ES2215884T3 - Oxidos de amina como emulsionantes de asfalto. - Google Patents
Oxidos de amina como emulsionantes de asfalto.Info
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Abstract
Un método para emulsionar asfalto en agua que comprende añadir a una mezcla de asfalto y agua una cantidad eficaz de emulsionante de al menos un polióxido de poliamina, es un dióxido de diamina que está etoxilado. La emulsión formada es aniónica, catiónica y/o de rotura lenta.
Description
Óxidos de amina como emulsionantes de
asfalto.
La presente invención se refiere en general al
uso de polióxidos de poliamina como emulsionantes asfálticos. Más
particularmente, la invención se refiere a un procedimiento mejorado
para estabilizar un asfalto en una emulsión de agua empleando un
dióxido de amina terciaria como un emulsionante asfáltico.
Se emplea asfalto en emulsiones de agua para
construcción y reparación de carretera, así como en la industria de
la construcción como revestimientos y sellantes. Las propiedades
del asfalto se obtienen después de que las emulsiones se rompan o
curen, cuando las gotas de asfalto sufren coalescencia y se adhieren
al sustrato y se retira el agua.
La proporción de este proceso de rotura depende
de la reactividad de la emulsión y de la reactividad del sustrato.
Las emulsiones se clasifican en tipos de rotura rápida, media y
lenta dependiendo de su reactividad. Las emulsiones de rotura lenta
encuentran uso en aplicaciones, tal como mezcla en frío, en la que
la emulsión se mezcla con áridos y la mezcla se emplea para
pavimentar una carretera.
Las emulsiones pueden clasificarse en tipos
catiónicas (positivas) o aniónicas (negativas) dependiendo de la
carga de las gotas de asfalto. Las emulsiones catiónicas se emplean
para áridos silíceos, como cuarzo, ya que tales áridos tienen
superficies cargadas negativamente. La película curada de las
emulsiones catiónicas se adhiere generalmente mucho mejor a áridos
silíceos que lo hace la película de emulsiones aniónicas.
Generalmente, se emplean emulsionantes diferentes para emulsiones
catiónicas que los empleados para emulsiones aniónicas.
Se pueden emplear emulsionantes no iónicos, tales
como nonilfenoles etoxilados, como parte de un emulsionante o solo
en ambas emulsiones de rotura lenta catiónica y aniónica. Sin
embargo, a niveles de uso comparables al emulsionante de la
invención, las emulsiones de rotura lenta aniónicas y catiónicas de
nonilfenoles etoxilados son deficientes en calidad. Adicionalmente,
tienden a desprenderse de los áridos películas de asfalto derivadas
de tales emulsiones cuando se empapa en agua.
Monóxidos de aminas, tales como
RN(CH_{3})_{2}O,
RCONCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{3})_{2}O (un
óxido de amina y amida) o
RN(CH_{2}CH_{2}OH)_{2}O, en los que R es un
alquilo C_{12}, aceite de coco o sebo, tienen alguna eficacia como
emulsionantes asfálticos catiónicos. Sin embargo, generalmente no
se pueden emplear para producir ambas emulsiones aniónicas y
catiónicas. Cuando pueden formar ambas emulsiones aniónicas y
catiónicas, la calidad de las emulsiones es deficiente y no reúne
los requerimientos de emulsiones de rotura lenta a niveles de uso
económicos. En cambio, forman emulsiones de rotura rápida o media
que no pueden emplearse con áridos reactivos.
Se ha descrito el uso de óxidos de amina como
emulsionantes asfálticos. Por ejemplo, el documento DE 1 719 449
(DE'449) describe el uso de óxidos de aminas terciarias como un
aditivo de emulsión de betún que se combina con un emulsionante
catiónico para cubrir la superficie de carretera, mientras el
documento WO 94/03560 describe el uso de óxidos de amina como un
tensiactivo catiónico en emulsiones asfalto/betún. Adicionalmente,
el documento EP 0 037 996 describe el uso de un óxido de amina con
un grupo naftenoilo para emulsionar productos bituminosos. Estos
óxidos de amina amida tendrían los mismos problemas que los óxidos
de amina estudiados anteriormente.
