瀝青混凝土組合物的制作方法
【專利摘要】瀝青混凝土組合物，其包含骨料、瀝青、硫和表面活性劑，其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。還公開了制備瀝青混凝土組合物和瀝青混凝土路面的方法。
【專利說明】瀝青混凝土組合物
【技術領域】
[0001]本發明涉及浙青混凝土(asphalt)組合物和制造浙青混凝土組合物的方法。
【背景技術】
[0002]在筑路和鋪路工業中，用熱的流體浙青(bitumen)涂覆骨料材料,如沙子、沙石樂、碎石或其混合物，在其還熱的時候將涂覆的材料作為均勻的層鋪在路基或之前構筑的道路上，并且通過用重型軋輥滾壓來壓實該均勻層，以形成光滑表面的道路，這是成熟實用的程序。
[0003]浙青與骨料材料(如，沙子、沙礫、碎石或其混合物)的組合稱為“浙青混凝土”。浙青，也稱為“浙青混凝土粘合劑”，通常是包含浙青質、樹脂和溶劑的液體粘合劑。浙青可以例如包含源自石油殘余物例如渣油、焦油或浙青(pitch)或其混合物的干餾混合物。
[0004]本領域已知硫可以與浙青混合，用于筑路和鋪路工業中的應用。通過用單質硫替代常規粘合劑中的一些浙青來配制硫改性浙青。
[0005]在含硫浙 青混凝土的生產和鋪路過程中遇到的問題，是眼部和喉部刺激。本發明的發明人設法降低了工人在含硫浙青混凝土生產和鋪路過程期間的眼部和喉部刺激。
[0006]發明概沭
[0007]本發明的發明人已經發現了眼部和喉部刺激可能是由于存在硫蒸氣引起的。在硫-浙青混凝土混合物制備過程中和在鋪路時，鋪設溫度可以足夠高，從而形成可引起附近工人的眼部和喉部刺激的硫蒸氣量。在升高的溫度下，硫的蒸氣壓高得足以導致存在大量的硫蒸氣。在熱的浙青混凝土混合物上方平衡的硫蒸氣接觸合適的表面時將發生沉積。
[0008]本發明的發明人已經發現通過將特定的表面活性劑摻入含硫浙青混凝土中，可降低硫蒸氣的量，并且由此降低工人經受的眼部和喉部刺激的量。
[0009]因此，本發明提供了一種浙青混凝土組合物，其包含骨料、浙青、硫和選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物的表面活性劑。優選地，所述浙青混凝土組合物中的表面活性劑的量基于硫重量為0.05被％至10wt%。
[0010]在另一個方面中，本發明提供了一種用于制造根據本發明的浙青混凝土組合物的方法，該方法包括以下步驟:
[0011]⑴加熱浙青；
[0012](ii)加熱骨料；
[0013](iii)將熱的浙青與熱的骨料在混合裝置中混合，以形成浙青混凝土組合物；
[0014]其中在步驟(i)、(ii)或(iii)的至少一個步驟中加入硫；并且其中優選地，基于硫重量的0.05?1:%至10wt%的表面活性劑在步驟⑴、(ii)或(iii)的至少一個步驟中加入，其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。
[0015]本發明進一步提供了一種用于鋪設浙青混凝土路面的方法，其中浙青混凝土是根據本發明的方法制得的，并且進一步包括步驟:
[0016](iv)將浙青混凝土鋪成層；和[0017](V)將該層壓實。
[0018]在本發明的一個實施方案中，將硫和陽離子型和/或兩性表面活性劑一起加入；硫是粒料形式，并將表面活性劑摻入硫粒料中。因此，本發明進一步提供了包含量為基于硫重量的0.05wt%至10wt%的表面活性劑的硫粒料，其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。這些粒料有利地用于根據本發明的方法中。
[0019]在本發明的可替代實施方案中，不是將陽離子型和/或兩性表面活性劑摻入浙青混凝土組合物中，而是可以當鋪設浙青混凝土路面時將陽離子型和/或兩性表面活性劑噴在大氣中。因此，本發明提供了一種用于制備浙青混凝土路面的方法，該方法包括步驟:
[0020]⑴加熱浙青；
[0021](ii)加熱骨料；
[0022](iii)將熱的浙青與熱的骨料在混合裝置中混合，以形成浙青混凝土組合物；
[0023](iv)將浙青混凝土組合物鋪成層；和
[0024](V)將該層壓實；
