CN102112574B

CN102112574B - 沥青乳液

Info

Publication number: CN102112574B
Application number: CN200980129757.8A
Authority: CN
Inventors: L·M·阿瑟尔; J·B·汉斯; R·S·强森; B·L·斯威福特; P·G·多彼科; M·C·派克
Original assignee: Georgia Pacific Chemicals LLC
Current assignee: Georgia Pacific Chemicals LLC
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: WO2010017108A3; US8133408B2; CN102112574A; US20110168943A1; US8557138B2; WO2010017108A2; AU2009279811A1; CA2732315A1; ZA201100527B; CA2732315C; BRPI0916734A2; MX2011001041A; US20100025625A1; AU2009279811B2; CL2011000157A1

Abstract

一种水中的沥青乳液，优选地其特征在于由于使用以下各项作为乳化剂当干燥时具有较低水平的粘性，即：一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合，尤其是一种妥尔油脂肪酸、或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸，其中该沥青乳液对于在一种形成粉尘的物质中降低扬尘的发展是有用的。

Description

沥青乳液

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年8月2日提交的共同未决的临时申请序列号61/085,840的权益并将其通过引用结合在此。

发明领域

本发明广泛地涉及水中的一种沥青乳液，如一种妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、费歇尔-托普希产物、或柏油(沥青)，对于降低扬尘的发展，尤其是从运输煤的敞篷有轨汽车(漏斗车)中减少煤尘的损失是有用的。

发明背景

据估计从西部矿山横跨美国运输煤的敞篷有轨汽车在运输期间由于的扬尘损失在任何地方可能损失2％至5％重量的煤装载量。

这种煤的损失不仅表示了一种经济损失和一种环境污染问题，特别是对于邻近铁路的人口稠密地区，而且在火车轨道上面以及周围煤尘的聚集还被认为对火车脱轨有影响。因此，本领域长期追求用于在运输期间降低来自有轨汽车的的煤损失的方法。

在这些年里，已经使用和/或考虑了多种物质作为一种降低与操作煤相关的扬尘的水平的方法。此类降低扬尘的组合物总体上也在多种其他除尘应用中具有实用性。

诸位申请人理解在某些情况下，妥尔油沥青乳液不被认为是适用于煤运输应用的，因为这些常规的乳液在显著范围的使用条件上展现出了过度的粘附性水平，即，粘性。

一种用于降低沥青乳液的粘性的途径涉及加入一种细颗粒填充剂(如碳酸钙)作为乳化沥青的一种组分。这种较低粘性的沥青乳液可以通过将该沥青(如一种妥尔油沥青或柏油(沥青))在一种乳化剂的存在下作为连续相分散于水中并且与一种细颗粒填充剂(尤其是细颗粒碳酸钙)相结合来制备。已鉴定了多种物质作为适合的乳化剂。

诸位申请人现在已出乎意料地发现在某些乳化剂的存在下，如美国专利申请序列号12/166,387(美国专利公布2009-0065736A1)、12,023,886(美国专利公布2008-0194795A1)、11/669,713(美国专利公布2008-0179570A1)、以及于2009年1月30日提交的名称为“Oxidized and Maleated Derivative Compositions”的12/363,483中所描述的妥尔油产物及衍生物，为了降低这些沥青乳液的粘性没有必要将这种细颗粒填充剂物质包括在乳化的沥青中。

发明概述

在一个实施方案中，本发明提供了一种沥青乳液，该乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中的一种沥青颗粒，如妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、费歇尔-托普希产物、或柏油(沥青)，该乳化剂包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合。典型地，该乳化剂是被部分地中和的。

该沥青乳液对于降低与形成粉尘物质相关的扬尘形成是有用的。本发明的沥青乳液的一种有用的特性是该乳液干燥成一个具有减小粘性的薄膜。特别有用的乳化剂是基于含有一种妥尔油脂肪酸或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸的产物。此类产物可以是选自下组，其构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油(包括鉴定为TOFA的产物)、化学修饰的妥尔油(包括鉴定为二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油及其化学修饰形式的产物)及其混合物。也可以使用其他基于脂肪酸的产物，如从动物或植物衍生的油中得到的那些及其衍生物。

