CN101668817B - 制备柏油的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备柏油的方法，其公开了包括使沥青组合物与集料结合的步骤。该沥青组合物包含超过75wt％的沥青和在0.005和0.5wt％之间的聚丙烯酰胺。

Description

制备柏油的方法

发明领域

本发明涉及一种制备柏油的方法，其包含使沥青组合物与集料结合的步骤。

发明背景

沥青是一种实质上由烃和它们的衍生物组成的粘稠的液体或固体。它可溶于三氯乙烯中并且当加热时会逐渐软化。沥青可以与集料结合以提供柏油。本发明说明书中的“柏油(asphalt)”一词用于描述沥青(bitumen)和集料的混合物。

沥青可以由原油制造。原油进行分馏蒸馏提供常压渣油。常压渣油经过真空蒸馏提供浓缩残油。浓缩残油用作制备多种等级沥青中的原料。对于不同级别的沥青有其识别标准，确定了许多不同的性质。本领域技术人员能够获得多种方法制备根据不同级别的沥青。原油和蒸馏条件的选择用于影响沥青的性质。例如浓缩残油的空气充气技术可以进一步改变性质。额外的组分可以混合到沥青中以改进其性质。典型的改性组分包括煤油(制备稀释沥青)，热塑性聚合物和橡胶，以及硫。

典型的用于确定不同级别沥青的性质为渗透性、软化点和粘度。另一种可以确定的性质为韧性。韧性是沥青内聚强度的度量。沥青成型为哑铃形，浸入水浴中并且以恒定的速度(在大部分现有的标准中为50mm每分钟)拉伸直到产生断裂。断裂前样品拉伸的长度报告为韧性。水浴中水的温度在0℃和25℃之间变化，这取决于使用沥青的领域(通常在俄罗斯为0℃，在中国为10℃，且在欧洲为25℃)并且取决于沥青的类型(聚合物改性沥青更柔软并且典型的在0℃和10℃之间的温度下评价)。

标准可以确认在新鲜的状态下沥青的韧性，但是还可以在模拟老化后确认沥青的韧性。例如在滚动薄膜烘箱测试(RTFOT)中，在163℃下沥青薄膜连续的在玻璃罐的内表面周围旋转75分钟，每3到4秒钟就将热空气注入罐中。在另一个实例中，在薄膜烘箱测试(TFOT)中，沥青薄膜在120℃或163℃下放置在处于运动中的圆形的金属盘中5小时而并不注入空气。在这些测试中沥青性质的改变与通过混合、铺设和压制在柏油马路的制造期间观察到的沥青性质的变化极为相关。短期老化之后确定所需的韧性有助于确保沥青的级别适合用于制造耐用的柏油马路。

GB 1 087 107提出改进老化后沥青韧性的问题。它证明将润滑油蒸馏物的萃取物混合到沥青中可以显著改进在老化后沥青的韧性。尽管通过这种方法提供了潜在的改进，它都保留了可期望的进一步开发改进沥青韧性的方法，特别是在老化后。此外，对于来自相同沥青的不同样品，在新鲜状态和老化后的韧性可以显著的不同并且可期望开发改进在对于特殊沥青的测量中韧性的一致性的方法。如果沥青具有如满足韧性规范的可重复韧性测量所示的一致的韧性，然后使用者可以确保沥青的品质。

本发明人寻求提供一种使用具有在老化后的改进韧性和/或具有更一致的新鲜沥青和老化后韧性测量的改进沥青组合物制备柏油的方法。

发明概述

因此，本发明提供了一种制备柏油的方法，其包括使沥青组合物与集料结合的步骤，其中沥青组合物包含超过75wt％的沥青和0.005和0.5wt％之间的聚丙烯酰胺。

本发明人还发现，将极少量的聚丙烯酰胺混合到沥青中增加了新鲜沥青和老化后的韧性测量的一致性。该沥青组合物可以用于制备耐用的柏油。

以前曾将聚丙烯酰胺混合到沥青乳液中。例如US 4,393,155公开了聚丙烯酰胺作为水相增稠剂的用途。聚丙烯酰胺和乳化剂与水混合，并且之后与沥青混合。混合聚丙烯酰胺以改进水相的性质，而不是沥青相的性质。US 4,772,647还公开了其中聚丙烯酰胺存在于水性中的沥青乳液。以前并没有证明混合极少量的聚丙烯酰胺会影响沥青组合物的韧性并且这种组合物可以有利的与集料结合以制备柏油。

