JP2017503068A - アスファルトバインダー組成物、ならびにそれを作製および使用するための方法 - Google Patents

アスファルトバインダー組成物、ならびにそれを作製および使用するための方法 Download PDF

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Abstract

アスファルトおよびポリマーブレンドを含むアスファルトバインダーが提供され、ここで、ポリマーブレンドは、酸化高密度ポリエチレン、ならびにマレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、およびこれらの組み合わせから選択される別のポリマーを含む。また、上述のアスファルトバインダー組成物および骨材を含む舗装材および屋根材も提供される。アスファルトバインダー組成物を作製する方法および使用する方法も提供される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に従い、２０１４年１月７日に出願された米国特許仮出願第６１／９２４，５８２号の利益を主張するものである。
技術分野
本開示は、アスファルトバインダー組成物、ならびにそれを作製および使用する方法全般に関する。より詳細には、ビチューメン、および指定されるポリオレフィンを含むポリマーブレンドを含むアスファルトバインダー組成物が、そのようなアスファルトバインダー組成物を作製する方法および使用する方法と共に提供される。
アスファルトミックスは、一般的に、道路の建設およびメンテナンスのための舗装材として用いられる。典型的には、アスファルトバインダー、アスファルトセメント、またはビチューメンと称される場合の多いアスファルトが、骨材と混合されて、アスファルト舗装に用いられる材料が形成される。この材料を処理し、使用することで、アスファルト舗装が得られる。より詳細には、アスファルト舗装は、アスファルトバインダーの骨材への接着によってアスファルトバインダーの連続相中に保持された骨材を含む。
アスファルト舗装の強度および耐久性は、用いられる材料の特性、種々の材料の相互作用、ミックスの設計、建設手法、ならびに舗装が暴露される環境および交通条件に依存する。舗装の寿命の間にわたって良好な性能を有するミックスを作製するためには、アスファルトによる骨材の適切な被覆、および両成分間の良好な接着、さらにはアスファルトの全体としての良好な付着強度を達成することが重要である。
従来のアスファルト材は、例えば恒久的な変形、高温でのクリープおよびわだち掘れ、ならびに低温での脆弱化およびクラックなど、環境条件への暴露に起因する様々な種類の損傷モードを受ける。このような様々な損傷モードに対するアスファルト材の耐性を改善するために、プラストマーおよび／もしくはエラストマーを例とする高温性能添加剤、および／または、プロセスオイルを例とする低温性能添加剤が、アスファルト材中に組み込まれる。高温性能添加剤は、恒久的な変形およびクリープに抵抗するために、より高い温度でのアスファルト材のモジュラスを増加させる傾向にあり、一方低温性能添加剤は、脆弱化およびクラックに抵抗するために、より低い温度でのアスファルト材の可撓性および延性を増加させる傾向にある。
残念なことに、現行の低温性能添加剤は、より低い温度でのアスファルト材の可撓性および延性の増加において、必ずしも所望されるほど有効ではなく、高温性能添加剤が添加される場合であっても、アスファルト材の高温性能特性を損なう場合が多い。他方、現行の高温性能添加剤は、高温での恒久的な変形、クリープ、およびわだち掘れの低減において、必ずしも所望されるほど有効ではなく、低温性能添加剤が添加される場合であっても、アスファルト材の低温性能特性を損なう場合が多い。わだち掘れの低減または防止のためのアスファルトバインダーの修飾に用いられる典型的なポリマーとしては、例えば、スチレン／ブタジエン／スチレンコポリマー（ＳＢＳ）などのエラストマー、および例えば、ポリエチレン、エチレン／酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）などのプラストマーが挙げられる。
アスファルトパフォーマンスグレード（ＰＧ）レーティングシステムは、アスファルト舗装に用いられるアスファルトバインダーを、異なる温度でのバインダーの性能に基づいて分類するものである。例えば約６４‐２２のＰＧレーティングを有するアスファルトバインダーとは、舗装が高い方は＋６４℃、低い方は−２２℃の温度に達する気候でそのアスファルトバインダーを用いることができることを意味している。アスファルトバインダーのＰＧ範囲から外れる温度では、通常、このバインダーが用いられているアスファルト舗装の劣化が引き起こされる。従って、道路舗装用途に用いられるアスファルトバインダーのＰＧ範囲を広げることが、ここしばらくの間の目的となっている。
アスファルトの有用温度幅（Useful Temperature Interval）（ＵＴＩ）は、ＰＧグレードの高温と低温との間の差である。一般的に、＞９２℃のＵＴＩを得るには、修飾されたアスファルトが必要とされる。例えば、一般的なポリマー修飾アスファルトのＰＧ７６‐２２は、９８℃のＵＴＩを有する。修飾剤は、アスファルトバインダーのＰＧ範囲を広げることに加えて、その全体としての靭性および摩耗特性などの得られるアスファルトのその他の性質も向上させる。
