ES2271050T3

ES2271050T3 - Uso de una composicion de bitumen/cera.

Info

Publication number: ES2271050T3
Application number: ES01954119T
Authority: ES
Inventors: Lloyd Graham Cowley; Robert Gerald Fisher
Original assignee: BP Oil International Ltd
Current assignee: BP Oil International Ltd
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2007-04-16
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: CN100354375C; EP1311619B1; EP1311619A1; AU2001276468B2; DE60123258D1; CN1449430A; WO2002016499A1; DE60123258T2; AU7646801A; NZ524360A; PT1311619E; US20050187317A1; DK1311619T3; US20040102547A1; ATE340226T1

Abstract

Uso de una cera como un aditivo para un bitumen, resistente a los hidrocarburos, preferentemente resistente a los combustibles.

Description

Uso de una composición de bitumen/cera.

La presente invención se refiere a una composición de bitumen, en particular a una que contiene cera.

Es conocido el uso de composiciones bituminosas como pavimentos y recubrimientos para diversas superficies, por ejemplo, carreteras y campos de aviación. Dichas composiciones comprenden mezclas de áridos y bitumen en proporciones específicas y, en general, se depositan y compactan mientras están calientes para proporcionar una superficie densa y duradera.

Para muchas aplicaciones, el bitumen (conocido en US como "asfalto") proporciona un aglomerante suficientemente duradero y adhesivo para los áridos. Sin embargo, para aplicaciones con grandes cargas se pueden añadir aditivos al bitumen con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas. Para este fin se han propuesto varios aditivos, incluyendo polímeros tales como co-polímeros de etileno y acetato de vinilo, copolímeros al azar o en bloque de estireno y dienos conjugados (por ejemplo, copolímeros de SBS). Más recientemente, en mezclas de bitumen se han utilizado también ceras sintéticas que comprenden mezclas de hidrocarburos alifáticos sintéticos (WO 99/11737). Dichas mezclas tienden a ser más resistentes a la deformación bajo grandes cargas en comparación con sus correspondientes contrapartidas carentes de ceras.

Los combustibles, tales como diesel y gasolina, presentan un efecto perjudicial sobre el bitumen. Estos combustibles tienden a disolver o reblandecer el componente de bitumen de las superficies bituminosas. De este modo, con el uso prolongado, los componentes de áridos de dichas superficies tienden a quedar menos bien aglomerados, de manera que la superficie tiende a desintegrarse.

Se ha comprobado ahora de manera sorprendente que se pueden utilizar ceras para mejorar la resistencia del bitumen a los combustibles.

Por tanto, la presente invención proporciona el uso de una cera como un aditivo para un bitumen, resistente a los hidrocarburos y con preferencia resistente a los aceites lubricantes o combustibles.

Ceras adecuadas incluyen ceras de petróleo y ceras sintéticas y, en particular, aquellas que tienen un punto de reblandecimiento o punto de fusión por encima de 50ºC, con preferencia de 60 a 150ºC y más preferentemente de 60 a 120ºC. Ejemplos de ceras de petróleo incluyen cera parafínica y cera microcristalina. Dichas ceras son bien conocidas (véase, por ejemplo, la 3ª edición de Kira-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Technology, Volumen 24, páginas 473-476, incorporada aquí solo con fines de referencia) y en general se obtienen a partir de petróleo crudo y/o destilados de petróleo crudo por técnicas conocidas. Las ceras parafínicas son productos macrocristalinos que normalmente son sólidos a temperatura ambiente (25ºC). Las ceras microcristalinas tienden también a ser sólidas a temperatura ambiente. Sin embargo, además de poderse obtener a partir de destilados de petróleo, dichas ceras pueden ser también de origen natural, por ejemplo, como ozoquerita. La cera de ozoquerita puede ser refinada y blanqueada para producir cera de cerasina, la cual es también adecuada para utilizarse como aditivo resistente a los
combustibles.

