EMULSIONES MEJORADAS DE ASFALTO PARA TRATAMIENTO DE SUPERFICIES DE CARRETERAS
La presente invención se refiere a emulsiones de asfalto para el tratamiento de superficies de carreteras . Más específicamente, la presente invención se refiere a mejoras en métodos para el tratamiento de superficies de carreteras viejas, agrietadas o deterioradas de otro modo, pavimentadas con asfalto. Las mejoras proporcionan emulsiones más fuertes, más estables y menos costosas que las anteriormente disponibles. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El consumo mundial anual de asfalto para aplicaciones de superficies de carreteras excede 90,000,000 toneladas. Europa y Norte América son responsables de aproximadamente dos terceras partes de este consumo. En los Estados Unidos más de cuatro millones de millas de carreteras se pavimentan con asfalto. El pavimento de asfalto se deteriora con el uso, debido a la oxidación de los ligantes de asfalto, cargas elevadas y condiciones climáticas variantes . Un estudio reciente demuestra una relación estadísticamente significativa entre el desarrollo económico del país y su infraestructura de carreteras, C. Queroz, R. Haas y Y Cai . "National Economic Development and Prosperity Related to Paved Road Infrastructure" (Desarrollo y -
Prosperidad Económica Nacional Relacionada a la Infraestructura Carretera Pavimentada) Transportation Research Record, 1455 (1994) .. De acuerdo con lo anterior el mantenimiento y rejuvenecimiento de las carreteras recubiertas con asfalto es un asunto de alguna importancia. En países desarrollados se entiende que el mantenimiento preventivo de las carreteras existentes es preferible a reemplazarlas, M. S. Mamlouk y J.P. Zaniewske, "Pavement Preventive Maintenance : Description, Effectiveness and Treatments" (Mantenimiento Preventivo de Pavimento: Descripción, Efectividad y Tratamiento) , Simposio sobre Reabilitación y Mantenimiento del Pavimiento Flexible, ASTM STP 1349, 121-135, 1999.. De acuerdo con lo anterior, son deseables las mejoras en la tecnología para el mantenimiento de las carreteras existentes. Las superficies de carreteras de asfalto típicamente consisten de asfalto y agregados . La oxidación del ligante de asfalto durante su tiempo de servicio, las condiciones del clima y el uso de superficies de carreteras, particularmente por cargas pesadas, da como resultado el deterioro de las superficies de carreteras a través del tiempo. Por ejemplo, la contracción repetida de la superficie de la carretera durante las fías noches de invierno debido a los cambios de temperatura da como resultado la formación de grietas perpendiculares en el - - pavimento, conocidas como fracturas por frío. El ligante del asfalto se vuelve demasiado suave durante los días calientes de verano, dando como resultado una deformación permanente de la superficie de la carretera bajo repetidas cargas pesadas llamada "carriladas". Además, como resultado de continuas tensiones mecánicas, las superficies de carreteras se fatigan, dando como resultado la formación de fracturas similares a la piel de cocodrilo, conocidas como fractura por fatiga. Un procedimiento para el deterioro progresivo del pavimento de asfalto es retirar y reemplazar el pavimento existente con cualquier pavimento recientemente preparado o reciclado. Sin embargo, el retiro y reemplazo es costoso y antieconómico, F.L. Roberts, P.S. Kandhal, E.R. Bro n, D.Y. Lee, T.W. Kennedy, "Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction" (Materiales de Asfalto de Mezcla Caliente, Diseño de Mezclas y Construcción) , NAPA Research and Education Foundation Textbook, 2a. Edición, 1999. Un procedimiento preferible incluye el tratamiento de la superficie del pavimento existente para restaurar el pavimento a su condición cuando colocó primero, K. Takamura, K.P. Lok, R. Wittlinger, "Microsurfacing for Preventive Maintenance : Eco-Efficient Strategy" (Microriego para Mantenimiento Preventivo: Estrategia Eco-Eficiente), ISSA Annual Meeting, Marzo 2001. Por ejemplo, la patente de los - -
