CN1620475A - 可着色粘合剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于合成沥青的可着色粘合剂组合物，所述组合物含有树脂、润滑油和/或润滑油提取物和由如下通式表示的且基于整个组合物含量范围为0.05至低于 3wt％的酰胺添加剂：R1－CO－NH－(CH2) x－NH－CO－R2，其中，R1和R2各自独立地表示具有10－60个碳原子的烷基，x为1－4的整数；本发明还提供含有由骨料和所述可着色粘合剂组合物组成的混合物的合成沥青。

Description

可着色粘合剂组合物
技术领域
本发明涉及一种可着色粘合剂组合物和含可着色粘合剂组合物的合成沥青。
背景技术
沥青是一种广泛应用的土木工程材料。沥青的主要用途是用于道路和路面的建造，其中含沥青的粘合剂与骨料(aggregate)混合形成沥青。沥青也可用于工业应用，例如用作屋顶材料或管道涂层。
含沥青的材料一般外观呈黑色或棕色；沥青一般是可由原油炼制得到的残余产物。含沥青的道路或路面的外观对于许多应用来说是可以接受的。但在某些场所，希望具有特定颜色的表面，例如用来标记自行车道、公共汽车道、行人区或活动区等。而且在如隧道路段表面的某些应用中，为了提高能见度，优选具有非常明亮的有色表面。
含沥青材料的颜色可通过添加如氧化铁之类的颜料和/或使用有色骨料而进行改进。但采用这种方式可以获得的唯一可接受的颜色为红色。而且对于使用颜料的地方，为了达到所希望的效果，经常需要大量的颜料。
为了克服这类问题，已经研究开发了基于非沥青成分如树脂、润滑油、润滑油提取物和聚合物的可着色粘合剂组合物。所述可着色粘合剂定义为非沥青粘合剂，它们可通过添加颜料或有色骨料而着色。虽然可着色粘合剂的化学组成完全不同于沥青，但可着色粘合剂具有与沥青粘合剂性质相似的流变性质，并且其优点是可被着色成很宽范围的颜色。已知的可着色粘合剂实例在GB1226234、EP-A0179510和EP-A0330281中有述。当不含沥青质(沥青质为赋予沥青黑色的沥青成分)时，可着色粘合剂有时也被称作合成粘合剂，而由可着色粘合剂制备的沥青亦可称作合成沥青。
对于如室内地板等某些应用来说，有利的是涂敷一个表面层作为沥青砂胶(mastic asphalt)。沥青砂胶是一种特定类型的粘合剂/骨料混合物，它是由工人手工砌制的，工人使用木制抹刀(float)将所述物质在高温下加工成形。在砌筑常规沥青砂胶时，为了保证良好的可加工性，所述粘合剂和骨料的混合物需要被加热到高达240℃的极高温度。如此高的应用温度不会对沥青粘合剂的性质产生负面影响。但所述可着色粘合剂的成分当被加热至如此高的温度时容易发生分解，而这会在制备有色沥青砂胶过程中产生困难，特别是当使用聚合物改性的可着色粘合剂时。
因此，如果存在具有相对低的加工温度和良好的流变性质的可着色粘合剂，则将是有利的。
JP A 2001-253988描述了一种具有耐板缺(plate-out)特性的着色树脂。板缺是一种与挤压模塑相关的现象，它会导致在塑形外观形成刻痕和缺陷。JPA2001-253988所述着色树脂含有苯乙烯基树脂、颜料、脂肪酸和金属皂。所述脂肪酸酰胺和金属皂是作为分散剂添加的，以在所述树脂之中均匀分散所述颜料，为了防止板缺和保证所述颜料均匀分散，需要特定的酰胺与金属皂比值。JPA2001-253988所述着色树脂用于挤压模塑中，并且不适合用作合成沥青中的粘合剂。
JPA01-242667涉及一种道路标志材料，它可应用于热和冷环境中。JPA01-242667所述标志材料含有粘合剂树脂和具有特定熔点的双酰胺，所述双酰胺显然是引入用来改善所述材料在热环境中的干燥性能和耐污染性、和在冷环境中的破裂性能。JPA01-242667描述了一种路标材料，但没有提及合成沥青组合物或用于其中的可着色粘合剂。
