DE69522665T2

DE69522665T2 - Verfahren zur herstellung von kautschukmodifiziertem asphaltzement

Info

Publication number: DE69522665T2
Application number: DE69522665T
Authority: DE
Inventors: P. Flanigan
Original assignee: Neste/Wright Asphalt Products Co
Current assignee: Neste/Wright Asphalt Products Co
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: AU684913B2; DE69522665D1; EP0741758A1; FI962964A0; EP0741758A4; JP3871704B2; ATE205511T1; CN1139942A; CA2182181A1; AU1867595A; EP0741758B1; ES2164146T3; FI962964A; US5583168A; WO1995020623A1; JPH09510999A; CA2182181C; FI117866B; CN1068891C; MX9602976A

Description

Gebiet der Erfindung

Ein Verfahren zur Herstellung von mit Reifenkautschuk modifizierten Asphaltzementsystemen durch Einbringung von gemahlenem Reifenkautschuk in Destillationsturmbodenprodukt unter Verwendung von Bombardieren mit Luft, um ein homogenes Asphaltzementsystem herzustellen.

Hintergrund der Erfindung

Verfahren zum Einbringen von gemahlenem Reifenkautschuk in bituminöses Material zur Herstellung von Asphaltsystemen, die für Straßenbeläge, Dachdeckungen und andere Verwendungen geeignet sind, waren bislang unnötig komplex und damit teuer in der Anwendung. Bekannte Verfahren verwenden beim Bemühen zur Schaffung eines homogenen Systems zusätzliche Betandteile der Zusammensetzung und zusätzliche Verfahrenssstufen. Diese Benühungen waren nicht von Erfolg gekrönt.
Duong et al., US-A-5 270 361, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Asphaltzusammensetzung, die synthetischen oder natürlichen Kautschuk einschließt, der in Teilchen von bis zu einem halben Zoll Dicke vorliegen kann. Elementares Selen oder eine Organoselenverbindung wird in die Mischung gegeben, um als Ersatz für den Schwefel zu fungieren, der während des Vulkanisierungsverfahrens entfernt wird. Das Selen oder die Organoselenverbindung wirkt als Vernetzungsmittel. Die Zusammensetzung wird in einer Dehydrierungsreaktion mit Druckluft behandelt. In dem Dehydrierungsgefäß schließt die Dispergiervorrichtung ein Scheibenpaar ein, das sich mit 3600 UpM dreht und die Homogenisierung und Beschleunigung der Dehydrierungsreaktion fördert. Elementares Selen oder eine Organoseleenverbindung wird in die homogenisierte Zusammensetzung gegeben und es wird in einem statischen Mischer gemischt. Dann wird die Asphaltzusammensetzung gewonnen und bei etwa 150 bis 175ºC in einem Behälter gelagert.
Wilkes, US-A-4 609 696 beschreibt eine mit Kautschuk versehene Asphaltzusammensetzung, die hergestellt wird, indem Asphalt mit Kohlenwasserstofföl kombiniert wird, um eine homogenisierte Asphalt-Öl-Mischung oder -Lösung zu liefern, die Mischung mit teilchenförmigem Kautschuk kombiniert wird, um ein homogenes Gel zu liefern, und das Gel emulgiert wird, indem das Asphalt-Kautschuk-Öl-Gel mit Wasser durch eine Kolloidmühle geführt wird.
Oliver, US-A-4 430 464, beschreibt eine Straßenbelagbindemittelzusammensetzung, in der Kautschukteilchen in einem bituminösen Material aufgenommen werden. McDOnald, US-A-4 069 182 und US-A-3 891 585, beschreiben eine elastomere Straßenbelagreparaturzusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung. WInters et al., US-A-3 919 148, beschreibt ebenfalls ein elastomeres Straßenbelagmaterial.
Pagen et al., US-A-4 588 6344, beschreibt ein Dachdeckmaterial unter Verwendung von Bitumen und gemahlenem Reifenkautschuk zusammen mit Mineralstabilisierungsmittel und einer elastomeren Polymerzusammensetzung. Es wird kein Bombardieren mit Luft verwendet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung homogener, mit Reifenkautschuk modifizierter Asphaltzementsysteme, die nur zwei Komponenten aufweisen, Destillationsturmbodenprodukte (DTB) und gemahlenen Reifenkautschuk (GTR). In diesem Verfahren werden keine Chemikalien oder speziellen aromatische Öle oder Additive benötigt.
Erfindungsgemäß bewirkt eine einzige Dehydrierungsstufe eine stabile Kombination aus dem Reifenkautschuk und dem bituminösen Rückstand durch Bombardieren mit einem hohen Luftvolumen unter Druck. Die beiden Komponenten werden zu einem neuen Verbund kombiniert, der vollständig homogenisiert ist und stabil ist. Das homogenisierte Asphaltzusammenseztungsprodukt entmischt sich nicht und zerfällt nicht, selbst über längere Zeiträume. Die Asphaltzusammensetzung ist in den Straßenbau- und Dachdeckindustrien brauchbar.
Das Verfahren kann ein Einstufenverfahren oder ein Zweistufenverfahren sein.
Die beiden Komponenten werden zu einem neuen Verbund kombiniert, der vollständig homogenisiert ist und stabil ist. Das homogenisierte Asphaltzusammensetzungsprodukt entmischt sich nicht oder zerfällt nicht, selbst über lange Zeiträume. Die Asphaltzusammensetzung ist in den Straßenbau- und Dachdeckindustrien brauchbar.