在另一个实施方案中，本发明还涉及一种制造沥青乳液的方法，该方法包括以足以生产一种乳液的搅拌来将一种熔化的沥青如妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、费歇尔-托普希产物、或柏油(沥青)与一种乳化剂进行共混，该乳化剂包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合。典型地，该乳化剂是被部分地中和的。特别有用的乳化剂是基于含有一种妥尔油脂肪酸或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸的产物。此类产物可以是选自下组，其构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油(包括鉴定为TOFA的产物)、化学修饰的妥尔油(包括鉴定为二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油及其化学修饰形式的产物)及其混合物。也可以使用其他基于脂肪酸的产物，如从动物或植物衍生的油中得到的那些及其衍生物。

在另一个实施方案中，本发明还针对一种用于在形成粉尘的物质中(特别是与产生粉尘的大批材料如煤的运输相关的)降低扬尘的发展的方法，该方法包括向该形成粉尘的物质施加一个量值的一种沥青乳液以便降低扬尘形成，该沥青乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中的一种沥青颗粒如妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、费歇尔-托普希产物、或柏油(沥青)，该乳化剂包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合。典型地，该乳化剂是被部分地中和的。特别有用的乳化剂是基于含有一种妥尔油脂肪酸或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸的产物。此类产物可以是选自下组，其构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油(包括鉴定为TOFA的产物)、化学修饰的妥尔油(包括鉴定为二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油及其化学修饰形式的产物)及其混合物。也可以使用其他基于脂肪酸的产物，如从动物或植物衍生的油中得到的那些及其衍生物。

在一个替代实施方案中，干燥成一个具有减小粘性的薄膜的一种沥青乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中并且与一种细颗粒填充剂(尤其是一种细颗粒钙盐如碳酸钙)结合的一种沥青颗粒，如以上鉴定的沥青，并且包括妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、费歇尔-托普希产物、或柏油(沥青)。在这个替代实施方案中，没有必要将该乳化剂限制于以上鉴定的这些基于脂肪酸的物质和基于松香酸的物质。而是，可以将适合的乳化剂的清单扩展以包括阳离子的、阴离子的、非离子的以及两性的物质。在这个实施方案中，可以遵循常规测定来选择任何具体的乳化剂物质的适合性以及要使用的适当的量。可以使用基于蛋白质的乳化剂，如基于大豆蛋白的物质、明胶、卵磷脂、酪蛋白并且特别是碱金属的盐类，如酪蛋白的钠和铵盐；树脂的皂以及树脂的乳液，以及如美国申请序列号12/479,087中所描述的某些美拉德反应产物。在这个替代实施方案中，已证实酪蛋白是一种适合的乳化剂，尤其是一种碱性酪蛋白酸盐如酪蛋白酸钠或酪蛋白酸铵。该碱性酪蛋白酸盐可以被预先形成或者在制备该乳液的水相时可以将它原位形成，例如在制备该水相期间通过将酪蛋白与一种碱金属氢氧化物进行混合。

这些以及其他实施方案在以下说明中提出。在考虑了本说明书之后另外其他实施方案对于本领域的普通技术人员应该是清楚的。

发明详细说明

本发明涉及一种沥青乳液、涉及其制备方法并且涉及该乳液用于多种用途的应用。

本发明具体地涉及一种沥青乳液，特别是相对于使用一种蛋白质的酪蛋白乳化剂制成的一种未填充沥青乳液的粘性而言干燥成一种具有减小粘性的薄膜的沥青乳液。本发明的沥青乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中的一种沥青颗粒，如妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、费歇尔-托普希产物、或柏油(沥青)，该乳化剂包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合。典型地，该乳化剂是被部分地中和的。特别有用的乳化剂是基于含有一种妥尔油脂肪酸或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸的产物。此类产物可以是选自下组，其构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油(包括鉴定为TOFA的产物)、化学修饰的妥尔油(包括鉴定为二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油及其化学修饰形式的产物)及其混合物。也可以使用其他基于脂肪酸的产物，如从动物或植物衍生的油中得到的(皂化)那些及其衍生物。