アスファルトバインダーのＰＧ範囲を広げ、有用温度幅を増加させる新しいアスファルトバインダー修飾剤が依然として求められている。本明細書で述べるアスファルトバインダー組成物ならびにそれを作製および使用する方法のその他の望ましい特徴ならびに特性は、以下の詳細な記述および添付の特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
本開示は、アスファルトバインダー組成物、ならびにそれを作製および使用する方法を提供する。代表的な実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、ａ）アスファルト、およびｂ）ポリマーブレンドを含み、ここで、ポリマーブレンドは、（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、ならびに（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含む。
別の実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、ａ）アスファルト、およびｂ）ポリマーブレンドから本質的に成り、ここで、ポリマーブレンドは、（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、ならびに（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含む。
別の代表的実施形態では、アスファルトバインダー組成物を作製するための方法が提供される。この方法は、アスファルト、酸化高密度ポリエチレン、ならびにマレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを混合して、アスファルトバインダー組成物を形成することを含む。
新規なアスファルトバインダー組成物、ならびにそれを作製および使用する方法が、本明細書で提供され、記載される。驚くべきことに、ポリマーの特定のブレンドをアスファルトバインダー組成物に添加することが、アスファルトバインダー組成物のＰＧ範囲を広げ、ＵＴＩを増加させることが見出された。アスファルトバインダー組成物のＰＧ範囲およびＵＴＩに対するこのようなポリマーブレンドの効果は、相乗的である。言い換えると、合計のポリマー投入レベルが同じである場合、ポリマーブレンドは、同じ投入レベルの個々の各ポリマーよりも良好な性能を有する。より良好な性能とは、道路寿命または建築物寿命の延長として解釈することができ、このことは、顧客に著しい経済的有益性をもたらす。本明細書において考慮され、記載されるアスファルトバインダー組成物の別の有益性は、ＰＧ範囲およびＵＴＩに関して同じレベルの性能を、著しく低減されたポリマー量で達成することができることであり、このことは、著しいコストの低減と解釈される。
代表的な実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、アスファルトおよびポリマーブレンドを含み、ここで、ポリマーブレンドは：（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、および（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含む。ある実施形態では、ポリマーブレンドは、（ｉ）酸化高密度ポリエチレンおよび（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレンを含む。他の実施形態では、ポリマーブレンドは、（ｉ）酸化高密度ポリエチレンおよび（ｉｉ）ポリエチレンホモポリマーを含む。さらに他の実施形態では、ポリマーブレンドは、（ｉ）酸化高密度ポリエチレンおよび（ｉｉ）高結晶化度ポリエチレンを含む。
アスファルトは、ＡＳＴＭにより、主たる成分が、天然に存在する、または石油処理で得られるビチューメンである暗褐色から黒色のセメント様材料として定義される。アスファルトは、特徴的には、飽和成分、芳香族、レジン、およびアスファルテンを含有する。「アスファルト」および「ビチューメン」の用語は、交換可能に用いられることが多く、この材料の天然の形態および製造された形態の両方を意味し、すべて、本明細書で考慮され、記載される組成物ならびに方法の範囲内である。以降、適切なアスファルト材料およびビチューメン材料について述べるために、「アスファルト」の用語だけが用いられる。
本明細書で考慮され、記載される組成物および方法での使用に適するアスファルトの種類は、特に限定されず、現時点でまたは将来において知られる天然、合成製造、および修飾アスファルトのいずれをも含む。天然アスファルトには、自然のロックアスファルト、レーキアスファルトなどが含まれる。合成製造アスファルトは、多くの場合、石油精製作業の副生物であり、エアブローンアスファルト、ブレンドアスファルト、分解または残渣アスファルト、石油アスファルト、プロパンアスファルト、ストレートアスファルト、熱アスファルトなどが挙げられる。修飾アスファルトとしては、エラストマー、リン酸、ポリリン酸、プラストマー、粉砕タイヤゴム（ＧＴＲ）、再生アスファルト舗装（ＲＡＰ）、再生アスファルトシングル（reclaimed asphalt single）（ＲＡＳ）など、またはこれらの修飾剤の種々の組み合わせで修飾されたベースアスファルト（例：天然または合成製造であってよい純粋または未修飾のアスファルト）が挙げられる。