发明内容
现在已经惊奇地发现，通过向粘合剂引入少量特殊类型的酰胺添加剂有可能降低可着色粘合剂的加工温度，而不会对其流变性质产生负面影响。
因此，本发明提供一种用于合成沥青的可着色粘合剂组合物，所述组合物含有树脂、润滑油和/或润滑油提取物、和由如下通式表示且基于整个组合物含量范围为0.05至低于3wt％的酰胺添加剂：
R1-CO-N-(CH2)x-N-CO-R2    (I)，
其中，R1和R2各自独立地表示具有10-60个碳原子的烷基，x为1-4的整数。
具体实施方式
本发明所述可着色粘合剂组合物优选基于整个组合物含有含量范围为1-70wt％的树脂，更优选为10-60wt％，甚至更优选为20-55wt％，最优选为30-50wt％。
多种树脂均可用于本发明的可着色粘合剂组合物中。
通常可采用的树脂包括石油树脂例如由存在于不饱和石油馏分如热裂化馏分中的不饱和烃和自烃热解反应得到的不饱和烃的聚合反应制备的石油树脂，和苯并呋喃-茚树脂例如由存在于煤焦油馏出物中的不饱和烃的聚合反应制备的树脂。
但苯并呋喃-茚树脂正变得缺少商业吸引力，这是因为它们难以获得且价格昂贵，并具有明显的苯含量(从而存在环境问题)。
优选地，本发明所述可着色粘合剂包括酸性树脂，它具有范围为0.5-200mg KOH/g的酸值，更优选为1-100mg KOH/g，最优选为1-50mg KOH/g。
本发明优选的酸性树脂是基于石油树脂的改性树脂，所述树脂经过改性含有羧酸、羧酸酐或羟基；含有羧酸或羧酸酐基团的树脂是最优选的。
这类改性树脂可通过用不饱和羧酸或羧酸酐对石油树脂进行处理或者对石油树脂进行温和氧化而得到。一种替代方案是这类改性树脂可通过改进所述树脂制备方法而得到，例如在不饱和羧酸或酸酐存在下，或在含羟基不饱和羧酸或其酯如羟乙基甲基丙烯酸酯存在下，通过所述不饱和烃的共聚反应而得到。
最优选地，所述树脂是可通过用马来酸酐处理石油树脂获得的改性石油树脂。
中性树脂如NL 140(可由Nevcin Polymers B.V.获得)和HikotackP140(可由Kolon Chemicals Co.Ltd.获得)也可与酸性树脂组合使用，从而调节所述树脂成分的酸值。
本发明所述可着色粘合剂组合物优选基于整个组合物含有含量范围为20-97wt％的润滑油和/或润滑油提取物，更优选为30-90wt％，甚至更优选为40-80wt％，最优选为50-70wt％。
多种润滑油和/或润滑油提取物均可包含在本发明所述可着色粘合剂组合物中。
通常采用的润滑油包括那些可通过原油或得自植物、种籽等的油类如植物油蒸馏得到的润滑油。
优选地，所述润滑油和/或润滑油提取物是通过溶剂提取润滑油得到的润滑油提取物，最优选是通过溶剂提取脱沥青油(即通过从原油蒸馏残余物中除去沥青质获得的润滑油)。通过溶剂提取脱沥青油得到的润滑油提取物在本技术领域被称作Bright-Stock提取物，例如它可通过用苯酚、N-甲基吡咯烷酮、液态二氧化硫单独或与芳族化合物如苯或糠醛组合进行溶剂提取而得到。
最优选地，所述润滑油和/或润滑油提取物是Bright-Stock糠醛提取物。
当然，已知的树脂润滑油组合物也可用于本发明的组合物中。非常合适的产品是Royal Dutch/Shell Group公司出售的商品名为“Mexphalte C”的产品。
本发明所述可着色粘合剂组合物优选基于整个组合物含有含量范围为0.1至低于3wt％的具有如下通式的酰胺添加剂：
R1-CO-N-(CH2)X-N-CO-R2     (I)，