正如本领域已知的，妥尔油是指在松木的Kraft处理或硫酸盐处理中作为一种酸化的副产物得到的树脂的黄黑色油状液体。根据这种方法，将松木用碱和硫化物进行消化，生成妥尔油皂和粗制硫酸盐松香(作为副产物)。这种妥尔油皂的酸化提供了粗制妥尔油。在精炼之前粗制妥尔油正常地是松香酸、脂肪酸、甾醇、高分子量醇类以及其他烷基链物质的一种混合物(见《nzic.org.nz/ChemProcesses/forestry/4G.pdf》)。使用这种粗制妥尔油的蒸馏来回收多种产物。这些产物之一是妥尔油沥青，这是一种已知的商业物质，并且因此在本领域中是众所周知的。

一种妥尔油沥青的精确组成将部分地取决于将它进行分离的方法。按其定义，妥尔油沥青是在粗制妥尔油(CTO)的蒸馏期间所回收的最小挥发性的馏分以及最小水相容的馏分。CTO的蒸馏产生了相对挥发性的物质，这些物质主要由所谓的头馏分、松香酸和脂肪酸组成。来自这个蒸馏过程的最小挥发性的残余物是妥尔油沥青。妥尔油沥青是一种酸值为25-50的半流体、焦油状的物质。典型地，妥尔油沥青包含约5％至20％的脂肪酸、5％至20％的树脂酸以及60％至90％的通常称为“不可皂化物”的中性物质，该中性物质包括高级醇和甾醇，其中这些百分比是基于重量的。妥尔油沥青在特性上是疏水性的。在妥尔油沥青中也经常发现二聚的松香和二聚的脂肪酸。关于提供妥尔油沥青的不同方法请参见例如美国专利号3,943,117、4,075,188；4,154,725；5,164,480；5,132,399；4,524,024；4,495,095；以及4,238,304。本领域的普通技术人员还应理解的是因为妥尔油沥青是从多种天然来源得到的，其组成在不同的来源中也会有变化。

妥尔油沥青可商购于多种来源，包括Georgia-Pacific ChemicalsLLC(

妥尔油沥青)。

煤焦油沥青是焦炭生产以及煤气化作用的一种副产物。煤焦油沥青是一种复杂的混合物，包含多种多环芳烃以及杂环化合物。

柏油(沥青)是一种粘性的、黑色的且高黏性的液体或半固体，它存在于大多数原油中以及一些天然沉积物中，有时被称为沥青。它也可商购于广泛的来源。

根据本发明可以用来形成一种沥青乳液的其他材料包括重原油、重石油馏出物、以及费歇尔-托普希产物。

如贯穿本说明书和权利要求书所使用的，因此术语沥青旨在包含妥尔油沥青、煤焦油沥青、重原油、重石油馏出物、焦油状的费歇尔-托普希产物、以及柏油(沥青)。

由于沥青并且特别是妥尔油沥青的通常的软化温度，典型地是20℃至50℃，当使用沥青乳液如妥尔油沥青乳液时经常遭遇的一种困难是干燥的乳液对于一种特定的用途太软且太粘。本发明是基于以下发现，即通过在一个特定组的乳化试剂(乳化剂)之一(即，包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合，并且尤其包括一种妥尔油脂肪酸、或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸的一种乳化剂)的存在下在水中乳化沥青，当干燥该沥青乳液时所生成的一种薄膜的粘性特性被显著地降低了。典型地，该乳化剂是被部分地中和的。包含一种妥尔油脂肪酸或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸的特别有用的产物可以是选自下组，其构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油(包括鉴定为TOFA的产物)、化学修饰的妥尔油(包括鉴定为二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油及其化学修饰形式的产物)及其混合物。

广义地说，根据本发明用作乳化剂的脂肪酸和化学修饰的脂肪酸构成了直链或分支的、饱和的、单不饱和的或多不饱和的具有8至24个碳原子、特别是12至22个碳原子的脂肪酸基团并且可以从多种来源获得。代表性的脂肪酸包括油酸、月桂酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸、蓖麻油酸、肉豆寇酸、花生酸、山萮酸及其混合物。

通过使用已知的皂化技术，可以将多种动物和植物油(甘油三酯)(例如亚麻籽(亚麻子)油、蓖麻油、桐油、大豆油、棉籽油、橄榄油、低芥酸菜籽油、玉米油、向日葵子油、花生油、椰子油、红花油、棕榈油及其混合物，仅列举几个例子)作为一种或多种脂肪酸的来源使用，用于制造与本发明结合使用的一种乳化剂。脂肪酸的一种来源是妥尔油，并且特别是蒸馏的妥尔油。

