CN102459458A - 粘合剂组合物和柏油混合料 - Google Patents

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Abstract

公开了适用于铺设柏油路面的粘合剂组合物和柏油混合料。所述粘合剂组合物包含植物来源树脂、植物来源油和聚合物，和所述聚合物利用硅烷基团官能化。

Description

粘合剂组合物和柏油混合料
技术领域
本发明涉及适用于铺设柏油路面的粘合剂组合物和柏油混合料。
背景技术
道路表面(称作路面)通常由柏油混合料建成，所述柏油混合料为粘合剂和骨料的复合料。对于大多数路面来说，粘合剂为沥青，即一种主要由烃和它们的衍生物组成的粘性液体或固体。但近年来也已经开始应用合成粘合剂。合成粘合剂如Shell的拥有与通常用于道路用途的沥青粘合剂相似的流变性能和机械性能。合成粘合剂通常是透明的，因此它们很容易着色且可用于获得有色柏油混合料。合成粘合剂还可以用于其它用途，如造屋顶、防水或密封用途，例如合成粘合剂可以用于密封铺路石料间的缝隙。
EP 179 510公开了包含树脂、油和任选的聚合物的合成粘合剂。所述树脂为石油树脂或包含羧酸、羧酸酐或羟基的香豆酮-茚树脂。所述油优选为矿物润滑油提取物，如Bright-Stock提取物，而所述聚合物可以为合成橡胶如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯。应用包含羧酸、羧酸酐或羟基的改性树酯提高了粘合剂组合物的延展性和粘着性。
EP 1 466 878公开了包含树脂和油的合成粘合剂。所述树脂和油为可再生的植物来源原料。EP 1 466 878的粘合剂不包含聚合物。实际上不含任何天然或合成弹性体及任何热塑性聚合物是EP 1 466 878的粘合剂的主要特征。
本发明人寻求提供一种替代的合成粘合剂组合物。所述粘合剂优选具有提高的粘着性能，和所述粘合剂优选应用可再生的原料。
发明内容
因此，本发明提供一种粘合剂组合物，其包含植物来源树脂、植物来源油和聚合物，其中所述聚合物利用硅烷基团官能化。
本发明人已经发现在包含植物来源树脂和植物来源油的粘合剂组合物中应用这种官能化聚合物能够提高粘合剂组合物的粘着性能。
在另一方面，本发明提供包含本发明的粘合剂组合物和骨料的柏油混合料。
本发明的粘合剂组合物和柏油混合料适用于铺设路面的方法中，但也可以用于其它用途，如造屋顶、防水或密封用途。
通过如下描述和特别是所附权利要求，本发明的优选特征将会变得很明显。
具体实施方式
植物来源树脂是可再生资源，其通常为透明的，因此可用于制备透明粘合剂。所述树脂可以原样应用，或者可以进行化学改性。在本说明书中，术语″植物来源树脂″用来描述树脂本身(″天然树脂″)和已进行过化学改性的树脂(″改性树酯″)。术语″植物来源树脂″不包括源于石油原料的合成树脂如聚酯树脂和环氧树脂。所述树脂优选选自松香酯、天然松香、金属树脂酸盐、柯巴树脂、禾木树脂和达马脂。更优选地，所述树脂为松香酯。最优选地，所述树脂为松香的季戊四醇酯。
所述树脂的软化点按ISO 4625测量优选高于40℃和低于200℃，更优选为高于80℃和低于180℃。
植物来源油为源自植物的油，其可以通过化学或物理方法进一步改性或者没有。所述油优选源于植物，并且未进行进一步的化学改性。植物油是可再生资源，并且通常非常透明，特别是当应用提纯的植物油时，因此可用于制备透明粘合剂。植物油通常可以冷态运输(植物油在环境温度下通常可流动)，和植物油的产品质量通常恒定。所述油优选选自菜籽油、棕榈油、妥尔油、大豆油、葵花油、花生油、棉籽油、橄榄油、玉米油、亚麻籽油、米糠油、红花油、芝麻油、亚麻油、落花生油、椰子油和棕榈坚果油。更优选地，所述油选自菜籽油、棕榈油和妥尔油。最优选地，所述油为菜籽油。菜籽油非常透明并且没有气味。植物油可以以未加工状态、用过的状态或者提纯状态应用，和它们可以进行化学改性，例如通过酯化反应进行改性。