其中，R1和R2各自独立地表示具有10-60个碳原子的烷基，x为1-4的整数；所述含量范围更优选为0.1-2.5wt％，甚至更优选为0.1-2.0wt％，最优选为0.1-1.5wt％。
优选地，R1和R2各自独立地表示具有12-30个碳原子的烷基，更优选具有14-20个碳原子。优选地，x为2-4的整数。最优选地，x为2(即(CH2)x最优选表示亚乙基)。
已经发现用于本发明所述可着色粘合剂中时能够获得特别好的结果的酰胺添加剂是亚乙基双硬脂酰胺(ethylene bissteramaide)，即在通式(I)中的x为2，且R1和R2各自独立地表示具有17个碳原子的烷基。因此，优选所述通式(I)的酰胺添加剂为亚乙基双硬脂酰胺。
通式(I)的酰胺添加剂可由已知化学方法制备，或者可由商业供应商处得到。优选的通式(I)酰胺添加剂的实例可由Henkel KGaA以商品名“Loxamid EBS”得到，或者可由Croda以商品名“Crodamid EBS”得到。
在本发明的优选实施方式中，所述可着色粘合剂组合物还含有聚合物。当用于这类聚合物改性的可着色粘合剂组合物时，本发明是特别有利的，这是由于所述组合物中的聚合物成分在高温时特别容易分解。
通常可用于本发明所述组合物中的聚合物包括天然或合成橡胶，例如任选氢化的直链或支链(例如放射式的)苯乙烯和共轭二烯(例如丁二烯或异戊二烯)的嵌段共聚物；和热塑性聚合物(塑料)如聚丙烯、乙烯乙烯基乙酸酯共聚物、聚氯乙烯和聚苯乙烯。
用于本发明的优选聚合物是热塑性橡胶，最优选为嵌段共聚物，含有至少两个终端聚(单乙烯基芳烃)嵌段(block)和至少一个中间聚(共轭二烯)嵌段，形成连续网络，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)或苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物。
本发明所述可着色粘合剂组合物优选基于整个组合物含有含量范围为1-15wt％的聚合物，更优选为3-12wt％，最优选为5-10wt％。
本发明所述组合物可含有单一类型的聚合物，也可含有两种或多种类型聚合物的组合。在本发明的更优选的实施方式中，所述组合物含有热塑性橡胶和塑料，更优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和乙烯乙烯基乙酸酯嵌段共聚物或不规则的聚丙烯。当本发明所述组合物同时含有热塑性橡胶和塑料时，基于整个组合物所述热塑性橡胶的含量范围优选为3-10wt％，而所述塑料的含量范围优选为2-5wt％。
本发明所述可着色粘合剂还可含有少量常用于可着色粘合剂组合物的其它成分如增粘剂，例如C10-40(羟基)脂肪酸的锂盐。优选地，所述可着色粘合剂组合物不含任何明显含量(即大于1wt％)的沥青，最优选不含沥青。
本发明所述可着色粘合剂可以方便地与骨料混合，从而形成合成沥青组合物。因此本发明还提供一种含有骨料和可着色粘合剂组合物的混合物的合成沥青，所述可着色粘合剂组合物含有树脂、润滑油和/或润滑油提取物、和由如下通式表示且基于整个组合物含量范围为0.05至低于3wt％的酰胺添加剂：
R1-CO-N-(CH2)x-N-CO-R2    (I)，
其中，R1和R2各自独立地表示具有10-60个碳原子的烷基，x为1-4的整数。上述针对本发明所述可着色粘合剂所述的优选可着色粘合剂对于本发明所述合成沥青来说同样是优选的。
本发明所述合成沥青中可着色粘合剂的含量可根据所述合成沥青的应用而变化。例如合成沥青砂胶组合物典型地含有比连续分级沥青更大量的粘合剂。但基于整个合成沥青，本发明所述合成沥青优选含有含量范围为1-15wt％的可着色粘合剂。
