CN103221337A - 粘度降低的多聚磷酸组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及相对于纯的多聚磷酸粘度降低的多聚磷酸组合物。通过将多聚磷酸与降低多聚磷酸组合物的粘度的添加剂组合来降低多聚磷酸的粘度。在一个实施方案中，可以使用不添加水就能导致多聚磷酸溶剂化和/或部分中和的添加剂。粘度降低的多聚磷酸可用作例如道路铺筑中沥青的添加剂。

Description

粘度降低的多聚磷酸组合物
在先申请
本申请要求2010年6月1日提交的U.S.临时申请No.61/396,670的权利，所述申请在此以其全文引作参考。
背景技术
通常是经由热缩合法通过磷酸的聚合来制备多聚磷酸(PPA)。所得PPA产物具有用H3PO4含量表示的高达118重量％的浓度。PPA由具有不同链长的聚合物构成，并且PPA的组成随其浓度而变化。PPA被用于许多需要温和的强酸性和脱水性质的应用中。然而，PPA的一个缺点在于，随着其浓度的增加，其粘度也增加。
PPA粘度增加的结果是，为了便于将PPA用于多种工艺中，必须将PPA加热到足够的温度以使其粘度降低至更易于操作和使用的水平，例如通过泵送来操作和使用。然而在一些工艺中，可能不期望增加PPA的温度。此外，PPA有时被储存在塑料容器中，其不能承受允许泵送PPA所要求的较高温度。
因此，希望有这样一种PPA组合物，其能够提供所期望的PPA浓度，同时其粘度允许在低于现有PPA产物所需的温度下容易地进行操作。
发明内容
本发明主要涉及相对于纯多聚磷酸具有降低的粘度的多聚磷酸组合物。通过将多聚磷酸与降低多聚磷酸组合物粘度的添加剂组合来降低多聚磷酸的粘度。在一个实施方案中，可以采用不添加水就能够导致PPA溶剂化和/或部分中和的添加剂。多聚磷酸组合物的优势之一在于只需少量加热或无需加热来降低多聚磷酸的粘度就可以使用该多聚磷酸。
附图说明
图1表明了纯PPA(115重量％)与PPA(115重量％)和0.1重量％的磷酸三丁酯组合所得组合物在30℃至100℃的温度下的旋转粘度的对比。
图2表明了纯PPA(115重量％)与PPA(115重量％)和0.1重量％的妥尔油多胺(Evotherm)组合所得组合物在30℃至100℃的温度下的旋转粘度的对比。
图3表明了PPA(105重量％)与磷酸三丁酯和丁基膦酸二丁酯的各种混合物的粘度随温度的变化。六个测试中两个采用了“陈年”的PPA而剩余的四个测试采用了新近生产的PPA。
图4表明了PPA(115重量％)与磷酸三丁酯和丁基膦酸二丁酯的各种混合物的粘度随温度的变化。
具体实施方式
多聚磷酸(PPA)是磷酸(H3PO4)在95％以上的浓缩后品级。在这些高浓度下，PO4单元发生聚合。PPA具有用H3PO4含量表示的高达118重量％的浓度。随着PPA浓度和聚合度的增加，粘度也随之增加。结果是，以纯的形式存在的PPA在环境温度下难以操作。为了在一些应用中使用PPA，可能需要将PPA从储存容器中泵送至混合容器中。由于PPA的高粘度，为了泵送经常需要加热PPA。这是昂贵的并且可能是困难的，特别是在塑料储存容器中供应PPA时。
PPA的粘度随其浓度而增加是由分子水平上的PPA聚合物和残留单体的相互作用而导致的。发明人已经发现通过减少这些相互作用而不改变PPA的酸度，依据所使用的添加剂将低温下PPA的粘度降低80％以上是可行的。可以使用任何不添加水就能够导致PPA溶剂化和/或部分中和的添加剂。这些类型的添加剂可以防止可能会导致PPA粘度增加的氢与氢的相互作用。
组合物中使用的PPA具有用H3PO4含量表示的在95重量％至118重量％之间的浓度。可以通过任何可行的方法制备PPA，并且其可具有典型应用所需的纯度。在一个实施方案中，采用PPA作为添加剂以改善在道路铺筑应用中使用的沥青的性能。