Die Dehydratisierung wird in einem Reaktor mit einer stationären Luftspinne durchgeführt, die sich im unteren Bereich des Reaktors befindet. Das Basisöl ist Destillationsturmbodenprodukte (DTB), das der bituminöse Rückstand nach Vakuumdestilation, atmosphärischer Destillation, Wasserdampfabstreifen von Erdöl oder anderen Verfahren ist, die Fachleuten bekannt sind. Der gemahlene Reifenkautschuk (GTR) ist zurückgeführter Kautschuk, der vom Mahlen von Verschnitt, vulkanisierten Kautschukreifen, Schläuchen, usw. erhalten worden ist. Gemahlener Reifenkautschuk wird in einer Menge im Bereich von 1% bis 27%, vorzugsweise etwa 10 bis 16% und am meisten bevorzugt etwa 12% in das DTB eingebracht. Der GTR kann von einer pulverfeinen Mahlung (etwa 74 um oder mehr) (etwa 200 mesh oder weniger) bis zu etwa 841 um (20 mesh) reichen. Der Luftvolumeneinsatz über die stationäre spinnenförmige Luftverteilungsvorrichtung kann im Bereich von etwa 45,3 m³/Min (1600 ft³/Min) bis etwa 79,2 m³/Min (2800 ft³/Min) und etwa 41 kFa (6 psi) bis etwa 103 kPa (15 psi), vorzugsweise 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) und 68,9 kPa (10 psi) liegen.
In dem Einstufenverfahren werden der gemahlene Reifenkautschuk und die Destillationsturmbodenprodukte in einen Konverter gegeben und mit Luft unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck bombardiert, so dass der gemahlene Reifenkautschuk abrasiv in die Destillationsturmbodenprodukte in dem Konverter absorbiert wird. Das Anfeuchtverfahren und Dehydrierungsverfahren finden in einer einzigen Stufe unter Verwendung eines Zweikomponentengemisches aus Destillationsturmbodenprodukten (DTB) und gemahlenem Reifenkautschuk (GTR) statt, die in einer einzigen Stufe kombiniert werden, die in dem Konverter stattfindet. Vor oder nach dem Dehydrierungsverfahren ist kein spezielles Mischen erforderlich. Die Dehydrierung wird durch Bombardieren mit Luft mit etwa 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) bei etwa 68,9 kPa (10 psi) bei einer Temperatur von etwa 219 bis 243ºC (425 bis 470ºF) durchgeführt. Die Gesamtdehydrierungszeit beträgt etwa 2 bis 8 Stunden.
In dem Zweistufenverfahren schließt das Verfahren ein Anfeuchtverfahren und ein Dehydrierungsverfahren unter Verwendung eines Zweikomponentengemisches aus Destillationsturmbodenprodukten (DTB) und gemahlenem Reifenkautschuk (GTR) ein. Wie bei dem Einstufenverfahren ist vor oder nach dem Dehydrrierungsverfahren kein spezielles Mischen erforderlich. Die Dehydrierung wird durch Bombardieren mit Luft mit 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) bei 68,9 kPa (10 psi) mit einer Anfangstemperatur von etwa 177ºC (350ºF) und einer Endtemperatur von etwa 252ºC (485ºF) durchgeführt. DIe Gesamtdehydrierungszeit beträgt etwa 2 bis 6 Stunden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 illustriert schematisch die in dem erfindungsgemäßen Einstufenverfahren verwendete Vorrichtung.
Fig. 2 illustriert schematisch die in dem erfindungsgemäßen Zweistufenverfahren verwendete Vorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Erfindung liefert vorteilhaft eine Asphaltzusammensetzung, die bituminösen Rückstand wie Destillationsturmbodenprodukte (DTB) in eine homogene Mischung mit gemahlenem Reifenkautschuk (GTR) zur Verwendung in der Dachdeck- und Straßenbauindustrie oder anderweitigen Verwendung einbaut, die dem Fachmann erkennbar ist. Die hergestellte Zweikomponentenasphaltzusammensetzung ist einfach und wirtschaftlich herzustellen. Das Produkt ist eine vollständig homogenisierte Asphaltzusammensetzung, bei der der gemahlene Reifenkautschuk vollständig in die Destillationsturmbodenprodukte eingebaut ist. Die resultierende Zusammensetzung ist stabil und trennt sich nicht. Es müssen keine Additive verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens werden nur Destillationsturmbodenprodukte und gemahlener Reifenkautschuk verwendet.
Gemäß einem Einstufenverfahren der Erfindung wird Druckluft in einen leeren Konverter geepumpt, Destillationsturmbodenprodukte werden aus einem Vorratsgefäß, das auf etwa 177ºC (350ºF) gehalten wird, in den Konverter überführt, während die Luft in den Konverter gepumpt wird. Nachdem sich die Destillationsturmbodenprodukte im Konverter befinden, wird der gemahlene Reifenkautschuk pneumatisch in den Konverter gepumpt. Die Luft wird während des gesamten Verfahrens konstant fließen gelassen. Die Temperatur in dem Konverter beträgt etwa 219 bis 243ºC (425 bis 470ºF), vorzugsweise etwa 232ºC (450ºF), und die Destillationsturmbodenprodukte und der gemahlene Reifenkautschuk werden in dem Konverter mit der Druckluft bombardiert, um abrasive Absorption der asphaltischen Öle der Destillationsturmbodenprodukte in dem gemahlenen Reifenkautschuk und vollständige Aufnahme des gemahlenen Reifenkautschuks in die Desetillationsturmbodenprodukte zu ermöglichen. Das fertige Produkt hat eine einheitliche Zusammensetzung und ist ein stabiles homogenes Produkt. Das Verfahren wird in einem geschlossenen System durchgeführt, das über einen Abscheidetank mit einer flüssigen Dichtung, gefolgt von einem Trockentank, entlüftet wird, und die Dampfrückgewinnung endet durch Verbrennung in einer Verbrennungsanlage, die auf einer Mindestetemperatur von 719ºC (1325ºF) gehalten wird. Das fertige Produkt wird dann aus dem Konverter entnommen und zur Lagerung transportiert oder gemischt und in andere Produkte eingebracht. Das fertige Produkt und jegliche Gemische desselben können bei 177ºC (350ºF) gelagert und gehandhabt werden.
