PL191317B1

PL191317B1 - Sposób wytwarzania lepiszcza elastomerowo-asfaltowego i lepiszcze elastomerowo-asfaltowe

Info

Publication number: PL191317B1
Application number: PL336809A
Authority: PL
Inventors: Dariusz Sybilski; Andrzej Wróbel; Renata Horodecka; Wojciech Bańkowski; Krzysztof Mirski
Original assignee: Inst Badawczy Drog I Mostow
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2006-04-28
Also published as: PL336809A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania lepiszcza elastomerowo-asfaltowego, polegający na mieszaniu asfaltu z elastomerem termoplastycznym, którym jest kopolimer blokowy, o strukturze liniowej, rozgałęzionej lub gwiaździstej: styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren, znamienny tym, że asfalt o zawartości większej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie, miesza się z elastomerem w ilości od 1% do 8% wag. w stosunku do asfaltu, a następnie z nadtlenkiem organicznym, dodanym w ilości od 5% do 30% wag. w stosunku do elastomeru. 6. Lepiszcze elastomerowo-asfaltowe zawierające asfalt i elastomer termoplastyczny, znamienne tym, że składa się z asfaltu o zawartości większej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie, od 1% do 8% wag. w stosunku do asfaltu elastomeru termoplastycznego, którym jest kopolimer blokowy o strukturze liniowej, rozgałęzionej lub gwiaździstej: styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren, lub ich mieszanina, od 5% do 30% wag. w stosunku do elastomeru nadtlenku organicznego, korzystnie zawierającego w swojej budowie podstawnik lub podstawniki alkilowe i/lub aromatyczne lub ich pochodne, o łącznej liczbie atomów węgla w cząsteczce od 8 do 30, najkorzystniej wodoronadtlenku kumenu

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest lepiszcze elastomerowo-asfaltowe i sposób wytwarzania lepiszcza elastomerowo-asfaltowego, przeznaczonego do stosowania w mieszankach mineralno-asfaltowych, z których wykonywane są nawierzchnie drogowe.

Rosnące wymagania w stosunku do nawierzchni drogowych spowodowały również wzrost wymagań, co do asfaltu używanego w mieszankach mineralno-asfaltowych. Stale trwają prace nad udoskonalaniem lepiszcza, które wykazywałoby zarówno bardzo dobre właściwości niskotemperaturowe, jak również miało odpowiednią konsystencję. Niskotemperaturowe właściwości lepiszcza można poprawić przez dodanie do asfaltu elastomeru termoplastycznego, którym jest kopolimer blokowy o strukturze liniowej, rozgałęzionej lub gwiaździstej: np. styren-butadien-styren lub styren-izoprenstyren, lub ich mieszanina.

Z polskiego opisu patentowego nr 171 725 znane jest lepiszcze elastomerowo-asfaltowe, otrzymane przez zmieszanie elastomeru termoplastycznego, którym jest kopolimer blokowy styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren z asfaltem, składającym się z od 0,5% do 20% wag. ekstraktu po selektywnej rafinacji destylatów próżniowych i/lub deasfaltyzatów rozpuszczalnikiem organicznym i z od 5% do 80% wag. pozostałości po odasfaltowaniu pozostałości próżniowej rozpuszczalnikiem, a w pozostałej części z pozostałości próżniowej destylacji ropy. Asfalt ten charakteryzuje się zawartością nie więcej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie. Postępując zgodnie ze sposobem przedstawionym w wymienionym opisie patentowym można otrzymać lepiszcze asfaltowe, zawierające od 80% do 99% asfaltu i od 1% do 20% elastomeru termoplastycznego tj. kauczuku syntetycznego, odznaczające się stabilnością układu koloidalnego w czasie magazynowania w stanie płynnym, mające penetrację w 25°C od 15x0,1 mm do 400x0,1 mm i indeks penetracji od -1 do +7 i wykazujące właściwości sprężyste.

Ze względu na coraz większe nasilenie ciężkiego ruchu na drogach konieczne jest stosowanie do budowy nawierzchni drogowych lepiszczy, które zapewnią odporność nawierzchni na spękania w okresie zimy i tworzenie się kolein w okresie lata. Takie cechy może spełnić lepiszcze bitumiczne otrzymane w wyniku modyfikacji twardego asfaltu znanym elastomerem, pod warunkiem uzyskania stabilnego układu koloidalnego kopolimer-asfalt. Utlenianie pozostałości próżniowej, uzyskiwanej z rop parafinowo-naftenowych lub parafinowych, prowadzi do zwiększenia zawartości asfaltenów, co powoduje niezgodność z polimerem termoplastycznym i niestabilność układu koloidalnego elastomeroasfaltu. Wiadomo jest, że asfalt do modyfikacji powinien wykazywać zawartość asfaltenów poniżej 12%.