发明详述

沥青可以是来自原油蒸馏的残余物，裂解残余物，自然产生的沥青或不同沥青类型的共混物。可以方便的用于本发明中的沥青的实例包括蒸馏或“直馏”沥青，沉淀沥青，例如丙烷沥青，氧化的或吹制的沥青，脂环烃类沥青或它们的混合物。

在沥青组合物中沥青的量为超过75wt％，优选超过85wt％，更优选超过90wt％，甚至更优选超过95wt％且最优选超过98wt％。在组合物中沥青为典型的并不昂贵的组分因此期望沥青的量最大化。期望用于本发明方法中的沥青组合物并不是沥青乳液且优选包含少于5wt％的水分，优选少于1wt％的水分且最优选不含水分。

沥青组合物中聚丙烯酰胺的量为0.005到0.5wt％的聚丙烯酰胺。少于0.005wt％的聚丙烯酰胺对沥青组合物的韧性煤油足够的效果并且它难以均匀的混合少于0.005wt％的聚丙烯酰胺。超过0.5wt％的聚丙烯酰胺不是优选的，因为聚合物比沥青更昂贵且聚丙烯酰胺的量增加到高于0.5wt％不会产生进一步的韧性改进。聚丙烯酰胺的量优选为0.01到0.3wt％。优选聚丙烯酰胺具有1000和22000000之间的分子量。聚丙烯酰胺是商购获得的并且可以作为颗粒或粉末购买。

在本发明方法的一个实施方案中，沥青组合物优选含有0.1-24.995wt％的具有0.1到50mm²/s，优选为1到30mm²/s粘度的油。低粘度油按照常规混合到沥青中以改变它们的性质，例如增加渗透形。在本发明中，本领域技术人员可以选择用低粘度油改性的沥青，并且可以加入聚丙烯酰胺以改进沥青的韧性。但是，在本发明优选的实施方案中，本领域技术人员可以选择用低粘度油改性的或未改性的沥青，并且将添加聚丙烯酰胺和低粘度油以便改进其韧性。少于0.1wt％的油不太可能改变沥青组合物的性质。超过24.995wt％的油有可能显著的增加沥青组合物的渗透性并且这是不期望的。低粘度油最优选的量为0.3wt％到8wt％。

低粘度油优选易于混合到沥青中，或者至少必须导致稳定储存的共混物。低粘度油对沥青的性质不能有不利的影响，或者至少不能影响柏油的性能。

低粘度油可以衍生自石油，不论是直接蒸馏，或者衍生自另外的包括使用溶剂萃取的过程。衍生自石油的油的实例为Bright Furfurylalcohol Extract(BFE)，DACO和D3(真空蒸馏后的最重馏出物)。低粘度油还可以是低粘度硅油或者矿物油。在本发明一个优选的实施方案重，低粘度油为衍生自植物的油，例如棕榈油，高芥酸类菜籽油，低芥酸类菜籽油或松树油。在本发明方法的最优选的实施方案重，沥青组合物含有0.1-5wt％的衍生自植物的油。本发明还发现将聚丙烯酰胺和低粘度油混合到沥青中，在老化后增强了其韧性并且在老化后增加了韧性测量的一致性。这中改进比通过单独混合聚丙烯酰胺或低粘度油观察到的改进更显著。

沥青组合物可以含有除了聚丙烯酰胺以外的聚合物。优选的聚合物为热塑性弹性体或塑性体，例如苯乙烯类嵌段共聚物，烯烃类共聚物，聚氨酯和聚醚-聚酯共聚物。苯乙烯类嵌段共聚物是最优选的且其实例包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)。沥青组合物中额外聚合物的量优选为3到15wt％。