Estados Unidos 5,180,428 de Richard D. Koleas describe una composición que incluye asfalto, un agente de reciclado, un polímero y un agente emulsionante en una solución acuosa que cuando se deposita sobre el pavimento de asfalto viejo y agrietado rejuvenece el pavimento al reaprovisionar aceites solventes (maltenos) perdidos por el uso y la exposición a los elementos. La patente ' 428 se incorpora expresamente en la presente mediante la referencia. La invención de la patente 28 se vende bajo la marca "PASS" . PASS también se utiliza como una capa de ligazón, sello de fragmentos, sello de limpieza y capa final de asfalto asi como relleno de grietas. Una ventaja de PASS es que puede aplicarse en una sola etapa, sobre el pavimento existente. Además, PASS rejuvenece y evita la oxidación adicional del pavimento subyacente. Además, PASS puede aplicarse sobre un amplio rango de temperaturas . Estudios recientes del mecanismo por el cual actúa PASS sobre el pavimento confirman que rejuvenece el asfalto viejo al restaurar el contenido aromático de asfalto en el pavimento subyacente, y forma una membrana rica en polímero, delgada, absorbente de tensión, que se adhiere fuertemente al pavimento subyacente. Así, PASS evita la formación de grietas reflectivas cuando se aplica otro tipo de tratamiento de superficie (i.e., sello de micro-riego y suspensión acuosa) sobre el pavimento tratado con PASS.
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OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Aunque la invención de la patente '428 continua siendo un éxito comercial sustancial, continúan siendo una necesidad los modificadores de asfalto con desempeño que sea superior a PASS, que aún puedan fabricarse a un menor costo. De acuerdo con lo anterior es un objetivo de la invención proporcionar un modificador para pavimento de asfalto que proporcione flexibilidad mejorada, instalación más rápida y desempeño superior a bajas temperaturas. Estas y otras ventajas de la presente invención se describen en detalle abajo .
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Una composición para rejuvenecer el pavimento de asfalto de acuerdo con la presente invención comprende un ligante de asfalto, agua, un surfactante catiónico, un agente de reciclado y un látex de hule de estireno butadieno coaglomerado catiónico, que incluye azufre y un agente de vulcanización. La composición también es útil como un sello de limpieza, capa final de asfalto, sello de arena así como para relleno de grietas y prevención de agrietamiento reflectivo. La composición de la invención puede utilizarse en emulsiones con diferentes tiempos de instalación. La invención también incluye un método para tratamiento de - -
pavimentos de asfalto viejos y agrietados mediante la aplicación de la composición descrita. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una emulsión de asfalto mejorada para restaurar y rejuvenecer pavimentos de asfalto viejos, agrietados y deteriorados. La invención refleja una mejora sobre la patente de los Estados Unidos 5,180,428. Más específicamente, la invención descrita mejora el desempeño del modificador de la patente 428 al proporcionar una superficie más fuerte, más flexible, útil a través de un amplio rango de condiciones climáticas, aún a un menor costo. Las siguientes secciones describen la preparación de los diversos componentes de la invención. Al principio, debe entenderse que la invención es una mezcla de componentes que interactúan entre si . Como consecuencia, la concentración de un componente puede incrementarse si la concentración de otro disminuye, sin alterar las propiedades de la emulsión resultante. Asfalto y Agente de Reciclado Pueden utilizarse junto con la invención una amplia variedad de asfaltos. Sin embargo, deben evitarse los asfaltos que son ricos en saturados. Pueden utilizarse asfaltos que varían desde AC-5 a AC-30. Un aspecto clave de la invención es proporcionar una cantidad suficiente de maltenos, los cuales son la - - fracción sin asfalteno del asfalto y con frecuencia se refieren como el aceite desasfaltado o desasíaltenado . La fracción de malteno de asfalto consiste de resinas polares y