Se describe un dióxido de di-terc-amina
que comprende grupos de sebo (hidrogenados) para uso como un
detergente o un emulsionante de, por ejemplo, aminas grasas de
cadena larga empleadas como inhibidores de corrosión en líneas de
condensación de vapor de agua, de acuerdo con el documento GB 1 104
491. Sin embargo, no hay descripción o sugerencia de su uso como un
emulsionante asfáltico.
Los residuos asfálticos (es decir después de
curación de la emulsión) a partir de emulsiones asfálticas de
rotura lenta, especialmente emulsiones aniónicas de rotura lenta,
muestran poca adhesión a áridos tal como cuarcita. El resultado es
poca durabilidad de materiales para carretera empleando estas
emulsiones.
Los residuos asfálticos a partir de emulsiones de
rotura lenta preparados a partir de los emulsionantes de polióxido
de poliamina de la invención, sin embargo, muestran buena adhesión
y particularmente tienen mejor adhesión que los residuos derivados
de emulsiones catiónicas, aniónicas o no iónicas de rotura lenta
preparadas con los emulsionantes etoxilato de nonilfenol comúnmente
empleados.
La presente invención generalmente se refiere a
un método para emulsionar asfalto empleando un nuevo emulsionante
asfáltico, una emulsión asfáltica que contiene el nuevo
emulsionante asfáltico, y una mezcla en frío de la emulsión
asfáltica que contiene el nuevo emulsionante asfáltico. El método
emulsiona una mezcla de asfalto y agua al añadir una cantidad
eficaz para emulsionar de un nuevo emulsionante asfáltico de al
menos un polióxido de poliamina. Una poliamina (o poliamina
terciaria) se define en este texto por tener más de un grupo amino,
tal como una di-, tri, o tetra- amina, etc. Se define un polióxido
en este texto por tener más de un grupo óxido, tal como di-, tri, o
tetra-óxido, etc.
La invención es especialmente útil en emulsiones
de rotura lenta, ya que se requieren niveles de uso más bajos cuando
se emplea el emulsionante de la invención y el emulsionante puede
emplearse para cualquier emulsión aniónica o catiónica de rotura
lenta dependiendo de si se emplea una fase acuosa ácida o alcalina.
Ambas emulsiones asfálticas catiónicas y aniónicas de rotura lenta
son de buena calidad y reúnen los requerimientos de grados de
rotura lenta a niveles de uso bajos. El residuo asfáltico curado de
emulsiones producidas con el emulsionante de la invención se adhiere
mejor a áridos que el residuo asfáltico de emulsiones preparadas
con emulsionantes de etoxilato de nonilfenol no iónico.
Además, las emulsiones de la presente invención
pueden emplearse para mezcla en frío, en la que exhiben ventajas
comparadas con un emulsionante de calidad del mezclado catiónico
convencional. Adicionalmente, los emulsionantes asfálticos de la
invención son compatibles con ambos co-emulsionantes
catiónicos y aniónicos, especialmente cuando se combinan con
co-emulsionantes convencionalmente empleados para
emulsiones de rotura media y rápida. Es, de este modo, muy económico
emplear emulsionantes asfálticos de la invención, ya que se
requieren niveles de uso más bajos y solo es necesario almacenar un
emulsionante único para ambas emulsiones aniónicas y catiónicas y
para emulsiones de rotura lenta.
Estos y otros objetos de la invención serán
rápidamente evidentes a partir de la descripción que sigue.
El procedimiento de la invención emplea un
polióxido de poliamina, preferentemente un polióxido de amina
derivado de una poliamina, más preferentemente un polióxido de
diamina terciaria, como un emulsionante asfáltico o un
co-emulsionante. Una poliamina (o poliamina
terciaria) se define en este texto por tener más de un grupo amino,
tal como una di-, tri- o tetra-amina, etc. Un
polióxido se define en este texto por tener más de un grupo óxido,
tal como un di-, tri- o tetra-óxido, etc. No es necesario que todos
los grupos amino terciarios estén oxidados. Preferentemente, todas
los grupos amino terciarios están oxidados. Más preferentemente,
los polióxidos de poliamina se forman por oxidación de poliaminas
de alquilo alquiladas u oxialquiladas, preferentemente diaminas.