主要的松香酸是枞酸、脱氢松香酸、异海松酸以及海松酸。松香酸的一种来源是妥尔油，并且特别是蒸馏的妥尔油。总体上，感兴趣的化学修饰的松香酸应当保留一些极性基团像羧酸或已经被加入的极性基团像胺(松香胺)、聚乙二醇链(如非离子的乳化剂)或通过与富马酸或马来酸/酸酐的Diels Alder反应得到的另外的酸官能度。因此，化学修饰的松香酸包括歧化的松香、马来酸化的松香酸、松香酸的二亚乙基四胺酰胺基胺、胺修饰的松香酸、松香盐、松香乙氧基化物、酚修饰的松香、二聚的松香、松香-甲醛加合物以及氢化的松香。

如以上指出的，使用粗制妥尔油的蒸馏来回收多种产物并且根据本发明这些产物的一个单独的子集也被用作乳化剂、和/或用于生产用于乳化该沥青组分的这种乳化剂。具体地，根据本发明所使用的一种适合的乳化剂包括一种妥尔油脂肪酸、或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸，并且可以选自下组，其构成为：粗制妥尔油(CTO)、蒸馏的妥尔油(DTO)、TOFA、化学修饰的妥尔油及其混合物。蒸馏的妥尔油是多种脂肪酸和多种松香酸的一种混合物。TOFA是比DTO挥发性更高的脂肪酸馏分。化学修饰的妥尔油包括二聚酸、氧化的妥尔油(MTO)、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油(Oxmal)以及其他化学修饰的马来酸化的妥尔油。这些材料中的几种在美国非临时申请序列号12/166,387(美国专利公布2009-0065736A1)；12,023,886(美国专利公布2008-0194795A1)；11/669,713(美国专利公布2008-0179570A1)以及12/363,483(名称为OXIDIZED AND MALEATEDDERIVATIVE COMPOSITIONS)中进行了描述，这些的披露内容通过引用以其全部内容结合在此。

粗制妥尔油中主要的不饱和脂肪酸是油酸以及亚油酸。因此用于本发明的适合的乳化剂包含如以上指出的油酸、亚油酸和/或其化学修饰的形式。根据本发明可从Georgia-Pacific Chemicals LLC，Atlanta，GA商购的并且适合用作一种乳化剂的代表性妥尔油产物包括

100、

101、

300、

304、

520、

530、

540、

542、

656、

690，

692、MTO、

100、105以及

105K、

110以及

307。

化学修饰的马来酸化的妥尔油包括选自下组的化学修饰马来酸化的妥尔油脂肪酸，该组的构成为：(1)将该马来酸化的妥尔油脂肪酸与蓖麻油酸进行酯化，(2)使用以足以引起马来酸化的脂肪酸分子之间交联的量值提供的一种聚胺进行这些马来酸化的妥尔油脂肪酸的酰胺化，(3)使用以足以引起马来酸化的脂肪酸分子之间交联的量值提供的一种氨基醇进行马来酸化的妥尔油脂肪酸的酯化和酰胺化的一种组合，(4)将马来酸化的妥尔油脂肪酸与一种炔基醇(炔属的醇)进行酯化，该炔基醇选自：炔丙醇、1-己炔-3-醇、5-癸炔-4，7-二醇、氧烷基化的炔丙醇及其混合物，(5)将马来酸化的妥尔油脂肪酸与吗啉进行酰胺化，(6)将马来酸化的妥尔油脂肪酸与一种脂肪咪唑啉进行酰胺化，(7)将马来酸化的妥尔油脂肪酸与一种磷酸酯进行酯化，(8)将马来酸化的妥尔油脂肪酸与一种金属螯合剂进行反应(金属螯合剂修饰)，(9)将马来酸化的妥尔油脂肪酸与一种氨基酸进行反应，(10)进行黄原酸盐修饰，(11)进行硫代磷酸酯修饰，(12)进行氧肟酸修饰，(13)进行磺酸盐修饰，(14)进行硫酸盐修饰，及其组合。具体参见美国专利申请序列号12/166,387(美国专利公布2009-0065736A1)。