solventes aromáticos y saturados. PASS, así como la presente invención, funciona mejor con un agente de recilclado que es rico en aromáticos y resinas, con pequeñas cantidades de saturados. Los aceites de malteno pueden proporcionarse por el asfalto o el agente de reciclado. Si el asfalto es bajo en maltenos, la deficiencia puede compensarse al incrementar la cantidad del agente de reciclado utilizado. Se ha descubierto que una cantidad suficiente de agente de reciclado se encuentra presente cuando la viscosidad de la mezcla del agente de reciclado y el asfalto se encuentra entre 1,000 y 3,000 centipoises a 60 °C. Se utilizará un rango de diferentes asfaltos dependiendo del tiempo deseado para su colocación y el clima, especialmente la temperatura máxima y mínima de la superficie de la carreteras, en verano e invierno respectivamente Por ejemplo, se prefiere un asfalto AC-5 para una emulsión de acción rápida y clima frío. Un asfalto AC-10 a 20 se utilizará para una colocación intermedia, tal como un sello de arena y un AC-20-30 para una colocación lenta y/o regiones más calientes. Los agentes de reciclado preferidos se encuentran disponibles a partir de Sunoco bajo sus aceites para asfalto marca Hydrolene® . Los aceites de asfalto que cumplen la norma ASTM D4552 y se clasifican como RA~1 se prefieren para asfalto más duro, tal como AC-20 y AC-30. Pueden también utilizarse los aceites RA-5 con asfalto de menor viscosidad, tal como Ac-5. Preparación del Látex de Estireno Butadieno La dispersión del látex de caucho de estireno-butadieno ("SBR") de la invención preferentemente se prepara utilizando un método a baja temperatura como se describió, e.g. , en R. . Brown et al., "Sodium Formaldehyde in GR-S Polymerization" (Formaldehído de Sodio en la Polimerización de GR-S), Industrial and Engineering Chemistry, vol . 46, pp. 1073 (1954) y B.C. Prior et al., "Reaction Time for Polymerization of Cold GR-S" (Tiempo de Reacción para la Polimerización de GR-S en Frío) Industrial and Engineering Chemistry, vol. 5, pp. 1311 (1953), ambas de las cuales se incorporan mediante la referencia en la presente en su totalidad. En particular, el látex SBR se prepara mediante la polimerización de los monomeros de estireno y butadieno a una temperatura menor o igual a aproximadamente 25°C y más preferentemente entre 5°C y 25°C, en una reacción de polimerización de emulsión acuosa. La dispersión de látex de caucho de estireno-butadieno utilizada en la invención se prefiere no funcionalizada, i.e., se prepara preferentemente mediante los monomeros de polimerización que consisten esencialmente de estireno y butadieno. En particular, la dispersión de látex de caucho de estireno-butadieno utilizada en la invención se encuentra de manera preferente sustancialmente libre (e.g., menos de 1% por peso en base al peso total del monómero) de los monómeros funcionales tales como los monómeros hidrofilicos (e.g., ácidos vinil carboxilicos tales como ácido acrilico, ácido metacrílico, ácido itacónico y ácido fumárico) , los cuales se utilizan para producir dispersiones de látex XSB de poliestireno-butadieno carboxilado. Más preferentemente la dispersión de látex de caucho de estireno-butadineo de la invención se prepara al polimerizar una mezcla de monómeros que incluyen estireno, butadieno y que se encuentran libres de monómeros funcionales. Por ejemplo, la dispersión de látex de caucho de estireno-butadieno puede prepararse al polimerizar los monómeros que consisten solamente de estireno, butadieno o puede ser solamente con butadieno para casos especiales. El látex del polímero SBR utilizado en la presente invención puede producirse utilizando ya sea un proceso continuo o en lotes. En una modalidad preferida, el látex del polímero SBR se produce utilizando un método continuo al alimentar continuamente una corriente de monómeros, una corriente de jabón y una corriente de activador a una serie de reactores . Los monómeros en la corriente de emulsión se alimentan preferentemente a una proporción de peso de butadieno a estireno desde aproximadamente 70:30 hasta aproximadamente 78:22. La