PL183847B1 - Środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego - Google Patents

Abstract

Środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego zawierający rozpuszczalniki organiczne, polimer termoplastyczny, poliolefiny, lateksy SBS, znamienny tym, że składa się z 3-40% wagowych elastomeru termoplastycznego styren-butadien-styren, 5-15% wagowych diamin tłuszczowych zawierających w łańcuchu alkilowym od 12-22 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydro- ksyetylo)alkiloamin zawierających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników, korzystnie takich jak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny.

Description

Przedmiotem wynalazku jest środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego, zawierającego rozpuszczalniki organiczne. Asfalt upłynniony stosowany jest w temperaturze poniżej 100°C, najczęściej w temperaturze otoczenia. Asfalt upłynniony stosowany jest jako lepiszcze do wytwarzania mieszanek ameralno-bitumicznych na zimno. Mieszanki mineralno-bitumiczne na zimno otrzymywane są w temperaturze otoczenia w wyniku wymieszania odpowiednich kruszyw z asfaltem upłynnionym i wykorzystywane są do napraw nawierzchni drogowych, do stabilizacji dróg żwirowych oraz do powierzchniowych utrwaleń nawierzchni drogowych. Asfalty upłynnione stosowane są najczęściej bez modyfikacji. Sąto mieszaniny asfaltu drogowego zjednym lub kilku rozpuszczalnikami pochodzącymi z przerobu ropy naftowej lub destylacj i smoły.

Do modyfikacji asfaltów (w tym upłynnionych) znane jest stosowanie polimerów termoplastycznych jak EVA (kopolimer etylenu i octanu winylu), poliolefiny oraz lateksy SB (styrenowo-butadienowe). Modyfikacja poliolefmami i polimerem EVA nie daje zbyt dobrych efektów, szczególnie jeśli chodzi o nawrót sprężysty lepiszcza pozostałego po odparowaniu rozpuszczalników. Stosowanie z kolei lateksów SB jest wyjątkowo niedogodne, co powoduje silne pienienie asfaltu. Proces ten jest długotrwały i niebezpieczny w wykonaniu.

Najkorzystniej sze efekty modyfikacji asfaltu (znaczna poprawa nawrotu sprężystego) uzyskuje się poprzez wprowadzenie do asfaltu elastomeru termoplastycznego styren-butadien-styren (SBS). Dokonanie modyfikacji za pomocąSBS jestjednak zabiegiem trudnym w wykonaniu, energochłonnym i wymagającym specjalistycznego sprzętu. Modyfikacja elastomerem SBS przeprowadzana jest najczęściej w wyniku wielogodzinnego ogrzewania asfaltu z pewnailo.ścią elastomeru SBS (z reguły 3-5% wagowych) w wysokiej temperaturze (180-200°C), a następnie uzyskana niejednorodna mieszanina jest poddawana dużym siłom ścinającym w specjalnym młynie.

W polskim opisie patentowym 167 953 podany jest sposób wprowadzenia elastomeru termoplastycznego SBS do asfaltu w wysokiej temperaturze powyżej 160°C, polegający na kilku godzinnym jego ogrzewaniu i mieszaniu z zastosowaniem mieszadeł wolno i szybkoobrotowych. Z niemieckiego opisu patentowego 3 727 456 znany jest sposób wytwarzania asfaltu modyfikowanego elastomerem termoplastycznym polegający na ścinaniu elastomeru w środowisku asfaltu w wysokiej temperaturze w specjalnych młynach koloidalnych o dużych siłach ścinających.

Celem wynalazku było otrzymanie środka modyfikującego (zawierającego elastomer SBS) do asfaltu upłynnionego w postaci umożliwiającej stosunkowo proste i efektywne wprowadzenie, SBS do asfaltu.

Środek według wynalazku składa się z: 3-40% wagowych elastomeru styren-butadien-styren, 5-15% wagowych diamin tłuszczowych zawierających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin posiadających w łańcuchu