要使用的乳化剂的量在某种程度上取决于所使用的沥青的具体特性。经常地，该乳化剂将在任何地方构成该旨在被乳化的沥青的从约1％至100％重量(即，乳化剂与沥青的重量比率为0.01∶1至1∶1)，更经常地该乳化剂包括该沥青的从20％至95％重量，并且最经常地该乳化剂包括该沥青的从25％至90％重量。如指出的，一种适合的乳化剂包括一种妥尔油脂肪酸，该妥尔油脂肪酸包含油酸和/或亚油酸、和/或油酸和/或亚油酸的化学修饰的种类，并且可以方便地选自下组，该组的构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油、TOFA、化学修饰的妥尔油及其混合物，其中化学修饰的妥尔油包括二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油以及其他化学修饰的马来酸化的妥尔油。可以遵循常规测定来选择这些具体乳化剂中任何一种的适合性以及要用于乳化一种具体来源的沥青的适当的量值。

通过首先制备一个水性碱性相并然后在该基于脂肪酸的乳化剂(尤其是一种基于妥尔油脂肪酸的乳化剂)的存在下将如此制备的水相与熔化的沥青进行混合从而方便地形成的本发明的沥青乳液。经常地，以在固体浓度在约30％至60％固体之间、经常地在约40％至50％固体之间制备一种适合的乳液，主要的固体是沥青本身、以及该乳化剂。出于多种原因，该乳液经常是以可能的最高固体含量制备的。通过将水相与该熔化的沥青以及该乳化剂进行混合形成一种乳液之后，可以通过加入额外的水来简单地降低固体含量。的确，可能希望以比任何具体的最终使用应用所需要的显著更高的固体含量来运输该沥青乳液，因而在使用该乳液的场所加入额外的水。本发明的益处之一是本发明的沥青乳液、特别是一种妥尔油沥青乳液，在使用之前可以被显著地稀释，而该乳液仍将保持足够长的稳定，足以将它施用于一种典型的商用装置中。

以其最简单的形式，通过将水(它形成了该乳液的连续相)与一种碱、经常是苛性碱(NaOH)进行混合、并然后加入该沥青和该乳化剂(被加热至该沥青是充分地流体以便容易地分散于水中的一个温度)连同足以生产该乳液的搅拌一起来制备的该水相。可以施加额外的热来协助完成混合。通过将该水相与该熔化的沥青进行混合形成一种乳液之后，可以通过加入额外的水来简单地降低固体含量。

在该乳液中分布的沥青颗粒典型地是小于2微米并且正常地是平均在1至3微米的范围内。

当用一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸或其组合，并且尤其用一种基于妥尔油脂肪酸的乳化剂形成一种沥青乳液时，该乳化剂的酸值的中和水平(即程度)影响了该干燥乳液的粘性。这些酸的不充分中和生成了一种油状薄膜，当可以例如在室温下四小时后测量该薄膜时，该薄膜仍是粘性的。一种适当的中和水平生成了一种具有极小至无粘性的干薄膜。预计最佳的中和或皂化水平将取决于该乳化剂以及用来部分地中和该酸的碱或碱性物质的性质。例如，对于蒸馏的妥尔油(DTO)，含有少于约2％的苛性碱的一种乳液干燥形成一种具有某种残余粘性的油状薄膜，而含有2.5％至3.5％苛性碱的乳液干燥形成一种具有所希望的极小至无粘性水平的薄膜。仅使用常规测定就可以确定任何具体的基于酸的乳液的适当的中和水平。

因此，该连续相(即，水相)的pH影响该沥青乳液的特性。在一个进一步的实施方案中，将该水性连续相的pH被调节到8.2至12之间、8.5至12之间、9.0至12之间、9.5至12之间、或10.0至12之间。可以使用广泛多样的碱性物质调节该pH，包括碱金属的氢氧化物以及碳酸盐；但是简单地使用苛性碱(NaOH)溶液已经证明是合适的。该水相的pH是以一种适当的方式通过在将水相与该沥青以及乳化剂进行混合形成沥青乳液之前或之后加入该碱性物质(例如加至该乳化剂、或加至用于形成该乳液的水中)而进行调节的。该水相的pH可以通过在制备该乳液之前加入一种适当的碱(如氢氧化钠)来进行调节。

