(73) Uprawniony z patentu:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATEMTGWY (19) PL (11) (51 ) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B 1 (51) IntCl7 C10C 3/02 (54) Środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/98 (73) Uprawniony z patentu: ICSO Chemical Production Sp. z 0.0., Kędzierzyn-Koźle, PL Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/02 (72) Twórcy wynalazku: Zenon Szczepaniak, Warszawa, PL Wojciech Misiurny, Gliwice, PL Jarosław Majewski, Warszawa, PL Janusz Mariasz, Kędzierzyn-Koźle, PL Zbigniew Niedzielski, Podkowa Leśna, PL Janusz Niezborała, Kędzierzyn-Koźle, PL Mieczysław Zawadzki, Kędzierzyn-Koźle, PL Marek Marciński, Kędzierzyn-Koźle, PL (57) 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 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin zawierających w łańcuchu alkilowym atomów węgla oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników, korzystnie takich jak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny. PL BU

2 Środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego Zastrzeżenie patentowe Środek modyfikujący do asfaltu upłynnionego zawierający rozpuszczalniki organiczne, polimer termoplastyczny, poliolefmy, 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 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin zawierających w łańcuchu alkilowym atomów węgla oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników, korzystnie takich jak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny. * * * 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 aineralno-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. Są to mieszaniny asfaltu drogowego z jednym 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 pomocą SBS jest jednak zabiegiem trudnym w wykonaniu, energochłonnym i wymagającym specjalistycznego sprzętu. Modyfikacja elastomerem SBS przeprowadzana jest najczęściej w wyniku wielogodzinnego ogrzewania asfaltu z pewną ilością elastomeru SBS (z reguły 3-5% wagowych) w wysokiej temperaturze ( C), a następnie uzyskana niejednorodna mieszanina jest poddawana dużym siłom ścinającym w specjalnym młynie. W polskim opisie patentowym 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 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 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin posiadających w łańcuchu

3 alkilowym 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 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 (C16-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 (C16-C18) i 63% etylobenzenu uzyskuje się adhezję bierną do kruszywa zaledwie 45%. Podobnie dodatek N,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 C16-C18), 20 g N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy łojowej (C16-C18) 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 tempe-

4 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 zawierającego 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: 30 g elastomeru styren-butadien-styren, 150 g diaminy kokosowej (C12), 80g N,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 (C12) 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 stanowił 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 (C16-C18), 10 g, N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloaminy łojowej (C16-C18) 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% wagowych środka wynosiła 97% do granitu i 95% do kruszywa porfirowego.

5 Tabela 1 Skład i właściwości asfaltu upłynnionego modyfikowanego środkiem według wynalazku (elastoner SBS, aminy, rozpuszczalnik aromatyczny) i modyfikatorami porównawczymi Składniki/właściwości Etylobenzen 800 g 630 g 730 g 610g Elastomer SBS 250 g 250 g 250 g 250 g Diamina łojowa g g N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamina - łojowa 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%

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.