W polskim opisie zgłoszenia patentowego nr P-330015 firmy SHELL przedstawiony jest sposób wytwarzania kompozycji bitumicznej polegający na tym, że utleniony asfalt, o indeksie penetracji od 0 do 5 miesza się z kauczukiem termoplastycznym, którego ilość wynosi mniej niż 5% wag. w stosunku do całej kompozycji. Utleniony asfalt, używany do takiej kompozycji, otrzymany jest przez poddanie asfaltu o indeksie penetracji poniżej 0 przedmuchiwaniu katalitycznemu, np. z zastosowaniem jako katalizatora kwasu fosforowego i wymieszaniu ze zmiękczaczem naftenowym. Kompozycja asfaltowa według tego rozwiązania, wykazuje zwiększoną odporność na tworzenie się kolein w wysokiej temperaturze oraz lepsze niskotemperaturowe właściwości użytkowe w porównaniu z innymi kompozycjami bitumicznymi, zawierającymi asfalt o innych parametrach, niż podano w opisanym rozwiązaniu, pod warunkiem, że ilość kauczuku termoplastycznego nie przekracza 5% wag. całej kompozycji.

Zastosowanie większej ilości kauczuku termoplastycznego w kompozycji i innego asfaltu utlenionego prowadziłoby do rozwarstwienia fazowego, czyli układ elastomer - asfalt byłby niestabilny.

W praktyce korzystne jest poszerzenie bazy asfaltów przydatnych do modyfikacji kauczukiem termoplastycznym oraz zwiększenie stopnia modyfikacji poprzez zwiększenie zawartości kauczuku w kompozycji.

Nieoczekiwanie okazało się, że można uzyskać kompozycję asfaltową do budowy dróg, w wyniku modyfikacji asfaltu elastomerem, charakteryzującego się zawartością większą niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie, kauczukiem syntetycznym, o bardzo dobrych cechach użytkowych, a więc wykazującą odporność na deformację w wysokich temperaturach i odporność na spękania w niskich temperaturach o stabilnym układzie koloidalnym, postępując zgodnie z niżej opisanym wynalazkiem.

PL 191 317 B1

Zgodnie z wynalazkiem lepiszcze bitumiczne elastomerowo asfaltowe otrzymuje się przez zmieszanie asfaltu o zawartości większej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie, charakteryzującego się penetracją w zakresie od 35x0,1 mm do 400x0,1 mm, korzystnie od 100x0,1 mm do 300x0,1 mm i temperaturą mięknienia od 30°C do 65°C, ze znanym kauczukiem termoplastycznym - kopolimerem blokowym, a następnie wymieszanie z nadtlenkiem organicznym, korzystnie zawierającym w swojej budowie podstawnik lub podstawniki alkilowe i/lub aromatyczne lub ich pochodne o łącznej liczbie atomów węgla w cząsteczce od 8 do 30, jak nadtlenek benzoilu, wodorotlenek kumenu, nadtlenek diterbutylu, nadtlenek dikumylu, dodanym w ilości do 30%, korzystnie od 5% do 20%, w stosunku do kauczuku, którego ilość wynosi od 1% do 8% w stosunku do asfaltu.

Proces mieszania prowadzi się w temperaturze od 110°C do 210°C, korzystnie od 110°C do 180°C, przy czym proces mieszania asfaltu z polimerem odbywa się w temperaturze około 160°C-210°C, korzystnie 160°C-210°C, a następnie po ostudzeniu do temperatury 110°C-140°C dodaje się nadtlenek organiczny. Proces mieszania wszystkich składników kompozycji asfaltowej prowadzi się przez okres do 4 godzin, korzystnie do 2 godzin, pod ciśnieniem otoczenia, ale może odbywać się również w warunkach podwyższonego ciśnienia, do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny. Asfalt przeznaczony do wytworzenia lepiszcza elastomerowo-asfaltowego może stanowić pozostałość po destylacji ropy naftowej, pozostałość pokrakingową, ekstrakty ropy naftowej, destylaty lub ich pozostałości albo ich mieszaniny.

Dzięki zastosowaniu wynalazku uzyskuje się nieoczekiwany efekt mieszalności kauczuku termoplastycznego z asfaltami, zawierającymi nawet więcej niż 12% asfaltenów, uznawanymi dotychczas jako nie nadające się do modyfikacji ze względu na niestabilność układu koloidalnego asfalt-kauczuk. Sposobem według wynalazku można uzyskać trwałą mieszankę elastomerowo-asfaltową, o wysokim stopniu modyfikacji, bo zawierającą od 1% do 8% kauczuku, nie ulegającą sedymentacji, Uzyskana tym sposobem kompozycja charakteryzuje się zarówno dobrymi właściwościami niskotemperaturowymi, jak również dobrymi parametrami konsystencji i wykazuje penetrację w zakresie od 10x0,1 mm do 300x0,1 mm, korzystnie od 30x0,1 mm do 200x0,1 mm oraz temperaturę mięknienia od 35°C do 140°C, korzystnie od 60°C do 110°C.

Wynalazek jest przedstawiony w następujących przykładach wykonania:

Przykład 1

Asfalt o zawartości większej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie mieszano w temperaturze 180°C z 7% kopolimeru blokowego, o strukturze liniowej, rozgałęzionej lub gwiaździstej: styren-butadien-styren lub styren-izopren-styren, lub ich mieszanina, w stosunku do asfaltu przez okres 0,5 godziny. Uzyskane w ten sposób lepiszcze elastomerowo-asfaltowe zmieszano następnie z 15% wodoronadtlenku kumenu w stosunku do kopolimeru blokowego w temperaturze 130°C, przez okres 0,5 godziny. Uzyskane właściwości kompozycji asfaltowej podano w tabeli nr 1.

Przykład 2

Postępowano w sposób podobny do opisanego w przykładzie 1, z tym, że nie został dodany nadtlenek organiczny. Podstawowe właściwości uzyskanego w ten sposób lepiszcza elastomerowoasfaltowego podano w tabeli 1.

T a b e l a 1

Lepiszcze elastomerowo-asfaltowe	Przykład 1	Przykład 2
1	2	3	4
Penetracja w 25°C	0,1 mm	92
Temperatura mięknienia wg PiK	°C	112
Temperatura łamliwości wg Fraassa	°C	-21
Stabilność układu

PL 191 317B1

c.d. tabeli 1

1	2	3	4
Penetracja w 25°C, góra	0.1 mm	89	99
Penetracja w 25°C, dół	0,1 mm	88	82
Temperatura mięknienia wg PiK, góra	°C	103
Temperatura mięknienia wg PiK, dół	°C	101
Po TFOT
Penetracja w 25°C	0,1 mm	70
Temperatura mięknienia wg PiK	°C	100
Temperatura łamliwości wg Fraassa	°C	-17

Podstawową cechą, świadczącą o przydatności lepiszcza elastomerowo-asfaltowego do stosowania jest jego stabilność koloidalna. Oznaczone temperatury mięknienia PiK oraz penetracje w 25°C, dolnej i górnej warstwy próbki lepiszcza, po 72 godzinach wygrzewania w temperaturze 163°C, wykazały bardzo dobrą stabilność. Z tabeli 1 wyraźnie wynika, że lepiszcze elastomerowo-asfaltowe wytworzone sposobem według wynalazku (przykład 1) wykazuje bardzo dobre właściwości niskotemperaturowe, jak i użytkowe. Lepiszcze otrzymane wg wynalazku przeznaczone jest, zwłaszcza do wykorzystania w mieszankach mineralno-asfaltowych stosowanych w drogownictwie, w ilości od 5% do 8% polimeru w asfalcie szczególnie zalecane jest do zastosowań w nawierzchniach i technologiach specjalnych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania lepiszcza elastomerowo-asfaltowego, polegający na mieszaniu asfaltu z elastomerem termoplastycznym, którym jest kopolimer blokowy, o strukturze liniowej, rozgałęzionej lub gwiaździstej: styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren, znamienny tym, że asfalt o zawartości większej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie, miesza się z elastomerem w ilości od 1% do 8% wag. w stosunku do asfaltu, a następnie z nadtlenkiem organicznym, dodanym w ilości od 5% do 30% wag. w stosunku do elastomeru.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nadtlenek organiczny, zawierający w swojej budowie podstawnik lub podstawniki alkilowe i/lub aromatyczne lub ich pochodne, o łącznej liczbie atomów węgla w cząsteczce od 8 do 30, jak nadtlenek benzoilu, nadtlenek diterbutylu, wodoronadtlenek kumenu.
3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nadtlenki organiczne w ilości od 5% do 20% wag. w stosunku do kopolimeru
4. Sposób wg zastrz. 2, znamienny tym, że jako nadtlenek organiczny stosuje się wodoronadtlenek kumenu.
5. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że asfalt z kopolimerem miesza się w temperaturze od 160°C do 210°C, a następnie po ostudzeniu do temperatury 110°C do 140°C miesza się z nadtlenkiem organicznym.
6. Lepiszcze elastomerowo-asfaltowe zawierające asfalt i elastomer termoplastyczny, znamienne tym, że składa się z asfaltu o zawartości większej niż 12% wag. składników nierozpuszczalnych w n-heptanie, od 1% do 8% wag. w stosunku do asfaltu elastomeru termoplastycznego, którym jest kopolimer blokowy o strukturze liniowej, rozgałęzionej lub gwiaździstej:

styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren, lub ich mieszanina, od 5% do 30% wag. w stosunku do elastomeru nadtlenku organicznego, korzystnie zawierającego w swojej budowie podstawnik lub podstawniki alkilowe i/lub aromatyczne lub ich pochodne, o łącznej liczbie atomów węgla w cząsteczce od 8 do 30, najkorzystniej wodoronadtlenku kumenu.