本发明的优点之一是可以以一种固体浓度制备一种稳定的乳液，在此浓度下，该乳液可以容易地被泵送用于储存和运输(经常是至远处位置)，在此时该乳液然后可以被进一步稀释以便应用而不经受由于乳液不稳定性所造成的问题。

在一个替代实施方案，该沥青乳液包括一种细颗粒填充剂，如一种细颗粒钙盐并且具体是碳酸钙。一种填充剂的存在也用于减小通过干燥一种沥青乳液所生产的薄膜的粘性特性。也可以使用的其他填充剂物质包括石膏、石灰、硅石、氧化镁、碳酸镁、白云石、蛭石、滑石、坚果壳粉、纳米粘土、膨润土、高岭土以及其他类似物质。

其中细颗粒是指该填充剂的重均粒度是小于30微米(μm)并且该填充剂具有一种粒度分布，从而这些填充剂颗粒的至少80％在尺寸上小于50μm。

一种适合的填充剂是细颗粒碳酸钙。适合的细颗粒碳酸钙可以通过或者机械研磨(例如，通过研磨石灰石)亦或通过化学沉淀来生产。总体上，可以通过沉淀技术产生较小的平均粒度。的确，低于一微米的粒度是可得到的。机械研磨的碳酸钙以及沉淀的碳酸钙两者的商业来源包括Huber Engineered Materials(J.M Huber公司)、Omya AG以及Imerys。

使用一种碱性物质如碳酸钙作为该细颗粒填充剂的益处之一是，它降低了侵蚀，侵蚀是人们典型地遭遇到的，尤其是当使用妥尔油沥青时，它一般是由该沥青的固有酸度造成的。

该乳液中填充剂和沥青的相对量值可以在宽的界限内变化。总体上，基于乳液中沥青的量值，以一个量值将该填充剂施用于该乳液，从而该填充剂构成了沥青的重量的30％至100％之间重量。经常地，包括该沥青的约40％至80％重量的填充剂的量值应该是足够的。

现有技术已经说明了可以用于将减少粉尘的组合物、如本发明的沥青乳液应用于敞篷有轨汽车(漏斗车)的多种设备设计。在此方面值得注意的是以下美国专利3,961,752；5,350,596；5,352,297和5,441,566。用于将一层沥青乳液喷涂或另外地沉积在从中扬尘的发展将被降低的材料的表面上的这些以及其他装置可以与本发明结合使用。通过在形成粉尘的物质上喷涂适当量值的该沥青乳液，形成了一个外壳层，这个层抵抗了促成煤的扬尘形成的风和其他因素的作用。在大多数情况下通过稀释调节至固体浓度为2至10重量百分比之间的量值为10至30加仑(美国)/1000平方英尺煤表面积的沥青乳液通常应该是足够的。显而易见地，在其他情况下更高或更低的应用比率以及不同的稀释水平可能是适当的。

除了对处理运输煤的敞篷有轨汽车是有用的之外，本发明的沥青乳液在扬尘可能发展并且因此存在降低此类粉尘形成的需要的任何应用中也是潜在地有用的。因此其他应用包括通过有轨汽车运输其他大批固体、通过传输带运输煤以及其他大批固体(如在工业装置中)、煤的存储区域和农村的道路，包括伐木和采矿道路。其他大批固体的实例包括肥料、矿物和谷物。

应理解的是，虽然本发明已经与其具体实施方案结合进行了描述，以上的说明以及实例旨在说明而非限制本发明的范围。

实例1一种妥尔油沥青乳液的制备

一种适用于抑制粉尘的沥青乳液可以通过以下步骤通过将四种组分进行共混而制成，这四种组分是：妥尔油沥青、蒸馏的妥尔油(DTO)、50％的苛性碱溶液、以及水。将69.9g室温的水加入一个250ml玻璃瓶中。加入一种50％的苛性碱溶液(4.4g)。摇动该水与苛性碱的混合物。将50.0克加热至60℃的妥尔油沥青(即，

妥尔油沥青)加入该水与苛性碱的溶液中。将也预热至60℃的16.0g DTO(蒸馏的妥尔油)加入该水、苛性碱以及妥尔油沥青的混合物中，并且手动摇动该混合物直到形成一种均匀的混合物。