所述油的粘度按EN12595在100℃测量优选高于2cSt(2×10-6m2/s和低于200cSt(2×10-4m2/s)，更优选为高于5cSt(5×10-6m2/s)和低于100cSt(1×10-4m2/s)。
在粘合剂中树脂和油的优选量随树脂和油的性能(特别是粘度和软化点)而变化。优选使油量最大化，因为它通常是粘合剂中最便宜的组分。但如果油量太高(和树脂量太低)，则粘合剂组合物可能太软和不够粘。如果树脂量太高(和油量太低)，则粘合剂组合物的成本可能很高，并且粘合剂组合物可能太硬和太粘。
在粘合剂中树脂的量优选高于10wt％(以粘合剂的重量为基准计)，更优选为高于20wt％，最优选为高于30wt％。在粘合剂中树脂的量优选低于95wt％(以粘合剂的重量为基准计)，更优选为低于90wt％，最优选为低于85wt％。在粘合剂中树脂的量优选为高于20wt％至低于95wt％，更优选为高于30wt％至低于85wt％。粘合剂中油的量优选高于3wt％(以粘合剂的重量为基准计)，更优选为高于10wt％。粘合剂中油的量优选低于90wt％(以粘合剂的重量为基准计)，更优选为低于80wt％。粘合剂中油的量优选为高于10wt％至低于80wt％。如果所述油为植物油，则在粘合剂中树脂的量优选为高于60wt％至低于90wt％，和在粘合剂中植物油的量优选为高于10wt％到低于30wt％。
所述聚合物利用硅烷基团官能化。所述硅烷基团优选接枝到聚合物上。替代地，所述官能化的聚合物可以通过共聚方法来制备，其中使硅烷单体和其它单体共聚。
适合于接枝到聚合物上的硅烷具有通式RR′nSiY3-n，其中n为0、1或2，R为能够接枝到聚合物上的不可水解的有机基团，R′为不能接枝到聚合物上的不可水解的有机基团，和Y为可水解的有机基团。优选的R基为乙烯基、烯丙基、丁烯基、环己烯基、环戊二烯基、甲基丙烯酰基、或甲基丙烯酰氧基烷基(如甲基丙烯酰氧基丙基)，最优选为乙烯基。优选的Y基为烷氧基(如甲氧基、乙氧基、丁氧基)、酰氧基(如甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基)、肟基(如-ON-C(CH3)2或-ON-C(C6H5)2、烷基氨基和芳基氨基，更优选为烷氧基，最优选为甲氧基或乙氧基。n优选为0。优选的硅烷化合物为乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。
以聚合物的重量为基准计，接枝到聚合物上的硅烷的量优选为0.1-5wt％，更优选为0.15-2.5wt％。
硅烷可以通过自由基反应而接枝到聚合物上。将硅烷和自由基引发剂如有机过氧化物、过酸、过酸酯或过缩醛加到聚合物上。优选的自由基引发剂包括过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷和α，α-(二叔丁基过氧异丙基)苯。以聚合物的重量为基准计，优选向聚合物中加入0.01-0.5wt％的自由基引发剂。聚合物的接枝方法在WO 96/00656中进行了公开。
硅烷官能化的聚合物优选为热塑性弹性体或塑性体。所述聚合物优选为硅烷官能化的烯属聚合物或共聚物如硅烷官能化的聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯或聚苯乙烯，或硅烷官能化的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。所述聚合物最优选为硅烷官能化的EVA。