さらに、舗装グレードアスファルトを含むがこれに限定されない工業グレードアスファルトは、本明細書で考慮され、記載される組成物および方法での使用に有利である。舗装グレードアスファルトの非網羅的な例としては、以下のパフォーマンスグレードレーティングのいずれか１つを有するアスファルトが挙げられる：ＰＧ４６‐３４、ＰＧ５２‐３４、ＰＧ５２‐２８、ＰＧ５８‐２８、ＰＧ６４‐２２、ＰＧ６４‐１６、ＰＧ６４‐１０、ＰＧ６７‐２２、ＰＧ７０‐２８、ＰＧ７０‐２２、ＰＧ７０‐１６、ＰＧ７０‐１０、ＰＧ７６‐２８、ＰＧ７６‐２２、ＰＧ７６‐１６、およびＰＧ７６‐１０。加えて、本発明の範囲内の舗装グレードアスファルトの非網羅的な例としては、以下の針入度グレードのいずれか１つを有する舗装グレードアスファルトが挙げられる：５０／７０、６０／９０、８０／１００、８０／１２０、および１２０／１５０。
加えて、屋根材グレード（roof-grade）アスファルトなどの工業グレードアスファルトが、本明細書で考慮され、記載されるアスファルトバインダー組成物での使用に有利であり得ることも考慮される。そのような実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、屋根材用途に有用である。適切な屋根材グレードアスファルトとしては、例えば、これらに限定されないが、以下の硬度グレードのいずれか１つ：１００／１５０ｄｍｍ ｐｅｎ、１５０／２００ｄｍｍ ｐｅｎ、２００／３００ｄｍｍ ｐｅｎ、および３００＋ｄｍｍ ｐｅｎ、を有するアスファルトが挙げられ、これらに限定されないが、ＰＧ５８‐２８、６４‐２２、６７‐２２、７０‐２２、および７６‐２２などである。アスファルトバインダー組成物のある実施形態では、アスファルトは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約６５から約９９質量％（ｗｔ％）の濃度で存在する。例えば、アスファルトは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約７０から９０質量％、または約６５から約７５質量％、または約７５から約９９質量％、または約７５から約９５質量％、または約７５から約８５質量％、またはさらには約８５から約９９質量％の濃度で存在してよい。ある代表的な実施形態では、アスファルトは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約９６．５質量％などの約９４から約９９質量％の濃度で存在する。
ある実施形態では、ポリマーブレンドは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約０．５から約２５質量％の濃度で存在する。例えば、限定されないが、ポリマーブレンドは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約０．５から約５質量％、または約０．５から約１０質量％、または約３から約８質量％、または約５から約１０質量％、または約５から約１５質量％、または約１０から約１５質量％、または約１０から約２０質量％、または約１５から約２０質量％、または約１５から約２５質量％、またはさらには約２０から約２５質量％の濃度で存在する。ある実施形態では、ポリマーブレンドは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約１から約５質量％、例えば約３．５質量％の濃度で存在する。ポリマーブレンドの適切で所望される濃度は、アスファルトバインダー組成物のいずれの実施形態においても、意図される特定の最終用途にとって必要とされる最終特性に従う実験、例えばＰＧまたは屋根材グレードアスファルト試験によって決定され、選択されることになる。
本明細書で考慮され、記載されるアスファルトバインダー組成物のある実施形態では、ポリマーブレンドは、（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、および（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを、約１：４から約４：１の（酸化高密度ポリエチレン）：（修飾ポリマー）の質量比で含む。例えば、限定されないが、酸化高密度ポリエチレンおよび修飾ポリマーは、それぞれ、約１：３から約３：１、または約１：２から約２：１、または約１：２から約１：３、または約１：４から約３：１、または約１：４から約２：１、または約１：３から約４：１、または約２：３から約４：１、または約２：３から約３：１、約２：３から約３：２、または約３：１から約４：１、または約３：１から約２：１、またはさらには約１：１の質量比で存在してよい。ポリマーブレンド中における酸化高密度ポリエチレンおよび修飾ポリマーに対する適切な質量比は、アスファルトバインダー組成物のいずれの実施形態においても、意図される特定の最終用途にとって必要とされる最終特性に従う実験、例えばＰＧまたは屋根材グレードアスファルト試験によって決定され、選択されることになる。
