Битумные композиции и способ их получения

 

Изобретение представляет битумные композиции, устойчивые к керосину, содержащие битумный компонент, термопластичную резину в количестве менее чем 8 мас.% и этилен-винилацетатный сополимер в количестве менее чем 5 мас.% по отношению к общей массе битумной композиции, где этилен-винилацетатный сополимер имеет содержание винила в интервале от 25 до 35% по отношению к массе сополимера; способ получения таких битумных композиций. Технический результат: улучшение сопротивляемости к растворению нефтепродуктами. Термопластичная резина является блок-сополимером, необязательно гидрированным. 2 с. и 9 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к битумным композициям, способу их получения и их использованию в асфальтовых смесях для дорожного покрытия.

Битум используется в качестве связующего вещества в смесях для дорожного асфальтового покрытия и постоянно усовершенствуется для соответствия непрерывно повышающимся требованиям, предъявляемым дорожными строителями. В общем, битум играет важную роль в составе дорожного асфальта, но увеличение количества тяжелого грузового транспорта приводит к преждевременному износу многих дорожных покрытий из-за появления выбоин и трещин на поверхности дороги. Выбоины являются существенным дефектом дорожного асфальтового покрытия, так как они дают возможность воде проникать в нижние слои дорожного покрытия, где она становится причиной быстрого разрушения, и ускоряют необходимость в преждевременном ремонте. Повышение содержания битума в асфальте или использование более мягкого вида битума улучшает сопротивляемость асфальта появлению трещин при низких температурах, но повышает риск появления выбоин при высоких температурах, так как смесь становится значительно мягче. Наоборот, сопротивление появлению выбоин может быть улучшено снижением количества битума в асфальтовых смесях или использованием более твердого сорта битума за счет снижения сопротивляемости появлению трещин из-за того, что смесь становится менее эластичной.

Поэтому в настоящее время предпринимается множество попыток получить твердую битумную композицию с соответствующей современным требованиям сопротивляемостью появлению трещин, например, битумной композиции, обладающей как хорошими рабочими показателями при низких температурах, так и хорошей сопротивляемостью появлению выбоин при высоких температурах.

Другим требованием, которому часто должны соответствовать современные битумные композиции, является сопротивляемость растворению в нефтепродуктах, таких как топливо (например, бензин и керосин), и маслах, таких как смазочные масла. Такая сопротивляемость растворению является важной в тех местах, где асфальтовые смеси регулярно подвергаются воздействию топлива и масел. Такие места включают, например, взлетные полосы аэродромов, места хранения отходов, заправочные станции и места хранения топлива. Если асфальтовая смесь подвергается воздействию топлива или масла, битум будет вымываться из асфальтовой смеси, что, в конце концов, приводит к потере наполнителя дорожного покрытия, так называемому волнообразному дорожному покрытию.

С точки зрения вышесказанного, должно быть ясно, что было бы полезно получить твердую битумную композицию, отвечающую современным требованиям к сопротивляемости появлению трещин и, кроме того, демонстрирующую улучшенную сопротивляемость к растворению нефтепродуктами.

Неожиданно было обнаружено, что такая битумная композиция может быть получена добавлением к битумному компоненту термопластичной резины и, в частности, добавлением этилен-винилацетатного сополимера.

Соответственно, данное изобретение представляет битумную композицию, содержащую битумный компонент, термопластичную резину в количестве менее чем 8 мас. % и этилен-винилацетатный сополимер в количестве меньше чем 5 мас.%. Оба по отношению к общей массе битумной композиции, где этилен-винилацетатный сополимер имеет содержание винилацетата в интервале от 20 до 35 мас. %, по отношению к общей массе сополимера.

Хотя использование этилен-винилацетатного сополимера в битумной композиции, содержащей термопластичную резину, как таковое в общем известно, см., например, ЕР-В1-0337282 и ЕР-В1-0340210, необходимо отметить, что преимущественное использование этилен-винилацетатного сополимера, имеющего определенное содержание винилацетата, заявленного в данном случае, не было раскрыто ранее.