宽范围的骨料类型和粒度分布均可存在于本发明所述合成沥青组合物中。合适的骨料包括石料、砂子和填料如矿尘和石灰石粉。方便地，用于本发明所述合成沥青的骨料可为填料(具有小于63微米粒度的颗粒)和较大骨料如砂子(粒度为63微米至2毫米)和石料(粒度大于2毫米，优选为2-20毫米)的组合物。
为了赋予所述沥青特定的颜色，基于整个合成沥青组合物，所述合成沥青组合物还可含有0.01-10wt％的颜料，优选为0.02-2wt％。可以方便使用的颜料包括红色和黄色氧化铁、氧化钛(白色)、铬绿(chromexgreen)和钴蓝。
沥青砂胶是含有大量填料的沥青。高百分比的填料为沥青砂胶提供光滑表面。而且沥青砂胶是基本不渗透材料，沥青砂胶的空隙含量一般低于1％。这些性质使得沥青砂胶在用于室内和工业地板时是良好的材料。但所述高填料含量意味着在其变得适于应用加工时，一般需要将沥青砂胶混合物加热到非常高的温度。因此，本发明(它可允许降低加工温度)对于使用合成沥青砂胶是特别有利的。因此按本发明的一个优选方面，所述合成沥青是沥青砂胶。
当本发明所述合成沥青是沥青砂胶时，基于整个合成沥青，所述沥青的填料含量优选至少为15wt％，更优选至少为20wt％，甚至更优选至少为25wt％，最优选的范围为25-40wt％。而且当本发明所述合成沥青是沥青砂胶时，基于整个合成沥青组合物，所述可着色粘合剂组合物的含量优选至少为5wt％，更优选至少为6wt％，最优选的范围为6-15wt％。本发明还提供了本发明所述可着色粘合剂在合成沥青砂胶中的用途。
由下述例证性实施例可进一步理解本发明。
实施例1-3
在实施例1-3中，不同材料/添加剂定义如下：
i)“Mexphalte CP2”是商用聚合物改性的可着色粘合剂，它可由Royal Dutch/Shell Group的成员公司获得。(“Mexphalte”是商标)。这种粘合剂含有酸值范围为10-16mg KOH/g的改性石油树脂、Bright-Stock糠醛提取物、和大约9wt％的聚合物成分。
ii)“EBS”是商用亚乙基双硬脂酰胺，可由“Henkel KGaA”以“Loxamid EBS”的商品名得到。
三种单独的“Mexphalte CP2”配料各自在140-145℃的温度下分别与基于整个粘合剂组合物为1.0wt％、1.5wt％和2.0wt％的EBS混合(实施例1、2和3)。
所述未处理“Mexphalte CP2”(对比例A)和含EBS的组合物的性质如表1所示(渗透率(penetration value)是按照EN 1426在25℃测得的；软化点是按照EN 1427测得的；粘度是使用动态剪切流变计在180℃测得的)。
随后，通过将上述每种可着色粘合剂组合物到各热骨料混合物配料中而制备合成沥青砂胶混合物。用于每种合成沥青混合物中的合成粘合剂的量基于整个组合物为7.3wt％，所用骨料含有：
28.0wt％填料
20.9wt％0-4mm的骨料
16.9wt％2-6mm的骨料
26.9wt％6-8mm的骨料。
另外，按与上述沥青混合物相同方式制备有色合成沥青砂胶混合物，不同之处在于添加2.4wt％绿色颜料或红色颜料替代各含量的填料。所用绿色颜料为Cr2O3，可由Bayer以商品名铬绿(Chrome Oxide GreenGN)获得。所用红色颜料为Fe2O3，可由Bayer以商品名Bayferrox 130获得。
每种合成沥青砂胶和有色合成沥青混合物的加工性能按下述方法进行测定。