corriente de jabón incluye un jabón, un generador de radical libre (e.gr. , peróxido orgánico) que se utiliza en el sistema iniciador redox y agua. El jabón en la corriente de emulsión es preferentemente un jabón natural tal como un oleato de sodio o potasio o la sal de sodio o potasio del ácido de colofonia. El jabón se encuentra presente típicamente en la alimentación de la emulsión en una cantidad desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 5 por ciento por peso en base al peso total del monómero . Los generadores de radical libre utilizados en la corriente de jabón generalmente incluyen compuestos de peroxígeno orgánico tales como peróxido de benzoilo, peróxido de hidrógeno, peróxido de di-t-butilo, peróxido de dicumilo, peróxido de 2 , -diclorobenzoilo, peróxido de decanoilo, peróxido de lauroilo, hidroperóxido de diisopropilbenceno, hidroperóxido de eumeno, hidroperóxido de p-metano, hidroperóxido de -pineno, hidroperóxido de t-butilo, hidroperóxido de acetil acetona, peróxido de metil etil cetona, peróxido de ácido succínico, peroxidicarbonato de dicetilo, peroxiacetato de t-butilo, ácido t-butil peroximaléico, peroxibenzoato de t-butilo y lo similar así como alquil percetalos tales como 2,2-bis-(t-butilperoxi) butano, etil 3 , 3-bis (t-butilperoxi) butirato, 1,1- - - di (t-butilperoxi) ciclohexano y lo similar. Preferentemente, el generador de radical libre incluye hidroperóxido de diisopropilbenceno o hidroperóxido de p-metano. El generador de radical libre se encuentra presente típicamente en una cantidad entre aproximadamente 0.001 y 1% por peso en base al peso total del monómero. La corriente de activador incluye los otros componentes del sistema iniciador redox. En particular, además de la alimentación del generador de radical libre con la corriente de jabón, el sistema iniciador redox incluye un agente de reducción y una sal metálica soluble en agua de hierro, cobre, cobalto, níquel, estaño, titanio, vanadio, manganeso, cromo o plata. Los agentes de reducción adecuados para utilizarse en la corriente de iniciador incluyen dióxido de azufre, disulfitos de metal alcalino, metal alcalino y sulfitos de hidrógeno de amonio,- tiosulf to, ditionita y sulfoxilatos de formaldehído; hidrocloruro de hidroxilamina; sulfato de hidracina; glucosa y ácido ascórbico. Preferentemente, el agente de reducción es dihidrato de sulfoxilato de formaldehído de sodio (SFS) . El agente de reducción típicamente se encuentra presente en una cantidad entre aproximadamente 0.01 y 1% por peso en base al peso total del monómero. Además, la proporción de peso del agente de reducción al generador de radical libre se encuentra preferentemente entre aproximadamente 0.1:1 y 1:1. La sal metálica soluble en agua de hierro, cobalto, níquel, estaño, titanio, vanadio, manganeso, cromo o plata puede seleccionarse a partir de una amplia variedad de sales metálicas solubles en agua. Las sales metálicas solubles en agua adecuadas incluyen nitrato de amina de cobre (II) , metaborato de cobre (II) , bromato de cobre (II) , bromuro de cobre (II) , perclorato de cobre, dicromato de cobre (II) , hexahidrato de nitrato de cobre (II) , acetato de hierro (II) , bromuro de hierro (III) , hexahidrato de bromuro de hierro (III) , perclorato de hierro (II) , dicromato de hierro (III) , formato de hierro (III) , lactato de hierro (III) , malato de hierro (III) , nitrato de hierro (III) , oxalato de hierro (III) , pentahidraro de sulfato de hierro (II) , acetato de cobalto (II) , benzoato de cobalto (II) , hexahidrato de bromuro de cobalto (II), cloruro de cobalto III, tetrahidruro de fluoruro de cobalto (II) , hidrofosfito de níquel, octanoato de níquel, tartrato de estaño, oxalato de titanio, tribromuro de vanadio, nitrato de plata y fluorsilicato de plata. El metal también puede hacerse complejo con un compuesto tal como ácido de etilen diamina tetracético (EDTA) para incrementar su solubilidad en agua. Por ejemplo, pueden utilizarse los complejos de hierro/EDTA o los complejos de cobalto/EDTA. Preferentemente, la sal metálica soluble en agua se utiliza como un complejo