PL229418B1 - Sposób modyfikowania asfaltów drogowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikowania asfaltów drogowych otrzymywanych jako produkty podestylacyjne ropy naftowej i wykorzystywanych w postaci lepiszczy do mieszanek mineralno - asfaltowych stosowanych do budowy i utrzymania nawierzchni dróg, lotnisk itp. Opracowanie sposobu modyfikowania powszechnie stosowanych asfaltów drogowych, spełniających wymagania producentów, inwestorów i użytkowników dróg, osiągnięto poprzez nową modyfikację chemiczną, prowadzącą do uporządkowania, w dużym stopniu, sieci przestrzennej węglowodorów tworzących lepiszcze za pomocą produktów zdewulkanizowanej gumy wraz z dodatkowo wprowadzonym kauczukiem syntetycznym rozpuszczonym w wysokowrzącym rozpuszczalniku organicznym.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikowania asfaltów drogowych otrzymywanych jako produkty podestylacyjne ropy naftowej i wykorzystywanych w postaci lepiszczy do mieszanek mineralno-asfaltowych stosowanych do budowy i naprawy nawierzchni dróg, lotnisk itp.

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

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

Znanymi plastyfikatorami 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, znane jest uplastycznianie 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.

Wzrastające ciągle wymagania użytkowe nawierzchni drogowych, powodują stałe udoskonalanie mieszanek asfaltowych, bardziej odpornych na obciążenia spowodowane ciężkimi pojazdami, w różnych warunkach atmosferycznych, produkowanych w nieskomplikowanych, ekologicznych i korzystnych ekonomicznie procesach przemysłowych.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu modyfikowania powszechnie stosowanych asfaltów drogowych, spełniających wymagania ich producentów, inwestorów i użytkowników dróg.

Cel ten osiągnięto nieoczekiwanie, opracowując nowy sposób modyfikacji asfaltów ponaftowych, prowadzący do utworzenia, w dużym stopniu uporządkowanej, sieci przestrzennej kauczuków z węglowodorami tworzącymi lepiszcze. Taki chemiczny, trwały sposób modyfikacji lepiszcza asfaltowego zapewnia w znacznym stopniu poprawę wartości użytkowych nawierzchni drogowych.

Sposób modyfikacji asfaltów drogowych w postaci lepiszcza ponaftowego, modyfikowanego rozdrobnionym recyklatem gumowym, kauczukami syntetycznymi rozpuszczonymi w wysokowrzących rozpuszczalnikach organicznych oraz komponentami będącymi donorami siarki charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie na 100 części wagowych asfaltowego lepiszcza dodaje się od 1 do 20 części wagowych recyklatu gumy z dodatkiem od 0,1 do 20 części wagowych wysokowrzącego rozpuszczalnika organicznego w postaci mieszaniny estrów metylowych kwasów tłuszczowych o C16 i C18, będącego przetworzonym chemicznie olejem roślinnym np. rzepakowym, o nazwie biodiesel lub rozpuszczalnika w postaci mieszaniny węglowodorów alifatycznych, występującego pod nazwą diesel czy też lekki olej opałowy, po czym utrzymując temperaturę niezbędną do zdewulkanizowania gumy, w drugim etapie, dodaje się od 1 do 10 części wagowych syntetycznego kauczuku rozpuszczonego granicach 5-20% wag. w jednym z wysokowrzących rozpuszczalników organicznych, takich jak, biodiesel lub diesel, określonych w pierwszym etapie, przy czym przynajmniej w jednym z etapów, jako wysokowrzący rozpuszczalnik organiczny, stosowany jest biodiesel. W następnej kolejności dodaje się siarkę w ilości od 0,01 do 2,0 części wagowych, korzystnie w zmielonej postaci, po czym kontynuuje się ogrzewanie i mieszanie, aż do zaniku efektu egzotermicznego reakcji, odpowiadającego całkowi

PL229 418 Β1 temu zwulkanizowaniu kauczku wraz z produktami wcześniej zdewulkanizowanej gumy i jednolitego ich usieciowania w strukturze lepiszcza asfaltowego.