In dem Konverter wird der gemahlene Reifenkautschuk mit den Destillationsturmbodenprodukten "angefeuchtet", während er mit einem hohen Luftvolumen bombardiert wird, dass inniges Mischen der Kautschukmoleküle und bituminösen Moleküle herbeiführt, was zu Dehydrierung des Kautschuks und vollständiger und stabiler Homogenisierung der resultierenden Zusammensetzung führt. Niedere Kohlenwasserstofföle werden ausgetrieben und eine vollständig homogenisierte Asphaltzusammensetzung, die das Produkt des Verfahrens ist, verbleibt in dem Dehydriergefäß.
In dem Zweistufenverfahren der Erfindung wird der gemahlene Reifenkautschuk mit deen Destillationsturmbodenprodukten "angefeuchtet" und ein ein Dehydriergefäß geleitet, in dem die angefeuchtete Mischung mit einem hohen Luftvolumen bombardiert wird, das inniges Mischen der Kautschukmoleküle und bituminäsen Molekülen herbeiführt, das zur Dehydratisierung des Kautschuks und vollständigen und stabilen Homogenisierung der resultierenden Zusammensetzung führt. Niedere Kohlenwasserstofföle werden ausgetriebeen und eine vollständig homogenisierte Asphaltzusammensetzung, die das Produkt des Verfahrens ist, verbleibt in dem Dehydriergefäß.
Fig. 1 illustriert schematisch das erfindungsgemäße Einstufenverfahren. Destillationsturmbodenprodukte (DTB) werden in einem Gefäß 2 gelagert. Eine DTB-Charge wird direkt in einen Konverter 4 gepumpt, zusammen mit einer Charge von gemahlenem Reifenkautschuk (GTR), die aus einem Dosiertrichter 6 eingeführt wird. Der GTR kann von einer pulverfeinen Mahlung (etwa 74 um oder mehr) (etwa 200 mesh oder weniger) bis zu etwa 841 um (20 mesh) reichen. In einer typischen Anwendung ist der GTR in einem Verhältnbis von 1 : 99 bis 27 : 33 in Bezug auf das DTB vorhanden, vorzugsweise im Verhältnis von 10 : 90 bis 16 : 84 und am meisten bevorzugt etwa 12 : 88 in Bezug auf DTB. Druckluft wird aus einem Luftkompressor 8 mit 45,3 bis 79,2 m³/Min (1600 bis 2800 ft³/Min) und einem Druck von 41 bis 103 kPa (6 bis 15 psi) über eine Rohrleitung 10 und eine stationäre Spinnenvorrichtung 12 eingeführt, wodurch der Druckluft das Eintreten in den unteren Bereich des Konverters 4 ermöglicht wird, in dem Dehydrierung stattfindet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Luft über die stationäre Spinnenvorrichtung 12 mit 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) und 68,9 bis 103 kPa (10 bis 15 psi) in den Konverter 4 gepumpt. Wenn die Mischung in dem Konverter 4 mit der Luft bombardiert wird, findet ein Dehydrierungsprozess statt. Der Dehydrierungsprozess findet statt, indem Luft mit beispielsweise 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) über die stationäre Luftspinne in den unteren Bereich des Gefäßes injiziert wird und der Luftstrom während des Verfahrens auf 68,9 kPa (10 psi) gehalten wird. Die Temperatur in dem Konverter wurd während des Verfahrens auf etwa 219 bis 243ºC (425 bis 470ºF) gehalten. Die Temperatur und der Luftstrom werden aufrechterhalten, bis der angestrebte Erweichungspunkt erreicht wird. Es können alle 30 Minuten Proben des Materials gezogen werden, oder wie anderweitig Fachleuten bekannt ist. Die Dauer des Verfahrens zum Erreichen des angestrebten Erweichungspunkts kann etwa 2 bis 14 Stunden betragen. Nachdem der angestrebte Erweichungspunkt erreicht ist, werden Luft und Heizung abgestellt und das fertige Produkt, das vollständig homogen ist, wird durch eine Rohrleitung 14 unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Pumpe für fertiges Produkt zu der Fertigproduktlagerung gefördert. In dem Dehydriertank abgegebene Kohlenwasserstoffe werden zur Kohlenwasserstoffsammlung und Dampfrückgewinnung über eine Rohrleitung 16 zu einem Ab-scheidetank 18 und einem Trockentank 20 geleitet. Das Dampfrückgewinnungssystem findet über Rohrleitungen 22, 24, 26 statt. In einem Beispiel werden jegliche verbleibenden nicht-kondensierten Kohlenwasserstoffe in einer Verbrennungsanlage 28 unter Verwendung eines Brenners mit Gasfeuerung bei einer Temperatur von mindestens etwa 719ºC (1325ºF) verbrannt.
Der Durchsatz des Verfahrens kann 100 bis 500 Tonnen pro Tag unter Verwendung eines Konverters betragen, oder anderweitig, wie Fachleuten bekannt ist. Es können andere Geräte verwendet werden, um ein ähnliches Ergebnis zu erhalten. Die Beispiele beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
Eine typische DTB-Probe kann die folgenden Eigenscahften haben:
Viskosität bei 60ºC (140ºF) (poise), ASTM 2171 1,5-5,0 Pa·s (15-50 ps)
Erweichungspunkt von Flint, ASTM D113 4,4-21ºC (40-70ºF)
Flammpunkt, ºF, Min. COC, ASTM D 92 293ºC (560ºF)