EDTA de sulfato de hierro (II) . La sal metálica soluble en agua típicamente se encuentra presente en una cantidad de menos de 0.01% por peso en base al peso total del monómero . La reacción de polimerización puede conducirse en la presencia de los mercaptanos C8 a C12, tal como octil, nonil, decil o dodecil mercaptanos, los cuales se utilizan como reguladores de peso molecular o agentes de transferencia de cadena para reducir el peso molecular del polímero SBR. Típicamente, se utiliza ya sea el n-dodecil o el t-dodecil mercaptano y el t-dodecil mercaptano es el más comúnmente utilizado. La cantidad de t-dodecil mercaptano utilizada dependerá del peso molecular que se desee para SBR. Las grandes cantidades de t-dodecil mercaptano causan reducciones mayores en el peso molecular de SBR. La cantidad de t-dodecil mercaptano se encuentra preferentemente entre aproximadamente 0.05 y 0.5%. La alimentación del monómero, la alimentación del jabón y la alimentación del activador se alimentan por separado a un reactor en donde ocurre la polimerización del estireno y de los monómeros de -butadieno. La cantidad total de agua en los reactores es típicamente de 60-75% por peso en base al peso total del monómero. La reacción de polimerización en emulsión normalmente produce entre aproximadamente 60% y aproximadamente 80% de la conversión del monómero de estireno y butadieno a partículas de poli (estireno-butadieno) o SBR. Una vez que se ha alcanzado el nivel o conversión anterior, se termina la reacción de polimerización mediante la adición de un agente de terminación al último de los reactores en serie, el cual reacciona rápidamente con los radicales libres y agentes de oxidación, destruyendo de este modo cualquier iniciador restante y radicales libres de polímero así como evitar la formación de nuevos radicales libres. Los agentes de terminación ejemplificativos que incluyen los compuestos orgánicos que poseen una estructura quinoide (e.g., quinona) y los compuestos orgánicos que pueden oxidarse a estructuras quinoides {e.g., hidroquinona), opcionalmente se combinan con sulfuros solubles en agua tales como sulfuro de hidrógeno, sulfuro de amonio o sulfuros o hidrosulfuros de metales alcalinos o alcalinotérreos ; ditiocarbamatos N-sustituidos ; productos de reacción depoliaminas de alquileno con sulfuros, disulfuros, polisulfuros y/o mezclas de estos y otros compuestos que presumiblemente contienen azufre; dialquilhidroxilaminas ,· ?G,?' -dialquil-?,?' -metilenobishidroxil-aminas; dinitroclorobenceno; dihidroxidifenil sulfuro, dinitrofenilbenzotacil sulfuro y mezclas de los mismos. Preferentemente, el agente de terminación es hidroquinona o de potasio dietil ditiocarbamato . El agente de terminación se agrega típicamente en una cantidad entre aproximadamente 0.01 y 0.1% por peso en base al peso total del monómero. Como se mencionó, el polímero SBR puede también producirse utilizando un proceso en lotes. En el proceso en lotes, los monómeros, el jabón, el generador de radical libre y el agua se agregan todos al reactor y se agitan. Después de alcanzar la temperatura de polimerización deseada, se agrega una solución de activador, incluyendo el agente de reducción y una de las sales metálicas previamente soluble en agua para iniciar la polimerización. Se agrega un agente de terminación para terminar la polimerización una vez que se ha alcanzado el nivel de conversión deseado. Una vez que se ha terminado la polimerización (en ya sea el proceso continuo o en lotes) , los monómeros no reactivos se retiran típicamente de la dispersión de látex. Por ejemplo, los monómeros de butadieno pueden retirarse mediante la destilación rápida a presión atmosférica y después a presión reducida. Los monómeros de estireno resultantes pueden retirarse mediante destilación por arrastre de vapor en una columna. El látex SBR resultante en este punto típicamente tiene un contenido de sólidos de menos de 50%. El látex SBR preferentemente se aglomera entonces, e.g. , aglomeración química, por congelamiento o por presión y se retira el agua para incrementar el contenido total de sólidos