アスファルトバインダー組成物のある実施形態では、酸化高密度ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、および高結晶化度ポリエチレンの各々は、独立して、約８００から約５００００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。例えば、上述したポリマーの各々のＭｗは、約１０００から約５０００ｇ／ｍｏｌ、または約５０００から約１００００ｇ／ｍｏｌ、または約１００００から約２００００ｇ／ｍｏｌ、または約２００００から約３００００ｇ／ｍｏｌ、または約３００００から約４００００ｇ／ｍｏｌ、またはさらには約４００００から約５００００ｇ／ｍｏｌであってよい。１つの実施形態では、例えばこれらのポリマーの各々は、約４０００から約２００００ｇ／ｍｏｌなどの約２０００から約１５０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有していてよい。重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって特定され、これは、本技術分野にて一般的に知られる技術である。より詳細には、用いられるＧＰＣ法によると、測定されることになるサンプルは、１，２，４‐トリクロロベンゼン中、１４０℃にて２．０ｍｇ／ｍｌの濃度で溶解される。この溶液（２００μＬ）は、１４０℃に維持された２つのＰＬ ｇｅｌ ５μｍ Ｍｉｘｅｄ‐Ｄ（３００×７．５ｍｍ）カラムを有するＧＰＣへ、１．０ｍＬ／分の流速で注入される。この装置には、２つの検出器が備えられている（屈折率および粘度検出器）。分子量（重量平均分子量、Ｍｗ）は、Ｍｗ分布の狭い直鎖状ポリエチレン標準の一式から作成される検量線を用いて特定される。
さらに、ある実施形態では、アスファルトバインダー組成物での使用に適する酸化高密度ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、および高結晶化度ポリエチレンは、記載されるポリマーの総質量に基づいて、５０％超の結晶化度を有する。例えば、限定されないが、上述したポリマーは、各々、記載されるポリマーの総質量に基づいて、約７５％超、または約５０から約６０％、または約６０から約７０％、または約７０から約８０％、または約８０から約９０％、またはさらには約９０から約１００％の結晶化度を有してよい。さらに、ポリエチレンホモポリマーが用いられるある実施形態では、ポリエチレンホモポリマーは、８０％超の結晶化度を有していてよい。一方、高結晶化度ポリエチレンが用いられる他のある実施形態では、高結晶化度ポリエチレンは、９０％超の結晶化度を有する。上述したポリマーの結晶化度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって特定され、これは、本技術分野にて一般的に知られる技術である。ＤＳＣは、１０℃／分の加熱および冷却速度にて、加熱、冷却、再加熱のサイクルで運転される。より詳細には、サンプルは、まず−５０℃に冷却され、次に１５０℃に加熱され、再度−５０℃に冷却され、１５０℃に再加熱される。
上記で考察した上述の重量平均分子量および結晶化度の範囲内において、種々のポリマー（すなわち、酸化高密度ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、および高結晶化度ポリエチレン）の種類および製造方法は、特に限定されない。例えば、本明細書で述べるポリマーに従う適切なポリマーは、ハネウェルインターナショナル（Honeywell International）、ニュージャージー州、米国から、ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ ＴＩＴＡＮ ７６８６（酸化高密度ポリエチレン）、ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ ＴＩＴＡＮ ７２７８（マレイン酸変性ポリプロピレン）、ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ ＴＩＴＡＮ ７２１２（ポリエチレンホモポリマー）、およびＨＯＮＥＹＷＥＬＬ ＴＩＴＡＮ（商標） ７３８７（高結晶化度ポリエチレン）の商品名で市販されている。
ある実施形態では、本明細書で考慮されるアスファルトバインダー組成物は、広がったＰＧ範囲を有し、少なくとも約９０℃の有用温度幅（ＵＴＩ）も有することができる。例えば、限定されないが、アスファルトバインダー組成物のＵＴＩは、少なくとも約９２℃、または少なくとも９３℃、または少なくとも９４℃、または少なくとも９５℃、または少なくとも約９６℃、または少なくとも約９７℃、またはさらには少なくとも約９８℃であってよい。
別の代表的な実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、酸化高密度ポリエチレンの非存在下で、アスファルトおよびポリマーブレンドを含み、ここで、ポリマーブレンドは、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、および高結晶化度ポリエチレンから選択される少なくとも２つのポリマーを含む。さらに、この代表的な実施形態のある実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、酸化高密度ポリエチレンの非存在下で、アスファルトおよびポリマーブレンドを含み、ここで、ポリマーブレンドは、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、および高結晶化度ポリエチレンから選択される少なくとも２つのポリマーから本質的に成る。