Beispiel 1 - Straßenbausorte, 15% Konzentrat

Am Anfang wurde ein vollständiges Luftfvolumen, 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) bei 68,9 kPa (10 psi), in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde dann mit 70,5 Tonnen DTB bei 177ºC (350ºF) gefüllt. Das Luftvolumen und der Druck wurden gehalten und der Luftstrom mit 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) bei 68,9 kPa (10 psi) über das gesamte Verfahren fortgesetzt. Nachdem die gewünschte Menge (70,5 Tonnen) DTB überführt worden waren, wurde der GTR pneumatisch in die Flüssigkeitsmenge des DTB in dem Reaktor gepumpt. Die Durchmischungswirkung der Luft in den Materialien lieferte eine hervorragende Mischung des GTR und DTB. Es dauerte unhgefähr 80 Minuten, um 12,44 Tonnen GTR in 70,5 Tonnen DTB einzubringen. Der Reaktor wurde auf nicht mehr als 243ºC (470ºF) und nicht weniger als 219ºC (425ºF) erwärmt. Nachdem die erwünschte Temperatur erreicht wurde, wurden stündlich Proben gezogen, bis der erwünschte Erweichungspunkt von 110ºC (230ºF) erreicht war. Nachdem der angestrebte Erweichungspunkt erreicht war, wurden Luft und Heizung abgeschaltet und das Verfahren abgeschlossen. Der angestrebte Erweichungspunkt wurde nach 12 Stunden und 30 Minuten erreicht. Das fertige Material wurde zum Heruntermischen und Polymermodifizierungsverfahren in ein Gefäß gepumpt. Nach dem Heruntermsichen auf ein 5% GTR-Konzentrat unter Verwendung von AC-5 und Modifizieren mit synthetischem Kautschuk wurde das fertige Material in ein Lagerungsgefäß zum Verschiffen überführt. Die physikalischen Charakteristika des heruntergemischten Materials sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

AC-15-5TR Straßenbau-Asphaltzement

Verwendung in Splitterversiegelugsanwendungen

Tests Ergebnisse

Viskosität bei 60ºC (140ºF), Poise, ASTM D 2171 370 Pa·s (3700 ps)
Viskosität bei 135ºC (275ºF), Poise, Texas Item 300 0,65 Pa·s (6,5 ps)
Penetration bei 25ºC (77ºF), 100 g, 5 Sekunden, dmm ASTM D5 116
Erweichungspunkt, ºF, ASTM D36 52ºC (126ºF)
Flammpunkt, ºF, COC, ASTM D92 291ºC (555ºF)
Duktilität bei 4,0ºC (39,2ºF), 5 cm/Min, cm, ASTM D113 44,0 cm
Lagerbeständigkeit, 48 h bei 163ºC (325ºF)), Erweichungspunktdifferenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 0,5%

Beispiel 2 - Straßenbausorte 15% Konzentrat

Am Anfang wurde ein vollständiges Luftfvolumen, 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) bei 68,9 kPa (10 psi), in den Reaktor gegeben. Der Reaktor wurde dann mit 75,6 Tonnen DTB bei 177ºC (350ºF) beschickt. Das Luftvolumen und der Druck wurden gehalten und der Luftstrom über das gesamte Verfahren fortgesetzt. Nachdem die gewünschte Menge DTB überführt worden waren, wurde GTR pneumatisch in den Flüssigkeitspegel des DTB in dem Reaktor 2 gepumpt. Die Durchmischungswirkung der Luft in den Materialien lieferte eine hervorragende Mischung des GTR und DTB. Es bedurfte ungefähr 90 Minuten, um 13,34 Tonnen GTR einzubringen. Der Reaktor wurde auf nicht mehr als 243ºC (470ºF) und nicht weniger als 219ºC (425ºF) erwärmt. Nachdem die erwünschte Temperatur erreicht wurde, wurden stündlich Proben gezogen, bis der erwünschte Erweichungspunkt von 230ºF erreicht war. Nachdem der angestrebte Erweichungspunkt erreicht war, wurden Luft und Wärme abgeschaltet und das Verfahren abgeschlossen. Der angestrebte Erweichungspunkt wurde nach 13 Stunden und 10 Minuten erreicht. Das fertige Material wurde zu Heruntermisch- und Polymermodifizierungsverfahren in ein Gefäß gepumpt. Nach dem Heruntermischen auf ein 5% GTR-Konzentrat unter Verwendung von AC-20 und Modifizieren mit synthetischem Kautschuk wurde das fertige Material in ein Lagerungsgefäß zum Verschiffen überführt. Die physikalischen Charakteristika des heruntergemischten Materials sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

