CN105102544A - 用于沥青混合物的催化剂 - Google Patents

Abstract

公开了显示提高的寿命而无需热条件的沥青制剂。所述制剂呈现以下两种性质：1)抑制其流动的组分、树脂和油(芳族和饱和的)的氧化，以及2)保存沥青质的胶态稳定性，抑制其在聚集体(竖起的石头、沙子)上吸附，直至铺设时刻。

Description

用于沥青混合物的催化剂

技术领域

涉及的机理和现象

在沥青混合物中发生的最相关的现象是在树脂和油氧化时，与其行为与沥青质类似的化合物的粘着、内聚、延展性。

粘着，谈论沥青混合物与铺设混合物中的聚集体(沙子和石头)粘附的能力。

内聚，为沥青混合物保持聚集体颗粒在完成的铺设坚固方面的能力。在地沥青中更强支配该现象的分子为沥青质分子，但是其它物质的存在影响沥青质的性质和行为。

延展性，谈论沥青混合物在相对小的作用力下，但是在时间方面保持，不破碎，而是相反，与表面一致，例如当公路下沉时，本身复原其机械性质，这可通过树脂含量来调节。

沥青混合物的最显著的化学现象是必须忍受氧化过程，在环境因素(高湿度)，尤其是氧存在下，经历油和树脂。就此事，我们的催化剂的一种组分(C)的主要功能是必须中和氧合，也就是其避免混合物氧化，以控制在容器中催化的混合物的燃烧和爆炸，在该容器中其要离开以再加热。

以显著的形式减慢，使得油在这么短的时间内不氧化为树脂，因此不氧化为沥青质，实际上是混合物使得传统的(未催化的)沥青变得易碎和破碎，本身裂纹。

在地沥青中，树脂实现分散剂对沥青质的作用，这些"溶剂化"为覆盖的沥青质的分子和聚集体，使得在沥青质、"极性"化合物和油、非极性化合物之间平滑过渡，抑制或限制它们内聚，这抑制该沥青用于铺设(图1)。

在地沥青中的分子和胶态聚集体沥青质被树脂分子稳定，这代表对分子间力和沥青质的纳米颗粒之间的相互聚集体的空间能量阻挡。与沥青质的表面粘附的树脂提供分隔两种分子的能量阻挡；如果克服该阻挡，沥青质分子自发絮凝，很快将采用实际上不可逆的方式在强联合的聚集体中塌陷。(图2)

在加入一种聚集体时，当将石头(非常极性的材料)加入到沥青混合物中时，改变系统载荷，石头的表面变得吸引沥青质，具有克服树脂阻挡的能量，这就是为何这些与石头粘附的原因，随后彼此联合，具有非常强的连接(范德华力)。为了返回至初始状态，需要极端能量可在分离之前使分子脱节；由于这样的原因，在沥青已凝固之后，认为其是不可逆的。我们的催化剂的一种组分(像组分(A))的功能是使这些连接在冷的情况下尽可能大地衰弱。需要再次加热的是经催化的沥青混合物，元素(A)完全蒸发(其不污染)，使得混合物返回至树脂内聚(范德华力)的性质，使其正常硬化。

然而，在将传统的沥青混合物(未催化的)升温时，相同的动力学能量允许在其组分之间一时间不发生粘着或强内聚。然而，在铺设时，混合物在加热时消散，同样进行冷却，然而发生的是，保持混合物和分散的沥青质的粘度的溶剂均蒸发，同时发生在沥青混合物的组分之间粘着和内聚的现象，导致具有粘弹性特性的粘附的和耐久的铺设。

由于我们已提及，传统的沥青混合物的通用性返回至该材料有利于铺设。然而，由于其自身的特性，支持某些现象(粘着、内聚)以不可逆的相对高速发生，给予非常短的处理时间段，使得它们难以转移至远距离，这可转化为过度提高运营成本。该困难是我们的催化剂要解决的(该专利要求的目的)，加入到沥青混合物中，由于先前描述的原因，允许一年或更长的寿命。

发明内容

沥青混合物及其关联的或自身的成本以及其应用所需的运营，现在是铺设和修路所选的通用的材料。然而，该卓越的材料具有一些缺点，其中最重要的是其运用在相对高温度下进行的事实，因为其一些组分在几小时后氧化，变硬，具有低延展性，这使其无吸引力，并且稀释需要大量的溶剂，一旦铺路，溶剂最终蒸发，导致环境后果。