183 847 alkilowym 12-22 atomów węgła oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników takich jak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny. Nieoczekiwanie stwierdzono, że ciekły, stabilny i efektywny w działaniu środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego można uzyskać przez rozpuszczenie elastomeru styren-butadien-styren w mieszaninie rozpuszczalników aromatycznych w obecności mieszaniny diamin tłuszczowych zawierających od 12 do 22 atomów węgla w łańcuchu alkilowym i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy zawierającej również 12-22 atomów węgla. Zastosowanie w składzie według wynalazku mieszaniny amin, to jest diamin tłuszczowych i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin umożliwia niespodziewanie trwałe rozpuszczenie elastomeru SBS w rozpuszczalnikach aromatycznych zapobiegając jego wytrącaniu, szczególnie w obecności jego w większych ilościach rzędu 20-40% wagowych. Stwierdzono, że zastosowanie w składzie środka według wynalazku mieszaniny diamin tłuszczowych i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin powoduje efekt synergistyczny przejawiający się uzyskaniem nieoczekiwanie wysokich wartości adhezji biernej (przyczepność asfaltu do kruszyw) wytworzonego lepiszcza do kruszyw mineralnych. Przykładowo mieszaninę zawierającą 75% wagowych etylobenzenu i 25% wagowych elastomeru SBS trudno jest ujednorodnić (występuje zjawisko rozwarstwiania i wytrącania elastomeru), a otrzymany asfalt upłynniony modyfikowany (otrzymany poprzez dodatek tej mieszaniny do asfaltu upłynnionego) w ilości 5% wagowych wykazuje bardzo słabe właściwości adhezyjne do kruszyw, to jest rzędu 30% pokrycia powierzchni kruszywa przez asfalt (przykład I).

Środek według wynalazku, zawierający 25% elastomeru SBS, 12% wagowych diamin łojowych (C_I6-C₁₈) i 3% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin(alkil łojowy C₁₆-C₁₈) oraz 60% wagowych etylobenzenu stanowi klarowną, nierozwarstwiającą się ciecz o nieco podwyższonej lepkości. Przyczepność do kruszyw asfaltu upłynnionego zawierającego 5% wagowych środka według wynalazku jest nieoczekiwanie bardzo wysoka i wynosiła około 95% (powierzchni pokrycia kruszywa przez asfalt). Dla porównania dla asfaltu upłynnionego zawierającego 5%środka składającego 25% wagowych elastomeru SBS, 12% wagowych diamin łojowych (Cj6-Ci₈) i 63% etylobenzenu uzyskuje się adhezję bierną do kruszywa zaledwie 45%. Podobnie dodatekN,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin do etylobenzenu z elastomerem SBS nieznacznie wpływał na podniesienie adhezji biernej asfaltu upłynnionego. Dopiero wprowadzenie łączne diamin łojowych i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin (łojowych) do etylobenzenu z elastomerem SBS gwarantowało nieoczekiwanie uzyskanie asfaltu upłynnionego modyfikowanego o bardzo dobrych parametrach adhezyjnych a środek był w pełni jednorodny (nie występowało zjawisko wytracania elastomeru).

Podczas mieszania składników środka według wynalazku zachodzi nie tylko ujednorodnienie mieszaniny, ale także oddziaływania chemiczne składników co sprawia, że otrzymany środek ma nieoczekiwanie korzystne właściwości w zastosowaniu do asfaltu upłynnionego.

Prawdopodobnie mieszanina diamin tłuszczowych i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin powodując trwałe, klarowne rozpuszczenie składników (SBS oraz amin) w związkach aromatycznych wpływa na synergizm działania (adhezja bierna asfaltu upłynnionego modyfikowanego) poszczególnych składników receptury środka.

Środek według wynalazku otrzymuje się w reaktorze zaopatrzonym w mieszadło i płaszcz, grzejny. Do reaktora wprowadza się najpierw rozpuszczalnik aromatyczny (najkorzystniej etylobenzen), następnie wsypuje się elastomer SBS i po zamieszaniu pozostawia całość na 3-5 godzin podnosząc stopniowo temperaturę cieczy do 70°C. Po osiągnięciu tej temperatury dodaje się podczas mieszania uprzednio stopioną diaminę tłuszczową i stopioną N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminę i całość miesza się przez co najmniej 30 minut do ochłodzenia.

Przykład I

Sporządzono środek zawierający:

250 g elastomeru styren-butadien-styren, 120 g diaminy łojowej (łańcuch alkilowy C^-C^), 20 g N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy łojowej (C^-C^) i 610 g etylobenzenu. Do reaktora o pojemności 1,51 wprowadzono etylobenzen do którego następnie wsypano stały elastomer SBS. Zawartość reaktora pozostawiono na 5 godzin podnosząc temperaturę cieczy do 70°C. W tempe4

183 847 raturze 70°C wlano stopioną diaminę łojową i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminę (łojową). Otrzymano klarowną, nierozwarstwiajacą się ciecz o nieco podwyższonej lepkości. Następnie sporządzono asfalt upłynniony modyfikowany środkiem według wynalazku w ten sposób, że do 95 g asfaltu upłynnionego wprowadzono 5g wyżej wymienionego środka.