AC-45-5TR

Straßenbau-Asphaltzement, Verwendung in Heißmischanwendungen

Tests, ASTM-Verfahren Ergebnisse

Viskosität bei 60ºC (140ºF), Poise, ASTM D2171 566,4 Pa·s (5664 ps)
Viskosität bei 135ºC (275ºF), Poise, Texas Item 300 1,10 Pa·s (11,0 ps)
Penetration bei 25ºC (77ºF), 100 g, 5 Sekunden, dmm, ASTM D5 70
Erweichungspunkt, ºF, ASTM D36 53ºC (127ºF)
Flammpunkt, ºF, COC, ASTM D92 293ºC (559ºF)
Duktilität bei 4,0ºC (39,2ºF), 5 cm/Min, cm, ASTM D113 21,5 cm
Lagerbeständigkeit, 48 h bei 1G3ºC (325ºF), Erweichungspunktdifferenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 0,75%

Beispiel 3 - Dachdeckbeschichtungssorte mit 5% Konzentrat

Am Anfang wurde ein vollständiges Luftfvolumen, 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) bei 68,9 kPa (10 psi), in den Reaktor gegeben. Der leere Reaktor wurde dann mit 28,5 Tonnen DTB bei 177ºC (350ºF) beschickt. Das Luftvolumen und der Druck wurden gehalten und der Luftstrom über das gesamte Verfahren fortgesetzt. Nachdem die gewünschte Menge DTB überführt worden waren, wurde GTR pneumatisch in den Flüssigkeitspegel des DTB in den Reaktor gepumpt. Die Durchmischungswirkung der Luft in den Materialien lieferte eine hervorragende Mischung des GTR und DTB. Es bedurfte ungefähr 20 Minuten, um 1,5 Tonnen GTR einzubringen. Der Reaktor wurde auf nicht mehr als 243ºC (470ºF) und nicht weniger als 219ºC (425ºF) erwärmt. Nachdem die erwünschte Temperatur erreicht wurde, wurden stündlich Proben gezogen, bis der erwünschte Erweichungspunkt von 93ºC (200ºF) erreicht war. Nachdem der angestrebte Erweichungspunkt erreicht war, wurden Luft und Heizung abgeschaltet und das Verfahren abgeschlossen. Der angestrebte Erweichungspunkt wurde nach 8 Stunden und 15 Minuten erreicht. Das fertige Material wurde zum Verschiffen in ein Lagerungsgefäß gepumpt. Die physikalischen Charakteristika des heruntergemischten Materials sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