沥青组合物可以进一步含有添加剂，例如软化剂如蜡或针入度指数调节剂例如蜡、聚磷酸和乙烯聚合物。

柏油实质上是作为粘合剂的沥青与集料，特别是填料、沙子和石头的混合物。可以获得许多不同类型的柏油并且它们的特性可以非常显著的变化。用于含沥青的路面应用的柏油的设计主要大约为选择和按比例混合材料以便在最后的构造物中获得期望的性质。

柏油通常设计为裂缝级或连续级。这指的是按照混合物中单独的集料部分的柏油的构造。通过使集料样品穿过一系列筛而测量其尺寸。该部分通常分为填料(尺寸小于63μm或75μm)，沙子(尺寸至多2mm)和石头部分(例如2到4mm，4到6mm，6到8mm，8到11mm，11到14mm)。连续级的柏油使含有贯穿该范围的不同尺寸部分的柏油。裂缝级柏油是其中尺寸不连续的柏油。

连续级柏油(通常称为“密集的”柏油)通常具有1到7％的空气空间含量，特别是4到5％。裂缝级柏油可以具有更高的空气空间含量。它们可以是“开放的”柏油，其具有大约7到12％的空间含量，或者“特别开放的”柏油，其仍然具有更高的12到30％的空气空间含量，优选为22到24％。

那些本领域技术人员应当理解的是在本发明的方法中可以使用宽范围内的集料类型和尺寸分布，集料的类型和混合随着使用的柏油的应用而变化。

优选石头构成至少10％的集料，更优选为至少15％且最优选为至少20％。优选石头构成至多70％的集料，更优选至多65％，最优选至多60％。填料和/或沙子构成余量部分。

在本发明的方法中与集料混合以制备柏油的沥青组合物的量将取决于使用的柏油的应用而变化。但是，基于柏油的总重量，通过本发明的方法制备的柏油优选包含1到20％wt范围内的沥青组合物，更优选在2到10％wt的范围内，且最预选在3到7％wt的范围内。

应当相信的是本发明有助于涉及所有类型的柏油，不论“混合设计”且不论空间含量，即“密集的”、“开放的”和“特别开放的”柏油。本发明进一步提供根据本发明的方法制备的柏油并且还进一步提供包含铺设根据本发明的方法制备的柏油的制备柏油路面的方法。因为沥青在老化后具有较高的韧性，马路有可能具有较高的耐久性。

为了制备用于本发明方法中的沥青组合物，典型的将沥青加热到它足以流动以便混合的温度。典型的将沥青将会加热到至少130℃，并且聚合物改性的沥青将会加热到至少160℃。聚丙烯酰胺，优选以颗粒或粉末的形式添加到加热的沥青中并且共混。发明人发现没有必要使沥青组合物经历熟化期；沥青和聚丙烯酰胺共混后沥青组合物适合直接使用。

可以在将沥青与聚丙烯酰胺共混前或共混后将低粘度油与沥青共混。

聚合物，例如热塑性弹性体或塑性体使用已知的技术混合到沥青组合物中。为了最大化聚合物改性的沥青的耐久性，弹性体例如苯乙烯类嵌段共聚物优选与沥青使用低剪切混合共混。

本发明人观察到如所述制备的沥青组合物显而易见的是稳定的并且并不需要特殊的储存。

沥青组合物可以以常规的混合过程与集料结合以形成柏油。柏油可以以常规的道路铺设过程用于形成柏油路面。柏油还可以以其它的过程使用，例如防水，盖屋顶和管道涂刷。

实施例

现在本发明将通过参考并不有意限制本发明的实施例进行描述。制备适合用于本发明方法的沥青组合物。

使用了三种不同的沥青。使用低剪切混合机将聚合物和低粘度油混合到沥青中。聚合物为聚丙烯酰胺(5,000,000分子量，当将5％溶解于水中在25℃下导致大约280厘泊的粘度，购买自VWR)和聚环氧乙烷。低粘度油为D 3(由原油蒸馏获得)以及精炼、漂白、除臭(RBD)的棕榈油。在160℃下加热沥青，并且当到达这一温度时，加入低粘度流体和/或聚合物。在160℃下产品混合1小时。

沥青组合物的渗透性根据EN 1426测量，沥青的环球软化点根据EN 1427测量并且沥青的韧性根据ASTM D113-99在10℃下测量。测量每种沥青的两个或三个样品的韧性并且平均结果以给出最后的值。