[0025]其中在步驟或(iii)的至少一個步驟中加入硫；并且其中，在步驟(iv)和/或(V)中，將優選量為基于硫重量的0.05?1:%至IOwt%的表面活性劑噴在所述層上，其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。這樣的方法也降低了浙青混凝土路面制備過程中工人經受的眼部和喉部刺激。
[0026]發明詳沭
[0027]根據本發明的浙青混凝土組合物包含骨料、浙青、硫和表面活性劑，所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。
[0028]骨料合適地是適用于道路應用的任何骨料。骨料可以包括粗骨料(保留在4mm篩網上)、細骨料(通過4mm篩網，但保留在63 μ m篩網上)和/或填料(通過63 μ m篩網)。
[0029]通常，浙青混凝土組合物含有基于浙青混凝土組合物重量的至少lwt%浙青。優選含有約lwt%至約10wt%浙青的浙青混凝土組合物，特別優選含有基于浙青混凝土組合物重量的約3wt%至約7wt%浙青的浙青混凝土組合物。
[0030]浙青可以選自多種浙青化合物。可以使用的浙青可以是直餾浙青、熱裂解殘渣或沉降浙青，例如，來自丙烷。盡管不是必需的，浙青還可以已經接受了吹制(blowing)。可以通過用含氧氣體，如空氣、富氧空氣、純氧或任何其他含有分子氧和惰性氣體(如，二氧化碳或氮氣)的氣體，處理浙青，來進行吹制。吹制操作可以在175至400°C，優選200至350°C的溫度下進行。或者，可以通過催化方法來進行吹制處理。
[0031]用于本文中的浙青優選是適用于道路應用的鋪路級浙青,具有例如9至1000dmm,更優選15至450dmm的針入度(根據EN1426:1999，在25°C下測試)和25至100°C，更優選25至600C的軟化點(根據EN1427:1999測試)。
[0032] 浙青混凝土組合物中的硫量優選為基于浙青重量的10至200wt 優選從20wt %,更優選從30wt %并優選至IOOwt %更優選至80wt %。浙青混凝土鋪路混合物中硫的存在可以提高鋪路混合物的強度和抗車轍性，并且重要的是包括足量的硫來實現這些優勢。此外，摻入增加量的硫可以降低鋪路混合物的成本。然而，太多的硫可能降低鋪路混合物的可加工性。
[0033]可以以硫粒料的形式將硫摻入浙青混凝土組合物中。本文中所指的粒料是已經從熔融狀態鑄成某種規則尺寸的顆粒的任何類型的硫材料，例如，薄片、板狀或球形硫，如丸狀、細粒、塊狀和錠狀，或半顆豌豆大小的硫。硫粒料通常包含基于硫粒料重量的50至IOOwt%硫,優選從60wt%,最優選從70wt%;并且通常至99wt%,并且優選至95wt%,或至IOOwt %。更優選的范圍是60至IOOwt %。
[0034]這些硫粒料可以含有炭黑，和任選的其他成分，如醋酸戊酯和蠟。炭黑可以以基于粒料高達5% wt的量存在，優選高達2% wt。合適地，硫粒料中的炭黑量為至少0.25wt%。其他成分的量，如醋酸戊酯和蠟，通常各自不超過1.0wt%量。當存在蠟時，可以例如是疏松石臘或源自費-托法(Fischer-Tropsh process)的臘的形式。本文中所用的合適的臘的實例是Sasobit(RTM)——可從Sasol商購的費-托衍生蠟，和SXlOO臘——來自ShellMalaysia的費-托臘。
[0035]本文中所用的合適的硫粒料的實例是Thiopave (RTM)粒料,可從Shell Canada購得。
[0036]優選地，用于本發明的表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、及其混合物。在本文中使用時，術語‘陽離子型表面活性劑’和‘兩性表面活性劑’是指以它們的陽離子型或兩性形式存在的化合物以及將原位轉變成它們的陽離子型或兩性形式(例如通過質子化或烷基化)的那些化合物。
[0037]合適的陽離子型表面活性劑包括但不限于含氮陽離子型表面活性劑。含氮陽離子型表面活性劑通常將選自脂族腈(RCN)，脂族酰胺(RCONH2)，脂族胺(例如RNH2, RRNH,R (CH3) 2N，R (CH3) 3N+，RR (CH3) N)，R3N)，脂族多胺((RNHR’) ηΝΗ2)，β 脂族伯胺(例如 RCH (NH2) CH3)，β脂族多胺，芳基脂族胺(例如R(C6H5)NH2包括芐基衍生物例如RN(CH3)2CH2C6H5)，醚胺(例如ROR’ NH2)或非芳族環胺(例如烷基咪唑啉和烷基嗎啉)，或上面列舉的任何化合物的衍生物，例如它們的鹽、環氧乙烷或環氧丙烷加合物、或季銨鹽。