将所述合成沥青砂胶混合物放入到配有热电偶和电动搅拌器的加热容器中。所述电动搅拌器连接到用来测量搅拌所述合成沥青砂胶混合物所需扭矩的装置上，所述扭矩借助于计算机程序(它将在所述搅拌器上记录的数据持化为扭矩值)计算得到。
为了比较不同合成沥青砂胶混合物的加工性能，对每种混合物以恒定速率(17rev.min-1)进行搅拌，同时提高所述混合物的温度，并记录保持恒定搅拌速率所需要的扭矩。以这种方式，就可为每种混合物建立起扭矩和沥青温度之间的关联，从这种关联出发，就可测得每种合成沥青砂胶样品为了具有相同工性能所需要被加热到的温度。
每种混合物的加工温度如表1所示，其中：
a)加工温度1是使用50Ncm的扭矩、以17rev.min-1的速率对其进行搅拌时合成沥青砂胶组合物需要加热到的温度；和
b)加工温度2是使用35Ncm的扭矩、以17rev.min-1的速率对其进行搅拌时有色合成沥青砂胶组合物需要加热到的温度。
                                 表1
对比例A 实施例1 实施例2 实施例3
粘合剂“MEXPHALTE CP2”(wt％)EBS  (wt％)渗透率(dmm)软化点(℃)180℃时粘度(mPas) 10004154214 99.01.04358196 98.51.54166190 98.02.04664178
合成沥青加工温度1(℃) 234 214 224 214
绿色合成沥青加工温度2(℃) 245 226 230 218
红色合成沥青加工温度2(℃) 255 243 238 233
从表1可以看出，本发明所述可着色粘合剂(实施例1-3)与所述未处理的可着色粘合剂(对比例A)具有非常相似的渗透率。还可以看出，由这些粘合剂制备的合成沥青砂胶组合物具有改善的加工性能；本发明所述合成沥青砂胶组合物需要被加热到的温度比对比例组合物获得相同加工性能所需的温度低于20℃。
上述数据是在实验室条件下提供的。可以相信，本发明组合物在更大规模使用时，将达到低于200℃的加工温度，可能低于180℃，且不会明显改变流变性质。

Claims (10)

1.一种用于合成沥青的可着色粘合剂组合物，所述组合物含有树脂、润滑油和/或润滑油提取物、和由如下通式表示且基于整个组合物含量范围为0.05至低于3wt％的酰胺添加剂：
R1-CO-N-(CH2)x-N-CO-R2    (I)，
其中，R1和R2各自独立地表示具有10-60个碳原子的烷基，x为1-4的整数。
2.权利要求1所述可着色粘合剂组合物，它还含有聚合物。
3.权利要求1或2所述可着色粘合剂组合物，其中，所述树脂是酸性树脂，它具有范围为0.5-200mg KOH/g的酸值。
4.权利要求1-3任一项所述可着色粘合剂组合物，其中，所述树脂是含有羧酸、羧酸酐或羟基的改性石油树脂。
5.权利要求4所述可着色粘合剂组合物，其中，所述树脂为可通过用马来酸酐处理石油树脂得到的改性石油树脂。
6.权利要求1-5任一项所述可着色粘合剂组合物，其中，所述润滑油和/或润滑油提取物是Bright-Stock提取物。
7.权利要求1-6任一项所述可着色粘合剂组合物，其中，所述通式(I)的酰胺添加剂是亚乙基双硬脂酰胺。
8.权利要求1-7任一项所述可着色粘合剂组合物，它含有1-70wt％的树脂；20-97wt％的润滑油和/或润滑油提取物；0.1至低于3wt％的通式(I)的酰胺添加剂；和任选1-15wt％的聚合物，所有重量都基于整个组合物计。
9.含有骨料和权利要求1-8任一项所述可着色粘合剂的混合物的合成沥青。
10.权利要求1-8任一项所述可着色粘合剂组合物在合成沥青砂胶中的用途。
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