Ceras sintéticas adecuadas incluyen ceras hidrocarbonadas, por ejemplo, ceras de polietileno y, preferentemente, ceras de Fischer Tropsch. Igualmente, se pueden emplear ceras con grupos funcionales, por ejemplo, ceras hidrocarbonadas modificadas químicamente y ésteres y amidas céreos. Dichas ceras sintéticas son bien conocidas y se describen detalladamente en la 3ª edición de Kira-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Technology, Volumen 24, páginas 477-479.

Las ceras de polietileno particularmente adecuadas para utilizarse en la presente invención, incluyen aquellas que tienen pesos moleculares menores de 10.000, con preferencia menores de 5.000. Dichas ceras se pueden emplear por sí solas o como mezclas, por ejemplo, con una o más de las ceras de petróleo anteriormente citadas. Dichas ceras de polietileno se pueden obtener por cualquier técnica convencional, por ejemplo, mediante polimerización a elevada o baja presión, o bien por degradación térmica controlada de polietileno de alto peso molecular. Además de homopolímeros de etileno, se pueden emplear también copolímeros de etileno, propileno, butadieno y ácido acrílico.

Las ceras de Fischer Tropsch se preparan generalmente por reacción de monóxido de carbono con hidrógeno, habitualmente a elevadas presiones, sobre un catalizador metálico, para producir hidrocarburos. Las ceras producidas pueden comprender una mezcla de diferentes compuestos, incluyendo por ejemplo, polimetileno. Dichas ceras pueden tener puntos de fusión comprendidos entre 65 y 105ºC, por ejemplo entre 68 y 105ºC. Ceras de Fischer Tropsch preferidas se describen en WO 99/11737. Las ceras descritas en este documento comprenden más de 90% de n-parafinas. El resto de la cera comprende habitualmente iso-alcanos. La longitud media de la cadena carbonada de la cera puede ser de 30 a 105, con preferencia de 60 a 100, más preferentemente de 60 a 90, por ejemplo 80. Dichas ceras pueden estar parcial o totalmente oxidadas. Las ceras oxidadas se pueden emplear como aditivos resistentes a los combustibles por sí solas o como mezclas, por ejemplo, con ceras de Fischer Tropsch sin oxidar. Un ejemplo preferido de una cera de Fischer Tropsch es aquella comercializada con la marca registrada Sasobit® (Schumann Sassol). Esta cera funde a 100ºC aproximadamente.

Las ceras hidrocarbonadas químicamente modificadas, adecuadas, incluyen ceras químicamente modificadas de las clases de ceras microcristalinas, de polietileno y de polimetileno. Por ejemplo, dichas ceras se pueden oxidar en aire en presencia o ausencia de un catalizador. Alternativamente, dichas ceras se pueden hacer reaccionar con un ácido policarboxílico, tal como ácido maleico, por ejemplo a elevadas temperaturas. Las cera así modificada puede ser modificada adicionalmente, por ejemplo por medio de saponificación y/o esterificación.

Las amidas céreas se pueden producir por amidación de ácidos grasos. Acidos grasos adecuados son aquellos que tienen de 8 a 24, preferentemente de 12 a 22 átomos de carbono. Un ejemplo preferido es N,N'-diestearoiletilendiamina. Este compuesto tiene un punto de fusión de 140ºC aproximadamente, un índice de acidez de alrededor de 7 y una baja viscosidad en estado fundido.

Las ceras descritas anteriormente se pueden emplear para mejorar la resistencia a los combustibles de cualquier bitumen. Los bitúmenes adecuados incluyen bitúmenes de origen natural, así como bitúmenes elaborados y sintéticos. Los bitúmenes elaborados se pueden producir empleando diversas técnicas conocidas, por ejemplo, por destilación convencional o en vacío de petróleo crudo. Alternativamente, el bitumen se puede producir mediante desasfaltado con disolvente o mediante soplado de aire, por ejemplo, a través de residuos de vacío. Este último método implica el soplado de aire a través, por ejemplo, de un crudo asfáltico de destilación primaria o bitumen de calidad blanda. Este proceso se puede efectuar opcionalmente en presencia de un catalizador, para producir un bitumen catalíticamente oxidado. Catalizadores adecuados incluyen óxido férrico y ácidos fosfóricos. También se pueden emplear bitúmenes modificados con polímeros. Polímeros adecuados incluyen co-polímeros de etileno y acetato de vinilo, copolímeros al azar o en bloque de estireno y dienos conjugados (por ejemplo, copolímeros de SBS). Igualmente, pueden ser adecuadas las mezclas de diferentes tipos de bitúmenes. Estas últimas pueden ser ligeramente coloreadas para facilitar la pigmentación para fines decorativos.

