BRPI0901484A2 - composição e processo de preparação de ligante asfáltico modificado por cera de origem natural - Google Patents
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Abstract
COMPOSIçãO E PROCESSO DE PREPARAçãO DE LIGANTE ASFáLTICO MODIFICADO POR CERA DE ORIGEM NATURAL A presente invenção trata de um processo de preparação de ligante asfáltico modificado por cera de origem natural que se utiliza de um vaso misturador de alto cisalhamento, com aquecimento suficiente para fundir o cimento asfáltico de petróleo enquanto adiciona a cera de origem natural e, eventualmente o copolímero de SBS. A invenção diz respeito também a uma composição de ligante asfáltico modificado por cera de origem natural.
Description
COMPOSIÇÃO E PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE LIGANTEASFÁLTICO MODIFICADO POR CERA DE ORIGEM NATURAL
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito a composição e processo depreparação de Iigante asfáltico modificado por uma cera de origem natural,que apresenta uma resistência à deformação permanente e umaresistência a combustíveis superior a dos cimentos asfálticos de petróleos(CAP) comuns, além de permitir uma redução na temperatura deusinagem destes ditos CAP comuns.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Para muitas aplicações o cimento asfáltico de petróleo (CAP) é umIigante suficientemente durável e adesivo para os agregados. No entanto,em rodovias de grande volume de tráfego, aditivos são geralmenteempregados para melhorar as propriedades mecânicas dos CAP. Váriosaditivos já foram propostos com esta finalidade, por exemplo, polietileno,borracha natural, borracha sintética (copolímero SBR, borracha estico -butadieno), copolímero SBS estireno-butadieno-estireno, copolímero EVAacetato de vinila-etileno, ácido polifosfórico.
Mais recentemente, ceras sintéticas constituídas de hidrocarbonetosalifáticos têm sido usadas como modificadores de CAP, aumentando suaresistência a deformações permanentes quando submetidos a trânsito decargas pesadas.
Sabe-se que determinados combustíveis, tais como querosene deaviação, diesel e gasolina danificam o pavimento. Tais combustíveis aovazarem de veículos em trânsito, dissolvem ou amolecem componentes doligante asfáltico da mistura betuminosa superficial que pavimentam asrodovias, promovendo uma perda de adesão dos agregados desterevestimento, o que danifica a superfície do pavimento.
A presente invenção apresenta uma composição de Iigante asfálticoa qual possui características inovadoras, promovendo uma composiçãoaperfeiçoada que em mistura com agregados propicia vantagenseconômicas significativas e também ao meio ambiente, como por exemplo,usinagem do material a temperaturas mais baixas do que as comumenteempregadas, produzindo misturas mornas, reduzindo tanto as emissõescomo o consumo de combustível em usinas de asfalto. Além disso,apresenta maior resistência a deformação permanente e resistência avazamentos de combustíveis e óleos lubrificantes sobre revestimentosasfálticos.
TÉCNICA RELACIONADA
A literatura técnica especializada faz referência ao uso de cerasparafínicas de petróleo, ou sintéticas, com ponto de fusão acima de 60°Ccomo aditivos para tornar os Iigantes asfálticos mais resistentes acombustíveis.
Conforme ensina o processo descrito no documento de patenteW002/16499, parafinas sintéticas de ponto de amolecimento acima de70°C, obtidas por meio de síntese Fisher-Tropsch, produzidas pelaempresa Schumann Sassol e comercializadas com a marca SASOBIT®,são empregadas como aditivos melhoradores de durabilidade e deresistência a combustíveis em composições a base de betume.
O processo descrito no documento de patente W02004/108830ensina o emprego de misturas de parafinas, de polietileno, de ceras deácidos graxos, dotadas de cadeias parafínicas contendo número deátomos de carbono superior a 40 e ponto de amolecimento na faixa de 80a 90°C e de copolímero de SBS, para compor uma formulação de produtoasfáltico que pode ser trabalhado a temperaturas mais baixas, tantotemperatura de usinagem como de fabricação.