Las emulsiones formadas empleando el procedimiento de la invención
reúnen los requerimientos para emulsiones de rotura lenta
especificados por la American Society for Testing and Materials
(ASTM) y otros, como se demuestra con los ejemplos en este
texto.
Es deseable que el nuevo emulsionante asfáltico
de la presente invención derive de una amina que tiene la siguiente
fórmula I:
en la que R es un radical hidrocarbonado
C_{8}-C_{24}, preferentemente un alquilo
C_{8}-C_{22}, alquenilo, o una de sus mezclas;
R^{1}, R^{2} y R^{3} son, independientemente, un alquilo
C_{1}-C_{6} o alcanol, preferentemente metilo,
etilo, etanol, propanol, polietoxietanol, carboxietilo o
carboximetilo en cualquier combinación, y más preferentemente
metilo, etanol, o polietoxietanol en cualquier combinación; x es un
número entero igual o más grande que 1; e y es un número entero
igual o más grande que
1.
También es preferible que R sea un radical
hidrocarbonado C_{8}-C_{18}, incluido cadenas
alquílicas insaturadas C_{18} o sus mezclas. Adicionalmente, se
prefiere que R derive de grasas y aceites naturales, tal como sebo,
colza (aceite de colza), soja, aceite superior, etc., dando un
intervalo de cadena de alquilo C_{12}-C_{18},
incluido cadenas de alquilo insaturadas, y, más preferentemente, R
es alquilo de sebo o alquilo de sebo hidrogenado. También es
preferible que R^{1}, R^{2} y R^{3} sean, independientemente,
metilo, etan-2-ol,
propan-2-ol, polioxietileno, y son,
más preferentemente, metilo o
etan-2-ol. Preferentemente, x =
1-6, más preferentemente, x = 2 o x = 3 e, incluso
más preferentemente x = 3.
El nuevo emulsionante asfáltico de la presente
invención deriva de una poliamina que tiene la fórmula I al oxidar
al menos dos de los nitrógenos en la poliamina. Preferentemente, y =
1-5, más preferentemente, y = 1-3,
con y+1 indicando el número de nitrógenos oxidados en la poliamina,
si todos los nitrógenos están oxidados. Preferentemente, todos los
nitrógenos están oxidados.
Más preferentemente, el nuevo emulsionante
asfáltico de la presente invención tiene la siguiente fórmula
II:
Fórmula
IIR---(
\melm{\delm{\para}{R ^{1} }}{N}{\uelm{\para}{O}}---(CH_{2})x)y---\melm{\delm{\para}{R ^{3} }}{N}{\uelm{\para}{O}}---
R^{2}
en la que R es un radical hidrocarbonado
C_{8}-C_{24}, preferentemente un alquilo
C_{8}-C_{22}, alquenilo, o una de sus mezclas;
R^{1}, R^{2} y R^{3} son, independientemente, un alquilo
C_{1}-C_{6} o alcanol, preferentemente metilo,
etilo, etanol, propanol, polietoxietanol, carboxietilo o
carboximetilo en cualquier combinación, y más preferentemente
metilo, etanol, o polietoxietanol en cualquier combinación; x es un
número entero igual o más grande que 1; e y es un número entero
igual o más grande que 1, con y+1 indicando el número de nitrógenos
oxidados en la
poliamina.