在粘合剂中官能化聚合物的量优选高于0.1wt％(以粘合剂的重量为基准计)，更优选高于1wt％，和最优选高于1.5wt％。在粘合剂中官能化聚合物的量优选低于20wt％(以粘合剂的重量为基准计)，更优选低于10wt％，和最优选低于6wt％。在粘合剂中官能化聚合物的量优选为高于1wt％至低于10wt％，最优选为高于1.5wt％至低于6wt％。优选的是官能化聚合物的量在这些范围内，因为较大量的聚合物将会增加成本并导致差的贮存稳定性，还因为较小量的聚合物将会使粘合剂粘着力不够和强度不够。
粘合剂组合物可以包含除官能化聚合物以外的聚合物。粘合剂组合物可以包含天然或合成橡胶，如苯乙烯和共轭二烯(如丁二烯或异戊二烯)的共聚物或共轭二烯(如丁二烯)的均聚物。粘合剂可以包含乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，即未被官能化的EVA。
粘合剂组合物可以包含其它添加剂，例如软化剂如蜡或针入度指数促进剂如蜡、多磷酸和乙烯聚合物。
粘合剂组合物优选包含透明的树脂和透明的油，因此其优选是透明的。在本发明的一个实施方案中，将颜料加到粘合剂组合物中，从而可以用于铺设着色路面。替代地，所述粘合剂可以以其透明形式用于制备柏油，其中骨料的颜色是可见的。
可以将粘合剂组合物加入到含水乳液中，所述含水乳液包含粘合剂组合物、水和一种或多种辅助形成和稳定所述乳液的添加剂。合适的添加剂对本领域的熟练技术人员来说是已知的，和可以包括：阳离子乳化剂，如单胺、二胺、季铵化合物、烷氧基化胺或酰胺基胺；阴离子乳化剂如脂肪酸或磺酸盐；非离子乳化剂如壬基酚乙氧基化物、乙氧基化脂肪酸或乙氧基化仲醇碱；或粘土如天然或加工过的粘土和膨润土。以乳液的重量为基准计，含水乳液优选包含40-70wt％的粘合剂组合物、60-30wt％的水和3-10wt％的乳化剂。含水乳液还可以包含以胶乳形式加入的聚合物(聚合物的含水分散体)，如丁苯橡胶的胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的胶乳或聚氯丁二烯的胶乳。
柏油混合料主要由粘合剂与骨料、特别是填料、砂岩和石料制成。可获得多种不同类型的柏油，且它们的特征可能明显不同。用于铺路用途的柏油的设计主要是选择和确定物料的比例，从而在成品结构中获得想要的性能。柏油混合料的设计通常依据骨料的等级，和柏油混合料通常被分为密级配、间断级配和开级配。
本发明的柏油混合料可以为这些分类中的任何一类。
在本发明的柏油混合料中粘合剂的量将随所述柏油的用途而变化。但以柏油的总重量为基准计，在本发明中应用的柏油混合料优选包含1-20wt％的粘合剂，更优选为2-10wt％，和最优选为3-7wt％。对于石油沥青砂胶，柏油混合料优选包含10-15wt％的粘合剂。
本发明还提供一种包含本发明的粘合剂组合物或柏油混合料的柏油路面，和应用本发明的粘合剂组合物或柏油混合料铺设柏油路面的方法。
本发明的粘合剂组合物可以通过将树脂、油和官能化聚合物加热至例如高于130℃的温度并进行混合而制备。优选地，加热所述油至例如约160℃，在保持温度为例如约140℃下逐渐加入树脂，然后在搅拌混合物的同时加入聚合物。
可以应用本领域熟练技术人员已知的技术如在EP 1 184 423中公开的那些技术制备粘合剂组合物的含水乳液。优选地，将粘合剂组合物加热以使其熔融，和向熔融后的粘合剂组合物中加入包含水和乳化剂的乳化溶液。在高剪切条件下(如在胶体磨中)使乳化溶液和熔融粘合剂混合以形成乳液。
本发明的柏油混合料可以通过将本发明的粘合剂组合物与骨料混合而制备。在本发明的一个实施方案中，在热混合过程中制备柏油混合料组合物，其中将骨料加热至至少120℃的温度，优选为至少140℃，和向骨料中加入粘合剂。在本发明的另一个实施方案中，在冷混合过程中制备柏油混合料组合物，其中在低于80℃的温度、优选在环境温度下使骨料与粘合剂的含水乳液混合。