实例2测试实例1的妥尔油沥青乳液

将用于抑制实例1的粉尘的沥青乳液的一个样品施加到一个Q板(Q-Lab公司)上，并且使用一个湿涂膜器制作了一个8密尔(基本上0.2mm)厚的薄膜。允许在室温下将该薄膜干燥3小时，并然后通过用一个戴手套的手指接触该薄膜来测试它的表面粘附性或粘性。该薄膜已经干燥成一种不粘的形式，从而可以将该戴手套的手指从该Q板的表面上的薄膜抬起，仅留下该手套的一个轻微印记。

实例3一种填充的妥尔油沥青乳液的制备

将量值约8.8份重量的水加入一个合适的容器中并加热至80℃至85℃的温度。将量值约1.25份重量的碱性酪蛋白酸盐(酪蛋白酸铵)；量值约12.5份重量的一种细颗粒的碳酸钙(如从Huber EngineeredMaterials(the J.M Huber公司)可获得的Hubercarb G260)；以及量值为1.9份重量的一种氢氧化钠水溶液(按重量计50％NaOH)加入水中，并且彻底混合(混合持续约30分钟)。在不断混合下向得到的糊剂中加入额外的50.25份重量的水。在根据需要将该水性混合物的温度调节至80℃至85℃的温度之后，在足以形成所希望乳液的混合下将量值约25.2份重量的一种熔化的妥尔油沥青加入该水相中。然后可以加入一种杀生物剂。

实例4一种填充的妥尔油沥青乳液的制备

将量值约3.7份重量的水加入一个适合容器中并加热至80℃到85℃的温度。将量值约1.25份重量的碱性酪蛋白酸盐(酪蛋白酸铵)；量值约17.6份重量的一种沉淀的碳酸钙(如从Imerys可获得的Opti-cal 600)；以及量值为1.9份重量的一种氢氧化钠水溶液(按重量计50％NaOH)加入该水中，并且彻底混合(混合持续约30分钟)。在不断地混合下向得到的糊剂中加入额外的50.25份重量的水。在根据需要将该水性混合物的温度调节至80℃至85℃的温度之后，在足以形成所希望的乳液的混合下将量值约25.2份重量的一种熔化的妥尔油沥青加入该水相中。然后可以加入一种杀生物剂。

评定一种具体材料、包括本发明的沥青乳液的粘性，也可以使用ASTM D 1640-03“Methods for Drying，Curing or Film Formationof Organic Coatings at Room Temperature”进行测定。如所指出的，使用这一试验，可以比较多种沥青乳液的粘性，并且本发明的这些相对于未修饰的乳液显示出粘性显著地降低。具体地，本发明的乳液的一种湿薄膜应该在4小时内干燥成一种不粘的薄膜。当该沥青乳液将被应用于具体的应用中时，该试验薄膜的厚度应该基本上是乳液的薄膜的厚度。在一些应用中，如用于在敞篷有轨汽车中缓解扬尘形成，应该以8密尔的薄膜厚度来测试该沥青乳液。其他应用可能要求干燥厚度为7密尔、6密尔、5密尔、4密尔、3密尔、2密尔、或更小的湿薄膜来评定适合性。

在进一步的实施方案中，本发明是：

1.一种沥青乳液，该沥青乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中的一种沥青的颗粒，该乳化剂包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合。

2.一种制造沥青乳液的方法，该方法包括以足以产生一种乳液的搅拌将(i)一种熔化的沥青、(ii)一种乳化剂，该乳化剂包括一种脂肪酸、一种化学修饰的脂肪酸、一种松香酸、一种化学修饰的松香酸、或其组合，以及(iii)水进行共混。

3.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该沥青乳液干燥成一种具有减小粘性的薄膜。

4.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该沥青是一种妥尔油沥青。

5.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该乳化剂包括一种妥尔油脂肪酸或一种化学修饰的妥尔油脂肪酸。

6.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该妥尔油脂肪酸或化学修饰的妥尔油脂肪酸是选自下组，其构成为：粗制妥尔油、蒸馏的妥尔油、TOFA、二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油及其混合物。

7.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该乳化剂是被部分地中和的。

8.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该水具有至少8的pH。

9.以上段落中任一项所述的沥青乳液，其中该水具有在8至12之间的pH。

10.一种沥青乳液，该沥青乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中并且与一种细颗粒填充剂结合的一种沥青的颗粒。

