mesmos processos de produção do telhamento em rolo liso e texturizado, à exceção da etapa final de formação do rolo. Em lugar de formar rolos com as lâminas de telhamento, as lâminas são passadas atra- vés de uma cortadeira, que secciona a lâmina em telhas individuais. Se as telhas vão ser transformadas em produtos laminados, elas também devem passar pelo estágio de laminação, onde o Iaminante é aplicado em tiras es- treitas ao fundo da lâmina.

D. Fabricação de Membranas de Betume Modificado A produção de membranas de betume modificado tipicametne compreende a combinação de um asfalto modificado por polímero (que, de acordo com a presente invenção, compreende ácido polifosfórico) com um reforço e em seguida a aplicação de cargas minerais, aditivos retardadores de fogo, e/ou texturização. Conforme mencionado acima, a modificação de polímero de um asfalto em geral envolve a adição de um polímero elastomé- rico ou termoplástico, como o APP, APO, SBC ou SBS. Ainda, conforme mencionado acima, acredita-se que a modificação do asfalto com o ácido polifosfórico pode permitir aos fabricantes/usuários reduzir a quantidade de modificadores de polímero, ao mesmo tempo em que alcança propriedades aceitáveis.

Após o asfalto ter sido modificado por polímero, um reforço é adicionado. Os reforços comumente mais usados na produção de betume modificado são esteiras de fibra de vidro e poliéster. Ambas as esteiras de fibra de vidro e de poliéster são usadas com betume modificado por SBS, enquanto as esteiras de poliéster são mais comumente usadas com betume modificado por poliolefina. Como reforço, as esteiras de poliéster são em geral consideradas como superiores às esteiras de fibra de vidro nas mem- branas de betume modificado, pelo fato de que o poliéster possui um maior alongamento e uma maior resistência à perfuração do que a fibra de vidro. No entanto, a fibra de vidro possui uma resistência à tensão mais elevada que a do poliéster.

Em seguida à adição do reforço ao asfalto modificado, as car- gas, aditivos retardantes de fogo e /ou texturas podem ser aplicadas. A tex- turização da membrana tende a protegê-la contra os elementos. A texturiza- ção pode ser aplicada durante a produção da membrana ou durante a insta- lação do telhado. Se for aplicado durante a produção, os possíveis materiais para texturização incluem: (a) grãos que são pressionados sobre a superfície do topo da membrana; (b) uma fina camada de fibra de vidro, ou (c) lâminas delgadas de cobre, alumínio ou aço inoxidável. A texturização aplicada du- rante a aplicação da membrana sobre o telhado pode consistir em um reves- timento de asfalto, agregados soltos, ou um revestimento de telhado de alu- mínio líquido. VII. Exemplos

A. Ponto de Amolecimento e Penetração

O ponto de amolecimento é largamente considerado por aqueles indivíduos versados na técnica na indústria de telhas asfálticas considerados na indústria como a medida padrão para a avaliação da capacidade de de- sempenho em temperatura elevada de um revestimento asfáltico insuflado a ar. Os pontos de amolecimento para as formulações de asfalto testadas fo- ram determinados de acordo com o método de teste ASTM D36. O teste de determinação dos pontos de amolecimento e os tes-