Pode ainda ser citado como referência o documento de patenteW02004/011391, que ensina o uso de compostos de alto peso molecular,tais como ceras de abelha, de carnaúba e ainda ácido carboxílico, ousolvente de hidrocarboneto, para repelir água de bases de pavimentos.A composição agora proposta pela presente invenção também fazuso de ceras de carnaúba, ou ceras de abelha, como agentesmodificadores de cimentos asfálticos de petróleo, sem a necessidade deemprego de solventes.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção trata de composição de um Iigante asfálticomodificado por ceras de origem natural que contêm de 65 a 98%, empeso, de um cimento asfáltico de petróleo e de 1 a 25%, em peso, de umacera de origem natural. Em algumas situações particulares a composiçãoadicionalmente pode conter de 1 a 8%, em peso, de um copolímeroestireno-butadieno-estireno (SBS) do tipo linear.
A presente invenção trata também do processo de preparação desteIigante asfáltico, o qual compreende as etapas de:
a) fundir o cimento asfáltico de petróleo a uma temperatura de 100 a170 0C, num vaso equipado com agitador operando em regime debaixo cisalhamento;
b) adicionar a cera de origem natural sobre o cimento asfáltico depetróleo fundido, mantendo a mistura sob agitação por um períodode 30 a 60 minutos; e
c) elevar a temperatura da mistura para 175 0C se eventualmente acomposição for receber uma carga de copolímero SBS, alterando oregime do agitador para funcionar em regime de alto cisalhamento,mantendo a mistura sob agitação por 150 a 200 minutos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Para que possam ser mais bem compreendidos e avaliados acomposição e o processo de preparação do Iigante asfáltico modificadopor ceras de origem natural serão agora descritos em detalhe. A cera deorigem natural empregada na invenção pode ser selecionada entre a cerade carnaúba, a cera de abelha, e mistura das mesmas, em quaisquerproporções.As ceras de carnaúba são produtos naturais obtidos peloprocessamento do pó cerífero bruto, exsudado das palhas da palmeira domesmo nome, cujo nome latino é Copernicia prunifera M. Numprocessamento típico, as palhas da fronte da palmeira - chamadas deolhos - são cortadas e separadas do restante da copa. As palhas da fronteda palmeira ainda estão fechadas e o pó que elas produzem resulta emuma cera naturalmente amarela.
As palhas da copa, já maduras, em forma de leques, produzem acera parda que, depois de refinada, se torna uma cera parda clara. Oprocesso de refino compreende, muitas vezes, numerosas etapas defiltração para adequar a cera ao tipo desejado.
De acordo com o grau de pureza, a cor, e o processo de produçãoadotado, diferentes tipos de ceras de carnaúba são oferecidos aomercado.
A análise em laboratório de uma cera de carnaúba típica apresentatamanho médio de cadeia parafínica de 84 carbonos, com picos intensosde CH2 e CH3 referentes a compostos parafínicos lineares e à presençade carboxilas de ésteres e de amidas. Sua caracterização costuma sesituar nas seguintes faixas: Penetração a 25°C (ASTM D5), de 1 a 2mm/10 e o Ponto de Amolecimento (ASTM D36), na faixa de 80 a 85°C.
Em contrapartida, uma cera de abelha típica é um produto comPonto de Amolecimento na faixa de 62 a 65°C.
Ambas as ceras têm pontos de fusão acima de 80°C e sãoconstituídas de grandes cadeias parafínicas, contendo de 68 a 84 átomosde carbono, que apresentam carbonilas de ésteres, de ácidos graxos, oude amidas, carbonos insaturados de olefinas e de aromáticos e aindacarbonos alifáticos ligados, tanto a oxigênio comum como a oxigênio deésteres, ou de éteres, ou de alcoóis.
As composições de cimento asfáltico de petróleo (CAP) modificadaspor ceras são mais resistentes à deformação permanente, são resistentesa combustíveis e propiciam redução da temperatura de usinagem.
