SK282742B6

SK282742B6 - Bitúmenová kompozícia, spôsob jej prípravy a jej použitie

Info

Publication number: SK282742B6
Application number: SK1586-98A
Authority: SK
Inventors: Henricus Engelbertus Johannes Hendriks; Koen Steernberg; Teunis Terlouw; Willem Cornelis Vonk
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B. V.
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2002-11-06
Also published as: EP0900253A1; DE69716420T2; ES2180994T3; HRP970259B1; AU3029097A; AR007157A1; HK1016205A1; CA2252556A1; PL330035A1; NO321610B1; AU718286B2; MY119052A; TW440595B; SI0900253T1; CN1219187A; NO985385D0; RU2193584C2; PL189034B1; HUP9903355A3; US5888289A

Abstract

Je opísaná bitúmenová kompozícia, ktorá obsahuje bitúmenovú zložku, termoplastickú živicu v množstve menšom ako 8 % hmotn. a etylénvinylacetátový kopolymér v množstve menšom ako 5 % hmotn., oboje vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu, pričom etylénvinylacetátový kopolymér má obsah vinylacetátu v rozsahu od 20 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér. Ďalej je opísaný spôsob prípravy tejto kompozície a jej použitie v asfaltových zmesiach na cestné aplikácie.ŕ

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka bitúmenovej kompozície, spôsobu jej prípravy a jej použitia v asfaltových zmesiach na cestné aplikácie.

Doterajší stav techniky

Bitúmen sa používa ako spojivo v cestných asfaltových zmesiach a kontinuálne sa rozvíjal, aby sa dosiahla trvalé rastúca kvalita, ktorú požadujú cestní konštruktéri. Vo všeobecnosti sa bitúmen využíva v asfaltoch, ale vzrastajúce cestné zaťaženie viedlo k predčasnému opotrebovaniu mnohých ciest rozjazdením a popraskaním povrchu. Popraskanie jc ťažký defekt v cestnom asfalte, pretože umožňuje vode dosiahnuť nižšie vrstvy cestného povrchu, kde zapríčiňuje rýchle opotrebenie a urýchľuje potrebu predčasných opráv. Zvýšenie obsahu bitúmenu v asfalte alebo použitie mäkšieho bitúmenu zlepšuje odolnosť asfaltu proti po praskaniu pri nízkych teplotách, ale zvyšuje nebezpečenstvo zvýšeného rozjazdenia pri vyšších teplotách, pretože je zmes plastická. Naopak odolnosť proti rozjazdeniu sa môže zlepšiť znížením množstva bitúmenu v asfaltovej zmesi alebo s použitím tvrdšieho bitúmenu pri znížení odolnosti proti popraskaniu, pretože sa zmes stáva menej ohybnou.

Väčšie úsilie je dnes zamerané na vývoj tvrdšej bitúmenovej kompozície, ktorá by dosiahla dnešné požiadavky na odolnosť proti popraskaniu, t. j. bitúmenovú kompozíciu, ktorá by mala dobré vlastnosti pri nízkych teplotách a dobrú odolnosť proti rozjazdeniu pri vysokých teplotách.

Iná požiadavka, ktorú musia dnes často dosiahnuť bitúmenové kompozície, je odolnosť proti rozpúšťaniu ropnými produktmi, akými sú palivá (napr. benzín a kerozín), a oleje, ako sú mastiace oleje. Táto odolnosť proti rozpúšťaniu je významná v oblastiach, kde sú asfaltové zmesi pravidelne vystavené rozliatiu palív alebo olejov. Tieto oblasti zahŕňajú napríklad letiská, miesta na odstraňovanie odpadu, benzínové pumpy a nádrže. Keď sa asfaltová zmes vystaví palivu alebo rozliatiu olejov, bitúmen sa vylúhuje z asfaltovej zmesi, čo vyústi do straty hrubých agregátov z cestného povrchu, teda do tzv. ornamentu cestného povrchu.

Vzhľadom na uvedené je zrejmé, že by bolo vhodné vyvinúť tvrdú bitúmenovú kompozíciu, ktorá splní dnešné požiadavky na odolnosť proti popraskaniu a navyše bude mať zlepšenú odolnosť proti rozpustnosti ropnými produktmi.

Podstata vynálezu

S prekvapením sa zistilo, že také bitúmenové kompozície sa môžu pripraviť dodaním termoplastickej živice k bitúmenovej zložke a navyše zvlášť dodaním etylénvinylacetátového kopolyméru.

Preto tento vynález poskytuje bitúmenovú kompozíciu, ktorá obsahuje bitúmenovú zložku, termoplastickú živicu v množstve menšom ako 8 % hmotn. a etylénvinylacetátový kopolymér v množstve menšom ako 5 % hmotn., oboje vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu, kde etylénvinylacetátový kopolymér má obsah vinylacetátu v rozsahu od 20 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér.