TRMAC-Beschichtung

Dachdecksorte Asphaltzement

Verwendung zur Fertigung von Dachschindeln und Walzgütern

Tests, ASTM-Verfahren Ergebnisse

Viskosität bei 204ºC (400ºF), Poise, Florida 336-1 0,268 Pa·s (2,68 ps)
Penetration bei 25ºC (77ºF), 100 g, 5 Sekunden, dmm, ASTM DS 20
Erweichungspunkt, ºF, ASTM D36 93ºC (200ºF)
Flammpunkt, ºF, COC, ASTM D92 299ºC (570ºF)
Duktilität bei 25ºC (77ºF), 1 cm/Minute, cm, ASTM D113 6,0 cm
Das Produkt von jedem der oben beschriebenen drei Beispiele ist ein stabiles, wärmebeständiges Produkt. In jedem Beispiel wurde das gleiche Zweistufenverfahren mit unterschiedlichen Volumina verwendet. Die Dehydrierung wurde ohne Einbringung irgendwelcher Chemikalien oder zusätzlicher aromatischer Öle oder Additive erreicht.
Das Verfahren ergab Material, das zur Verwendung in sowohl der Dachdeck- als auch der Straßenbauindustrie geeignet ist. Die unterschiedlichen Materialien haben einen verschiedenen Anteil der GTR-Beladung in den DTB und eine unterschiedliche Dehydrierungsverarbeitungszeitdauer, um die in den Endmaterialien erforderlichen unterschiedlichen Eigenschaften zu erreichen.
Es können etwa 1 bis 5% Polymermaterial wie synthetischer Kautschuk zusammen mit dem GTR in die DTB eingebaut werden. Beispiele für synthetische Materialien sind Styrol/Butadien/Styrol (SBS), Styrol/Butadien-Kautschuk (SBR), Polyethylen, Polyisopren, Polybutylen, Polychloropren (Neopren), Nitrilkautschuk (Acrylnitril/Butadien), Butylkautschuk (Copolymer von Isobutylen und Isopren), Polyacrylnitril und andere Materialien, die Fachleuten bekannt sind. Die Verwendung übermäßiger Mengen an synthetischen Kautschuken würde zum Abbau des synthetischen Kautschuks führen.
Wenn eine unzureichende Luftmenge verwendet wird oder die Verweilzeit in dem Luftbombardiergefäß unzureichend ist, ist das Produkt instabil und/oder nicht richtig homogen und neigt so zum Entmischen.
Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Zweistufenverfahren. Destillationsturmrückstände (DTB) werden in einem Gefäß 32 gelagert. Eine DTB-Charge wird durch Chargenpumpe 34 zusammen mit einer Charge gemahlenem Reifenkautschuk (GTR), die aus einem Dosiertrichter 38 eingeführt wird, in ein Anfeuchtgefäß 36 gepumpt. Der GTR kann von einer pulverfeinen Mahlung (etwa 74 um oder mehr) (etwa 200 mesh oder weniger) bis zu etwa 841 um (20 mesh) reichen. Die DTB und der GTR werden unter Verwendung eines Rührers 40 gründlich miteinander vermischt, wobei der GTR gründlich mit DTB angefeuchtet wird. In einer typischen Anwendung ist der GTR in einem Verhältnis von 1 : 99 bis 27 : 33 in Bezug auf DTB, vorzugsweise in einem Verhältnis von 10 : 90 bis 16 : 84 und am meisten bevorzugt etwa 12 : 88 in Bezug auf DTB vorhanden. Die Mischung aus dem Anfeuchtgefäß 26 wird unter Verwendung einer Reaktorspeisepumpe 44 in ein Dehydrierungsgefäß 42 gepumpt. Druckluft wird durch eine Pumpe 46 mit 45,3 bis 79,2 m³/Minute (1600 bis 2800 ft³/Min) und einem Druck von 41 bis 103 kPa (6 bis 15 psi) über eine Rohrleitung 48 und eine stationäre Spinnenvorrichtung 50 eingeführt, die das Eintreten der Druckluft im unteren Bereich des Dehydrierungsgefäßes 42 ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Luft durch die stationäre Spinnenvorrichtung 50 mit 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) und 68,9 bis 103 kPa (10 bis 15 psi) in das Dehydrierungsgefäß 42 gepumpt. Wenn die Mischung in dem Gefäß 42 mit der Luft bombardiert wird, findet ein Dehydrierungsprozess statt.
Der Dehydrierungsprozess findet statt, indem Luft mit beispielsweise 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) durch die stationäre Luftspinne in den unteren Bereich des Gefäßes injiziert wird und der Luftstrom während des Prozesses auf 68,9 kPa (10 psi) gehalten wird. Der Prozess beginnt bei einer Dehydrierungsreaktortemperatur von 149 bis 191ºC (300 bis 375ºF), und die Temperatur wird während des Prozesses auf 252ºC (485ºF) erhöht. Die Temperatur und der Luftstrom werden aufrechterhalten, bis der angestrebte Erweichungspunkt erreicht wird. Es können alle 30 Minuten Proben des Materials gezogen werden, oder wie sonst dem Fachmann bekannt ist. Die Dauer des Prozesses kann etwa 2 bis 6 Stunden betragen, um den angestrebten Erweichungspunkt zu erreichen. Nachdem der angestrebte Erweichungspunkt erreicht ist, werden Luft und Heizung abgeschaltet, und das fertige Produkt, welches vollkommen homogen ist, wird unter Verwendung der Fertigproduktpumpe 52 zur Fertigproduktlagerung 54 gepumpt. In dem Dehydrierungstank freigesetzte Kohlenwasserstoffe werden durch eine Rohrleitung 56 zu einem Abscheidetank 58 und einem Kondensattank 60 zu einem Kohlenwasserstoffsammlungs- und Dampfrückgewinnungsbereich geführt. In einem Beispiel werden alle verbleibenden nicht-kondensierten Kohlenwasserstoffe in einer Verbrennungsanlage 62 unter Verwendung eines gasbefeuerten Brenners 64 bei einer Temperatur von 816ºC (1500ºF) verbrannt.
Der Durchsatz des Verfahrens kann unter Verwendung von einem Reaktor und einem Anfeuchtgefäß 300 bis 400 Tonnen pro Tag betragen, oder wie sonst dem Fachmann bekannt ist. Es können andere Geräte zum Erhalten eines ähnlichen Ergebnisses verwendet werden. Die Beispiele beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
Eine typische DTB-Probe kann die folgenden Eigenschaften haben:
Viskosität bei 60ºC (140ºF) (poise), ASTM 2171 1,5 bis 5,0 Pa·s (15 bis 50 ps)
Erweichungspunkt von Flirrt, ASTM D113 4,4 bis 21ºC (40-70ºF)
Flammpunkt, ºF, Min. COC, ASTM D 92 293ºC (560ºF)

Beispiel 4

In Geräten im Labormaßstab wurde 807,5 g DTB auf 177ºC (350ºF) erwärmt. 42,5 g GTF wurden zu dem DTB gegeben und eine Minute gerührt, bis der gesamte trockene GTR in das DTB aufgenommen worden war. Die gesamte Mischung wurde in einen Reaktor von Laborgröße gegeben. 0,85 m³/Min (30 ft³/Min) Luft mit 14 kPa (2 psi) wurden über eine im unteren Bereich des Gefäßes angeordnete stationäre Luftspinne in den Reaktor injiziert. Der Reaktor wurde geheizt und auf 252ºC (485ºF) gehalten. Nach Starten des Luftzustroms wurden alle 30 Minuten Proben gezogen. An dem angestrebten Erweichungspunkt von 54ºC (130ºF) wurden Luft und Heizung abgeschaltet. Das Material wurde in einen Probenbehälter ablaufen gelassen und untersucht.
Die physikalischen Charakteristika des erzeugten Materials sind in der folgenden Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4 - Straßenbelag

Tests, ASTM-Verfahren Ergebnisse

Erweichungspunkt, ºF, ASTIM D36 55ºC (131ºF)
Penetration bei 25ºC (77ºF), 100 g, 5 Sekunden, dmm, ASTM D5 68
Flammpunkt, ºF, COC, ASTM D92 307ºC (585ºF)
Viskosität bei 60ºC (140ºF) (poise), ASTM D2171 850,0 Pa·s (8500 ps)
Duktilität bei 4,0ºC (39,2ºF), 5 cm/Minute, cm, ASTM D113 6,5 cm
Lagerbeständigkeit, 48 h bei 163ºC (325ºF); Erweichungspunktdifferenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 1,5%
Brookfield-Viskosität bei 163ºC (325ºF) (poise), Florida 336-1 0,325 Pa·s (3,25 ps)
Langzeit-Lagerbeständigkeit, 30 Tage bei 163ºC (325ºF), Differenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 3,0%

Beispiel 5

2550 g DTB wurden auf 177ºC (350ºF) erwärmt. 850 g GTR wurden zu dem DTB gegeben und 2 Minuten gerührt, bis das GTR vollständig angefeuchtet und in das DTB eingebaut worden war. Die Mischung wurde in einen großen Reaktor im Labormaßstab gegossen. 3, 68 m³/Min (100 ft³/Min) Luft mit 14 kPa (2 psi) wurden über eine stationäre Luftspinne, die im unteren Bereich des Gefäßes angeordnet war, in den Reaktor injiziert. Der Reaktor wurde geheizt und auf 246ºC (475ºF) gehalten. Nach Beginn des Luftstroms wurden alle 30 Minuten Proben gezogen. Nachdem die Mischung homogenisiert war und das GTR in dem DTB aufgelöst war, wurde das Verfahren heruntergefahren. Das Material wurde in ein Probengefäß ablaufen gelassen und untersucht. Die physikalischen Charakteristika sind wie folgt.