柏油混合料可用于按传统的路面铺设方法形成柏油路面。
实施例
下面通过参考如下实施例描述本发明，所述实施例不用于限制本发明。
粘合剂的制备
制备三种基于植物来源树脂和油的透明粘合剂。对比例1不包含聚合物，和对比例2包含传统的乙烯-醋酸乙烯酯(来自Exxon的Polybilt 106)。本发明的粘合剂(实施例1)包含硅烷接枝的乙烯-醋酸乙烯酯(Arkema)。
所述油(菜籽油)置于一个罐中。加热所述油并逐渐加入树脂(松香的季戊四醇酯)。将所述罐存放入140℃的烘箱中，直到树脂溶解于油中。将所述罐转移至140-145℃的电炉上，并在低剪切力下搅拌。对于含聚合物的混合物，然后在几分钟内逐渐加入聚合物。搅拌所述混合物直到聚合物完全溶解(这通常要花超过1小时的时间)。从视觉上评价聚合物的溶解。
透明粘合剂的组成在下表I中示出：
表I
Figure BDA0000120295170000071
粘着测试
按AFNOR XP T 66-043标准测量对四种不同类型石料(石英岩、燧石、闪长岩、石灰石)的非化学粘着力。在该方法中，使骨料与粘合剂混合(100g石料和5g粘合剂)。混合物在60℃下在烘箱中在水中放置16小时。通过观察测试结束时仍然被粘合剂覆盖的石料的相对表面积定性评价粘着力。
表II给出了对比例1和2、实施例1和2以及商购的透明粘合剂(对比例3，来自Shell的
Figure BDA0000120295170000072
)的粘着力的结果(在60℃下在水中16小时后被粘合剂覆着的石料％)。
表II
  石英岩   燧石   闪长岩   石灰石
 对比例1   90   90   ＜50   90
 对比例2   90   90   50   90
 实施例1   90   90   90   90
 对比例3   100   100   90   100
本发明的粘合剂对石英砂、燧石和石灰石的粘着力与对比例1和2的粘着力类似。但本发明的粘合剂对闪长岩的粘着力与对比例1和2的粘着力相比明显提高，并与对比例3的石油产品基商购粘合剂所达到的粘着力类似。

Claims (10)

1.一种粘合剂组合物，其包含植物来源树脂、植物来源油和聚合物，特征在于所述聚合物利用硅烷基团官能化。
2.权利要求1的粘合剂组合物，其中以粘合剂组合物的重量为基准，所述树脂的量为高于20wt％至低于90wt％。
3.权利要求1或2的粘合剂组合物，其中所述树脂为松香酯。
4.前述权利要求任一项的粘合剂组合物，其中以粘合剂组合物的重量为基准，所述油的量为高于10wt％至低于80wt％。
5.前述权利要求任一项的粘合剂组合物，其中所述油为菜籽油、棕榈油或妥尔油。
6.前述权利要求任一项的粘合剂组合物，其中所述聚合物为热塑性弹性体或塑性体，和所述聚合物的量为高于1wt％至低于10wt％。
7.前述权利要求任一项的粘合剂组合物，其中所述聚合物通过用通式为RR′nSiY3-n的硅烷接枝而用硅烷官能化，其中通式中n为0、1或2，R为能够接枝到聚合物上的不可水解的有机基团，R′为不能接枝到聚合物上的不可水解的有机基团，和Y为可水解的有机基团。
8.权利要求7的粘合剂组合物，其中所述硅烷已经用乙烯基三甲氧基硅烷和/或乙烯基三乙氧基硅烷接枝。
9.一种含水乳液，其包含前述权利要求任一项的粘合剂组合物、水和一种或多种辅助形成且稳定所述乳液的添加剂。
10.一种柏油混合料，其包含权利要求1-8任一项的粘合剂组合物和骨料。
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