Предпочтительно, этилен-винилацетатный сополимер, используемый в соответствии с данным изобретением, имеет содержание винилацетата в интервале от 25 до 35 мас.%, более предпочтительно в интервале от 30 до 35 мас.% по отношению к весу сополимера.

Предпочтительно, этилен-винилацетатный сополимер, используемый в соответствии с данным изобретением, присутствует в количестве менее чем 3 мас.% по отношению к общей массе битумной композиции. Более предпочтительно, этилен-винилацетатный сополимер присутствует в количестве, находящемся в интервале от 0,5 до 3 мас.% по отношению к общей массе битумной композиции.

Предпочтительно, термопластичная резина присутствует в количестве менее чем 6 мас.% по отношению к общей массе битумной композиции.

Битумная композиция включает термопластичную резину. Приемлемо, битумная композиция может включать один или более видов термопластичных резин.

Хотя в соответствии с данным изобретением может быть использован широкий спектр термопластичных резин, предпочтительные термопластичные резины содержат необязательно гидрированные блок-сополимеры, которые включают, по крайней мере, два концевых поли(моновинилароматических углеводородных) блока и, по крайней мере, один центральный поли(сопряженный диеновый) блок, образуя непрерывную структуру.

Предпочтительные блок-сополимерные компоненты выбирают из группы, состоящей из компонентов формул А(ВА)_m или (АВ)_nХ, где А представляет собой блок-сополимер преимущественно поли (моновинилароматического углеводорода), где В представляет собой блок преимущественно поли(сопряженного диена), где Х представляет собой остаток многовалентного агента сопряжения и где n представляет собой целое число ≥1, предпочтительно ≥2, и m представляет собой целое число ≥1, предпочтительно m равно 1.

Более предпочтительно, блоки А представляют собой преимущественно поли(стирольные) блоки и В блоки представляют собой преимущественно поли(бутадиеновые) блоки или преимущественно поли(изопреновые) блоки. Используемые многовалентные агенты сопряжения включают хорошо известные в данной области агенты.

Термин "преимущественно" означает, что соответствующие блоки А и В главным образом получают из мономеров моновинилового ароматического углеводорода и мономеров сопряженного диена, которые могут быть смешаны с другими структурно родственными или неродственными со-мономерами, например, мономерами моновинил ароматического углеводорода в качестве основного компонента, и с небольшими количествами (до 10%) других мономеров или бутадиеном, смешанным с изопреном или небольшими количествами стирола.

Более предпочтительно, блок-сополимеры содержат чистые поли(стирольные), чистые поли(изопреновые) или чистые поли(бутадиеновые) блоки, где поли(изопреновые) или поли (бутадиеновые) блоки могут быть селективно гидрированы до, самое большее, 20%-ной остаточной этиленовой ненасыщенности, более предпочтительно, менее чем 5%-ной от первоначальной ненасыщенности, имеющейся до гидрирования. Предпочтительно, однако, чтобы блок-сополимеры не являлись селективно гидрированными. Более предпочтительно, чтобы применяемые блок-сополимеры имели структуру АВА, где А имеет "средний" молекулярный вес от 3000 до 100000, предпочтительно от 5000 до 25000 и диблоки АВ имеют "средний" молекулярный вес в интервале от 50000 до 170000. Предпочтительно, диблоки АВ имеют "средний" молекулярный вес в интервале от 70000 до 120000.

Термин "средний" молекулярный вес в данном описании означает молекулярный вес полимера, измеренный при помощи гелевой проникающей хроматографии (GPC) с использованием поли(стирольных) калибровочных стандартов (no ASTM 3536).

Первоначально полученные поли(сопряженные диеновые) блоки обычно содержат от 5 до 65 мас.% виниловых групп, полученных при 1,2 полимеризации относительно молекул сопряженного диена, и предпочтительно содержат от 10 до 55 мас.% винила.

Полный блок-сополимер, используемый по данному изобретению, обычно содержит полимеризованные виниловые ароматические мономеры в количестве от 10 до 60 мас.% и предпочтительно от 15 до 45 мас.%.