用于降低PPA粘度的添加剂以足以使PPA的粘度降低至期望值的浓度存在。可用于降低PPA粘度的添加剂的示例包括多胺、胺、酰胺基咪唑啉(amidazoline)、酰氨基胺、磷酸二酯、磷酸三酯、膦酸盐、亚膦酸盐、硫代磷酸二酯、硫代磷酸三酯、膦酸酯、亚膦酸酯、有机溶剂、或其组合。此外，用于沥青乳液的表面活性剂，例如EvothermTM、Cecabase也可用于制备粘度降低的PPA。在一个实施方案中，添加剂具有0.01重量％和10重量％之间的浓度。在其它实施方案中，添加剂具有0.02重量％和5重量％之间的浓度。在PPA中添加的添加剂可以达到0.1重量％的浓度。
可将本发明粘度降低的PPA用于任何可使用纯PPA的用途。在一个实施方案中，将粘度降低的PPA加入沥青中以制备用于道路铺筑的改良沥青。按照用作沥青铺筑添加剂的典型用量将粘度降低的PPA加入纯PPA中，并基于最终的沥青产物所需的性质确定此用量。在一个实施方案中，加入粘度降低的PPA以达到PPA在0.05重量％和5重量％之间的PPA浓度。在本发明的另一个实施方案中，将粘度降低的PPA加入到沥青中以实现PPA在沥青中约1％的浓度。
本发明实施方案的以下实施例证明了上文所述各种类型的添加剂能够在低至30℃的温度下将PPA的粘度降低至不加热就能使PPA易于操作和泵送的水平。这些实施例将不会以任何方式限定本发明的整个范围。
实施例1
在该实施例中，将磷酸三丁酯(TBP)加入到以H3PO4含量表示的浓度为115重量％的PPA中以达到0.1重量％的TBP浓度。在30℃至100℃的温度范围内测量纯PPA(即115重量％的PPA)的粘度并与TBP/PPA混合物的粘度进行比较。结果如图1所示。
从图1中可以看出，在低温下TBP的加入略微降低了PPA的粘度，而在较高高温度下其对粘度并无显著影响。
实施例2
在该实施例中，将EvothermTMJ1，一种妥尔油多胺加入到以H3PO4含量表示的浓度为115重量％的PPA中以达到在PPA中0.1重量％的Evotherm浓度。在30℃至100℃的温度范围内测量纯PPA(即115重量％的PPA)的粘度并与0.1％Evotherm/PPA混合物的粘度进行比较。结果如图2的图表所示。
从图2中可以看出，与纯PPA相比，Evotherm/PPA混合物的粘度在所有温度下都极大的降低。
实施例3
在该实施例中，将TBP和/或DBBP(丁基膦酸二丁酯)加入到以H3PO4含量表示的浓度为105重量％的PPA中。在30℃至100℃的温度范围内测量纯PPA(即105重量％的PPA)的粘度，并与PPA和TBP、和DBBP、或者和TBP及DBBP的组合的各种混合物的粘度进行比较。测试中的两个采用了“陈年”的PPA，即生产于2007年12月的PPA，而剩余的测试则采用了最近生产的PPA。结果如图3的图表所示。
这些数据表明TBP对PPA粘度的影响取决于温度和PPA的年龄。如图3所示，在采用“陈年”PPA的测试中添加TBP和DBBP的效果更好。
实施例4
在该实施例中，将TBP和/或DBBP加入到以H3PO4含量表示的浓度为115重量％的PPA中。在30℃至100℃的温度范围内测量纯PPA(即115重量％的PPA)的粘度，并与PPA和TBP、和DBBP、或者和TBP及DBBP的组合的各种混合物的粘度进行比较。结果如图4的图表所示。
如图4所示，在低温下(例如70℃以下)，TBP和/或DBBP的添加降低了115％PPA的粘度，使其明显低于纯的115％PPA的粘度。
实施例5
进行测试以评估通过添加上文讨论的添加剂所生产的低粘度PPA是否影响PPA在特定应用中的性能。PPA通常用于提高纯沥青的软化点。制备第一组合物，其由组合了标准的115％PPA的纯沥青构成，产生具有1重量％PPA的组合物。制备第二组合物，其由组合了粘度降低的PPA的纯沥青构成，通过添加0.1％的Evotherm J1产生所述粘度降低的PPA。沥青组合物的软化点总结在下面的表1中。