tes seguintes foram todos executados em revestimentos de telhas insufladas a ar que foram carregadas ou não-carregadas, e compreendiam cerca de 0,9% em peso de ácido polifosfórico (isto é, "contendo ácido") ou não com- preendia ácido polifosfórico adicional (isto é, "livre de ácido"). O asfalto usa- do neste e em outros testes era um fluxo venezuelano, e antes de ser insu- flado a ar possuía um ponto de amolecimento de cerca de 36°C (98°F) e uma penetração a 25°C de cerca de 220 dmm. O asfalto foi insuflado a ar a cerca de 260°C (500°F) por aproximadamente 3 horas usando um destilador laboratorial, de acordo com o procedimento adiante. Cerca de 5.000 g de fluxo foi aquecido a cerca de 177°C (350°F) no destilador. O ácido polifosfó- rico era um ácido polifosfórico 115% (PLYANT® comercialmente disponível em ICL Performance Products LP) e foi adicionado e misturado com o asfal- to com o uso de uma espátula. A mistura foi aquecida a cerca de 232°C (450°F) e o ar foi injetado através do fundo do destilador usando um aerador, o que promoveu sua dispersão uniforme. Ocorreu uma reação exotérmica e a temperatura do sistema aumentou, e o resfriamento foi fornecido para manter a temperatura em cerca de 260°C (500°F). Os revestimentos que foram "carregados" compreendiam, além do asfalto e do ácido polifosfórico (conforme apropriado), cerca de 65% em peso de carga mineral que era 85% menor que o calcário de 200 mesh de Franklin minerais, Anderson Plant, Sherwood, Tennessee. A carga mineral também foi misturada com o asfalto com o uso de uma espátula. Além de avaliar a susceptibilidade à temperatura, determinar os pontos de amolecimento para as formulações do revestimento de asfalto comprova que as formulações comparativas de revestimento de asfalto fo- ram substancial e equivalentemente preparadas, à exceção de que contém ácido ou não e, portanto, são adequadas para a comparação direta. Os re- sultados exemplificativos estão demonstrados na Tabela A abaixo.

Amostra N0 1 2 3 4 % PPA 0,0 0,9 0,0 0,9 % Carga 0,0 0,00 65 65 Ponto de Amolecimento 106,1°C 106,rc 122,22°C 121,66°C (223°F) (223°F) (252°F) (251 °F) Penetração a 4°C (dmm) 14 22 4* 11* Penetração a 25°C (dmm) 17 23 8* 11* *Os valores de penetração nos sistemas carregados são aproximados, porque as partículas da carga interferiram no teste, mas ainda são consistentes na ten- dência descrita abaixo.

Com base nos resultados descritos na Tabela A, é possível dis- cernir que a adição de ácido polifosfórico exerceu pouca influência ou não influenciou o ponto de amolecimento do asfalto, porém, resultou em um au- mento significativo nos valores de penetração e regulou os valores de pene- tração em função da temperatura, o que parece indicar que a adição de áci- do polifosfórico melhorou a flexibilidade do asfalto, e que houve uma tendên- cia da flexibilidade do asfalto não ser afetada pela diminuição da temperatu- ra.

Em acréscimo ao dito no precedente, as curvas de "Descarga"

das figuras 2 e 3 foram elaboradas comparando os pontos de amolecimento do asfalto em função do tempo de sopragem e a penetração em função do ponto de amolecimento. Para tais testes, uma adição de 1,2% em peso de ácido polifosfórico também foi avaliada. Como representado na figura 2, e consistente com os resultados anteriormente mencionados, não houve uma diferença significativa no ponto de amolecimento causado pela adição de ácido polifosfórico (isto é, a tendência indicada pelos pontos é que, dentro da variação do experimento, o aumento observado do ponto de amolecimento em relação ao tempo de sopragem foi substancialmente o mesmo, indepen- dente da adição de ácido polifosfórico. Em contraste, a figura 3 mostra um aumento significativo na penetração do asfalto (ASTM D5) em várias tempe- raturas através da introdução do ácido polifosfórico com a adição de 1,2 por cento de ácido polifosfórico, resultando em um aumento maior que a adição de 0,9 por cento. A diferença pareceu ser mais pronunciada em temperatu- ras contidas na faixa de cerca de 43,33°C (110oF) a cerca de 71,11°C (160°F) e decrescendo a cerca de 104,44°C (220°F). Ainda, é possível dis- tinguir que o benefício do ácido polifosfórico extra (1,2% contra 0,9%) tendeu a variar ao longo de uma faixa de temperatura. Especificamente, de cerca de 37,77°C (100°F) a cerca de 48,88°C (120°F) o grau de penetração foi maior com 0,9%, de cerca de 48,88°C (120°F) a cerca de 90,55°C (195°F) o grau de penetração foi maior com 1,2%, e de cerca de 90,55°C (195°F) a cerca de 104,44°C (220°F), o grau de penetração para os dois foi aproximadamen- te o mesmo.