其最大缺点之一在于，一旦制备，该材料应在相对短的时间内在路上施用，通常小于8-10小时。这当然意味着我们必须在铺设的道路附近就有沥青工厂。

为了降低这些缺点，我们开发了一种制剂来提高沥青混合物的寿命而无需热条件。

问题描述

关于遭受或禁止的性质和现象，传统的沥青混合物的优点使得该材料最广泛用于铺设世界上大多数公路。然而，该材料呈现多种缺点，显著地使其难以操作，降低价格，商品化化，尤其是出口。其主要的缺点之一在于该材料一旦制备并且离开工厂，要在相对短的时间内施用，通常为6-8小时。这均意味着在铺设的公路附近具有沥青工厂、机器和专门的人员，由于准备用于运作而附带地说非常昂贵。

此外，具有小的和可移动的沥青工厂不太实际，则在连贯的工作批次之间其基本性质将有大的变化。这不是要说虽然距离是适应的一项，气象条件可突然变化，以及混合物沥青的输送可出现的缺点，其中尤其是机械裂缝。

解决方案

为了减少先前描写的传统的沥青混合物呈现的缺点，就像其在离开工厂6-8小时之间变硬，我们已开发一种制剂(催化的沥青混合物CTL3)，其允许显著提高其催化的沥青混合物的可用的寿命，而无需苛刻的热条件，降低成本价格，提供多种运作益处，使得相对于传统的沥青制剂，最终产品(CTL3)具有大的竞争性优点。

由于各种不便，我们已开发一种技术(该专利要求的目的)，其允许使用配制的沥青混合物，使得拥有理想的性质来铺设公路，距其初始制备最高达180天(其混合传统的沥青+催化的沥青混合物)，保留在所得到的沥青混合物(即，催化的沥青混合物)中，传统的沥青混合物的物理化学和机械性质不变，实现支配该行动的法律要求和基准。

在这样的感觉下，我们的想法变为开发一种技术(该要求的目的)，其目的在于两种方式：1)抑制其流动的组分、树脂和油(芳族和饱和的)的氧化，以及2)保存沥青质的胶态稳定性，抑制其在聚集体(竖起的石头、沙子)上吸附，直至铺设时刻，并且一旦去稳定，促进其吸附。

为此，我们通过沥青混合物的催化剂已开发一种技术，其由3种组分(A、B、C)的混合物组成(见表1)，其完全满足先前提及的那两种方式和我们将接下来解释的其它要求；因此，众多测试已证实。我们是负责的，该专利要求的催化目的制备方法以及用于沥青混合物的聚集体，使得其性能可得到改进和优化。

表1

表1：描述每一种组分的量和赋予的效果。

本发明的有益效果

接着指示可实现的一些测试，以支持专利要求的产品目的提供的优点。对于催化剂CTL3的制剂，应与传统的沥青混合物发生相同的测试。

渗透：该测试衡量沥青的稠度或刚性(粘度)，其包括离开至针形原型，放置到在圆柱形支撑件内自由滑动的棒的最大下边界，保持垂直，并且在事先冷却至25℃的沥青混合物样品中渗透。在棒的最少上边界处放置重物，第一次为100g，另一个测试为150g。

延展性：包括观察两种沥青混合物(常规的和催化的)样品达到的长度，本身无破坏，浸没在保持的水浴中至25℃，借助特别是为该测试设计的仪器，以5cm/分钟的固定速率拉伸。

软化点：通过测量我们催化的沥青混合物达到这种情况的稠度对应的温度，使得钢球碰巧通过铜环，在铜环内部放置沥青样品。

粘度：将金属球放置在填充沥青混合物的圆柱形管的顶部，以测试在某一温度下的溢出，让其降落，使得该球在重力作用下下降。在管内移动某一距离耗费的时间为沥青粘度的度量。

机械抗性：在沥青混合物样品上滴落平均磅的球。样品破碎的高度是瞬态形式的对高度和精确作用力、对破碎的机械抗性的衡量。

注意：推荐在低于300℃的温度下操作沥青，低于闪点。

色谱测试：在溶解沥青质的溶剂(正庚烷)中“滴定”沥青溶液，在进行该程序时，取一滴，并且加入到滤纸中，记录其看起来为显示具有去稳定的沥青质的色谱斑点的体积。对于较高体积的正庚烷，更加稳定化是处理。该测试给出多少给定的制剂保护沥青胶态稳定性的概念。