Tabelle 5 - Dachdecken

Tests, ASTM-Verfahren Ergebnisse

Erweichungspunkt, ºF, ASTM D36 116ºC (240ºF)
Penetration bei 25ºC (77ºF), 100 g, 5 Sekunden, dmm, ASTM D5 18
Flammpunkt, ºF, COC, ASTM D92 307ºC (585ºF)
Viskosität bei 60ºC (140ºF) (poise), ASTM D2171 N/A
Duktilität bei 4,0ºC (39,2ºF), 5 cm/Minute, cm, ASTM D113 1,0 cm
Lagerbeständigkeit, 48 h bei 204ºC (400ºF), Erweichungspunktdifferenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 1,0%
Brookfield-Viskosität bei 204ºC (400ºF) (poise), Florida 336-1 8,145 Pa·s (81,45 ps)
Langzeit-Lagerbeständigkeit, 30 Tage bei 204ºC (400ºF), Differenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 1,0%

Beispiel 6

70,4 Tonnen DTB wurden auf 177ºC (350ºF) erwärmt. 9,6 Tonnen GTR wurden über ein Anfeuchtgefäß zu den DTB gegeben. GTR wurde unter Verwendung eines oben montierten Tankmischers, um das getrocknete GTR in das DTB zu ziehen, oben in das Gefäß gegeben. Der Anfeuchtprozess benötigte ungefähr 1,5 Stunden, bis die Gesamtmenge GTR in das DTB eingebaut war. Die Mischung wurde in einen Dehydrierungsreaktor überführt. 62,3 m³/Min (2200 ft³/Min) Luft mit 68,9 kPa (10 psi) wurden über eine im unteren Bereich des Gefäßes angeordnete stationäre Luftspinne in den Boden des Reaktors injiziert. Das Luftvolumen und der Druck wurden während des gesamten Verfahrens gehalten. Die Dampfrückgewinnungsverbrennungsanlage wurde während des gesamten Verfahrens auf 816ºC (1500ºF) gehalten. Der Reaktor wurde geheizt und auf 243ºC (470ºF) gehalten. Nachdem das Verfahren zwei Stunden in Betrieb gewesen war, wurden alle 30 Minuten Proben gezogen. An einem angestrebten Erweichungspunkt von 54ºC (130ºF) wurden Luft und Heizung abgeschaltet und das Verfahren abgeschlossen. Der Erweichungspunkt wurde nach 3 Stunden und 25 Minuten erreicht. Das fertige Material wurde zum Verschiffen in ein Lagerungsgefäß gepumpt und wurde untersucht. Die physikalischen Charakteristika des fertigen Materials sind in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6 Straßenbau

Tests, ASTM-Verfahren Ergebnisse

Erweichungspunkt, ºF, ASTM D36 57ºC (135ºF)
Penetration bei 25ºC (77ºF), 100 g, 5 Sekunden, dmm, ASTM D5 62
Flammpunkt, ºF, COC, ASTM D92 307ºC (585ºF)
Viskosität bei 60ºC (140ºF) (poise), ASTM D2171 860,0 Pa·s (8600 ps)
Duktilität bei 4,0ºC (39,2ºF), 5 cm/Minute, cm, ASTM D113 4,5 cm
Lagerbeständigkeit, 48 h bei 163ºC (325ºF), Erweichungspunktdifferenz 1,5%
zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300
Brooklield-Viskosität bei 163ºC (325ºF) (poise), Florida 336-1 0,675 Pa·s (6,75 ps)
Langzeit-Lagerbeständigkeit, 30 Tage bei 1630C (325ºF), Differenz zwischen oberem und unterem Bereich, Texas Item 300 2,0%
Das Produkt von jedem der oben beschriebenen drei Beispiele ist ein stabiles, wärmebeständiges Produkt. In jedem Beispiel wurde das gleiche Zweistufenverfahren mit unterschiedlichen Volumina verwendet. Die Dehydrierung wurde ohne Einbringung irgendwelcher Chemikalien oder zusätzlicher aromatischer Öle oder Additive erreicht.
Das Verfahren ergab Material, das zur Verwendung in sowohl der Dachdeck- als auch der Straßenbauindustrie geeignet ist. Die unterschiedlichen Materialien haben einen unterschiedlichen Anteil der GTR-Beladung in dem DTB und eine unterschiedliche Dehydrierungsverarbeitungszeitdauer, um die in den Endmaterialien erforderlichen unterschiedlichen Eigenschaften zu erreichen.
Es können etwa 1 bis 5% Polymermaterial wie synthetischer Kautschuk zusammen mit dem GTR in das DTB eingebaut werden. Beispiele für synthetische Materialien sind Styrol/Butadien/Styrol (SBS), Styrol/Butadien-Kautschuk (SBR), Polyethylen, Polyisopren, Polybutylen, Polychloropren (Neopren), Nitrilkautschuk (Acrylnitril/Butadien), Butylkautschuk (Copolymer von Isobutylen und Isopren), Polyacrylnitril und andere Materialien, die Fachleuten bekannt sind. Die Verwendung übermäßiger Mengen an synthetischen Kautschuken würde zum Abbau des synthetischen Kautschuks führen.
Wenn eine unzureichende Luftmenge verwendet wird oder die Verweilzeit in dem Luftbombardiergefäß unzureichend ist, ist das Produkt instabil und/oder nicht richtig homogen und neigt so zum Entmischen.
Obwohl die Erfindung oben in Bezug auf einige ihrer Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass Variationen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Idee und dem Bereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von homogener Asphaltzusammensetzung, das im Wesentlichen aus den Schritten besteht:

Einbringen von Destillationsturmbodenprodukt bei einer Temperatur von 177 bis 252ºC (350 bis 485ºF) in ein Gefäß,

Einbringen von gemahlenem Reifenkautschuk in das Gefäß,

Leiten von Luft mit etwa 41 bis 103 kPa (6 bis 15 psi) Druck durch das Gefäß, wodurch der gemahlene Reifenkautschuk und das Destillationsturmbodenprodukt in dem Gefäß mit der Luft unter Druck bombardiert werden, um den gemahlenen Reifenkautschuk in das Destillationsturmbodenprodukt einzubauen,

Erhalten einer stabilen homogenen Einbauasphaltzusammensetzung aus gemahlenem Reifenkautschuk und Destilla-tionsturmbodenprodukt,

Gewinnen der Einbauasphaltzusammensetzung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte in der folgenden Abfolge durchgeführt werden:

Leiten der Luft durch das Gefäß,

Einbringen des Destillationsturmbodenprodukts in das Gefäß,

Einbringen des gemahlenen Reifenkautschuks in das Gefäß, in dem das Destillationsturmbodenprodukt mit Luft bombardiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, das die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte umfasst:

Injizieren von Luft mit etwa 41 bis 103 kPa (6 bis 15 psi) Druck in einer Rate von 45,3 bis 79,2 m³/Min (1600 bis 2800 ft³/Min) für etwa 2 bis 14 Stunden durch eine stationäre spinnenförmige Vorrichtung, die in dem Gefäß montiert ist,

Einbringen von etwa 86 bis 90% Destillationsturmbodenprodukt bei einer Temperatur von etwa 177 bis 252ºC (350 bis 485ºF) in das Gefäß zum Bombardieren mit der injizierten Luft, und

Einbringen von etwa 10 bis 14% gemahlenem Reifenkautschuk in das Gefäß,

Bombardieren des Destillationsturmbodenprodukts und gemahlenem Reifenkautschuks in dem Gefäß mit der injizierten Luft.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte in der folgenden Abfolge durchgeführt werden:

Mischen des gemahlenen Reifenkautschuks mit Destillationsturmbodenprodukt unter Bildung einer angefeuchteten Mischung des gemahlenen Reifenkautschuks und des Destillationsturmbodenprodukts,

Einbringen der angefeuchteten Mischung in das Gefäß,

Bombardieren der angefeuchteten Mischung mit Luft bei einer Temperatur von etwa 177 bis 252ºC (350º bis 485ºF) und bei einem Druck von etwa 41 bis 103 kPa (6 bis 15 psi).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4, das die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte umfasst:

Mischen von etwa 10 bis 14% gemahlenem Reifenkautschuk mit etwa 86 bis 90% Destillationsturmbodenprodukt unter Bildung einer angefeuchteten Mischung des gemahlenen Reifenkautschuks mit dem Destillationsturmbodenprodukt,

Injizieren von Luft mit einer Temperatur von etwa 177 bis 252ºC (350º bis 485ºF) mit einer Strömungsrate von etwa 45,3 bis 79,2 m³/Min (1600 bis 2800 ft³/Min) und etwa 41 bis 103 kPa (6 bis 15 psi) Druck für etwa 2 bis 14 Stunden durch eine stationäre spinnenförmige Vorrichtung, die in dem Gefäß montiert ist,

Bombardieren der angefeuchteten Mischung aus gemahlenem Reifenkautschuk und Destillationsturmbodenprodukt mit der injizierten Luft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei dem etwa 1 bis 27% gemahlener Reifenkautschuk in etwa 73 bis 99% Destillationsturmbodenprodukt eingemischt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei dem etwa 10 bis 15% gemahlener Reifenkautschuk in etwa 85 bis 90% Destillationsturmbodenprodukt eingemischt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der gemahlene Reifenkautschuk mit dem Destillationsturmbodenprodukt gemischt wird und die Temperatur des Verfahrens auf einer Temperatur von etwa 218 bis 246ºC (425º bis 475ºF) gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei dem das Luftbombardement etwa 2 bis 14 Stunden lang durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei dem das Luftbombardement mit etwa 45,3 bis 79,2 m³/Min (1600 bis 2800 ft³/Min) durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Luftombardement mit etwa 56,6 bis 67,9 m³/Min (2000 bis 2400 ft³/Min) durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei der die Luft zum Bombardieren der angefeuchteten Mischung durch eine stationäre spinnenförmige Injektorvorrichtung injiziert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, bei der der gemahlene Reifenkautschuk Kautschuk ausgewählt aus Naturkautschuk und synthetischem Kautschuk einschließt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Luftbombardement etwa 2 bis 6 Stunden lang durchgeführt wird.