加えて、アスファルトバインダー組成物は、現在および将来において該当する技術分野の当業者によく知られたものなどの１つ以上の追加の添加剤をさらに含んでよい。そのような添加剤は、典型的には、アスファルトバインダー組成物およびそれから作製されることになる生成物の特定の特性を改善するために用いられる（例：いくつかの例を挙げると、針入度（すなわち、硬度）、粘度、および軟化点）。本明細書で考慮され、記載されるアスファルトバインダー組成物中に含まれるのに適するそのような添加剤の非網羅的な例としては、限定されないが、中でも、プラストマー、エラストマー、ワックス、ポリリン酸、フラックスオイル、可塑剤、抗酸化剤、およびこれらの組み合わせが挙げられ、例えば、再生粉砕タイヤゴム、粒状ゴム（crumb rubber）またはポリオクテナマー、ならびにその限定されない例が消石灰およびアミンである剥離防止添加剤などである。
アスファルトバインダー組成物のある実施形態では、１つ以上の追加の添加剤は、合わせて、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて約０．５から約２０質量％の合計濃度で存在する。例えば、アスファルトバインダー組成物中のそのような追加の添加剤の合計濃度は、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約０．５から約１．０質量％、または約１．０から約５．０質量％、または約５．０から約１０質量％、またはさらには約１０から約２０質量％であってよい。より詳細には、ある実施形態では、アスファルトバインダー組成物は、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約１質量％などの約１から約２質量％の合計濃度でそのような追加の添加剤を含んでよい。
適切なエラストマーは、例えば、天然ゴムおよび合成重合ゴムから成る群より選択されてよい。適切なエラストマーまたはプラストマーのその他の非網羅的な例としては、ブチルゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、およびポリイソブテンゴム；スチレン／ブタジエン／スチレントリブロックコポリマー（ＳＢＳ）などのスチレン／ブタジエンコポリマー；スチレン／エチレン‐ブチレン／スチレントリブロックコポリマー（ＳＥＢＳ）；ポリ（スチレン‐イソプレン‐スチレン）（ＳＩＳ）；エチレン‐メタクリレート（ＥＭＡ）；エチレン‐プロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）；エチレン‐酢酸ビニル（ＥＶＡ）；およびエチレン‐ブチルアクリレート‐グリシジルメタクリレートターポリマーが挙げられる。
アスファルトバインダー組成物中の追加の添加剤として適するワックスは、官能化もしくは合成ワックス、または天然ワックスであってよい。さらに、ワックスは、酸化されていても、または酸化されていなくてもよい。合成ワックスの非網羅的な例としては、エチレンビスステアラミドワックス（ＥＢＳ）、フィッシャートロップシュワックス（ＦＴ）、酸化フィッシャートロップシュワックス（ＦＴＯ）、ポリエチレンワックス（ＰＥ）などのポリオレフィンワックス、酸化ポリエチレンワックス（ＯｘＰＥ）、ポリプロピレンワックス、ポリプロピレン／ポリエチレンワックス、アルコールワックス、シリコーンワックス、微結晶ワックスもしくはパラフィンなどの石油ワックス、およびその他の合成ワックスが挙げられる。官能化ワックスの非網羅的な例としては、アミンワックス、アミドワックス、エステルワックス、カルボン酸ワックス、および微結晶ワックスが挙げられる。天然ワックスは、植物、動物、もしくは鉱物、または現在もしくは将来において知られるその他の源に由来するものであってよい。天然ワックスの非網羅的な例としては、カンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、ジャパンワックス、およびホホバワックスなどの植物ワックス；ビーズワックス、ラノリン、および鯨ワックスなどの動物ワックス；ならびにモンタンワックス、オゾケライト、およびセレシンなどの鉱物ワックスが挙げられる。上述したワックスの混合物も適しており、例えば、ワックスは、フィッシャートロップシュ（ＦＴ）ワックスおよびポリエチレンワックスのブレンドを含んでよい、などである。
リン酸は、アスファルトバインダー組成物のある実施形態において、例えば生成物の軟化点を上昇させるために従来の量で追加の添加剤として用いられてよい別の物質である。リン酸は、リン酸の異なる形態の混合物を含む適切ないかなる形態で提供されてもよい。例えば、リン酸のある適切な異なる形態としては、リン酸、ポリリン酸、スーパーリン酸、ピロリン酸、およびトリリン酸が挙げられる。