Los bitúmenes empleados incluyen aquellos con penetraciones del orden de 10 a 450 mm/10, tal como se determina de acuerdo con EN 1426. El punto de reblandecimiento de los bitúmenes adecuados puede oscilar entre 30 y 110ºC, con preferencia entre 50 y 100ºC, por ejemplo entre 65 y 75ºC, determinado de acuerdo con EN 1427. El índice de penetración de los bitúmenes adecuados puede estar comprendido entre +9 y -1. La viscosidad a 60ºC puede ser de 10 a 20.000 Pas.

Las ceras resistentes a los combustibles descritas anteriormente se pueden añadir a bitúmenes en una cantidad de 0,1 a 20% en peso, con preferencia de 0,5 a 10% en peso, más preferentemente de 1 a 7,5% en peso, incluso más preferentemente de 2,5 a 6% en peso, por ejemplo, de 4 a 5% en peso de la mezcla de cera/bitumen resultante.

La cera se puede mezclar con el bitumen empleando cualquier método adecuado. Por ejemplo, la cera se puede añadir en forma dividida (por ejemplo, en forma de pellets o como un polvo) al bitumen. El bitumen puede encontrarse en estado fundido, el cual está a una temperatura suficiente para disolver o dispersar la cera. Las temperaturas adecuadas oscilan entre 120 y 200ºC, con preferencia entre 160 y 180ºC. Alternativamente, la cera se puede mezclar con el bitumen mediante:

a): formación de una emulsión de cera y agua,

b): formación de una emulsión de bitumen y agua, y

c): mezcla de las emulsiones formadas en las etapas a) y b).

Las mezclas formadas en la etapa c) se pueden mezclar entonces con áridos, cargas y/o arena. La mezcla resultante puede ser entonces aplicada a la superficie de una carretera.

Igualmente, es posible mezclar una o ambas de las emulsiones formadas en las etapas a) y b) con áridos, cargas y/o arena, antes de la etapa c). La mezcla resultante se puede aplicar entonces a la superficie de una carretera.

Puede ser posible añadir cera suficiente al bitumen para producir una mezcla de cera/bitumen de la concentración final deseada. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, puede ser conveniente producir una mezcla concentrada o "mezcla madre" de la cera y bitumen, la cual se puede mezclar con bitúmenes carentes de cera o mezclas de bitumen de bajo contenido en cera, para producir mezclas de la composición final deseada. Adecuadamente, la mezcla madre puede comprender la cera en una concentración de 10 a 30%.

Las mezclas de cera/bitumen producidas del modo anteriormente descrito se pueden emplear como aglomerante para composiciones bituminosas con áridos. Los áridos empleados en dichas composiciones incluyen áridos convencionales tal como granito. Opcionalmente, en la composición bituminosa se pueden incluir también cargas, por ejemplo, piedra caliza y celulosa. También pueden estar presentes arena y polvo.

Cuando se emplea la mezcla de cera/bitumen como aglomerante para una composición bituminosa con áridos, la mezcla de cera/bitumen puede constituir de 1 a 20% en peso, con preferencia de 2 a 15% en peso, más preferentemente de 5 a 10% en peso y con suma preferencia de 6 a 8% en peso de la composición total. El contenido en áridos de la composición total puede ser mayor del 50% en peso, con preferencia mayor del 60% en peso, incluso más preferentemente mayor del 70% en peso, por ejemplo de 75 a 90% en peso. El resto de la composición puede comprender arena, celulosa y/o piedra caliza.