B. Teste de Araueamento de Mandril em Temperatura Fria A indústria de telhamento usa o teste de arqueamento de man-

dril em temperatura fria para avaliar as propriedades do revestimento asfálti- co em baixa temperatura. O teste tipicamente é executado para avaliar sub- jetivamente a resistência ao craqueamento térmico e a flexibilidade da for- mulação de revestimento em baixa temperatura. Os indivíduos versados na técnica em geral consideram como significativa uma mudança na temperatu- ra em que o revestimento apresenta um defeito de apenas 15°C (5°F). Tipi- camente, é preferível para as temperaturas de defeito mais baixas.

Os resultados do teste de arqueamento de mandril em tempera- tura fria foram determinados de acordo com o método de teste da ASTM D 5147 (modificado), que é modelado para testar produtos de telha de acaba- mento. Para estes testes, ele foi realizado em cupons de material de reves- timento em fusão (cast coating) com dimensões de cerca de 2,54 cm χ 15,24 cm χ 0,031 (1 polegada χ 6 polegadas χ 0,125 polegada) carga mineral. Um oitavo de polegada de espessura foi utilizado para aproximar a espessura do revestimento em uma telha típica. Para cada temperatura testada, cinco cu- pons foram testados logo após serem fabricados e outros cinco foram sub- metidos ao envelhecimento em forno escuro antes de serem submetidos ao teste de mandril. O mandril possuía um diâmetro de 2,54 cm e os cupons foram curvados aproximadamente 180° em torno do mandril ao longo de um período de cerca de dois segundos. A temperatura foi reduzida em incre- mentos de 15°C (5°F) até que quatro dos cinco cupons se rompessem, o que foi considerado um defeito. As amostras forma condicionadas em cada temperatura de teste por 60 ± 5 minutos antes de serem arqueadas. Os resultados estão descritos na Tabela B abaixo. ο

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O CT CO CN τ— OO T- CO Conforme evidenciamos a partir dos resultados anteriores, a adi- ção de 0,9% de PPA resultou em cerca de um aperfeiçoamento de 15°C (5°F) para os revestimentos não-carregados (amostras originais e envelheci- das 1 e 2). Um aperfeiçoamento mais acentuado de cerca de 6,66°C (20°F) foi realizado para os revestimentos carregados (amostras originais e enve- lhecidas 3 e 4). Assim, parece que a resistência ao craqueamento térmico e a flexibilidade em baixa temperatura de um asfalto para telhado podem ser aprimorados pela adição do ácido polifosfórico. Em outras palavras, face ao arqueamento, ao ponto de amolecimento, e aos resultados do teste de pene- tração, a adição do ácido polifosfórico resultou em maior penetração e flexi- bilidade do asfalto, ao mesmo tempo em que não altera significativamente o ponto de amolecimento do asfalto. Deste modo, a adição de ácido polifosfó- rico resultou na ampliação da faixa de temperatura aceitável em que o asfal- to pode ser usado.