Hoci použitie etylénvinylacetátového kopolyméru v bitúmenových kompozíciách s termoplastickou živicou je vo všeobecnosti známe, pozri napríklad EP-B1-0337282 a

EP-B1-0340210, musíme poznamenať, že pokrokové použitie etylénvinylacetátového kopolyméru s obsahom vinylacetátu, tak ako sa to tu nárokuje, nebolo doteraz nikde publikované.

Výhodne má etylénvinylacetátový kopolymér použitý podľa tohto vynálezu obsah vinylacetátu v rozsahu od 25 do 35 % hmotn, výhodnejšie v rozsahu od 30 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér.

Výhodne je etylénvinylacetátový kopolymér použitý podľa tohto vynálezu v množstve menšom ako 3 % hmotn., vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu. Výhodnejšie je etylénvinylacetátový kopolymér prítomný v množstve v rozsahu od 0,5 do 3 % hmotn., vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu.

Výhodne je termoplastická živica prítomná v množstve menšom ako 6 % hmotn., vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu.

Bitúmenová kompozícia obsahuje termoplastickú živicu. Výhodne môže bitúmenová kompozícia obsahovať jeden alebo viac rôznych typov termoplastických živíc.

Hoci sa môže výhodne použiť podľa vynálezu široký rozsah termoplastických živíc, uprednostňované termoplastické živice obsahujú selektívne hydrogenované blokové kopolyméry, ktoré obsahujú aspoň dva koncové polymonovinylaromatické uhľovodíkové bloky, aspoň jeden stredný konjugovaný polydiénový blok, ktoré tvoria nekonečnú sieť.

Výhodne sú zložky blokového kopolyméru vybrané zo skupiny, ktorá pozostáva z kopolymérov vzorca A(BA)_malebo (AB)„X, kde A predstavuje najmä blokový kopolymér polymonovinylaromatického uhľovodíka, kde B predstavuje najmä blok konjugovaného polydiénu, kde X predstavuje zvyšok mnohoväzbového spojiva a kde n predstavuje celé číslo > 1, výhodne > 2, a kde m predstavuje celé číslo > 1, výhodne m j e 1.

Výhodnejšie bloky A predstavujú hlavne polystyrénové bloky a B bloky predstavujú hlavne polybutadiénové bloky alebo hlavne polyizoprénové bloky. Použité mnohoväzbové spojivo zahŕňa tie, ktoré sú bežne známe zo stavu techniky.

Pojmom „hlavne“ sa myslí, že príslušné bloky A a B sú hlavne odvodené od monovinylaromatických uhľovodíkových monomérov a od monomérov konjugovaných diénov, ktorých monoméry sa môžu zmiešať s inými štruktúrne príbuznými alebo nepríbuznými komonomérmi, napríklad ako hlavná zložka sa použijú monovinyl aromatické uhľovodíkové monoméry a malé množstvá (do 10 %) iných monomérov alebo butadién zmiešaný s izoprénom alebo s malými množstvami styrénu.

Výhodnejšie blokové kopolyméry obsahujú čisté polystyrénové, čisté izoprénové alebo čisté butadiénové bloky, v ktorých sú polyizoprénové bloky alebo polybutadiénové bloky selektívne hydrogenované najviac do zvyškovej etylénovej nenasýtenosti 20 %, výhodnejšie menej ako 5 % ich pôvodného nenasýteného obsahu pred hydrogenáciou. Výhodne však nie sú blokové kopolyméry selektívne hydrogenované. Najvýhodnejšie použitý blokový kopolymér má štruktúru ABA, kde A má priemernú molekulovú hmotnosť od 3 000 do 100 000, výhodne od 5 000 do 25 000, dvojbloky AB majú priemernú molekulovú hmotnosť v rozsahu od 50 000 do 170 000. Výhodne majú dvojbloky AB priemernú molekulovú hmotnosť v rozsahu od 70 000 do 120 000.

Pojem „priemerná molekulová hmotnosť“, ktorý sa používa v opise podstaty vynálezu, predstavuje molekulovú hmotnosť polyméru, ktorá sa meria gélovou permeačnou chromatografiou (GPC) s použitím polystyrénových kalibračných štandardov (podľa ASTM 3536).

Pôvodne pripravené konjugované polydiénové bloky zvyčajne obsahujú od 5 do 65 % hmotn, vinylových skupín, ktoré majú pôvod v 1,2 polymerizácii konjugovaných diénových molekúl a výhodne je obsah vinylu od 10 do 55 % hmotn.

Kompletný blokový kopolymér, ktorý sa používa podľa predloženého vynálezu, normálne obsahuje polymerizované monovinylaromatické monoméry v množstve od 10 do 60 % hmotn., výhodne 15 do 45 % hmotn.