沥青组合物的样品使用滚动薄膜烘箱测试(RTFOT)根据EN12607-1老化。

实施例和对比例的组成列于表1中：

表I

	沥青	聚合物	助熔剂
				对比例1	类型I	无	无
实施例1	类型I	0.1％的聚丙烯酰胺	无
				实施例2	类型I	0.01％的聚丙烯酰胺	无
对比例2	类型I	无	2％的D3
				实施例3	类型I	0.1％的聚丙烯酰胺	1.9％的D3
对比例3	类型II	无	无
				对比例4	类型II	无	0.1％的RBD棕榈油
对比例5	类型II	无	0.3％的RBD棕榈油
				对比例6	类型II	无	0.7％的RBD棕榈油
对比例7	类型II	无	1％的RBD棕榈油
				实施例4	类型II	0.01％的聚丙烯酰胺	1％的RBD棕榈油
对比例8	类型III	无	无
				实施例5	类型III	0.1％的聚丙烯酰胺	无
对比例9	类型III	0.1％的聚环氧乙烷	无

在RFTOT老化前和老化后的渗透性、软化点和韧性结果列于表II中。变化量为最高韧性结果(来自两个或三个结果)减去最低韧性结果。

表II

对于这里考虑的大部分等级，新鲜的沥青组合物目标韧性为25cm且短时间老化后为6cm。

对于实施例1和对比例1，可以看到将0.1％的聚丙烯酰胺混合到沥青中对于新鲜的沥青来说导致更低的韧性，但是对于老化的沥青有相似的量的韧性。但是老化的韧性测量更可以重复，这说明改进的粘合剂的一致性。将0.01％的聚丙烯酰胺混合到沥青中(实施例2)略微改进了老化沥青的韧性的量并且再次给出了可重复的结果。

将D3添加到沥青中改进了新鲜的和老化的沥青(对比对比例2与对比例1)的韧性。将D3和0.1％的聚丙烯酰胺添加到沥青中对老化沥青的韧性提供进一步的改进(参见实施例3)，超过仅通过添加聚丙烯酰胺(实施例1)或仅通过添加D3(对比例2)获得的结果。

同样的，以0.3wt％或更高的量将棕榈油添加到沥青中改进了新鲜的和老化沥青的韧性(将对比例3到7比较)。将棕榈油和0.01％的聚丙烯酰胺添加到沥青中对老化的沥青的韧性提供了进一步的改进(参见实施例4)。

将0.1％的聚丙烯酰胺添加到类型III的沥青中导致略微降低了老化沥青的韧性，但是却是非常可重复的结果(将对比例8和实施例5比较)。通过对比，当在10℃下测量时，添加0.1％的其它聚合物，聚环氧乙烷导致更低的韧性值和更可变的韧性值(参见对比例9)。

通过实施例显示的韧性的改进和/或韧性测量的一致性的改进得以获得且沥青的渗透性或软化点没有显著的变化。渗透性的变化为15dmm或更小且软化点的变化为3℃或更小。

Claims (9)

1.一种制备柏油的方法，其包括使沥青组合物与集料结合的步骤，其中所述沥青组合物包含超过75wt％的沥青和在0.005和0.5wt％之间的聚丙烯酰胺。

2.根据权利要求1的方法，其中沥青组合物包含超过85wt％的沥青。

3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中沥青组合物包含少于1wt％的水。

4.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中沥青组合物包含0.1-24.995wt％的具有0.1到50mm²/s粘度的油。

5.根据权利要求4的方法，其中沥青组合物包含0.1-5wt％的具有0.1到50mm²/s粘度的衍生自植物的油。

6.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中沥青组合物包含3到15wt％的选自苯乙烯类嵌段共聚物、烯烃类共聚物、聚氨酯和聚醚-聚酯共聚物的热塑性弹性体或塑性体。

7.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中基于柏油的重量，沥青组合物的量为2到10％wt。

8.通过根据前述权利要求任一项的方法制备的柏油。

9.制备柏油路面的方法，其包括铺设通过根据权利要求1到7任一项的方法制备的柏油。