C. Carga & Propriedades de Deformação Decorrentes da Tensão Direta

Para obter uma percepção das propriedades de deformação por carga dos revestimentos asfálticos, as amostras foram testadas de acordo com o protocolo de Tensão Direta que foi desenvolvido para o teste de asfal- tos para pavimentação. Os procedimentos de teste foram desenvolvidos pela American Association of State Highway and Transportation Officials, e o pro- tocolo foi mencionado como AASHTO T 314, que foi modificado para reves- timentos através do não envelhecimento do material e pela realização de testes em amostras a cerca de 25°C. Os resultados são apresentados na Tabela C abaixo. Carregado PPA Envelhecido 0,75 7,50 Original 0,19 >10,0 CO Sem PPA Envelhecido 0,42 3,50 Original 0,46 >10,0 CM Não-carregado PPA Envelhecido 0,14 OO CD Original 0,05 >10,0 τ— I sem PPA Envelhecido 0,50 9,06 Original 0,14 >10,0 Amostra Tensão (MPa) % de deformação (distância de tração em mm) Conforme indicado, os resultados das amostras originais mos- tram que as deformações excederam os limites do procedimento do teste. Acredita-se que os valores de deformação mensuráveis podem ser obtidos pela redução da temperatura das amostras. Independente de não ser capaz de determinar os valores de deformação exatos, os resultados para as a- mostras originais (carregadas e não-carregadas) sugerem que a adição de ácido polifosfórico permitiu que os revestimentos exibissem tensões mais baixas. Os resultados para as amostras envelhecidas não são tão consisten- tes, todavia. No caso das amostras carregadas envelhecidas, aquela que contém ácido polifosfórico permaneceu com uma deformação muito mais elevada (e consequentemente obteve um valor de tensão mais alto) do que a amostra sem ácido polifosfórico. A amostra não-carregada envelhecida contendo ácido polifosfórico pareceu ter sustentado um valor de deformação mais baixo e sua tensão permaneceu bastante baixa quando comparada com as amostras sem ácido polifosfórico. Não ficou claro se isto é meramen- te uma anomalia deste estudo limitado ou um resultado preciso. Acredita-se que a avaliação mais prática é que as amostras carregadas envelhecidas e aqueles resultados indicam que o uso do ácido polifosfórico proporcionou maior rigidez ao revestimento, embora possuindo ainda uma quantidade ra- zoável de ductilidade. D. Adesão de Grãos - Perda de Fricção

Exemplares de telhas simuladas foram preparadas com revesti- mentos carregados e não-carregados, e foram avaliados para a adesão de grãos usando o teste de Adesão de Grãos ao Telhamento de Superfície Mi- neral por Abrasão ASTM D4977. Os exemplares de 3" χ 2" χ 0,125 foram preparados com grânulos para telhamento branco n° 11 (+8 mesh) em labo- ratório, de acordo com os seguintes procedimentos através da pulverização do revestimento quente sobre uma esteira de vidro, espargindo uma quanti- dade predeterminada de grãos no topo e pressioná-los para baixo com o uso de cilindros. Os resultados estão descritos na Tabela D. Tabela D

Amostra 1 2 3 4 Carreg ado Não-carregado Sem PPA PPA Sem PPA PPA Perda de adesão do grão (gramas) 0,97 0,92 0,87 0,63

Como é evidente, a adição do ácido polifosfórico aos asfaltos carregados e não-carregados aumentou a adesão dos grãos. E. Adesão de Grãos - Teste de Fervura O Teste de Fervura Texas (Método Texas Tex-530-C)ou ASTM

D 3625, "Effect of Water on Bituminous-Coated Agreggate using Boiling Wa- ter" (Em português, "Efeito da Água sobre o Agregado REvetido Betuminoso Usando Água Fervente") foi escolhido como teste de triagem para avaliar a adesão de grãos do telhamento aos revestimentos asfálticos. O Teste de Fervura Texas é um teste subjetivo que é amplamente usado na indústria de aglutinação de asfalto para avaliar a aderência de um aglutinador de asfalto a um agregado de pavimentação específico. O teste foi modificado pelo uso de grãos de telhamento em lugar do agregado de pavimentação.