Priemerná molekulová hmotnosť celého blokového kopolyméru býva normálne v rozsahu od 100 000 do 500 000, výhodne v rozsahu od 150 000 do 200 000.

Ako príklady vhodných čistých blokových kopolymérov je možné uviesť KRATON G-1651, KRATON G-1654, KRATON G-1657, KRA TON G-1650, KRATON G-1701, KRATON D-l 101, KRATON D-l 102, KRATON D-l 107, KRATON D-l 111, KRATON D-l 116, KRATON D-l 117, KRATON D-l 118, KRATON D-l 122, KRATON D-1135X, KRATON D-l 184, KRATON D-1144X, KRATON D-1300X, KRATON D-4141 a KRATON D-4158 (KRATON je ochranná známka).

Bitúmen, ktorý sa má použiť, môže byť zvyškom z destilácie ropy, zvyškom z krakovania, zvyšok z ropy, bitúmen odvodený od propánového bitúmenu, butánový bitúmen, pentánový bitúmen alebo ich zmesi. Iné vhodné bitúmeny zahŕňajú zmesi uvedených bitúmenov s prísadami (riedidlami), akými sú petrolejové zvyšky, napr. aromatické zvyšky, destiláty alebo zvyšky. Výhodne sa pripravuje z bitúmenovej zložky, ktorá sa nepodrobila oxidačnému spracovaniu. Výhodne má bitúmen penetráciu v rozsahu od 50 do 400 dmm, výhodne od 60 do 200 dmm (merané podľa ASTM D 5 pri 25 C) a bod mäknutia v rozsahu od 30 do 60 C, výhodne v rozsahu od 35 do 50 C (merané podľa ASTM Ď 36).

Plnivá, ako sú sadze, kremík a uhličitan vápenatý, stabilizátory, antioxidanty, pigmenty a rozpúšťadlá, sú známe ako užitočné v bitúmenových kompozíciách podľa tohto vynálezu v koncentráciách, ktoré sa uvádzajú v stave techniky.

Tento vynález sa tiež týka spôsobu prípravy týchto bitúmenových kompozícií, ktorý zahŕňa zmiešanie bitúmenu pri teplote v rozsahu od 160 do 220 °C s menej ako 8 % hmotn. termoplastickej živice a s menej ako 5 % hmotn. etylénvinylacetátového kopolyméru, všetko vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu.

Výhodne sa spôsob podľa tohto vynálezu uskutočňuje pri teplote v rozsahu od 170 do 190 °C.

Spôsob sa môže uskutočňovať pri tlaku okolia alebo za zvýšeného tlaku. Normálne sa však uskutočňuje pri tlaku okolia.

Výhodne sa proces uskutočňuje počas časového úseku, ktorý je menší ako 6 hodín, výhodne menej ako 6 hodín.

Vynález ešte ďalej poskytuje použitie bitúmenovej kompozície už opísanej v asfaltových zmesiach na cestné aplikácie.

Vynález bude teraz ilustrovaný nasledujúcimi príkladmi.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Bitúmenová kompozícia podľa vynálezu sa pripravila nasledujúcim spôsobom.

Bitúmen s penetráciou 88 dmm (merané podľa ASTM D 5 pri 25 °C) a s bodom mäknutia 47,5 °C (merané podľa ASTM D 36) sa zmiešal pri teplote 180 °C a počas jednej hodiny so 4 % hmotn. lineárneho nehydrogenovaného po lystyrén-polybutadién-polystyrénového blokového kopolyméru a s 2 % hmotn. etylénvinylacetátového kopolyméru, oboje vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu. Etylénvinylacetátový kopolymér mal obsah vinylacetátu 33 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér. Blokový kopolymér obsahoval 31 % hmotn. styrénu a priemerná molekulová hmotnosť bola 170 000 a obsiahnuté polystyrén-polybutadiénové dvojbloky mali priemernú molekulovú hmotnosť 90 000. Asfaltová zmes sa potom pripravila zmiešaním takto získanej bitúmenovej kompozície s agregátom. Potom sa asfaltová vzorka pripravila podľa Marshallovej metódy RAW 57. Asfaltová vzorka sa potom skladovala pod Jetfuel Al počas 24 hodín. Potom sa roztok dekantoval, hmotnosť asfaltovej vzorky sa stanovila po vysušení pri izbovej teplote počas 24 hodín. Odolnosť proti kerozínu, ktorá sa vyjadrí ako percento hmotnosti pôvodnej asfaltovej vzorky, sa stanovila na 0,8 %.

Príklad 2

Bitúmenová kompozícia podľa tohto vynálezu sa pripravila podobným spôsobom ako v príklade 1, okrem toho, že sa použilo 5 % hmotn. blokového kopolyméru, vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu. Potom sa asfaltová vzorka pripravila z takto získanej bitúmenovej kompozície podobným spôsobom ako v príklade 1. Asfaltová vzorka preukázala odolnosť proti kerozínu 0,6 %.