También es preferible que R sea un radical
hidrocarbonado C_{8}-C_{18}, incluido cadenas
de alquilo insaturadas C_{18} o sus mezclas. Adicionalmente, se
prefiere que R derive de grasas y aceites naturales, tal como sebo,
colza (aceite de colza), soja, aceite superior, etc., dando un
intervalo de cadena de alquilo C_{12}-C_{18},
incluido cadenas de alquilo insaturadas, y, más preferentemente, R
es alquilo de sebo o alquilo de sebo hidrogenado. También es
preferible que R^{1}, R^{2} y R^{3} sean, independientemente,
metilo, etan-2-ol,
propan-2-ol, polioxietileno, y son
más preferentemente, metilo o
etan-2-ol. Preferentemente, x =
1-6, más preferentemente, x = 2 o x = 3 e, incluso
más preferentemente x = 3. Preferentemente, y = 1-5,
más preferentemente, y = 1-3, con y+1 indicando el
número de nitrógenos oxidados en la poliamina.
Los productos de mejor eficacia son dióxidos
preparados a partir de diaminas con grupos terciarios, tales como
RN(CH_{3})OCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{3})_{2}O
o
RN(CH_{2}CH_{2}OH)OCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH)_{2}O,
en los que R es alquilo de sebo o alquilo de sebo hidrogenado. Por
ejemplo, los productos de mejor eficacia incluyen:
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-trimetil-N-sebo-1,3-diaminopropano,
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-trimetil-N-sebo
hidrogenado-1,3-diaminopropano;
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-tris(2-hidroxietil)-N-sebo-1,3-diaminopropano;
y N,N'-dióxidos de
N,N',N'-tris(2-hidroxietil)-
N-sebo
hidrogenado-1,3-diaminopropano.
Di-óxidos preparados a partir de alquildiaminas
etoxiladas y polióxidos de amina derivados de poliaminas etoxiladas
están también dentro del alcance de esta invención.
Los emulsionantes de la invención pueden bien
emplearse solos o junto con co- emulsionantes conocidos o
estabilizantes de emulsión.
Los polióxidos de poliamina empleados en la
invención se preparan empleando cualquier método estándar conocido,
tal como, por ejemplo, mezclando una amina, preferentemente una
amina terciaria, EDTA de sodio, isopropanol, agua y peróxido de
hidrógeno (1-1,3 moles de peróxido de hidrógeno por
cada grupo amino terciario para convertirlo en un grupo óxido de
amino); y calentando a 80ºC durante 1 hora. Los productos descritos
aquí se prepararon a 50% de sustancia activa. Este método puede
encontrarse en "Kinetics and Preparation of Amine Oxides", C.
Joe Toney, F. E. Friedli, P. J. Frank, JAOCS Vol. 71, No. 7 July
1994. Esta publicación entera está con la presente incorporada como
referencia en este texto. Se conocen otros métodos oxidantes en la
literatura, p.ej. el uso de peróxidos orgánicos. La Tabla 1 tiene
ejemplos de polióxidos de poliamina empleados en la invención y sus
ejemplos comparativos. En la Tabla 1, se da la fórmula para la
amina terciaria y cada nitrógeno se oxida en los ejemplos de la
invención. Los ejemplos y ejemplos comparativos descritos en este
texto se identifican frecuentemente mediante las abreviaciones Ej.
y EJ. Comp., respectivamente.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
El método de la invención para emulsionar asfalto
en agua emplea una cantidad de polióxido de poliamina que es eficaz
para emulsionar asfalto en agua. La cantidad eficaz es
preferentemente aproximadamente 0,3 a aproximadamente 2,5%, más
preferentemente aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,0%, en peso
(de sustancia activa). La emulsión de la invención contiene
aproximadamente 0,3 a aproximadamente 2,5%, preferentemente
aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,0%, en peso de emulsionante
de polióxido de poliamina (de sustancia activa), aproximadamente
30-80% en peso de asfalto, preferentemente
aproximadamente 55-70%, y el restante agua, excepto
para pequeñas cantidades de ácido o alcalino, p.ej., HCl o NaOH,
para ajustar el pH. Las emulsiones aniónicas son alcalinas y las
emulsiones catiónicas son ácidas.
Se pueden incluir otros emulsionantes y aditivos
de emulsión en la formulación para cambiar las propiedades de la
emulsión. Estos incluyen espesantes, tales como goma guar,
estabilizantes, tal como aminolignina, quebracho, arcillas o sulfato
de lignina, y aditivos, tal como cloruro de calcio que se emplea
muchas veces en emulsiones catiónicas para controlar la viscosidad.