可塑剤も、本明細書で述べる実施形態に従うアスファルトバインダー組成物の可塑性または流動性を高めるために、従来の量で、追加の添加剤として用いられてよい。適切な可塑剤の非網羅的な例としては、現在および将来において当業者によく知られたものの中でも、炭化水素オイル（例：パラフィン、芳香族オイル、およびナフテン系オイル）、長鎖アルキルジエステル（例：フタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステル、およびアジピン酸ジオクチルなどのアジピン酸エステル）、セバシン酸エステル、グリコール、脂肪酸、リン酸エステルおよびステアリン酸エステル、エポキシ可塑剤（例：エポキシ化大豆油）、ポリエーテル可塑剤およびポリエステル可塑剤、アルキルモノエステル（例：オレイン酸ブチル）、長鎖部分エーテルエステル（例：オレイン酸ブチルセロソルブ）が挙げられる。
抗酸化剤は、これらの材料の強度および可撓性を失わせるポリマーの酸化分解を防止するために、アスファルトバインダー組成物の追加の添加剤として、従来の量で用いられてよい。
本明細書にて上記で述べるアスファルトバインダー組成物を作製する方法および使用する方法も提供される。一般的に、アスファルトバインダー組成物を作製するための方法は、（ｉ）酸化高密度ポリエチレンを、（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される別のポリマーと、ならびにアスファルトと、適切な量で混合して、上記で述べるアスファルトバインダー組成物の実施形態のいずれかを形成することを含む。ある実施形態では、アスファルトバインダー組成物を作製するための方法は、まず、（ｉ）酸化高密度ポリエチレンを、（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される別のポリマーと適切な量で混合して、上記で述べる通りの適切なポリマーブレンドを形成し、次に、このポリマーブレンドをアスファルトと適切な量で混合して、上記記載に従うアスファルトバインダー組成物を形成することを含んでよいことには留意されたい。アスファルト、および（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、および（ｉｉ）修飾ポリマーの「適切な量」とは、酸化高密度ポリエチレンおよび修飾ポリマーが、それぞれ約３：１から１：３の質量比となる量で提供されてよく、ならびにアスファルトが、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約６５から約９９質量％の濃度で得られるアスファルトバインダー組成物中に存在することを意味する。
混合は、適切な温度および撹拌、ならびに現在および将来において当業者によく知られた全体条件下で行われる。この方法のある実施形態では、例えば、混合は、約７５℃から約２００℃の温度で、約３０分間から約６時間にわたって行われる。さらに、混合は、例えば、低せん断ミキサーを用い、約５回転毎分（ＲＰＭ）から約１００ＲＰＭの速度で行われてよい。
本明細書にて上記で述べるアスファルトバインダー組成物に従うアスファルトバインダー組成物のＰＧ範囲を広げる方法または有用温度幅（ＵＴＩ）を増加させる方法も考慮される。そのような両方法は、（ｉ）酸化高密度ポリエチレンを、（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される別のポリマーと、ならびにアスファルトと、適切な量で混合して、上記で述べるアスファルトバインダー組成物の実施形態のいずれかを形成することを含む。例えば、限定されないが、酸化高密度ポリエチレンおよび修飾ポリマーは、それぞれ約３：１から約１：３の質量比となる量で提供されてよく、ならびにアスファルトは、アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、約６５から約９９質量％の濃度で得られるアスファルトバインダー組成物中に存在する。
その他の代表的な実施形態では、本明細書で述べるアスファルトバインダー組成物を使用するための方法が提供される。１つの実施形態では、例えば、方法は、アスファルトバインダー組成物を骨材と混合することによって舗装材を作製することを含む。「骨材」とは、例えば、砂、砂利、または砕石などの鉱物材料に対する集合名である。骨材は、天然の骨材、製造された骨材、またはこれらの組み合わせを含んでよい。天然の骨材は、典型的には、機械的粉砕によって利用可能なサイズまでサイズ低下されている開削（例：砕石場）からの採掘石である。製造された骨材は、典型的には、冶金処理（例：スチール、スズ、および銅生産）からのスラグなど、他の製造プロセスの副生物である。製造された骨材は、天然石には見られない特定の物理的特性を有するように作製される特殊材料も含む。
そのような方法は、さらに、道路建設、道路メンテナンス、またはこれらの両方のために舗装材を使用することも含んでよい。舗装材およびそのような方法によって得られる道路は、恒久的な変形、高温でのクリープおよびわだち掘れ、ならびに低温での脆弱化およびクラックなどの損傷モードを最小限に抑えることにより、より長い耐用年数を有し、メンテナンスの必要性が低減される。別の実施形態では、方法は、アスファルトバインダー組成物を骨材と混合することによって屋根材を作製することを含む。そのような方法は、さらに、屋根構築、屋根メンテナンス、またはこれらの両方のために屋根材を使用することも含んでよい。屋根材およびそのような方法によって得られる屋根は、スカッフィング（scuffing）、高温でのすべり（sliding）、ならびに低温での脆弱化およびクラックなどの損傷モードを最小限に抑えることにより、より長い耐用年数を有し、メンテナンスの必要性が低減される。