Para o Teste de Fervura Texas, apenas as formulações asfálti- cas não-carregadas (livre de ácido e contendo ácido polifosfórico) foram tes- tadas. Invés do agregado de pavimentação, foram usados grãos de telha- mento brancos n° 11 (+8 mesh). De acordo com os procedimentos do teste, as formulações de revestimento asfáltico foram misturadas com os grãos de telhamento, e a temperatura da mistura foi aumentada a cerca de 135°C. Ao atingir 135°C, a mistura foi despejada em um recipiente (por exemplo, um béquer) de água fervente e o conteúdo foi fervido por cerca de dez minutos. A mistura foi então separada da água e permitiu-se a secagem à temperatu- ra ambiente. A mistura seca foi analisada estimando visualmente a porcen- tagem de agregado que está recoberta pelo aglutinante asfáltico aderente. As duas formulações asfálticas não-carregadas, contendo ou não ácido poli- fosfórico, exibiram 100% de adesão ou adesão completa, não houve evidên- cia de desaglutinação.

Estes resultados parecem indicar que o uso de ácido polifosfóri- co não tende a diminuir a adesão do revestimento aos grãos. F. Resistência ao Rasgamento

O efeito sobre a resistência ao rasgamento proporcionada pela adição de ácido polifosfórico foi determinado pela realização do Método de Teste para a Propagação da Resistência ao Rasgamento de Filme Plástico e Folhas Delgadas pelo Método do Pêndulo, à exceção de que o teste foi mo- dificado pela testagem de uma esteira de telha de fibra de vidro padrão que foi impregnada com quantidades exatas de revestimentos carregados e não- carregados empregando parâmetros de processo idênticos. Os resultados estão descritos na Tabela E abaixo.

Tabela E

Amostra 1 2 3 4 Carregado Não-carregado Sem PPA PPA Sem PPA PPA Resistência ao Rasgamento MD (gramas) 1,222 1,568 1,408 1,696 Resistência ao Rasgamento CD (gramas) 1,587 1,798 2,073 2,170

Os resultados precedentes indicam que o ácido polifosfórico aumentou a resistência ao rasgamento do revestimento asfáltico em cerca de 28% para MD, não-carregado e em cerca de 20% para MD, carregado. Isto sugere uma aglutinação superior ou um aumento de adesão com a es- teira de fibra de vidro e um aumento da resistência ao rasgamento. G. Desgaste

Primeiro, os asfaltos foram submetidos a um processo de enve- lhecimento acelerado usando um arco de xenon por 2500 horas e nenhuma das amostras exibiu qualquer furo. Após oito meses de envelhecimento ao ar livre, cada amostra permaneceu livre de furos. A presença de furos sugeriria que o revestimento estaria se deteriorando. O revestimento modificado por ácido não possuía furos e, portanto, é considerado aceitável pelo teste da ASTM. Ainda, os resultados para as amostras contendo ácido polifosfórico não foram diferentes do controle livre de ácido. Portanto, acredita-se que a adição de ácido polifosfórico não afetou adversamente as qualidades de en- velhecimento do asfalto. Ainda, as amostras de asfalto foram testadas para resistência ao desgaste, de acordo com a ASTM D4798. Os resultados estão apresentados na figura 4, e parece que a adição de ácido polifosfórico não diminuiu significativamente a resistência dos asfaltos ao tempo.

Todas as referências citadas nesta especificação, inclusive, en- tre outras, todos os artigos em revistas, brochuras, manuais, periódicos, tex- tos, manuscritos, publicações em websites, e toda e qualquer outra publica- ção, estão aqui incorporadas por meio de citação. A discussão das presen- tes referências pretende meramente resumir as assertivas dos autores, e não sendo admitido que qualquer dessas referências constituam uma técni- ca anterior. Os requerentes se reservam o direito de contestar a precisão e a pertinência das referências citadas.

É preciso compreender que a descrição acima pretende ser des- critiva, e não-ilustrativa. Muitas modalidades tornar-se-ão evidentes para os indivíduos versados na técnica mediante a leitura da descrição acima. O es- copo da invenção, portanto, deveria ser determinado sem fazer referência à descrição acima isoladamente, mas deveria ser determinada fazendo refe- rência às reivindicações e ao escopo completo dos equivalentes aos quais as ditas reivindicações têm direito.