[0038]特別優選的陽離子型表面活性劑是由通式R1NR2R3表示的脂肪胺烷氧基化物，其中R1是含有12到20個碳原子的脂族部分以及R2和R3各自獨立地是含有2至25乙氧基/丙氧基單元的脂族部分。優選R2和R3是相同的。
[0039]合適的兩性表面活性劑包括但不限于含氮兩性表面活性劑。這些可以選自氧化胺(RNH2O, RNH (CH3) O, RN (CH3) 20)，甜菜堿衍生物(例如 RNH (CH2CO2) RN (CH3) (CH2CO2)或 RN (CH3) 2 (CH2CO2))烷基酰胺基-丙基甜菜堿(例如 RCONHR' N (CH3) 2 (CH2CO2))，磺基甜菜堿(例如 RN(CH3)2R' SO3 或 RCONHR' (CH3)2CH2CH(OH) CH2SO3)),卵磷脂(例如(CH3) 3NR’ OP (O) 20CH2CH (OCO2R) CH2OCO2R或其部分水解衍生物)或上面列出的任何化合物的衍生物，例如它們的鹽、環氧乙烷或環氧丙烷加合物、或季銨鹽。
[0040]在本文中使用時，R表示8至22、優選12至20、更優選16至20個碳原子的取代或未取代脂族基，R’表示2至4個碳原子的烷基，并且η表示I至3的整數。
[0041 ] 優選地，所述至少一種表面活性劑選自脂族胺(例如RNH2，RRNH, R (CH3)具R(CH3) 3Ν+，RR(CH3)N, R3N)和它們的環氧乙烷或環氧丙烷加合物。在本發明的特別優選的實施方式中，所述至少一種表面活性劑是脂族胺的環氧乙烷或環氧丙烷加合物，其中R是含有12至20個碳原子、更優選16至20個碳原子范圍內的脂族基。在這種實施方式中，脂族胺的環氧乙烷或環氧丙烷加合物更優選是牛油胺的環氧乙烷或環氧丙烷加合物。
[0042]本文中使用的特別優選的表面活性劑可在商品名Toximul ΤΑ5(基于牛油胺乙氧基化物的陽離子型表面活性劑)下商購，可得自Stepan Company(NorthfieId, IL, USA)。
[0043]適當地，基于硫的重量，所述陽離子型和/或兩性表面活性劑的總量在0.05wt%至10wt%的范圍內。優選地，相對于硫的重量，所述陽離子型和/或兩性表面活性劑的總量在0.1至8wt%范圍內，更優選在0.2至6wt%范圍內，并且最優選在I至5被％范圍內。為了實現期望的減少硫蒸氣以及減輕眼睛和咽喉刺激，應該摻入足夠的陽離子型和/或兩性表面活性劑，但更大的量將引起更高的費用。
[0044]本發明的浙青混凝土組合物可以適當地包含另外的組分。在本發明的一種實施方式中，所述浙青混凝土組合物包含陰離子型表面活性劑，其量基于硫的重量為0.05%到10%。所述陰離子型表面活性劑適合選自木質素衍生物例如木質素磺酸鹽；芳族磺酸鹽和脂族磺酸鹽以及它們的甲醛縮合物和衍生物；脂肪酸和羧酸鹽，包括磺化脂肪酸；和烷基酚_、聚烷基芳基-或烷基-烷氧基化物的磷酸酯。
[0045]本發明的浙青混凝土組合物可以合適地包含其他成分。在本發明的一個實施方案中，浙青混凝土組合物包含聚合物。優選的聚合物類型是包含一種或多種乙烯基芳香族化合物和一種或多種共軛二烯的共聚物，基于浙青混凝土組合物的重量量為0.1至7% wt。更優選，聚合物是式ABA的線性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其中A是聚苯乙烯嵌段，B是聚丁二烯嵌段。另一種優選類型的聚合物是從包括乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯的單體形成的共聚物，基于浙青混凝土組合物的重量量為0.1至7%Wt0更優選，聚合物是從乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯或丙烯酸縮水甘油酯形成的三元共聚物。