Se pueden añadir aditivos, tal como polímeros, o bien a la fase
asfáltica o a la fase jabonosa para dar propiedades mejoradas al
asfalto residual. Se pueden añadir disolventes para ablandar el
asfalto.
Las mezclas en frío son mezclas de una emulsión
de la composición anterior y áridos (que puede incluir también hasta
100% del pavimento asfáltico reivindicado), preferentemente están
presentes aproximadamente 2-25 partes de emulsión
por cada 100 partes de áridos secos.
Las emulsiones asfálticas se preparan al mezclar
los componentes a una temperatura suficiente para reblandecer el
asfalto. Típicamente, se añaden el emulsionante, modificadores de pH
y aditivos (si contiene) al agua para preparar una fase jabonosa y
este jabón se mezcla luego con asfalto caliente en un molino
coloidal (mezcladora de alto cizallamiento). Se conocen métodos
alternativos en la industria de emulsión asfáltica.
Las emulsiones empleadas en los ejemplos se
prepararon según sigue: los emulsionantes se disolvieron o
dispersaron en el agua, el pH del agua se ajustó mediante adición
de cloruro de hidrógeno (para emulsiones catiónicas) o hidróxido de
sodio (para emulsiones aniónicas), luego este jabón se calentó a
50ºC, antes de mezclar con asfalto caliente (130ºC) en un molino
coloidal de laboratorio. Las emulsiones se produjeron a
70-90ºC, luego se enfriaron hasta temperatura
ambiente.
Las emulsiones aniónicas y catiónicas se
prepararon empleando los ejemplos de los óxidos de amina y sus
ejemplos comparativos que se muestran en la Tabla 1. La Tabla 2
muestra los resultados de los ensayos llevados a cabo para las
emulsiones aniónicas y la Tabla 3 muestra los resultados para las
emulsiones catiónicas. Las propiedades de las emulsiones se
compararon empleando ensayos descritos en métodos ASTM y en el
resto, con el fin de ilustrar las ventajas de la invención.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Los métodos de los ensayo empleados en las
emulsiones en las Tablas 2 y 3 se resumen a continuación:
Apariencia: Este no está especificado en
el estándar de ASTM. En estas series de ensayos, cualquier película
se retiró antes de otro ensayo. La presencia de película se muestra
por emulsión coagulada sobre la superficie de la emulsión y es un
signo de pobre calidad de emulsión. Emulsión rota significa que la
emulsión ha coagulado a través de su masa poco después de
producción, o que falla al emulsionar. Una emulsión homogénea blanda
no indica una coagulación obvia.
Residuo asfáltico: Esto se refiere a
contenido de asfalto por destilación. Las emulsiones no contenían
cualquier disolvente, de modo que se empleó un método simplificado
(evaporación sobre un plato caliente). El residuo es el peso del
material (principalmente asfalto) que permanece después de hervir el
agua y se expresa como un porcentaje del peso original de
emulsión.
Viscosidad: Esto es una medida de la
consistencia de la emulsión. Se midió con una copa de flujo
estándar. Las unidades son segundos Saybolt Furol (SFs) que
representan el tiempo tomado en segundos para 60 ml de emulsión para
fluir fuera de la copa estándar.
Carga de partícula: El ensayo distingue
emulsiones catiónicas de emulsiones aniónicas. Se sitúan electrodos
en la emulsión. Se aplica una corriente (inicialmente 8 mA) durante
30 minutos y luego los electrodos se examinan para depósitos de
asfalto. Las emulsiones catiónicas se depositan sobre el cátodo.
Granulometría: La emulsión pasa a través
de un tamiz de 840 micrómetros prepesada. Cualquier partícula
asfáltica grande se retiene y se pesa. Los resultados se refieren
al peso de partículas retenidas en el tamiz expresado como
porcentaje del peso original de emulsión.
Ensayo de mezcla de cemento: El ensayo
distingue emulsiones de rotura lenta de otras emulsiones asfálticas.