hasta aproximadamente 72%. Cuando se termina la polimerización, se retiran los monómeros de butadieno y estireno, el contenido de sólidos se encuentra por debajo de 50% y también el tamaño de la partícula de látex se encuentra por debajo de 100 nm, típicamente 50-70 nm. Para estas partículas pequeñas y una distribución de tamaño muy angosta, la viscosidad del látex se vuelve por arriba de lOOOcP (1 Pas) a por arriba de 50% de contenido de sólidos . Este látex se aglomera entonces para producir partículas más grandes con una distribución de tamaño de partícula que varía desde 100 nm hasta entre 2 y 3 mieras. El resultado es disminuir sustancialmente la viscosidad del látex, hasta aproximadamente 50mPas o menos de aproximadamente 50%. Aún después del retiro del agua, dejando el contenido de sólidos a 70-72%, la viscosidad del látex SBR se encuentra por debajo de 2000cP (2 Pas) . Puede llevarse a cabo la aglomeración mediante dos métodos químico o físico básicos. Los procesos de aglomeración se describen en detalle por Polymer Latices, Science and Technology (Dispersiones Poliméricas, Ciencia y Tecnología), Volumen 2: Types of Latices por D.C. Blackley, 2a Edición, Chapman & Hall. Los métodos actualmente preferidos son los métodos físicos. Los métodos físicos incluyen (a) la aglomeración al someter el látex a congelación y descongelación y (b) la aglomeración al someter el látex a agitación mecánica. La aglomeración por congelación simplemente involucra el congelamiento de la dispersión de látex seguida por la descongelación. El resultado es producir partículas de látex más grandes, con una distribución más amplia de tamaño de partícula. La aglomeración mediante agitación mecánica puede efectuarse al bombear el látex a través de un espacio confinado, el cual somete la dispersión del látex a alta presión y causa así la aglomeración de las partículas de látex. La coaglomeración puede definirse como un proceso en el cual las partículas de dos o más dispersiones poliméricas disimiles se aglomeran para formar las partículas compuestas heterogéneas en las cuales las partículas de un tipo de látex pueden llegar a incrustarse en las partículas de otro, pero de otro modo retienen su identidad. La coaglomeración se ha aplicado particularmente a mezclas de dispersiones poliméricas sintéticas de polímero cauchoso y polímeros cristalinos. El objetivo es producir dispersiones poliméricas que contienen partículas compuestas que comprenden tanto los dominios rígidos como los dominios elásticos . Las películas secas a partir de tales dispersiones poliméricas comprenden una mezcla íntima de dos tipos de partículas y en consecuencia exhiben algún grado de reforzamiento particulado. La patente de E.U. 6,127,461 "Co-agglomeration Of Random Vinil Substituted Aromatic/Con ugated Diolefin Polymer With Sulfur To Improve Homogeneity Of Polymer/asphalt Mixtures" ( "Co-aglomeración de Polímero de Diolefina Aromático/Conjugado Sustituido con Vinilo Aleatorio con Azufre para Mejorar la Homogenicidad de las Mezclad de Polímero/asfalto") por K. Takamura et al., que extiende además este proceso de co-aglomeración hasta más allá de las dispersiones polimericas. La patente l461 se refiere a la coaglomeración de partículas de látex SBR y/o polibutadieno con partículas orgánicas e inorgánicas incluyendo azufre y un agente de vulcanización como el acelerador. En esa invención, la co-aglomeración se refiere a que las partículas de látex se aglomeran con otras dispersiones sólidas, incluyendo partículas de tamaño de semi-micrón orgánicas e inorgánicas. El resultado es que la dispersión de los sólidos, tal como el azufre y el agente de vulcanización se aglomeran dentro de las partículas de polímero de látex. Con respecto a la presente invención, más específicamente, se prefiere agregar azufre elemental al 2% como una dispersión. El Bostex 410 (68% de azufre elemental como una dispersión) disponible por Akron Dispersions es el más preferido. El agente de vulcanización preferido es difenilguanidina, disponible como Paracure DGP-38 de Parachem Specialties, el cual se agrega al 0.2%, la