[0046]在用于制造本發明的浙青混凝土組合物的方法的步驟(i)中，將浙青優選在60°C至200°C，優選80至150°C，更優選100至145°C，并且甚至更優選125至145°C的溫度下加熱。在120°C以上工作具有硫是液體的優點，這有助于混合過程。盡管本領域技術人員可以容易地確定最佳的混合時間，但混合時間可以相對短，例如，10至600秒。
[0047]在用于制造本發明的浙青混凝土組合物的方法的步驟(ii)中，將骨料優選在60至200°C，優選80至170°C，更優選100至160°C，甚至更優選100至145°C的溫度下加熱，。
[0048]在浙青混凝土制造方法的步驟(iii)中，將來自步驟⑴的熱浙青和來自步驟
(ii)的熱骨料在混合裝置中混合。合適地，混合在80至200°C，優選90至150°C，更優選100至145 °C的溫度下進行。通常，混合時間為10至60秒，優選20至40秒。
[0049]優選在過程中盡可能晚地加入硫，優選在步驟(iii)中。優選以粒料的形式加入硫O
[0050]硫和陽離子型和/或兩性表面活性劑可以一起加入，即，同時在步驟(i)、步驟
(ii)或步驟(iii)中。在第一個實施方案中，將熱的骨料與硫和陽離子型和/或兩性表面活性劑混合。然后將熱的浙青加入熱的骨料-硫-陽離子型和/或兩性表面活性劑混合物中。在第二個實施方 案中，將熱的骨料與熱的浙青混合，并且將硫和陽離子型和/或兩性表面活性劑加入熱的浙青-骨料混合物中。該實施方案提供了生產較強的硫-浙青混凝土混合物強度的優勢。在第三個實施方案中，將熱的浙青與硫和陽離子型和/或兩性表面活性劑混合，并且將所得到的熱的浙青-硫-陽離子型和/或兩性表面活性劑混合物與熱的骨料混合，以獲得含硫浙青混凝土混合物。
[0051]或者，在浙青混凝土制造過程中，可以分開加入陽離子型和/或兩性表面活性劑。例如，可以在步驟(i)中將陽離子型和/或兩性表面活性劑加入浙青中，并且可以在步驟
(iii)中加入硫。
[0052]在本發明的一個實施方案中，可以將硫和陽離子型和/或兩性表面活性劑一起加入；硫是粒料形式，并且將陽離子型和/或兩性表面活性劑摻入硫粒料中。硫粒料優選包含基于硫重量的0.05至10wt%的陽離子型和/或兩性表面活性劑。通過如下的方法合適地制備硫粒料:其中將液體硫與陽離子型和/或兩性表面活性劑和任選的其他成分(如，炭黑和醋酸戊酯)混合。然后將混合物成型和/或造粒。
[0053]在本發明的一個實施方案中，可以以兩種類型的硫粒料的形式加入硫；第一種類型的硫粒料包含陽離子型和/或兩性表面活性劑，而第二種類型的硫粒料不含陽離子型和/或兩性表面活性劑。這具有如下優勢:陽離子型和/或兩性表面活性劑基本上集中在第一種類型的硫粒料中，而常規硫粒料可以用于彌補剩余的硫需求。
[0054]本發明進一步提供了一種用于鋪設浙青混凝土路面的方法，其中浙青混凝土通過根據本發明的方法制得，并且進一步包括步驟:
[0055](iv)將浙青混凝土鋪成層；和
[0056](V)將該 層壓實。
[0057]本發明進一步提供了通過根據本發明的方法鋪設的浙青混凝土路面。
[0058]步驟(V)中的壓實合適地在80至200°C，優選90至150°C，更優選95至130°C的溫度下進行。期望壓實的溫度盡可能地保持低，以降低硫化氫排放。然而，壓實的溫度需要足夠高，使得所得到的浙青混凝土的空隙量足夠低，使得浙青混凝土是耐用的并且是防水的。
[0059]在可替代的實施方案中，本發明提供了一種用于鋪設浙青混凝土路面的方法，該方法包括步驟:
[0060]⑴加熱浙青；
[0061](ii)加熱骨料；
[0062](iii)將熱的浙青與熱的骨料在混合裝置中混合，以形成浙青混凝土組合物；
[0063](iv)將浙青混凝土鋪成層；和
[0064](V)將該層壓實；
[0065]其中在步驟⑴、(ii)或(iii)的至少一個步驟中加入硫；并且其中將優選量為基于硫重量的0.05?1:%至IOwt %的表面活性劑在步驟(iv)和/或(V)中噴灑在所述層上，其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。包括優選陽離子型和/或兩性表面活性劑的用于所述方法的優選制劑和條件，基本上如上所述。可以通過任何合適的方式來實現將陽離子型和/或兩性表面活性劑噴入層上方的大氣中。表面活性劑優選作為水溶液來使用，或可替代地，可以作為有機溶劑中的溶液來使用。