Cuando se prepara la composición total, puede ser posible añadir la cera al bitumen, en presencia de los áridos y/o cargas. También puede ser posible mezclar la cera con el bitumen antes de la adición de áridos y/o cargas. Las composiciones bituminosas que comprenden las mezclas de cera/bitumen anteriormente descritas se pueden emplear como pavimentos y recubrimientos para diversas superficies, en particular aquellas superficies que llegarán a entrar en contacto con combustibles, por ejemplo, a través de vertidos. Dichas superficies incluyen superficies para grandes cargas tales como aparcamientos para camiones, calzadas de autopistas y campos de aviación. La composición bituminosa es también adecuada en superficies de carga media a baja, en donde es pequeño el tráfico de vehículos comerciales pesados. Ejemplos de dichas aplicaciones incluyen caminos residenciales, explanadas de estaciones de servicio, aparcamientos para coches, vías para taxis y pasos de coches. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un camino residencial, una explanada de estación de servicio, un paso de coches, un aparcamiento para coches o una vía para taxis que comprende un pavimento y/o revestimiento que incluye una composición bituminosa a base de una mezcla de cera y bitumen.

Con preferencia, la cera se elige entre aquellas ceras descritas anteriormente.

La cera empleada en la presente invención se puede usar para impartir propiedades de resistencia a los combustibles contra cualquier combustible o lubricante que contenga hidrocarburos. Ejemplos de dichos combustibles incluyen combustibles para vehículos a motor y combustibles de aviación, tales como gasolina, diesel, gas av y combustible para turbinas de combustión.

Ejemplos Ejemplo 1

Se preparó una composición bituminosa mezclando áridos de granito, una carga de piedra caliza, fibras de celulosa y un aglomerante, en las siguientes proporciones:

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Constituyente	% mezcla total
áridos (granito) de 14 mm	44,0
áridos (granito) de 10 mm	28,1
áridos (granito) finos	12,1
carga (piedra caliza)	9,4
fibras (celulosa)	0,3
Aglomerante	6,1

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El aglomerante empleado fue un bitumen que tiene una penetración de 40 mm/10, modificado con 4% en peso de cera Sasobit® (FRB1).

Esta composición se compactó entonces para formar una muestra cilíndrica de 100 mm (diámetro) por 65 mm (altura) empleando un compactador giratorio "Gyropac". Una vez compactada, la muestra se pesó y se sumergió en diesel a 20ºC. Se determinó entonces la masa de la muestra a intervalos diarios y se calculó la pérdida de peso en porcentaje. Los resultados se ofrecen en la tabla 1.

Ejemplo comparativo A

Se repitió el ejemplo 1 empleando un bitumen con una penetración de 55 mm/10 como aglomerante. Como puede verse a partir de los resultados de la tabla 1, la pérdida de peso observada con el ejemplo 1 es menor que la observada con el ejemplo comparativo A.

TABLA 1

	Días en diesel a 20ºC
	1	2	3	4	5	6	7
	% medio de pérdida de peso
Ej. Comp. A	2,0	3,8	5,0	6,4	7,3	8,1	8,8
FRB1	0,5	1,0	1,8	2,8	3,3	3,7	4,2

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Ejemplo 2

Se preparó una composición bituminosa mezclando los siguientes componentes entre sí:

Constituyente	Tipo de mezcla % (p/p)
áridos (granito) de 10 mm	62,3
áridos (granito) de 6 mm	6,3
áridos (granito) finos	15,0
carga (piedra caliza)	9,6
fibras (celulosa)	0,3
Aglomerante	6,5

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Se ensayaron tres aglomerantes diferentes:

a): un bitumen que tiene una penetración de 40 mm/10 modificado con 4% en peso de cera Sasobit® (FRB1);

b): un bitumen elastómero modificado con 4% en peso de cera Sasobit® para obtener una composición de bitumen que tiene una penetración de 41 mm/10 (FRB2);

c): un bitumen que tiene una penetración de 55 mm/10 (50 pen).