残余物含量：将沥青溶解于四氯化碳、甲苯或苯中，将溶解沥青的所有组分和剩余物的溶剂称重，给出非沥青组分(无机物和金属)的概念。

沥青质、树脂和油的含量：将原油溶解于过量的石脑油86°API或正庚烷中，过滤沉淀的残余物，干燥，并且称重。重量为沥青质的含量，沥青和沥青质的样品重量之间的差异为树脂和油的含量。

树脂和油的氧化：其在沥青-溶剂溶液之上进行滴定，并且测定沥青质的浓度。通过在不同的处理下，在已制备后不同的时间，对沥青混合物样品进行该测试，通过与沥青质的含量关联，我们可得到关于沥青的氧化程度的概念。这将衡量使用某种制剂保护沥青混合物的氧化过程。

使用我们的沥青混合物催化剂实现的测试：

1.使用具有在表1中书写的比例的物质(A、B、C)的催化剂，制备若干桶，具有足够的量以加入到250Kg传统的沥青混合物的圆桶中。参见表1的剂量。

2.每次加入到250kg的每个圆桶(8个单位)，混合来自工厂的沥青，将每一个桶的内含物事先温热至80℃。

3.无需除去，继续以气密形式密封8个桶，以避免水进入。

4.三(3)个月后，打开8个催化的圆桶，催化的混合物的内含物具有可接受的粘度。

5.再次加热催化的沥青混合物的圆筒至高达135℃，在该温度下，我们将在制备区域中的圆筒的内含物排放以铺设。

6.随后继续延长催化的沥青混合物，在修整机中，使用适当至约118℃的棒状温度计证实，以形成和制备在沥青折叠器中放置材料的区域，在制备的区域中向催化的沥青混合物施用10吨重的轻质辊压实器，不久施用重质辊，但是直至达到合适的压实程度。进行测试以测定折叠器的渗透性指数为7,98％。随后，在传统的混合物中使用适当的程序进行相应的密封，以避免在折叠器中引入水，以保护其免于磨损和避免滑动现象、打滑或“acuaplaneo”。

7.24小时后，使用催化的沥青混合物铺设的路显示多于传统的混合物的可接受的硬化、压实、抗性和弹性的条件，并且处于有机生物要求的急切需要和控制等级。

8.七(7)个月后，将另外2个圆桶打开，催化的沥青混合物实际上等同于在前3个月打开的4个桶，其在现场制备中达成消散。同样，结果是令人满意的。

9.二十九(29)个月后，将剩余的2个圆桶打开，催化的沥青混合物实际上与前面6个圆桶处于相同的状态。

最终的观察：此刻我们认识到，建立向沥青混合物行业掺入催化剂的方法或工业设计以及流延和包装的大规模相关的研究是另一个要求，是工业过程设计的一种。

附图说明

1)元素B、树脂覆盖抑制它们之间的相互作用沥青质的分子，这样避免分子的内聚；

2)沥青混合物，当引入石头(高度极性物质)时，改变系统的载荷，并且沥青质的分子自发被吸引至其表面，破坏树脂强加的能量阻挡，直至它们聚集在一起，并且用巨大的力结合，这需要非常高水平的能量以返回至它们的初始状态(如此上升使得认为它们是不可逆的过程)。已经解释我们的催化剂的聚集体(A)，在冷的情况下中和该内聚力，允许当蒸发催化的混合物中的(A)时，恢复其性质(范德华力)(图3)

化合物(A)抑制沥青混合物的沥青质和聚集体之间的相互作用，允许混合物较长时间保持粘稠。此外，催化剂中的化合物C避免沥青混合物的化合物的氧化。为了支持该假说，在涉及的材料中加入化合物(其中其证明所得到的粘度的变化和后来评价沥青质聚集为不同浓度的CTL3树脂，包括该材料但是不包括树脂)。

Claims (6)

1.延长混合物在冷时的可用寿命，使传统的沥青混合物(6-8小时)持续最高达180天，允许其在铺设地点过热。

2.当气象条件不允许在高湿度或水溢出存在下使用时，允许其在冷处储存。

3.还允许其在卡车或船中在冷态下在传统包装(金属圆桶)中转移，无需关注从工厂到铺设地点的距离和时间，其中该时间可持续多于180天。

4.节省燃料的成本，以保持沥青混合物的热量，燃料非常昂贵并且具有高风险。

5.当输出时，其避免了在装载或登陆地点或港口供给加热基础设施。

6.节省专门化人力机器，其昂贵，并且如果不使用，需要付费；包括当使用传统的沥青混合物铺设短距离的地点接近工厂那些情况，存在雨或太多湿度。