La emulsión se mezcla con cemento. Luego, la mezcla se pasa a
través de un tamiz de red No. 14 prepesada. Se pesa el residuo sobre
el tamiz. El resultado del ensayo es el peso en gramos retenido
sobre el tamiz obtenido a partir de 100 ml de emulsión (diluido
hasta un contenido de residuo del 55% nominal) después de mezclar
con cemento. El residuo consiste en emulsión y cemento
coagulados.
Ensayo de revestimiento de arena: Este
ensayo se ha diseñado para distinguir emulsiones de rotura lenta de
otras emulsiones en el caso de que las emulsiones no pasen el
ensayo de mezcla de cemento. El ensayo implica mezclar una arena
estándar con emulsión, permitiendo a la mezcla curar sobre el banco,
luego se sumerge la mezcla en agua hirviendo durante 10 minutos y
se reexamina el revestimiento. Aquí, se emplea para estimar
visualmente la habilidad del revestimiento de la emulsión y la
adhesión de la película de emulsión curada al cuarzo. Por esta
razón, sólo se ha aplicado a emulsiones aniónicas. Emulsiones que
dan un buen revestimiento inicial son adecuadas para mezclar con
áridos. Emulsiones que dan un buen revestimiento después de
inmersión en agua hirviendo producirán materiales para carretera que
mostrarán una buena resistencia al agua.
Según se ha demostrado en las Tablas 2 y 3, los
monóxidos de los Ej. Comp. 1, Ej. Comp. 2, y Ej. Comp. 3
proporcionaron emulsiones de una calidad inferior al nivel de
emulsionante empleado (0,6%). Estas emulsiones de monóxido bien
rompieron o dieron residuos de granulometría alta. Los dióxidos de
los Ej. 1, Ej. 2, y Ej. 3 de la invención dieron emulsiones de
buena calidad con residuos de granulometría baja.
Ninguno de los monóxidos ensayados reunió los
requerimientos de emulsiones catiónicas o aniónicas de rotura lenta
a este nivel de uso (0,6%). Los dióxidos de los Ej. 1 y Ej. 2
reunieron todos los requerimientos ASTM para emulsiones catiónicas y
aniónicas a este nivel de emulsionante (0,6%). El dióxido del Ej.3
reunió los requerimientos ASTM para emulsiones catiónicas, pero no
para emulsiones aniónicas a este nivel de uso (0,6%).
El emulsionante de rotura lenta estándar del Ej.
Comp. 4 no reunió los requerimientos de las emulsiones catiónicas o
aniónicas de rotura lenta a este nivel de uso 0,6%. Los
emulsionantes de rotura lenta comerciales típicos se emplean a
0,8-1,2% por base activa. Una de las ventajas del
uso de polióxidos de poliamina de la invención es su habilidad para
producir emulsiones asfálticas a niveles de uso bajos.
Las emulsiones producidas con los dióxidos de
diamina de los Ej.1 y Ej. 2 mostraron superior adhesión a la arena
de cuarzo que el emulsionante de rotura lenta estándar del Ej.
Comp. 4. La eficacia del dióxido del Ej. 3 fue similar al estándar.
Incluso las emulsiones aniónicas dieron buena adhesión.
El uso polióxidos de poliamina de la invención
para formar emulsiones asfálticas puede aplicarse a formulaciones de
mezcla en frío también. Los ensayos se llevaron a cabo en una
mezcla en frío, por ejemplo, una diamina que tiene la siguiente
fórmula:
El dióxido puede producirse mediante cualquier
método convencional. Se forma generalmente en un disolvente. Cuando
se emplea agua como el disolvente, la gran cantidad de espuma
producida limita la concentración del dióxido en el producto a
aproximadamente 30%. La solución se vuelve demasiado viscosa a
concentraciones más altas de óxido de amina. Alternativamente, el
uso de 2-propanol como el disolvente permite la
producción de concentraciones más altas de óxidos de amina,
aproximadamente 50% o más. Sin embargo, el producto es inflamable
con un punto de ignición de aproximadamente 12ºC.