Las composiciones fueron compactadas para formar una muestra cilíndrica (100 mm [diámetro] x 65 mm [altura]) empleando un compactador giratorio "Gyropac". Las muestras se pesaron entonces y se sumergieron en diesel a 20ºC (+/- 0,5ºC). Se determinó entonces la masa de la muestra a intervalos diarios y se calculó el porcentaje de pérdida de peso. Los resultados se muestran en la siguiente tabla.

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Días en diesel a 20ºC	% pérdida de peso
	50 pen	FRB1	FRB2
1	1,5	0,3	0,0
2	2,6	0,4	0,1
3	3,2	0,6	0,2
4	3,7	0,8	0,2
5	4,6	1,2	0,3
6	5,6	1,4	0,3
7	6,2	1,6	0,4
8	8,5	1,9	0,5
9	9,4	2,0	-
10	10,1	2,3	0,6

Ejemplo 3

Constituyente	Tipo de mezcla % (p/p mezcla total)
áridos de 14 mm	23,6
áridos de 6 mm	22,0
mezcla de arena/polvo	27,4
arena basta	18,3
carga de piedra caliza	3,4
Aglomerantes	5,3

Se ensayaron cuatro aglomerantes diferentes:

a): un bitumen que tiene una penetración de 66 mm/10 modificado con 4% en peso de cera Sasobit® (FRB3);

b): un bitumen elastómero modificado con 4% en peso de cera Sasobit® para obtener una composición de bitumen que tiene una penetración de 41 mm/10 (FRB4);

c): un bitumen que tiene una penetración de 55 mm/10 (50 pen);

d): un bitumen que tiene una penetración de 103 mm/10 (100 pen).

Las composiciones se compactaron para formar una muestra cilíndrica (101 mm [diámetro] x 63,5 mm [altura]) empleando un compactador de martillos Marshall. Las muestras fueron entonces pesadas y sumergidas en combustible para turbinas de combustión (ATK) a 20ºC (+/- 0,5ºC). Se determinó entonces la masa de la muestra a intervalos diarios y se calculó el porcentaje de pérdida de peso. Los resultados se ofrecen en la siguiente tabla.

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Días en ATK a 20ºC	% medio de pérdida de peso
	100 pen	50 pen	FRB3	FRB4
1	6,9	6,4	0,2	0,0
2	10,7	9,6	0,7	0,2
3	15,0	12,6	1,4	0,3
4	17,6	15,2	1,8	0,4
5	21,2	18,1	2,5	0,8
6	26,1	23,7	3,6	1,2
7	32,3	28,8	4,6	1,5
8	38,0	33,4	5,6	1,8
9	45,6	39,4	6,5	1,8
10	50,2	43,5	7,9	2,2
11	54,9	49,1	8,8	2,8
12	59,6	53,9	9,8	3,1
13	64,8	59,3	10,8	3,4
14	67,6	62,5	11,2	3,8

Claims

1. Uso de una cera como un aditivo para un bitumen, resistente a los hidrocarburos, preferentemente resistente a los combustibles.

2. Uso según la reivindicación, en donde la cera es una cera de petróleo o sintética que tiene un punto de reblandecimiento por encima de 50ºC.

3. Uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cera es una cera sintética de polietileno.

4. Uso según la reivindicación 3, en donde la cera es una cera de Fischer Tropsch.

5. Uso según la reivindicación 4, en donde la cera se puede obtener por reacción de monóxido de carbono con hidrógeno a elevadas presiones sobre un catalizador metálico.

6. Uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el bitumen tiene una penetración del orden de 10 a 450 mm/10, determinada de acuerdo con EN 1426.

7. Uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el bitumen es un bitumen modificado con polímeros.

8. Uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cera se añade a un bitumen en una cantidad de 0,1 a 20% en peso de la mezcla de cera/bitumen resultante.

9. Uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cera se añade a un bitumen para formar un aglomerante, el cual se mezcla con áridos.

10. Uso según la reivindicación 8, en donde la cera y el bitumen se mezclan en presencia de los áridos o en donde la cera se mezcla con el bitumen antes de la adición de los áridos.

11. Uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores como un aditivo resistente a gasolina, diesel, gas av y/o combustible para turbinas de combustión.