11.上一段落所述的沥青乳液，其中该沥青乳液干燥成一个具有减小粘性的薄膜。

12.一种用于在形成粉尘的物质中降低扬尘的发展的方法，包括将如以上段落中任一项所述的沥青乳液以一个量值施加到该形成粉尘的物质上从而降低扬尘形成。

13.一种用于在装有形成粉尘的物质的有轨汽车中的降低扬尘的方法，包括将如以上段落中任一项所述的沥青乳液以一个量值施加到该形成粉尘的物质上从而降低扬尘形成。

14.如段落13所述的方法，其中该有轨汽车装有煤。

15.一种用于在运输、储存或操作期间在一种形成粉尘的物质中降低扬尘的方法，包括将如以上段落中任一项所述的沥青乳液以一个量值施加到该形成粉尘的物质上从而降低扬尘形成。

16.如段落15所述的方法，其中该形成粉尘的物质是煤。

本发明已经通过参照具体的实施方案进行了描述。然而，本申请旨在覆盖在不背离本发明的精神和范围下可以由本领域普通技术人员做的改变和替换。除非另外确切地指出，所有百分比均为按重量计。贯穿本说明书以及在权利要求书中的术语“约”旨在包括+或-5％，并且典型地该变化仅为约+或-2％。

Claims

1.一种沥青乳液，该沥青乳液包括在一种乳化剂的存在下分散于水中的一种妥尔油沥青的颗粒，该乳化剂包括蒸馏的妥尔油，其中该水具有至少8的pH和其中该沥青乳液在4小时内干燥成厚度为0.2mm或更薄的不粘的薄膜，根据ASTM D1640-03测定。

2.一种制造沥青乳液的方法，该方法包括以足以产生一种乳液的搅拌将(i)一种熔化的妥尔油沥青、(ii)一种乳化剂，该乳化剂包括蒸馏的妥尔油，以及(iii)水进行共混，其中该水具有至少8的pH和其中该沥青乳液在4小时内干燥成厚度为0.2mm或更薄的不粘的薄膜，根据ASTM D1640-03测定。

3.一种用于在形成粉尘的物质中降低形成粉尘的物质扬尘的发展的方法，包括将如权利要求1所述的沥青乳液以一个量值施加到该形成粉尘的物质上从而降低扬尘形成。

4.如权利要求1所述的沥青乳液，其中该乳化剂是被部分地中和的。

5.如权利要求1所述的沥青乳液，其中该水具有8至12之间的pH。

6.如权利要求1所述的沥青乳液，其中该乳化剂还包括粗制妥尔油、TOFA、二聚酸、氧化的妥尔油、马来酸化的妥尔油、氧化的并且马来酸化的妥尔油以及其混合物。

7.如权利要求1所述的沥青乳液，该沥青乳液进一步包括一种细颗粒填充剂。

8.如权利要求7所述的沥青乳液，其中该填充剂是一种钙盐。

9.如权利要求8所述的沥青乳液，其中该填充剂是碳酸钙。

10.如权利要求7所述的沥青乳液，其中该乳化剂进一步包括酪蛋白。

11.如权利要求7所述的沥青乳液，其中该水具有8至12之间的pH。

12.如权利要求1所述的沥青乳液，其中所述乳化剂为该妥尔油沥青的25%-90%重量的用量。

13.如权利要求1所述的沥青乳液，其中基于该妥尔油沥青的总重量，所述沥青包含60wt%-90wt%的不可皂化物。

14.如权利要求1所述的沥青乳液，其中该水具有9-12之间的pH。

15.一种用于在装有形成粉尘的物质的有轨汽车中降低扬尘的方法，包括将如权利要求1所述的沥青乳液以一个量值施加到该形成粉尘的物质上从而降低扬尘形成。

16.如权利要求15所述的方法，其中该有轨汽车装有煤。

17.一种用于在运输、储存或操作期间在一种形成粉尘的物质中降低扬尘的方法，包括将如权利要求1所述的沥青乳液以一个量值施加到该形成粉尘的物质上从而降低扬尘形成。

18.如权利要求17所述的方法，其中该形成粉尘的物质是煤。