co-aglomeración puede llevarse a cabo por cualquiera de los métodos ya tratados . La coaglomeración por congelación involucra un solo ciclo de congelación y descongelación seguido por el retiro del agua. Para la coaglomeración por presión la mezcla se somete a alto cizallamiento. Una ventaja importante de la co-aglomeración de la emulsión de asfalto de la presente invención es que el azufre y el acelerador no se diluyen, sino permanecen a una concentración relativamente alta . Emulsión de Asfalto Las emulsiones de asfalto utilizadas en la construcción y el mantenimiento de caminos son ya sea amiónicas o catiónicas en base a la carga eléctrica de las partículas de asfalto, lo cual se determina por el tipo de agente emulsionante utilizado. Los contenidos de asfalto de estas emulsiones son en la mayoría de los casos, desde 55 hasta 75% y se preparan utilizando un dispositivo mecánico de alto cizallamiento tal como un molino coloidal. El molino coloidal tiene un rotor de alta velocidad que revuelve a 1,000-6,000 rpm con graduación de espacio libre de molido en el rango de 0.2 a 0.5 mm. Una emulsión de asfalto típica tiene un tamaño medio de partícula de 2-5 micrómetros de diámetro con la distribución desde 0.3 hasta 20 micrómetros. La patente de los Estados Unidos 5,180,428 se refiere a un surfactante no iónico para facilitar la preparación de la emulsión con un látex de cloropreno no iónico. Esta invención emplea un emulsionante catiónico-látex catiónico o la combinación de emulsionante no iónico-látex catiónico para mejor adhesión del asfalto al agregado, lo cual da como resultado la capacidad mejorada de antiremoción del asfalto. Los agentes emulsionantes catiónicos útiles en la preparación de las emulsiones de asfalto de acuerdo con la presente invención se encuentran disponibles de Akzo Nobel bajo la marca Redicote, incluyendo Redicote E-4819; E-64R, E4819-3, E-9, E-9A y E-5. Los emulsionantes catiónicos Westvaco vendidos bajo las marcas Impact SBT, Impact CB1 y CB2 , Induline AMS, Qts, Mok-2M y -1M, Indulin MQK, W-5 y 2-1. Los emulsionantes catiónicos de marca Arosurf hechos por Goldshmidt para CRS, CMS y CSS son también útiles. El nivel de emulsionante en la emulsión de asfalto puede variar desde 0.2 hasta 0.5 por ciento al asfalto por peso para la emulsión de rápido fraguado, hasta tanto como 2.0 a 3.0 por ciento para las emulsiones de lento fraguado. Las emulsiones de asfalto de acuerdo con la invención pueden prepararse al mezclar el agente emulsionante y el látex co-aglomerado en agua y ajustando esta solución emulsionante a un pH bajo de 3 con un ácido inorgánico. La solución emulsionante puede ajustarse desde ligeramente por arriba de la temperatura ambiente hasta 40°C. De manera separada, el asfalto se calienta de 130 a 160°C dependiendo de la viscosidad del asfalto utilizado. Por ejemplo, un asfalto de baja viscosidad tal como AC-5 puede solamente calentarse a 130°C, en contraste, puede calentarse tan alto como 160°C para los asfaltos AC-20 y AC-30. La solución emulsionante y el asfalto calentado se inyectan en el molino coloidal para producir la emulsión de asfalto. La proporción del asfalto y de la solución emulsionante se ajusta para producir la emulsión de asfalto que contiene una cantidad deseada de contenidos de asfalto, la cual puede ser desde 55 hasta 75%. En el método anteriormente descrito, el látex coaglomerado se agrega en la solución emulsionante acuosa. Alternativamente, la emulsión de asfalto puede producirse con inyección directa, en donde la solución emulsionante sin el látex y el asfalto se inyectan en el molino coloidal a través de una serie de tuberías, mientras que el látex se inyecta directamente en la línea de asfalto justo arriba del molino colidal. El asfalto modificado por látex puede también producirse mediante la post-adición, en donde se agrega la cantidad deseada del látex catiónico co-aglomerado dentro de una emulsión de asfalto pre-elaborada preparada sin el látex. Las emulsiones de asfalto se clasifican con su carga y sobre la base de que tan rápido coalecerá el asfalto, lo cual comúnmente se refiere como