Korzystnym jest jeśli rozdrobniony recyklat gumy ma wielkość granulacji od 0,01 do 3,0 mm i pochodzi ze zużytych opon samochodowych, a jako syntetyczny kauczuk stosuje się stały kauczuk butadienowy Mooney’a 39-49 ML 1+4 (100°C) lub ibutadienowy o lepkości Mooney’a 41-49 ML 1+4 (100°C).

Tak zmodyfikowane lepiszcze, po okresie kondycjonowania, nadaje się do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

Uzyskany w wyniku modyfikacji według wynalazku, duży i jednolity stopień usieciowania kauczuku z węglowodorami tworzącymi lepiszcze, powoduje, że masa asfaltowa przyjmuje elastyczne właściwości, zachowując przy tym zdolność powrotu do pierwotnego kształtu po ustaniu obciążeń deformujących.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady wykonania.

Przykład 1.

Do 1000 g asfaltu drogowego 20/30, ogrzanego do temperatury ok. 150°C dodano 10 g recyklatu rozdrobnionej gumy o granulacji od 0,01 do 0,8 mm wraz z 1,0 g mieszaniny estrów metylowych kwasów tłuszczowych stanowiących przetworzony chemicznie olej roślinny o nazwie biodiesel.

Reagenty utrzymywano w temperaturze 175-185°C, mieszając intensywnie przez okres 5 godzin, po czym dodano 10 g kauczuku butadienowego o lepkości Mooney’a ML 39049 1+4 (100°C), rozpuszczonego do wartości stężenia 5% wag. w mieszaninie węglowodorów alifatycznych, występującej pod nazwą diesel i utrzymując do końca procesu modyfikacji założoną wyżej temperaturę, mieszano nieprzerwanie przez okres ok. 1 godziny. Następnie dodano 0,1 g pyłu siarki, kontynuując mieszanie jeszcze przez ok. 2 godziny, aż do zaniku efektu egzotermicznego reakcji, odpowiadającego całkowitemu zwulkanizowaniu kauczuku wraz z produktami wcześniej zdewulkanizowanej gumy i jednolitemu usieciowaniu struktury lepiszcza asfaltowego.

Po okresie kondycjonowania przez ok. 70 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowane lepiszcze, gotowe do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

Otrzymano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 65,8 [°C], nawrocie sprężystym 54,3 [%] i penetracji 55,3 [0,1 mm].

Przykład 2.

Do 1000 g asfaltu drogowego 50/70, ogrzanego do temperatury ok. 180°C dodano 150 g recyklatu rozdrobnionej gumy o granulacji od 0,8 do 1,0 mm wraz ze 100 g mieszany węglowodorów alifatycznych, występującej pod nazwą diesel. Reagenty utrzymywano w temperaturze 180-190°C, mieszając intensywnie przez okres 4 godzin, po czym dodano 50 g kauczuku butadienowego o lepkości Mooney’a 41-49 ML 1+4 (100°C) rozpuszczonego do wartości stężenia 10% wag. w mieszaninie estrów metylowych kwasów tłuszczowych o nazwie biodiesel.

Utrzymując do końca procesu modyfikacji założoną wyżej temperaturę, reagenty mieszano nieprzerwanie przez okres ok. 1 godziny, po czym dodano 1,0 g mielonej siarki, kontynuując mieszanie jeszcze przez ok. 2 godzin, aż do zaniku efektu egzotermicznego reakcji, odpowiadającego całkowitemu zwulkanizowaniu kauczuku wraz z produktami wcześniej zdewulkanizowanej gumy i jednolitemu usieciowaniu struktury lepiszcza asfaltowego.

Po okresie kondycjonowania przez ok. 24 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowane lepiszcze, gotowe do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

Otrzymano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 65,0°C, nawrót sprężysty 71,0% i penetrację 62,0 [0,1 mm].

Przykład 3.