[0066]本發明現在將通過以下實施例說明，所述實施例不打算限制本發明的范圍。
實施例
[0067]將單質硫和浙青的混合物加熱至145_148°C。浙青是60/70針入級浙青,并且硫:浙青的重量比為30:70。添加Toximul TA-5 (基于牛油胺乙氧基化物的陽離子型表面活性劑，可得自Stepan Company (Northf ield, IL, USA)),同時繼續攪拌3小時。在濾紙上收集蒸發的硫，持續3小時，并且通過重量分析測量其重量，以確定硫損耗。將其與沒有添加劑的對照實驗相比，以測量硫％損耗。
[0068]觀察到對照實驗之間的硫損耗不同；這可能是由于不均勻的攪拌或浙青老化作用引起的。為了確保在實驗實施例和對照實施例之間可以進行精確的比較，在每個實驗實施例旁邊進行對照實驗。
[0069]添加劑的量報告為基于硫重量的重量百分比。
[0070]結果顯示在表1中:
[0071]表1
【權利要求】
1.浙青混凝土組合物，其包含骨料、浙青、硫和選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物的表面活性劑。
2.權利要求1所述的浙青混凝土組合物，其中所述表面活性劑是陽離子型表面活性劑。
3.權利要求1或2所述的浙青混凝土組合物，其中所述表面活性劑是含氮陽離子型表面活性劑。
4.權利要求1至3任一項所述的浙青混凝土組合物，其中基于硫的重量，所述表面活性劑的量是0.05wt%至IOwt %。
5.權利要求1至4任一項所述的浙青混凝土組合物，其中所述表面活性劑包含脂族胺的環氧乙烷或環氧丙烷加合物，所述脂族胺含有12至20個碳原子。
6.權利要求1至5任一項所述的浙青混凝土組合物，其基于所述浙青混凝土組合物的重量，包含Iwt%至IOwt%的浙青。
7.權利要求1至6任一項所述的浙青混凝土組合物，其中基于浙青的重量，硫的量是10 至 200wt%o
8.制造權利要求1至7任一項所述的浙青混凝土組合物的方法，所述方法包括以下步驟: (i)加熱浙青； (ii)加熱骨料； (iii)將熱浙青與熱骨料在混合裝置中混合，以形成浙青混凝土組合物； 其中在步驟(i)、(?)或(iii)的至少一個步驟中添加硫；并且其中在步驟(i)、(?)或(iii)的至少一個步驟中添加基于硫的重量為0.05?1:%至10wt%的表面活性劑,其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。
9.根據權利要求8的制造浙青混凝土組合物的方法，其中硫以粒料形式添加。
10.根據權利要求9的制造浙青混凝土組合物的方法，其中所述硫粒料和所述表面活性劑一起添加并且所述表面活性劑摻入所述硫粒料中。
11.鋪設浙青混凝土路面的方法，其中浙青混凝土組合物通過權利要求8至10任一項所述的方法制備，并且還包括以下步驟: (iv)將所述浙青混凝土鋪成層；和 (v)將所述層壓實。
12.硫粒料，其包含量為基于所述硫重量的0.05被％至10wt%的表面活性劑，其中所述表面活性劑選自陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。
13.鋪設浙青混凝土路面的方法，所述方法包括以下步驟: (i)加熱浙青； (?)加熱骨料； (iii)將熱浙青與熱骨料在混合裝置中混合，以形成浙青混凝土組合物； (iv)將所述浙青混凝土組合物鋪成層；和 (v)將所述層壓實； 其中在步驟或(iii)的至少一個步驟中添加硫；并且其中，在步驟(iv)和/或(V)中，將優選量為基于硫重量的0.05?1:%至10wt%的表面活性劑噴在所述層上,其中所述表面活性劑選自陽 離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及其混合物。
【文檔編號】C08L95/00GK103975022SQ201280060493
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2011年12月8日
【發明者】D·斯特里克蘭德, M·J·丘吉泰, S·阿什特卡爾 申請人:國際殼牌研究有限公司