"Средний" молекулярный вес полного блок-сополимера обычно находится в интервале от 100000 до 500000 и предпочтительно в интервале от 150000 до 200000.

В качестве примеров подходящих чистых блок-сополимеров могут быть представлены KRATON G-1651, KRATON G-1654, KRATON G-1657, KRATON G-1650, KRATON G-1701, KRATON D-1101, KRATON D-1102, KRATON D-1107, KRATON D-1116, KRATON D-1117, KRATON D-1118, KRATON D-1122, KRATON D-1135X, KRATON D-1184, KRATON D-1144X, KRATON D-1300X, KRATON D-4141 и KRATON D-4158 (KRATON является торговой маркой).

Используемый битум может быть остатком дистилляции сырой нефти, крекинг-остатком, экстрактом сырой нефти, битумом, полученным из пропан битума, бутан битума, пентан битума, или их смесью. Другие подходящие битумы включают смеси указанных выше битумов с экстендерами (наполнителями), такими как нефтяные экстракты, например, ароматические экстракты, дистилляты или остатки. Надлежащим образом, используют битумные компоненты, которые не подвергались окислению. Обычно, битум имеет пенетрацию в интервале от 50 до 400 дмм, предпочтительно от 60 до 200 дмм (измерено по ASTM D5 при 25^oС) и температуру размягчения в интервале от 30 до 60^oС, предпочтительно в интервале от 35 до 50^oС (измерено по ASTM D 36).

Наполнители, такие как нефтяная сажа, двуокись кремния и карбонат кальция, стабилизаторы, антиоксиданты, пигменты и растворители используются в битумных композициях и могут быть включены в битумные композиции данного изобретения в концентрациях, известных в данной области.

Данное изобретение далее относится к способу получения любых данных битумных композиций, включающему смешивание битума при повышенной температуре с менее чем 8 мас.% термопластичной резины и менее чем 5 мас.% этилен-винилацетатного сополимера, по отношению к общей массе битумной композиции.

Обычно, данный процесс проводят при температуре в интервале от 160 до 220^oС.

Предпочтительно, процесс по данному изобретению проводят при температуре в интервале от 170 до 190^oС.

Процесс можно проводить при атмосферном или повышенном давлении. Обычно, однако, его проводят при атмосферном давлении.

Обычно, данный процесс проводят в течение менее чем 6 часов, предпочтительно, менее чем 2 часа.

Данное изобретение также относится к использованию битумных композиций, как описано выше, в асфальтовых смесях для дорожных покрытий.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 Битумную композицию данного изобретения получают следующим образом. Битум, имеющий пенетрацию 88 дмм (измеренную по ASTM D 5 при 25^oС) и температуру размягчения 47,5^oС (измеренную по ASTM D 36), в течение 1 часа смешивают при температуре 180^oС с 4 мас.% линейного негидрированного полистирол-полибутадиен-полистирольного блок-сополимера и 2 мас.% этилен-винилацетатного сополимера, по отношению к общей массе битумной композиции. Этилен-винилацетатный сополимер имеет содержание винилацетата 33 мас.% по отношению к сополимеру. Блок-сополимер имеет содержание стирола 33 мас.%, "средний" молекулярный вес 170000 и содержит полистирол-полибутадиеновые диблоки, имеющие "средний" молекулярный вес 90000. Затем получают асфальтовую смесь смешиванием полученной таким образом битумной композиции с наполнителем битумных дорожных покрытий. Впоследствии образец асфальта получают по методу Маршалла RAW 57. Образец асфальта затем выдерживают в Jetfuel A1 в течение 24 часов. Затем раствор декантируют и массу образца асфальта определяют после сушки в течение 24 часов при температуре окружающей среды. Устойчивость к керосину, которая выражается в процентном отношении к массе исходного образца асфальта, составляет 0,8%.

Пример 2 Битумную композицию по данному изобретению получают по методике, подобной методике примера 1, за исключением того, что используют 5 мас.% блок-сополимера по отношению к общей массе битумной композиции. Далее образец асфальта получают из полученной таким образом битумной композиции по методике, описанной в примере 1. Образец асфальта демонстрирует устойчивость к керосину, равную 0,6%.