Os Iigantes asfálticos agora empregados, objeto da presenteinvenção, apresentam Penetração (ASTM D5), na faixa de 10 a 100mm/10, Ponto de Amolecimento (ASTM D36), na faixa de 45 a 60°C eViscosidade Brookfield a 60°C (ASTM D4402), na faixa de 100 a 5000 P.
A vantagem do processo agora proposto se deve ao fato de amodificação do Iigante se dar no estado fundido, com a adição direta dacera, sem necessidade de solvente, em uma temperatura na faixa de 100a 170°C, com agitação por 30 a 60 minutos.
Este Iigante pode ser usado na proporção de 65 a 98%, com adiçãode cera de carnaúba, ou de abelha, na proporção de 1 a 25%,preferivelmente, na faixa de 2 a 15%.
Eventualmente, a composição pode conter um copolímero deestireno-butadieno-estireno (SBS), em pó ou em grãos, na proporção de 1a 8%. Neste caso, o Iigante já modificado com cera deve ser aquecido àtemperatura de 175°C, e, após a introdução do SBS, a mistura deve serfeita em agitador que opere em regime de alto cisalhamento por cerca de150 a 200 minutos.
Uma outra vantagem é que a cera de carnaúba a ser utilizada nãoprecisa ser purificada, pode ser a cera bruta ou refinada, clareada ousomente centrifugada ou ainda, gorda, de cor clara amarelada ou escura.
O SBS empregado é do tipo linear. Entretanto, as ceras, tanto decarnaúba quanto de abelha, devem apresentar ponto de amolecimento daordem de 60°C a 85°C.
O Iigante resultante mostrou-se muito adequado para uso emrevestimentos betuminosos densos ou porosos. Além disto, permiteusinagem a temperaturas de 10°C a 20°C mais baixas do que os Iigantesconvencionais, dependendo do teor de cera adicionado. Esta redução detemperatura propicia igualmente uma redução do consumo de óleocombustível pela usina, e, por conseguinte, uma redução de emissões decombustíveis, redução de fumos de asfalto e ainda aumento da resistênciaao envelhecimento do ligante. Os revestimentos betuminosos construídoscom este ligante são muito resistentes à deformação permanente.
Além destas vantagens, verificou-se que o mesmo é resistente aoataque de combustíveis, em especial o óleo diesel e o querosene deaviação, recomendando seu emprego em vias sujeitas a recebercombustíveis provenientes de vazamentos.
O emprego deste insumo renovável no asfalto propicia ainda aredução de emissões de gases de efeito estufa, contribuindo para amitigação da mudança climática global.
O uso de cera de carnaúba como modificador de cimentos asfálticospropicia a confecção de pavimentos mais duráveis, tanto ao vazamento decombustíveis em estradas, ruas e aeroportos bem como quanto àformação de trilhas de roda, defeitos que causam desconforto, além deprovocar acidentes.
Os Exemplos apresentados a seguir têm por objetivo ilustrar umaforma de concretização do invento, assim como comprovar suaaplicabilidade prática, não constituindo qualquer forma de limitação dainvenção.
Exemplo 1
Efetuou-se mistura de 2% de cera de carnaúba com 98% de cimentoasfáltico de petróleo (CAP) do tipo 50/70, classificado como PG 58-16 nasespecificações americanas SUPERPAVE.
A mistura foi realizada a temperaturas que variaram de 90 a 135°C,sob agitação de baixo cisalhamento a 300 rpm. As características doasfalto modificado resultante são apresentadas na Tabela 1, a seguir.
Os resultados mostram que a temperatura de usinagem do asfaltomodificado se reduziu em 8°C, em relação ao CAP de referência, porconta da redução da viscosidade do asfalto modificado. A redução datemperatura de usinagem influi diretamente na redução do consumo decombustível necessário para aquecer, tanto os ligantes, como osagregados que, em média, são aquecidos a 10°C acima da temperatura aque aquecem os ligantes em usinas de asfalto.