Príklad 3

Na porovnanie sa pripravila bitúmenová kompozícia podobným spôsobom, ako bolo opísané v príklade 1, okrem toho, že sa nepoužil blokový kopolymér a použilo sa 5,5 % hmotn. etylénvinylacetátového kopolyméru, vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu, s obsahom vinylacetátu 18 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér. Potom sa pripravila asfaltová vzorka z takto získanej bitúmenovej kompozície podobným spôsobom ako v príklade 1. Asfaltová vzorka preukázala odolnosť proti kerozínu 2,3 %.

Príklad 4

Na porovnanie sa pripravila bitúmenová kompozícia podobným spôsobom, ako bolo opísané v príklade 1, okrem toho, že použitý etylénvinylacetátový kopolymér mal obsah vinylacetátu 18 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér. Potom sa asfaltová vzorka pripravila z takto získanej bitúmenovej kompozície podobným spôsobom ako v príklade 1. Asfaltová vzorka preukázala odolnosť proti kerozínu 3,1 %.

Príklad 5

Na porovnanie sa pripravila bitúmenová kompozícia podobným spôsobom, ako bolo opísané v príklade 2, okrem toho, že použitý etylénvinylacetátový kopolymér mal obsah vinylacetátu 40 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér. Potom sa asfaltová vzorka pripravila z takto získanej bitúmenovej kompozície podobným spôsobom ako v príklade 1. Asfaltová vzorka preukázala odolnosť proti kerozínu 3,0 %.

Z uvedeného je zrejmé, že tento vynález poskytuje tvrdé bitúmenové kompozície so zlepšenou kerozínovou odolnosťou (príklady 1 a 2) pri porovnaní s bitúmenovou kompozíciou, ktorá má zloženie mimo rozsahu tohto vynálezu (príklady 3 až 5).

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Bitúmenová kompozícia, vyznačuj úca sa tým, že obsahuje bitúmenovú zložku, termoplastickú živicu v množstve menšom ako 8 % hmotn. a etylén3 vinylacetátový kopolymér v množstve menšom ako 5 % hmotn., oboje vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu, pričom etylénvinylacetátový kopolymér má obsah vinylacetátu v rozsahu od 20 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér.
2. Kompozícia podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že obsah vinylacetátu je v rozsahu od 25 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér.
3. Kompozícia podľa nároku 2, vyznačujúca sa tým, že obsah vinylacetátu je v rozsahu od 30 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér.
4. Kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúca sa tým, že etylénvinylacetátový kopolymér je prítomný v množstve menšom ako 3 % hmotn., vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu.
5. Kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúca sa tým, že termoplastická živica je prítomná v množstve menšom ako 6 % hmotn., vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu.
6. Kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že bitúmen má penetráciu v rozsahu od 50 do 400 dmm a bod mäknutia v rozsahu od 30 do 60 °C.
7. Kompozícia podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že termoplastická živica obsahuje selektívne hydrogenovaný blokový kopolymér, ktorý zahŕňa aspoň dve koncové polymonovinylaromatické uhľovodíkové bloky a aspoň jeden stredný konjugovaný polydiénový blok.
8. Kompozícia podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že blokový kopolymér má vzorec A(BA)_malebo (AB)_nX, kde A predstavuje najmä blok polymonovinylaromatického uhľovodíka a kde B predstavuje najmä konjugovaný polydién, kde X pred stavuje zvyšok mnohoväzbového spojiva a kde n predstavuje celé číslo aspoň 1, a m predstavuje celé číslo aspoň 1.
9. Kompozícia podľa nároku 8, vyznačujúca sa tým, že A bloky sú hlavne polystyrénové bloky a B bloky sú hlavne polybutadiénové bloky alebo hlavne polyizoprénové bloky.
10. Kompozícia podľa nárokov 8 alebo 9, vyznačujúca sa tým, že dvojbloky pripravené z A a B majú priemernú molekulovú hmotnosť v rozsahu od 50 000 do 170 000.
11. Spôsob prípravy bitúmenovej kompozície definovanej v niektorom z nárokov lažlO, vyznačujúci sa tým, že sa zmieša bitúmen pri teplote v rozsahu od 160 do 220 °C s menej ako 8 % hmotn. termoplastickej živice a s menej ako 5 % hmotn. etylénvinylacetátového kopolyméru, oboje vztiahnuté na celkovú bitúmenovú kompozíciu, pričom tento etylénvinylacetátový kopolymér má obsah vinylacetátu v rozsahu od 20 do 35 % hmotn., vztiahnuté na kopolymér.
12. Použitie bitúmenovej kompozície definovanej v niektorom z nárokov 1 až 10 v asfaltových zmesiach na cestné aplikácie.