上記の詳細な記述において、少なくとも１つの代表的な実施形態を提示したが、非常に数多くの変型例が存在することは理解されるべきである。また、１もしくは複数の代表的な実施形態は、単なる例であり、本明細書で述べる組成物および方法の範囲、適用性、または構成を、いかなる形であっても限定することを意図するものではないことも理解されるべきである。むしろ、上記の詳細な記述は、組成物および方法の代表的な実施形態を実行するための都合の良いロードマップを当業者に提供するものである。添付の特許請求の範囲に示される組成物および方法の範囲から逸脱することなく、代表的な実施形態で述べた要素の機能および配置に様々な変更が行われてよいことは理解されたい。
アスファルトおよび以下で指定される様々なポリマーブレンドを含む舗装用アスファルトバインダー組成物を作製し、実験工程に掛けてそのパフォーマンスグレードを特定した：
以下の例で用いた各ポリマーのＭｗは、以下の通りである：
ＴＩＴＡＮ ７６８６（酸化ＨＤＰＥ）：Ｍｗ＝８８００ｇ／ｍｏｌ；結晶化度７７％
ＴＩＴＡＮ ７２７８（ＭＡＰＰ）：Ｍｗ＝８５６０ｇ／ｍｏｌ；結晶化度５６％
ＴＩＴＡＮ ７２１２（ＰＥホモポリマー）：Ｍｗ＝２９５０ｇ／ｍｏｌ；結晶化度８４％
ＴＩＴＡＮ ７３８７（ＰＥホモポリマー）：Ｍｗ＝２５７５ｇ／ｍｏｌ；結晶化度１００％
サンプルアスファルトバインダー組成物を製剤するために用いた一般的手順は、以下の通りであった：（１）１パイント缶に入れたアスファルト（ＰＧ ６４‐２２）を、１４０℃に設定した熱オーブン中で溶融し；（２）このアスファルトを、熱オーブンから加熱マントルへ移し；（３）加熱マントルを１９０℃の温度に設定し；（４）低せん断ミキサーをアスファルトサンプル中へ下し；（５）低せん断ミキサーを作動させ、２５０ｒｐｍの混合速度に設定し；（６）アスファルトサンプルを、１９０℃の温度に到達させ；（７）ポリマー添加剤を、２分以内にこのアスファルトサンプル中にゆっくり添加し；（８）アスファルトサンプルを１時間混合し；（９）低せん断ミキサーを停止し、アスファルトサンプルから取り出し；（１０）１パイント缶を、注意深く加熱マントルから取り出し；（１１）１パイント缶から試験検体を調製し、ＡＡＳＨＴＯ Ｍ３２０に従って試験した。行った試験の結果を、以下の表１にまとめる。
Figure 2017503068
表１のデータから、酸化高密度ポリエチレンおよびマレイン酸変性ポリプロピレンのブレンドが、アスファルトバインダーのＰＧ範囲（ＵＴＩ）を、同量の酸化高密度ポリエチレンおよびマレイン酸変性ポリプロピレン単独よりも高い度合いで広げることが示される（ブレンド１、２、および３を比較）。これらのデータはまた、より少ない合計量のポリマーブレンドが、より多い量の個々のポリマーと同じ度合いで、アスファルトバインダーのＰＧ範囲を広げることができることも示している（ブレンド１および４を比較）。
最適なブレンド比を特定するために、類似の試験をさらに実施した。これらの試験の結果を、以下の表２にまとめる。
Figure 2017503068
表２のデータから、酸化高密度ポリエチレンおよびマレイン酸変性ポリプロピレンのブレンドに関して、３：２のブレンド比が最適であることが示される（ブレンド３参照）。
酸化高密度ポリエチレンおよびポリエチレンホモポリマーのブレンドの分析のために、類似の試験をさらに実施した。これらの試験の結果を、以下の表３にまとめる。
Figure 2017503068
表３のデータは、より少ない合計量のポリマーブレンドが、より多い量の個々のポリマーと同じ度合いで、アスファルトバインダーのＰＧ範囲を広げることができることを示している（ブレンド１および２を比較）。
本発明のその他のポリマーブレンドを、上述のブレンドと同様に試験し、類似の試験結果が得られる。
酸化高密度ポリエチレン（酸化ＨＤＰＥ）、またはマレイン酸変性ポリプロピレン（ＭＡＰＰ）、または両種類のポリマーのブレンドを含む屋根材用アスファルトバインダー組成物についても試験した（表４）。これらの試験から、酸化高密度ポリエチレンおよびマレイン酸変性ポリプロピレンのブレンドが、アスファルト硬度（ＰＥＮ）およびアスファルトの軟化点に対して相乗効果を有することが示される。針入度は、ＡＳＴＭ Ｄ５を用いて特定し、軟化点は、ＡＳＴＭ Ｄ３６の試験プロトコルを用いて特定した。
Figure 2017503068
Figure 2017503068
 ［１］ａ）アスファルト、及びｂ）（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、及び（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含むポリマーブレンド、を含むアスファルトバインダー組成物。
［２］前記酸化高密度ポリエチレンおよび前記修飾ポリマーが、それぞれ、約１：４から約４：１の質量比で存在する、［１］に記載のアスファルトバインダー組成物。
［３］少なくとも約９０℃の有用温度幅（ＵＴＩ）を有する、［１］に記載のアスファルトバインダー組成物。