Ao introduzir elementos da presente invenção ou de uma moda- Iidade da mesma, os artigos "um", "uma", e "dito" "dita" pretendem indicar que existem um ou mais dos elementos. O termo "compreende", "inclui" e "possui" pretendem ser abrangentes e significam que podem haver elemen- tos adicionais distintos dos elementos relacionados. Adicionalmente, é preci- so compreender que uma modalidade que "consiste essencialmente em" ou "consiste em" constituintes especificados também pode conter produtos da reação dos ditos constituintes.

A enumeração de faixas numéricas através das extremidades inclui todos os números subscritos àquela faixa. Por exemplo, uma faixa descrita como estando entre 1 e 5 inclui 1, 1,6, 2, 2,8, 3, 3,2, 4, 4,75 e 5.

Claims (37)

1. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, que com- preende um ácido polifosfórico e de asfalto comprimido a ar.

2. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 0,1 por cento em peso do asfalto.

3. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que não está acima de cerca de 2,0 por cento em peso do as- falto.

4. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 0,5 por cento em peso e não su- perior a cerca de 1,5 por cento em peso do asfalto.

5. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda uma carga mineral.

6. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, em que a carga está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 50 por cento em peso e não superior a cerca de 70 por cento em peso do asfalto.

7. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, que compreende ainda um modificador de polímero.

8. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, em que o modificador de polímero é selecionado den- tre um grupo que consiste em copolímeros de estireno-butadieno-estireno, copolímeros de butadieno-estireno, copolímero de bloco de estireno, borra- cha de butadieno-estireno, polipropileno atáctico, poliolefinas funcionaliza- das, terpolímeros de etileno reativo.

9. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, de acordo com a reivindicação 1, em que o modificador de polímero está presente em uma concentração de ao menos cerca de 4 por cento em peso e não superi- or a cerca de 15 por cento em peso do asfalto.

10. Produto para telhado de asfalto compreendendo um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que compreende um ácido poli- fosfórico e de asfalto comprimido a ar.

11. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 10, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 0,1 por cento em peso do asfalto.

12. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 10, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que não está acima de cerca de 2,0 por cento em peso do asfalto.

13. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 10, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 0,5 por cento em peso e não superior a cerca de 1,5 por cento em peso do asfalto.

14. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 10, em que o asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, com- preende ainda uma carga mineral.

15. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 14, em que a carga está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 50 por cento em peso e não superior a cerca de 70 por cen- to em peso do asfalto.

16. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 10, em que o asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, com- preende ainda um modificador de polímero.

17. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 16, em que o modificador de polímero é selecionado dentre um grupo que consiste em copolímeros de estireno-butadieno-estireno, copolímeros de butadieno-estireno, copolímero de bloco de estireno, borracha de butadieno- estireno, polipropileno atáctico, poliolefinas funcionalizadas, terpolímeros de etileno reativo.

18. Produto para telhado de asfalto, de acordo com a reivindica- ção 16, em que o modificador de polímero está presente em uma concentra- ção de ao menos cerca de 4 por cento em peso e não superior a cerca de 15 por cento em peso do asfalto.

19. Processo para fabricação de um produto para telhado de asfalto, sendo que o aperfeiçoamento compreende o uso de um asfalto com- primido a ar, quimicamente modificado que compreende um ácido polifosfó- rico e de asfalto comprimido a ar.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 0,1 por cento em peso do asfalto.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 19, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que não está acima de cerca de 2,0 por cento em peso do asfalto.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 19, em que o ácido polifosfórico está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 0,5 por cento em peso e não superior a cerca de 1,5 por cento em peso do asfalto.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 19, em que o asfal- to comprimido a ar, quimicamente modificado, compreende ainda uma carga mineral.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, em que a carga está presente em uma concentração que é de ao menos cerca de 50 por cento em peso e não superior a cerca de 70 por cento em peso do asfalto.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 19, em que o asfal- to comprimido a ar, quimicamente modificado compreende ainda um modifi- cador de polímero.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 25, em que o modi- ficador de polímero é selecionado dentre um grupo que consiste em copolí- meros de estireno-butadieno-estireno, copolímeros de butadieno-estireno, copolímero de bloco de estireno, borracha de butadieno-estireno, polipropi- Ieno atáctico, poliolefinas funcionalizadas, terpolímeros de etileno reativo.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 25, em que o modi- ficador de polímero está presente em uma concentração de ao menos cerca de 4 por cento em peso e não superior a cerca de 15 por cento em peso do asfalto.