Do 1000 g asfaltu drogowego 35/50, ogrzanego do temperatury ok. 200°C dodano 200 g recyklatu gumy o granulacji od 1,0 do 3,0 mm wraz z 200 g mieszaniny węglowodorów alifatycznych, występującej pod nazwą lekkiego oleju opałowego. Reagenty utrzymywano w temperaturze 220-250°C, mieszając intensywnie przez okres 4 godzin po czym dodano 100 g kauczuku butadienowego o lepkości Mooney’a 39-49 ML 1+4 (100°C), rozpuszczonego do wartości stężenia 20% wag. w mieszaninie węglowodorów wchodzących w skład lekkiego oleju opałowego.

Utrzymując do końca procesu modyfikacji założoną wyżej temperaturę, reagenty mieszano nieprzerwanie przez okres ok. 3 godzin. Następnie dodano 20 g krystalicznej siarki, kontynuując mieszanie jeszcze przez ok. 3 godzin, aż do zaniku efektu egzotermicznego reakcji, odpowiadającego całko

PL229 418 Β1 witemu zwulkanizowaniu kauczuku wraz z produktami wcześniej zdewulkanizowanej gumy i usieciowaniu struktury lepiszcza asfaltowego.

Po okresie kondycjonowania przez ok. 48 godz. w temp. 180°C, uzyskano zmodyfikowane lepiszcze gotowe do zmieszania z wypełniaczami mineralnymi.

Otrzymano zmodyfikowany asfalt o temperaturze mięknienia PiK 62,9 [°C], nawrocie sprężystym 64 [%] i penetracji 67,3 [0,1 mm].

Dla celów porównawczych, w tabeli 1. przedstawiono parametry asfaltu modyfikowanego według wynalazku / przykłady 1-3 /.

ΐ według przyto użyly w przykt

I' L i. X L i 3, । j i

I Temp, mięteienh 65,0 62,9 55+63 5040 59-58 i | Nawrót 543 71,0 64,0 me oznacza się, | > 553. 67,0 67,3 20-30 46-54 35-50 |

Claims (3)

1. Sposób modyfikacji asfaltów drogowych w postaci lepiszcza ponaftowego, modyfikowanego rozdrobnionym recyklatem gumowym, kauczukami syntetycznymi rozpuszczonymi w wysokowrzących rozpuszczalnikach organicznych oraz komponentami będącymi donorami siarki znamienny tym, że w pierwszym etapie na 100 części wagowych asfaltowego lepiszcza dodaje się od 1 do 20 części wagowych recyklatu gumy z dodatkiem od 0,1 do 20 części wagowych wysokowrzącego rozpuszczalnika organicznego w postaci mieszaniny estrów metylowych kwasów tłuszczowych o C16 i C18, będącego przetworzonym chemicznie olejem roślinnym np. rzepakowym o nazwie biodiesel lub rozpuszczalnika w postaci mieszaniny węglowodorów alifatycznych, występującego pod nazwą diesel czy też lekki olej opałowy, po czym utrzymując temperaturę niezbędną do zdewulkanizowania gumy, w drugim etapie, dodaje się od 1 do 10 części wagowych syntetycznego kauczuku rozpuszczonego granicach 5-20% wagowych w jednym z wysokowrzących rozpuszczalników organicznych, takich jak, biodiesel lub diesel, określonych w pierwszym etapie, przy czym przynajmniej w jednym z etapów, jako wysokowrzący rozpuszczalnik organiczny, stosowany jest biodiesel, zaś w następnej kolejności dodaje się siarkę w ilości od 0,01 do 2,0 części wagowych, korzystnie w zmielonej postaci, po czym kontynuuje się ogrzewanie i mieszanie, aż do zaniku efektu egzotermicznego reakcji, odpowiadającego całkowitemu zwulkanizowaniu kauczku wraz z produktami wcześniej zdewulkanizowanej gumy i jednolitego ich usieciowania w strukturze lepiszcza asfaltowego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdrobniony recyklat gumy ma wielkość granulacji od 0,01 do 3,0 mm i pochodzi ze zużytych opon samochodowych.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako syntetyczny kauczuk stosuje się stały kauczuk butadienowy Mooney’a M 39-49 ML 1+4 (100°C) lub ibutadienowy o lepkości Mooney’a 41-49 ML 1+4 (100°C).