rompimiento o fraguado. Los términos RS, MS y SS se han adoptado para simplificar y estandarizar esta clasificación. Son solamente términos relativos y se refieren al fraguado rápido, fraguado medio y fraguado lento. Una emulsión de fraguado rápido RS tiene poco o ninguna capacidad para mezclarse con un agregado . Una emulsión de fraguado medio MS se espera se mezcle con gruesos pero no con agregados finos y una emulsión de fraguado lento SS se diseña para mezclarse con agregado fino. Las emulsiones catiónicas se denotan con la letra "C" en frente del tipo de emulsión y la ausencia de la letra ,XC" denota aniónico. Así, CRS es una emulsión catiónica de fraguado rápido típicamente utilizada para la aplicación de sello de fragmentos. Esta nueva invención descrita en la presente utiliza el látex Gatiónico en lugar de no iónico, así abre nuevas posibilidades para prepara las emulsiones de asfalto que tienen diferentes características de fraguado tales como CRS, CMS y CSS para tomar ventajas de los métodos industriales muy practicados para producir las emulsiones de asfalto para aplicaciones específicas, tales como el sello de fragmentos, sello de emulsión acuosa, microriego, sello de arena, capa final de asfalto muy diluido, etc., al seleccionar los tipos y cantidades deseados de emulsionantes catiónicos para preparar la emulsión.
Ej emplo 1 La emulsión PASS sin el polímero de látex se obtuvo de Western Emulsión. Esta emulsión se produjo de acuerdo con su patente original con asfalto Oxnad AC-20, RA-1 y surfactante no iónico (Indulin XD-70 de WestVaco) . Se prepararon emulsiones PASS modificadas de neopreno y látex SBR co-aglomeradas catiónicas al agregar la cantidad deseada de la dispersión de látex en esta emulsión no modificada. El residuo de emulsión de asfalto se recuperó a temperatura ambiente al desecar la emulsión durante 1 día bajo flujo de aire forzado descrito en (K. Takamura, Comparison of emulsión residues recovered by t e forced airflow and RTFO drying (Comparación de residuos de emulsiones recuperadas por el flujo de aire forzado y la desecación RTFO) , AEMA/ESSA Proceedings, 2000, 1-17). La Tabla 1 lista los coeficientes del complejo medido del ligante de emulsión a 50 °C como una función del contenido de polímero en la emulsión PASS .
Tabla 1. Coeficiente del complejo medido del residuo emulsión a 50 °C
El coeficiente del complejo representa la resistencia del residuo de emulsión bajo tensión y esfuerzo controlado que representa la condición del tráfico. El desecado durante un día bajo flujo de aire forzado representa el desarrollo de resistencia inicial del ligante de emulsión de asfalto después de la aplicación. La Tabla 1 demuestra que el látex SBR co-aglomerado catiónico desarrolla la resistencia a menor nivel de polímero que el látex de Neopreno .
Ej emplo 2 El desarrollo de resistencia del ligante de emulsión PASS de pocas semanas a meses después de la aplicación se probó utilizando la misma Dynamic Shear Rheometria (Reometria Dinámica de Cizallamiento) . Aquí, las emulsiones PASS que contienen 2% y 3% de polímero por peso contra asfalto + RA-l se secaron como en el Ejemplo 1. Después de un día de desecación con flujo de aire forzado, el residuo de emulsión se almacenó en un horno a 60 °C durante 10 días y el coeficiente del complejo del residuo se midió en el día 1, en el día 3, en los días 7 y 10 de curado en el horno a 60 °C. Esta temperatura representa la temperatura superficial máxima de la carretera en uso . Las Tablas 2 y 3 listan los coeficientes del complejo medidos como una función del tiempo de curado. Estos resultados claramente demuestran el desarrollo temprano de resistencia de la emulsión PASS modificada con látex SBR co-aglomerado catiónico contra la emulsión PASS modificada con Neopreno.
Tabla 2. Coeficiente del complejo del residuo de emulsión curado a 50 °C
La invención se ha descrito en términos de varias modalidades. Estas modalidades son únicamente ilustrativas, y no deben entenderse como limitantes al alcance de la invención, el cual se definir más bien por las reivindicaciones anexas a la presente .