28. Processo para modificar um asfalto, em que o processo compreende efetuar a compressão a ar do asfalto e misturar o ácido polifos- fórico com o asfalto antes, durante ou depois de efetuar a compressão a ar, ou uma combinação desses, para formar um asfalto comprimido a ar, quimi- camente modificado.

29. Processo, como definido na reivindicação 1, em que o ácido polifosfórico é misturado com o asfalto em uma quantidade de ao menos cerca de 0,1 por cento em peso de asfalto.

30. Processo, como definido na reivindicação 1, em que o ácido polifosfórico está misturado com o asfalto em uma quantidade que não está acima de cerca de 2,0 por cento em peso do asfalto.

31. Processo, como definido na reivindicação 1, em que o ácido polifosfórico está misturado com o asfalto em uma quantidade que é de ao menos cerca de 0,5 por cento em peso e não superior a cerca de 1,5 por cento em peso do asfalto.

32. Asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado, que é formado pelo processo, de acordo com a reivindicação 1.

33. Telhado que compreende um produto para telhado de asfalto que compreende um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado compreendendo uma mistura comprimida a ar de asfalto e ácido polifosfóri- co.

34. Processo para construção de um telhado, em que o aperfei- çoamento compreende o uso de um produto para telhado de asfalto com- preendendo um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que com- preende uma mistura comprimida a ar de asfalto e ácido polifosfórico.

35. Método de preparação de um asfalto comprimido a ar, de polímero modificado, que possui uma concentração de polímero reduzida, sendo que o método compreende: (a) efetuar uma compressão a ar de um asfalto e misturar o ácido polifosfórico com o asfalto antes, durante ou depois de efetuar a compressão a ar, ou uma combinação desses, para formar um asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado; e (b) misturar um ou mais modificadores de polímeros com o asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado para modificar o dito asfalto e para formar o asfalto comprimido a ar e de polímero modificado que possui uma concentra- ção de polímero reduzida; em que o asfalto comprimido a ar e de polímero modificado que possui uma concentração de polímero reduzida possui determinadas propri- edades físicas e uma concentração total de modificadores de polímero que é inferior a que seria necessária para modificar um asfalto comprimido a ar idêntico que não fosse quimicamente modificado para que apresentasse as mesmas determinadas propriedades físicas.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, em que a con- centração total de modificadores de polímero no asfalto comprimido a ar, quimicamente modificado que possui uma concentração de polímero reduzi- da está entre cerca de 10 e cerca de 30 por cento inferior a que seria neces- sária para modificar um asfalto comprimido a ar que não fosse quimicamente modificado para que apresentasse substancialmente as mesmas determina- das propriedades físicas.

37. Método de redução do custo da compressão a ar de uma quantidade de asfalto, em que a compressão a ar compreende oxidar o as- falto através de uma reação exotérmica resultante da passagem através do asfalto de um gás oxidante em uma taxa durante um período de tempo, mé- todo esse que compreende: modificar quimicamente o asfalto misturando o ácido polifosfóri- co com o asfalto, antes, durante ou depois de efetuar a compressão a ar, ou uma combinação desses, em que a combinação da modificação química e da compressão de ar modifica uma ou mais propriedades físicas do asfalto até um nível ou níveis desejados, e em que a redução no custo da compres- são a ar é realizada pela redução da taxa em que o gás oxidante passa atra- vés do asfalto, pela redução da duração da compressão de ar, pela redução na quantidade de calor transmitida ao asfalto através da reação exotérmica ou por uma combinação desses, em comparação com a compressão de ar isoladamente.