TABELA 1
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A redução da temperatura de usinagem também se reflete naredução de emissões de ligante, principalmente dos compostospoliaromáticos. Em países europeus, a aOiI Companies' EuropeanAssociation on Enviroment, Helth and Safety in Refining and Distribution -CONCAWE - Product Dossier no. 92/104" estabeleceu temperaturasmáximas de usinagem como forma de reduzir as emissões. Outro efeitopositivo da redução de temperatura de usinagem é o aumento daresistência do ligante ao envelhecimento, uma vez que esta temperatura éa variável que propicia mais oxidação do ligante, enrijecendo-o e tornandomais susceptível a trincas por fadiga.
O ponto de amolecimento do CAP modificado aumentou em 8°C, emrelação ao CAP de referência, tanto virgem quanto envelhecido,mostrando maior resistência à deformação permanente. Da mesmamaneira o parâmetro reológico das especificações da "Superior PerformingAsphalt Pavement" (SUPERPAVE) relativo à resistência à deformaçãopermanente aumentou de 1PG ("Performance-graded Binder"), ou seja,passou de 58 para 64°C. Por outro lado a variação da resistência à fadigae trincas térmicas foi quase nenhuma, tendo em vista os parâmetrosG*sen delta, Sem, respectivamente, significando que o asfalto enrijeceu aaltas temperaturas, mas permaneceu com praticamente a mesmaconsistência a baixas temperaturas.
Exemplo 2
Efetuou-se mistura de 4% de cera de carnaúba com 96% de cimentoasfáltico de petróleo (CAP) do tipo 50/70, classificado como PG 70-22 nasespecificações americanas SUPERPAVE. A mistura foi realizada atemperaturas que variaram de 110 a 135°C, com agitação de baixocisalhamento (150 rpm). O asfalto modificado resultante apresentou asseguintes características, mostradas na Tabela 2.
TABELA 2
<table>table see original document page 9</column></row><table>Os resultados mostram que a temperatura de usinagem reduziu em5°C, por conta da redução da viscosidade do asfalto modificado. O pontode amolecimento aumentou em 4°C tanto virgem quanto envelhecido,mostrando maior resistência à deformação permanente.
Da mesma maneira o parâmetro reológico das especificaçõesSUPERPAVE relativo à resistência à deformação permanente aumento de64 para 67°C. Por outro lado a variação da resistência à fadiga e trincastérmicas foi quase nenhuma, tendo em vista os parâmetros G*sen delta, Se m, respectivamente.
Vale ressaltar que o possível teor de parafinas da cera não piorou omódulo de rigidez mesmo quando a amostra de viga foi mantida numbanho a -12°C por 24 horas, para dar tempo para ocorrer cristalização dacera, o que poderia aumentar a rigidez da viga.
Foi efetuado o ensaio MSCR- ASTM 7405 relativo à medida derecuperação elástica e compliância não recuperável quando o Iigante ésubmetido a carregamento/descarregamento repetido a dois níveis detensão. O ensaio foi efetuado na temperatura de 64°C. Os resultadosobtidos apresentados na Tabela 3 quando comparados aos valores aserem estabelecidos pelas novas especificações SUPERPAVE mostramque o ligante modificado por cera de carnaúba apresenta elasticidadecomparável a borrachas sintéticas, tendo resistência suficiente para resistira tráfegos pesados e de baixa velocidade.
TABELA 3
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Foram efetuados ensaios mecânicos para avaliar o desempenho doIigante modificado com cera quando em serviço em pavimento. Osresultados de ensaios de módulo dinâmico a 60°C, 5Hz e ainda o ensaiode "flow number" de misturas asfálticas com diferentes modificadoresestão apresentados na Tabela 4. Estes ensaios se referem à resistência àdeformação permanente. Os maiores valores de módulo e de número deciclos mostram que a resistência de misturas com a cera é maior do quemisturas com Iigante tradicional e até mesmo maior que misturas comIigante modificado com copolímero estireno-butadieno-estireno - SBS eácido polifosfórico - PPA.