表1
Figure BPA00001657704900051
从表1中的结果可以看出，采用本发明实施方案的低粘度PPA所生产的沥青具有与用标准PPA所生产的沥青几乎相同的软化点。这证明了所述低粘度PPA满足该应用。
实施例6
在该实施例中，将2-乙基己基磷酸加入到以H3PO4含量表示的浓度为115重量％的PPA中。在70℃测量纯PPA(即115重量％的PPA)的粘度并与PPA和各种浓度的乙基己基磷酸的混合物的粘度进行比较。将四种不同批次的PPA用于测试。结果如下面的表2中所示。
表2
Figure BPA00001657704900061
从表2中的结果可以看出，与纯PPA相比，所有含有乙基己基磷酸的组合物具有降低的粘度。随着乙基己基磷酸浓度的增加粘度进一步降低。
虽然已经给出并描述了优选的实施方案，在不违背本发明的精神和范围的情况下，可以对上文描述的方法进行如在权利要求中描述的各种改变。因此，应理解为在此通过举例描述而非限制本发明。

Claims (16)

1.粘度降低的多聚磷酸组合物，其包含以H3PO4含量表示的酸浓度在95重量％和118重量％之间的多聚磷酸，以及约0.01重量％至约10重量％的降低多聚磷酸的粘度的添加剂。
2.权利要求1的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂选自：多胺、胺、酰胺基咪唑啉、酰氨基胺、磷酸二酯、磷酸三酯、膦酸盐、亚膦酸盐、硫代磷酸二酯、硫代磷酸三酯、膦酸酯、亚膦酸酯、有机溶剂、或其组合。
3.权利要求1的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂选自：磷酸三丁酯、丁基膦酸二丁酯及其组合。
4.权利要求3的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂在多聚磷酸中的浓度在约0.02重量％至0.2重量％之间。
5.权利要求1的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂为妥尔油多胺。
6.权利要求5的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂在多聚磷酸中的浓度在约0.02重量％至0.2重量％之间。
7.权利要求1的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂为2-乙基己基磷酸。
8.权利要求7的粘度降低的多聚磷酸组合物，其中添加剂在多聚磷酸中的浓度在约0.02重量％至0.5重量％之间。
9.沥青组合物，其包含：(a)沥青；以及(b)以H3PO4含量表示的酸浓度在95重量％和118重量％之间的多聚磷酸，以及约0.01重量％至约10重量％的降低多聚磷酸的粘度的添加剂。
10.权利要求9的沥青组合物，其中添加剂选自：多胺、胺、酰胺基咪唑啉、酰氨基胺、磷酸二酯、磷酸三酯、膦酸盐、亚膦酸盐、硫代磷酸二酯、硫代磷酸三酯、膦酸酯、亚膦酸酯、有机溶剂、或其组合。
11.权利要求9的沥青组合物，其中添加剂选自：磷酸三丁酯、丁基膦酸二丁酯及其组合。
12.权利要求11的沥青组合物，其中添加剂在多聚磷酸中的浓度在约0.02重量％至0.2重量％之间。
13.权利要求9的沥青组合物，其中添加剂为妥尔油多胺。
14.权利要求13的沥青组合物，其中添加剂在多聚磷酸中的浓度在约0.02重量％至0.2重量％之间。
15.权利要求9的沥青组合物，其中添加剂为2-乙基己基磷酸。
16.权利要求15的沥青组合物，其中添加剂在多聚磷酸中的浓度在约0.02重量％至0.5重量％之间。
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