［４］ａ）アスファルト、及びｂ）（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、及び（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含むポリマーブレンド、から本質的に成る、［１］に記載のアスファルトバインダー組成物。
［５］骨材、及びアスファルトバインダー組成物であって，ａ）アスファルト、及びｂ）（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、及び（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含むポリマーブレンド、を含むアスファルトバインダー組成物、を含む舗装材または屋根材。
［６］前記酸化高密度ポリエチレンおよび前記修飾ポリマーが、それぞれ、約１：４から約４：１の質量比で存在し、前記アスファルトバインダー組成物が、少なくとも約９０℃の有用温度幅（ＵＴＩ）を有する、［５］に記載の舗装材または屋根材。
［７］アスファルトバインダー組成物を作製するための方法であって、前記方法は、アスファルト、酸化高密度ポリエチレン、ならびに、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを混合して前記アスファルトバインダー組成物を形成することを含む、方法。
［８］前記混合が、約７５℃から約２００℃の温度で、および約３０分間から約６時間の時間にわたって行われる、［７］に記載の方法。
［９］前記アスファルトバインダー組成物が、前記アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、アスファルトを約６５から約９９質量％、ならびに、酸化高密度ポリエチレンおよび修飾ポリマーを合わせて約１から約３５質量％含む、［７］に記載の方法。
［１０］前記酸化高密度ポリエチレンおよび前記修飾ポリマーが、それぞれ、約１：４から約４：１の質量比で存在する、［７］に記載の方法。

Claims (10)

  1. ａ）アスファルト、及び
    ｂ）（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、及び（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含むポリマーブレンド、
    を含むアスファルトバインダー組成物。
  2. 前記酸化高密度ポリエチレンおよび前記修飾ポリマーが、それぞれ、約１：４から約４：１の質量比で存在する、請求項１に記載のアスファルトバインダー組成物。
  3. 少なくとも約９０℃の有用温度幅（ＵＴＩ）を有する、請求項１に記載のアスファルトバインダー組成物。
  4. ａ）アスファルト、及び
    ｂ）（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、及び（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含むポリマーブレンド、
    から本質的に成る、請求項１に記載のアスファルトバインダー組成物。
  5. 骨材、及び
    アスファルトバインダー組成物であって、
    ａ）アスファルト、及び
    ｂ）（ｉ）酸化高密度ポリエチレン、及び（ｉｉ）マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを含むポリマーブレンド、
    を含むアスファルトバインダー組成物、
    を含む舗装材または屋根材。
  6. 前記酸化高密度ポリエチレンおよび前記修飾ポリマーが、それぞれ、約１：４から約４：１の質量比で存在し、前記アスファルトバインダー組成物が、少なくとも約９０℃の有用温度幅（ＵＴＩ）を有する、請求項５に記載の舗装材または屋根材。
  7. アスファルトバインダー組成物を作製するための方法であって、前記方法は、アスファルト、酸化高密度ポリエチレン、ならびに、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレンホモポリマー、高結晶化度ポリエチレン、またはこれらの組み合わせから選択される修飾ポリマーを混合して前記アスファルトバインダー組成物を形成することを含む、方法。
  8. 前記混合が、約７５℃から約２００℃の温度で、および約３０分間から約６時間の時間にわたって行われる、請求項７に記載の方法。
  9. 前記アスファルトバインダー組成物が、前記アスファルトバインダー組成物の総質量に基づいて、アスファルトを約６５から約９９質量％、ならびに、酸化高密度ポリエチレンおよび修飾ポリマーを合わせて約１から約３５質量％含む、請求項７に記載の方法。
  10. 前記酸化高密度ポリエチレンおよび前記修飾ポリマーが、それぞれ、約１：４から約４：１の質量比で存在する、請求項７に記載の方法。
JP2016562467A 2014-01-07 2015-01-05 アスファルトバインダー組成物、ならびにそれを作製および使用するための方法 Active JP6613247B2 (ja)

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