Adhezję bierną (do granitu) asfaltu modyfikowanego środkiem według wynalazku określono powszechnie stosowaną (w drogownictwie) do tego celu techniką to jest “metodą gotowania”. Aby określić adhezję bierną kruszywo otoczone asfaltem lub próbki otoczonych grysów, miesza się 0,8 g asfaltu i 30 g kruszywa do całkowitego pokrycia asfaltem wszystkich ziarn kruszywa i pozostawia na 24 godziny. Otoczone asfaltem kruszywo gotuje się w 50 ml wody przez 5 minut a następnie oceniany jest stopień odmycia asfaltu z powierzchni kruszywa, Dla asfaltu upłynnionego zawierającego środek według wynalazku o wyżej wymienionym składzie przyczepność do granitu wynosiła 95% a do porfiru 90% (tabela 1).

Dla porównania dla asfaltu upłynnionego zawieraj ącego 5% środka (niejednorodny) składającego się z 250 g elastomeru SBS, 120 g diamin łojowych (C₁₆-C₁₈) i 630 g etylobenzenu uzyskuje się przyczepność do granitu zaledwie 45%, do porfiru 40%. Podobnie asfalt upłynniony zawierający 5% środka (niejednorodnego) składającego się z 250 g elastomeru SBS, 20 g N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy łojowej (C₁₆-C₁₈) i 730 g etylobenzenu również wykazuje słabe właściwości adhezyjne; przyczepność np. do granitu wynosi 35% a do porfiru 30%.

Powyższe przykłady (analiza tabeli 1) dowodzą, że zastosowanie mieszaniny diamin tłuszczowych i N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin w układzie rozpuszczalnik aromatyczny - elastomer SBS, powoduje efekt synergistyczny przejawiający się uzyskaniem nieoczekiwanie wysokich wartości adhezji biernej wytworzonego lepiszcza do kruszyw mineralnych.

Przykład II

Sporządzono środek zawierający:

g elastomeru styren-butadien-styren, 150 gdiaminy kokosowej (C^), 80gN,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy rzepakowej (C22) i 812 g toluenu. Sposób sporządzenia środka oraz określenie adhezji asfaltu modyfikowanego środkiem o wyżej wymienionym składzie podano w przykładzie I. Środek stanowił jednorodną ciecz bez zawiesin i osadów.

Przyczepność do kruszyw asfaltu upłynnionego zawierającego 5% wagowych środka wynosiła odpowiednio: do kruszywa granitowego 100% i do kruszywa porfirowego 95%.

Przykład III

Sporządzono środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego zawierający:

400 g elastomeru SBS, 50 g diaminy rzepakowej (C22), 80 g N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy kokosowej (C^) i 470 g farbasolu, będącego mieszaniną węglowodorów aromatycznych; toluenu, etylobenzenu, ksylenów.

Sposób sporządzenia środka oraz określenie adhezji asfaltu modyfikowanego środkiem podano w przykładzie I. Środek stant^^-wił jednorodną ciecz bez zawiesin i osadów. Przyczepność do kruszyw asfaltu upłynnionego zawierającego 5% wagowych środka wynosiła około 95% zarówno dla granitu jak i do porfiru.

Przykład IV

Sporządzono środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego zawierający:

200 g elastomeru SBS, 140 g diaminy łojowej (C^-C^), 10 g, N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy łojowej (C^-C^) i ksylenu do 1000 g. Sposób sporządzenia środka oraz określenie adhezji asfaltu modyfikowanego środkiem podano w przykładzie I.

Środek stanowił jednorodną ciecz bez zawiesin i osadów.

Przyczepność do kruszyw' asfaltu upłynnionego zawierającego 5%o wagowych środka wynosiła 97% do granitu i 95% do kruszywa porfirowego.

183 847

Tabela 1

Skład i właściwości asfaltu upłynnionego modyfikowanego środkiem według wynalazku (elastoner SBS, aminy, rozpuszczalnik aromatyczny) i modyfikatorami porównawczymi

Składniki/właściwości	1	2	3	4
Etylobenzen	800 g	630 g	730 g	610g
Elastomer SBS	250 g	250 g	250 g	250 g
Diamina łojowa	-	120 g	-	120 g
N ,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamina - łojowa	-	-	20 g	20 g
Wygląd zewnętrzny	mętna ciecz z tendencją	niejednorodna	niejednorodna	jednorodna
(t=25°C)	do rozwarstwiania w czasie	ciecz	ciecz	ciecz
Przyczepność do granitu	30%	45%	35%	95%
Przyczepność do porfiru	25%	40%	30%	90%

183 847

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego zawierający rozpuszczalniki organiczne, polimer termoplastyczny, poliolefiny, lateksy SBS, znamienny tym, że składa się z 3-40% wagowych elastomeru termoplastycznego styren-butadien-styren, 5-15% wagowych diamin tłuszczowych zawierających w łańcuchu alkilowym od 12-22 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin zawieraj ących w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników, korzystnie takichjak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny.