PL226748B1 - Modykator asfaltów isposób modykacji asfaltów zjego uzyciem - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest modyfikator asfaltów w postaci komponentu, umożliwiającego uzyskanie optymalnych parametrów użytkowych asfaltów, z przeznaczeniem do produkcji nawierzchni drogowych, materiałów hydroizolacyjnych, takich jak, papy lub folie z polimerów oraz sposób modyfikacji tych asfaltów z użyciem przedmiotowego modyfikatora.

Znane są różnego rodzaju przemysłowe asfalty drogowe produkowane na bazie asfaltów ponaftowych, otrzymywanych w systemie utleniania pozostałości podestylacyjnej ropy naftowej lub rafinatu.

Dla uzyskania korzystnych parametrów użytkowych m.in. jak, penetracja w 25°C i po starzeniu, temperatura mięknienia, czy zapłonu, łamliwości nawrotu sprężystego, zmiany masy i wzrostu temperatury mięknienia po starzeniu itp., lepiszcza asfaltowe przeznaczone jako nawierzchnie drogowe, poddaje się dodatkowym procesom modyfikacji chemicznej lub fizycznej np. uplastycznieniu, upłynnieniu.

Znanymi modyfikatorami lepiszcza asfaltowego są m.in. gumy i elastomery - kompozycje kauczukowe z rozpuszczalnikiem.

Z przykładowych polskich zgłoszeń patentowych P.283827; P.283829; P.286478; P.398178 czy P.396866, a także opisów patentowych jak, PL 162890; PL 185166; PL 188337; PL 189068; PL 191317; PL 204928; PL 205644; PL 208947 czy PL 214138, znana jest modyfikacja asfaltów za pomocą kauczuków lub ich mieszanek z rozpuszczalnikami. Tego rodzaju modyfikacje fizyczne nie zapewniają nawierzchni asfaltowej pełnej wytrzymałości na odkształcenia pod wpływem obciążeń, w warunkach zmiennych temperatur lub opadów.

Inne modyfikacje, opisane w przytaczanych wyżej niektórych zgłoszeniach czy opisach patentowych, polegają na dodawaniu do lepiszcza miału lub regeneratu gumowego i utlenianiu sprężonym powietrzem, zwłaszcza w celu otrzymywania masy klejowej do materiałów hydroizolacyjnych, takich jak, papy lub folie z polimerów.

Z wymienionych już opisów patentowych PL 205644; PL 214138 i PL 187670 oraz PL 207674, znana jest również modyfikacja chemiczna asfaltów naftowych donorem siarki, a także otrzymywanie spoiw siarkowych dla produkcji siarkobetonów, stanowiących roztwory stałe eutektycznej mieszaniny siarki i węglowodorów olefinowych.

Z opisów patentowych US 3459695 i US 4567222 oraz GB 1047828 i GB 1116834 znane są masy asfaltowe zawierające ataktyczny kopolimer propylenowo-etylenowy, czy też taki kopolimer z komponentami jak olej mineralny lub destrukt gumowy w postaci zdepolimeryzowanej gumy.

Z polskiego opisu patentowego nr 171725 znane jest lepiszcze elastomerowo asfaltowe, otrzymane przez zmieszanie z asfaltem ponaftowym elastomeru termoplastycznego, którym, między innymi, jest kopolimer blokowy styren-butadien-styren. Lepiszcze bitumiczne otrzymane w wyniku modyfikacji twardego asfaltu takim elastomerem, prowadzi do zwiększenia zwartości asfaltenów i w konsekwencji do niestabilnego układu koloidalnego kopolimer - asfalt, co ma wpływ na parametry użytkowe nawierzchni drogowych.

Z kolei ze zgłoszenia PL 406668 znany jest sposób modyfikacji asfaltów z użyciem rozdrobnionego recyklatu gumowego i syntetycznych kauczuków rozpuszczonych w wysokowrzących rozpuszczalnikach organicznych będących mieszaniną węglowodorów alifatycznych, o nazwie diesel lub lekkiego oleju opałowego, czy też w mieszaninie estrów metylowych kwasów tłuszczowych, stanowiących przetworzony chemicznie olej roślinny np. rzepakowy, o nazwie biodiesel.

Uzyskana w wyniku takiej modyfikacji masa asfaltowa, przyjmuje wprawdzie elastyczne właściwości, jednakże duży i jednolity stopień usieciowania wiązań nienasyconych w wysokowrzących rozpuszczalnikach organicznych powoduje, że masa asfaltowa może ulegać przedwczesnemu starzeniu się, co niekorzystnie wpływa na jej parametry użytkowe.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu modyfikowania powszechnie stosowanych asfaltów drogowych wobec ciągle wzrastających wymagań ich producentów, inwestorów i użytkowników dróg.

Cel ten osiągnięto nieoczekiwanie, opracowując nowy komponent do modyfikacji asfaltów drogowych i sposób modyfikacji asfaltów z jego użyciem, zapewniający w znacznym stopniu poprawę wartości użytkowych nawierzchni drogowych i powłok izolacyjnych.

Modyfikator asfaltów drogowych według wynalazku stanowi komponent składający się od 3 do 108 części wagowych spęczniałego, rozdrobnionego recyklatu gumy oraz od 2 do 20 części wagowych kopolimeru blokowego styren-butadien-styren w postaci żelu, korzystnie dwublokowego kopoliPL 226 748 B1 meru styren-butadien-styren o maksymalnym stężeniu dwubloków do 78% oraz donoru siarkowego w ilości od 0,01 do 2 części wagowych, przy czym czynnikiem spęczniającym i żelującym są parafiny jako wysokowrzące węglowodory alifatyczne.

Sposób modyfikacji asfaltów drogowych z udziałem lepiszcza ponaftowego modyfikowanego rozdrobnionym recyklatem gumowym, syntetycznym kopolimerem oraz donorem siarki, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przebiega z udziałem modyfikatora, komponentu wyżej opisanego, stanowiącego również istotę wynalazku, w trakcie etapowej reakcji, polegającej najpierw na dodaniu do 100 części wagowych podgrzanego asfaltu od 3 do 108 części wagowych recyklatu gumy, spęczniałej w wyniku dodania doń jednej z parafin jako wysokowrzącego węglowodoru alifatycznego, w ilości od 0,01 do 30 części wagowych na 100 części wagowych czystej gumy i po czasie zdewulkanizowania gumy, w drugim etapie, mieszając i utrzymując podwyższoną temperaturę reakcji, dodaje się od 2 do 20 części wagowych kopolimeru blokowego styren-butadien-styren w postaci żelu, korzystnie dwublokowego kopolimeru styren-butadien-styren, o maksymalnym stężeniu do 78%, którego żelatynizację uzyskano stosując jedną z parafin w proporcji na 100 części wagowych kopolimeru od 0,01 do 30 części wagowych węglowodoru i w dalszym ciągu mieszając, utrzymuje się podwyższoną temperaturę reakcji, po czym dodaje się donor siarkowy, w ilości od 0,01 do 2 części wagowych i otrzymany produkt kondycjonuje od kilku do kilkunastu godzin.

Drugi wariant sposobu modyfikacji asfaltów drogowych według wynalazku, polega na zmieszaniu podgrzanego asfaltu z uprzednio przygotowanym według wynalazku modyfikatorem, w proporcji na 100 części wagowych asfaltu od 5,01 do 130 części wagowych modyfikatora i po czasie niezbędnym do zdewulkanizowania gumy oraz całkowitego jednolitego ukształtowania się struktury, otrzymany produkt kondycjonuje się do dalszego zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

Asfalty zmodyfikowane z udziałem parafin jako wysokowrzących węglowodorów alifatycznych charakteryzują się małą lotnością oraz brakiem wiązań nienasyconych powodujących usieciowanie struktury, negatywnie wpływającej na starzenie się asfaltów.

Modyfikator asfaltów według wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania 1 i 2, zaś sposób modyfikacji asfaltów z jego udziałem w przykładach 3-8.

P r z y k ł a d 1.

Sporządzono komponent składający się z 20 g zżelowanego uprzednio dwublokowego 75% kopolimeru styren-butadien-styren (SBS) oraz 100 g spęczniałego recyklatu gumowego granulacji do 0,4 mm oraz 2 g zmielonej siarki, który po dokładnym wymieszaniu stanowi modyfikator asfaltu. Do żelowania kopolimeru użyto 0,01 g, a do spęcznienia gumy 10 g parafiny lekkiej na 100 g czystej gumy lub kopolimeru.

P r z y k ł a d 2.

Sporządzono komponent składający się z 20 g zżelowanego uprzednio 78% dwublokowego kopolimeru styren-butadien-styren oraz 150 g spęczniałego recyklatu gumowego granulacji do 0,4 mm oraz także 2 g zmielonej siarki, który po dokładnym wymieszaniu stanowi modyfikator asfaltu. Do żelowania kopolimeru użyto 0,01 g a do spęcznienia gumy użyto parafiny ciężkiej w ilości 10 g na 100 g czystej gumy czy kopolimeru.

P r z y k ł a d 3.

Do 1000 g asfaltu drogowego 50/70, ogrzanego do temperatury ok. 185°C dodano 122 g przygotowanego jak w przykładzie 1 modyfikatora. Reagenty utrzymywano w temperaturze 185-190°C, mieszając intensywnie przez okres 3 godz., aż do momentu dewulkanizacji gumy i ukształtowania jednolitej struktury. Po okresie kondycjonowania przez ok. 1 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 67,8°C, nawrocie sprężystym 67,8% i penetracji

35.9 [0,1 mm], gotowy do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

P r z y k ł a d 4.

Do 2000 g asfaltu drogowego 50/70, ogrzanego do temperatury ok. 185°C dodano 344 g przygotowanego jak w przykładzie 2 modyfikatora. Reagenty utrzymywano w temperaturze 185-190°C, mieszając intensywnie przez okres 3 godz., aż do momentu dewulkanizacji gumy i ukształtowania jednolitej struktury. Po okresie kondycjonowania przez ok. 3 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 76 [°C], nawrocie sprężystym 73 [%] i penetracji

28.9 [0,1 mm], gotowy do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

P r z y k ł a d 5.

Do 500 g asfaltu drogowego 50/70, ogrzanego do temperatury ok. 220°C dodano 75 g recyklatu rozdrobnionej gumy o granulacji do 0,4 mm spęczniałej przy pomocy parafiny ciężkiej, użytej w pro4

PL 226 748 B1 porcji 10 g na 100 g gumy. Reagenty utrzymywano w temperaturze 215-220°C, mieszając intensywnie przez okres 4 godzin, po czym po ochłodzeniu do temp. 185-190°C dodano 10 g 75% kopolimeru styren-butadien-styren, w postaci żelu uzyskanego przy pomocy parafiny ciężkiej, użytej w proporcji 0,01 g na 100 g kopolimeru. Utrzymując założoną wyżej temperaturę, reagenty mieszano nieprzerwanie przez ok. 4 godz., po czym dodano 1g zmielonej siarki i kontynuując mieszanie, proces zakończono po całkowitym zwulkanizowaniu kopolimeru SBS wraz z produktami zdewulkanizowanej gumy ukształtowaniu jednolitej struktury. Po okresie kondycjonowania przez ok. 6 godz. w temp. 180°C, uzyskano asfalt o temperaturze mięknienia PiK 64,0°C, nawrocie sprężystym 71,0% i penetracji 59,5 [0,1 mm], gotowy do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

P r z y k ł a d 6.

Do 1000 g asfaltu drogowego 50/70, ogrzanego do temperatury ok. 190°C dodano 100 g recyklatu rozdrobnionej gumy o granulacji do 0,4 mm spęczniałej przy pomocy parafiny lekkiej, użytej w proporcji 10 g na 100 g gumy. Reagenty utrzymywano w temperaturze 180-190°C, mieszając intensywnie przez 6 godzin, po czym dodano 20 g 75% kopolimeru styren-butadien-styren, w postaci żelu uzyskanego przy pomocy parafiny lekkiej, użytej w proporcji 0,01 g na 100 g kopolimeru, a także g zmielonej siarki. Utrzymując do końca procesu modyfikacji założoną wyżej temperaturę, reagenty mieszano nieprzerwanie przez okres ok. 2 godzin, aż do całkowitego zwulkanizowania kopolimeru SBS wraz z produktami częściowo zdewulkanizowanej gumy i ukształtowania jednolitej struktury. Po okresie kondycjonowania przez ok. 4 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 62,1°C, nawrocie sprężystym 76,3% i penetracji 53,1 [0,1 mm], gotowy do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

P r z y k ł a d 7.

Do 500 g asfaltu drogowego 35/50, ogrzanego do temperatury ok. 220°C dodano 15 g recyklatu rozdrobnionej gumy o granulacji do 0,8 mm spęczniałej przy pomocy parafiny ciężkiej, użytej w proporcji 0,01 g na 100 g gumy. Reagenty utrzymywano w temperaturze 215-220°C, mieszając intensywnie przez okres 6 godzin, po czym po ochłodzeniu do temp. 185-190°C dodano 10,0 g 78% kopolimeru styren-butadien-styren, w postaci żelu uzyskanego przy pomocy parafiny ciężkiej, użytej w proporcji 0,01 g na 100 g kopolimeru. Utrzymując założoną wyżej temperaturę, reagenty mieszano nieprzerwanie przez ok. 4 godz., po czym dodano 0,05 g zmielonej siarki i kontynuując mieszanie, proces zakończono po całkowitym zwulkanizowaniu kopolimeru SBS wraz z produktami zdewulkanizowanej gumy i ukształtowaniu jednolitej struktury. Po okresie kondycjonowania przez ok. 6 godz. w temp. 180°C, uzyskano asfalt o temperaturze mięknienia PiK 62,5°C, nawrocie sprężystym 67% i penetracji 38,2 [0,1 mm], gotowy do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

P r z y k ł a d 8.

Do 1000 g asfaltu drogowego 50/70, ogrzanego do temperatury ok. 180°C dodano 1080 g recyklatu rozdrobnionej gumy o granulacji do 0,4 mm spęczniałej przy pomocy parafiny lekkiej, użytej w proporcji 10 g na 100 g gumy. Reagenty utrzymywano w temperaturze 180-185°C, mieszając intensywnie przez okres 6 godzin, po czym dodano 200 g 75% kopolimeru styren-butadien-styren, w postaci żelu uzyskanego przy pomocy parafiny lekkiej, użytej w proporcji 10 g na 100 g kopolimeru, a także 20 g zmielonej starki. Utrzymując do końca procesu modyfikacji założona wyżej temperaturę, reagenty mieszano nieprzerwanie przez okres ok. 2 godziny aż do całkowitego zwulkanizowania kapolimeru SBS wraz z produktami częściowo zdewulkanizowanej gumy i ukształtowania jednolitej struktury. Po okresie kondycjonowania przez, ok. 4 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 76,0°C, nawrocie sprężystym 73,50% i penetracji 40,0 [0,1 mm], gotowy do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

Wynalazek realizowano jeszcze w innych przykładach wykonania, a parametry użytkowe zmodyfikowanego asfaltu przedstawiono poniżej.

Właściwość	asfalty modyfikowane według wynalazku (przykładowe za	asfalty modyfikowane znanymi sposobami akresy wartości)
Temp. mięknienia PiK [°C]	78,1-66,7	55,8-65,0
Nawrót sprężysty [%]	78,5-80,0	54,3-71,0
Penetracja [0,1 mm]	43,4-61,0	55,3-67,3

PL 226 748 B1

Przedstawione wyniki świadczą o zwiększonej skuteczności modyfikacji asfaltu za pomocą recyklatu gumy w postaci spęczniałej i kopolimeru w postaci żelu, uzyskanych przy pomocy wysokowrzących węglowodorów alifatycznych.

Claims (7)

1. Modyfikator asfaltów drogowych zawierający rozdrobniony recyklat gumy, dwublokowy kopolimer styren-butadien-styren oraz donor siarkowy, znamienny tym, że zawiera od 3 do 108 części wagowych spęczniałego recyklatu gumy, od 2 do 20 części wagowych kopolimeru w postaci żelu i donor siarkowy w ilości od 0,01 do 2 części wagowych.

2. Modyfikator według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnikiem spęczniającym i żelującym są parafiny jako wysokowrzące węglowodory alifatyczne.

3. Modyfikator według zastrz. 1, znamienny tym, że jako zżelowany dwublokowy kopolimer styren-butadien-styren stosuje się korzystnie kopolimer o maksymalnej 78% zawartości dwubloków.

4. Sposób modyfikacji asfaltów z udziałem modyfikatora określonego zastrzeżeniami od 1 do 3, znamienny tym, że polega na dodaniu, w proporcji na 100 części wagowych podgrzanego asfaltu od 3 do 108 części wagowych recyklatu gumy, spęczniałej w wyniku dodania doń parafiny jako wysokowrzącego węglowodoru alifatycznego i po czasie zdewulkanizowania gumy, w drugim etapie, z zachowaniem mieszania i podwyższonej temperatury reakcji, dodaje się od 2 do 20 części wagowych kopolimeru blokowego styren-butadien-styren w postaci żelu, uzyskanego również z zastosowaniem parafiny i kontynuując mieszanie oraz utrzymując dotychczasową temperaturę, w końcowym etapie reakcji dodaje się donor siarkowy w ilości od 0,01 do 2,0 części wagowych, po czym otrzymany produkt kondycjonuje się przez kilkanaście godzin.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że spęczniały recyklat gumy jak i kopolimer w postaci żelu, otrzymuje się w wyniku dodania doń parafiny jako wysokowrzącego węglowodoru alifatycznego, w ilości od 0,01 do 30 części wagowych na 100 części wagowych gumy lub kopolimeru.

6. Sposób modyfikacji asfaltów z udziałem modyfikatora określonego zastrzeżeniami od 1 do 3, znamienny tym, że polega na dodawaniu w trakcie mieszania i utrzymywania podwyższonej temperatury reakcji, uprzednio przygotowanego modyfikatora, w ilości od 5,01 do 130 części wagowych przypadającej na 100 części wagowych asfaltu i po czasie niezbędnym do zdewulkanizowania gumy oraz całkowitego ukształtowania jednolitej struktury, a produkt kondycjonuje się przez kilkanaście godzin.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że spęczniały recyklat gumy jak i kopolimer w postaci żelu, otrzymuje się w wyniku dodania doń parafiny jako wysokowrzącego węglowodoru alifatycznego, w ilości od 0,01 do 30 części wagowych na 100 części wagowych gumy lub kopolimeru.