TABELA 4
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Exemplo 3
Foram preparados Iigantes com 6 e 10% de cera de carnaúba. Paramedir sua resistência a solubilização em querosene de aviação, problemamuito comum em revestimentos asfálticos em aeroportos, discos destesIigantes foram confeccionados e colocados em contato com o querosenepor até 60 minutos. O mesmo foi efetuado com Iigante tradicional. A perdaem massa destes discos foi avaliada após 30 e 60 minutos, conformemostram os resultados da Tabela 5.
TABELA 5
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A perda em massa é tanto menor quanto maior o teor de cera. Osvalores obtidos mostram que 6% de cera reduzem cerca quinze vezes asolubilização do Iigante no querosene.
Claims (6)
1. COMPOSIÇÃO DE LIGANTE ASFÁLTICO MODIFICADO POR CERADE ORIGEM NATURAL, caracterizada por o referido Iigante conter de 65a 98% em peso de um cimento asfáltico de petróleo e de 1 a 25%, empeso, de uma cera de origem natural.
2. COMPOSIÇÃO DE LIGANTE ASFÁLTICO MODIFICADO POR CERADE ORIGEM NATURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor o referido Iigante opcionalmente conter de 1 a 8%, em peso, de umcopolímero de estireno-butadieno-estireno (SBS) do tipo linear.
3. COMPOSIÇÃO DE LIGANTE ASFÁLTICO MODIFICADO POR CERADE ORIGEM NATURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor o cimento asfáltico de petróleo possuir as seguintes propriedades:penetração, na faixa de 10 a 100 mm/10; ponto de Amolecimento, na faixade 45 a 60 0C; e , viscosidade a 60 0C, na faixa de 100 a 5000 P.
4. COMPOSIÇÃO DE LIGANTE ASFÁLTICO MODIFICADO POR CERADE ORIGEM NATURAL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor a cera de origem natural ser selecionada entre a cera de carnaúba, acera de abelha, e mistura das mesmas, em quaisquer proporções.
5. COMPOSIÇÃO DE LIGANTE ASFÁLTICO MODIFICADO POR CERADE ORIGEM NATURAL, de acordo com a reivindicação 1 ou 4,caracterizada por a cera de origem natural ser, preferencialmente, a cerade carnaúba, bruta ou refinada, clareada ou centrifugada, de cor clara ouescura, possuindo um ponto de fusão na faixa de 60 a 85 0C e estarpresente na composição preferencialmente numa faixa de 2 a 15% empeso.
6. PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE LIGANTE ASFÁLTICOMODIFICADO POR CERA DE ORIGEM NATURAL caracterizado porcompreender as etapas de:a) fundir o cimento asfáltico de petróleo a uma temperatura de 100 a 170 0C, num vaso equipado com agitador operando em regime debaixo cisalhamento;b) adicionar a cera de origem natural sobre o cimento asfáltico depetróleo fundido, mantendo a mistura sob agitação por um períodode 30 a 60 minutos; ec) elevar a temperatura da mistura para 175 0C se eventualmente acomposição for receber uma carga de copolímero SBS1 alterando oregime do agitador para funcionar em regime de alto cisalhamento,mantendo a mistura sob agitação por 150 a 200 minutos.
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| BRPI0901484-5A BRPI0901484B1 (pt) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | composição e processo de preparação de ligante asfáltico modificado por cera de origem natural |
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| BR (1) | BRPI0901484B1 (pt) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2774948A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-10 | Korea Kumho Petrochemical Co., Ltd. | Asphalt compositions modified by styrenic block copolymer and vegetable wax |
-
2009
- 2009-05-15 BR BRPI0901484-5A patent/BRPI0901484B1/pt not_active IP Right Cessation
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|---|---|
| BRPI0901484B1 (pt) | 2019-10-29 |
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