Пример 3 Для сравнения, битумную композицию получают по методике примера 1, за исключением того, что не используют блок-сополимер и используют 5,5 мас.% этилен-винилацетатного сополимера, по отношению к общей массе битумной композиции, имеющего содержание винилацетата 18 мас.% по отношению к сополимеру. Далее образец асфальта получают из полученной таким образом битумной композиции по методике примера 1. Образец асфальта демонстрирует устойчивость к керосину 2,3%.

Пример 4 Для сравнения, битумную композицию получают по методике примера 1, за исключением того, что используют этилен-винилацетатный сополимер, имеющий содержание винилацетата 18 мас.% по отношению к сополимеру. Далее образец асфальта получают из полученной таким образам битумной композиции по методике примера 1. Образец асфальта демонстрирует устойчивость к керосину 3,1%.

Пример 5 Для сравнения, битумную композицию получают по методике примера 2, за исключением того, что используют этилен-винилацетатный сополимер, имеющий содержание винилацетата 40 мас.% по отношению к сополимеру. Далее образец асфальта получают из полученной таким образом битумной композиции по методике примера 1. Образец асфальта демонстрирует устойчивость к керосину 3,0%.

Из сказанного выше становится ясным, что данное изобретение представляет твердые битумные композиции, имеющие улучшенную устойчивость к керосину (примеры 1 и 2) по сравнению с битумными композициями, не входящими в объем данного изобретения (примеры 3-5).

Формула изобретения

1. Битумная композиция, устойчивая к керосину, содержащая битумный компонент, термопластичную резину в количестве менее чем 8 мас. % и этилен-винилацетатный сополимер в количестве менее 5 мас. %, по отношению к общей массе битумной композиции, в которой этилен-винилацетатный сополимер имеет содержание винилацетата в пределах от 25 до 35 мас. %, на основе сополимера.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержание винилацетата находится в интервале от 30 до 35 мас. % по отношению к массе сополимера.

3. Композиция по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что этилен-винилацетатный сополимер присутствует в количестве менее чем 3 мас. % по отношению к общей массе битумной композиции.

4. Композиция по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что термопластичная резина присутствует в количестве менее чем 6 мас. % по отношению к общей массе битумной композиции.

5. Композиция по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что битум имеет пенетрацию в интервале от 50 до 400 дмм (измеренное по ASTM D 5 при 25^oС) и температуру размягчения в интервале от 30 до 60^oС (измеренную по ASTM D 36).

6. Композиция по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что термопластичная резина содержит необязательно гидрированный блок-сополимер, который содержит по крайней мере два концевых поли (моновинилароматических углеводородных) блока и по крайней мере один центральный поли (сопряженный диеновый) блок.

7. Композиция по п. 6, отличающаяся тем, что блок-сополимер имеет формулу А(ВА)_m или (АВ)_nХ, где А представляет блок преимущественно поли (моновинилароматического углеводорода) и где В представляет блок преимущественно поли (сопряженного диена), где Х представляет остаток многовалентного агента сопряжения и где n является целым числом, равным по крайней мере 1, и m является целым числом, равным по крайней мере 1.

8. Композиция по п. 7, отличающаяся тем, что А блоки являются преимущественно поли (стирольными) блоками и В блоки являются преимущественно поли (бутадиеновыми) блоками или преимущественно поли (изопреновыми) блоками.

9. Композиция по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что диблоки, полученные из А и В имеют средний молекулярный вес в интервале от 50000 до 170000.

10. Способ получения битумных композиций по любому из пп. 1-9, включающий смешивание битума при повышенной температуре с менее чем 8 мас. % термопластичной резины и менее чем 5 мас. % этилен-винилацетатного сополимера по отношению к общей массе битумной композиции, в которой этилен-винилацетатный сополимер имеет содержание винилацетата в интервале от 25 до 35 мас. % по отношению к сополимеру.

11. Битумная композиция по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что ее используют в асфальтовой смеси для дорожного строительства.