Por ejemplo, cuando se emplea
2-propanol como el disolvente para producir el
dióxido, se mezclaron 36,3 kg de la diamina del Ejemplo 7 y 34 kg de
2-propanol y se calentaron en el reactor a 30ºC.
Luego, se añadieron 7,3 kg de peróxido de hidrógeno (35%) durante
30 minutos y la temperatura de reacción se incrementó a
aproximadamente 70ºC. La mezcla de reacción se dejó reaccionar
durante 30 minutos y se tomó una muestra. El producto tenía 50,5%
de óxido de diamina y 0,7% de diamina sin reaccionar.
Como otro ejemplo, cuando se empleó agua como el
disolvente para producir el dióxido, se calentaron 180,5 g de
diamina y 334 g de agua a aproximadamente 30ºC. Luego, se añadieron
98 g de peróxido de hidrógeno (35% acuoso) gota a gota y la
temperatura de reacción se incrementó a aproximadamente 70ºC. La
mezcla de reacción se dejó reaccionar durante 30 minutos y se tomó
una muestra. El producto tenía 30,1% de óxido de diamina y 0,2% de
diamina sin reaccionar.
El dióxido del Ejemplo 7 se empleó para preparar
una emulsión asfáltica que se sometió a pavimentación en frío
(mezcla en frío) y se comparó con un emulsionante aniónico
comercialmente disponible, Redicote EM 76
tetra-amina de sebo (N-alquilo de
sebo-tripropilen-tetra-aminas)
disponible en Azko Nobel, que se empleó como un estándar y se
identifica en este texto como Ejemplo Comparativo 5. La Tabla 4
muestra una fórmula diana para cada emulsión. La Tabla 5 muestra las
propiedades de las emulsiones según se midieron después de
fabricación. La eficacia relativa de cada emulsión cuando se empleó
en una mezcla en frío se muestra en la Tabla 6 a continuación.
Las dos emulsiones de la Tabla 4 se emplearon en
pavimentación en frío con una mezcla de áridos de granito de grado
semi-denso, 0/16 mm de Telemark Norway, teniendo
5,0% de asfalto residual. Se empleó suficiente emulsión de modo que
había 5 partes en peso de asfalto por cada 100 partes en peso de
áridos secos.
La Tabla 6 a continuación muestra la eficacia de
cada emulsión en pavimentación en frío.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Los métodos de los ensayo empleados en la mezcla
en frío en la Tabla 6 se resumen a continuación:
Determinado con granulómetro Coulter LS230. Este
es el tamaño de gotas de asfalto en la emulsión y se refiere a la
calidad de la emulsión. Generalmente, un tamaño de partícula más
pequeño significa mejores propiedades de almacenamiento de emulsión,
viscosidad, etc.
El "Viscosímetro Tar estándar" STV (por sus
siglas en inglés) es un método de copa de flujo alternativo empleado
en Europa.
Un método para determinar la reactividad de
emulsiones catiónicas. Se añade relleno de cuarzo a 100 g de
emulsión hasta que la masa no se pueda mezclar más. El índice de
rotura es el peso en gramos del relleno de cuarzo requerido para
romper completamente 100 g de emulsión. Las emulsiones de rotura
rápida se definen como aquellas que dan valores inferiores a 100.
Las emulsiones en este ejemplo fueron por lo tanto de rotura lenta
o media. Un valor alto significa una emulsión de rotura más
lenta.
Se añade agua a la planta de mezcla para mejorar
el revestimiento y la consistencia de la mezcla. El agua de
humectación representa las partes en peso de agua requeridas para
tratar 100 partes en peso de áridos secos. Se prefiere un valor
bajo e indica que la emulsión es de rotura más lenta.
La cobertura de la superficie de los áridos se
estima visualmente según la mezcla sale de la planta de mezcla en
continuo. Los resultados están en un intervalo de 0% (sin revestir)
a 100% (totalmente revestido).
La mezcla se lava con agua en un ensayo de
'solidez ante la lluvia' del revestimiento y la cobertura de nuevo
se estima visualmente. Se prefiere un valor de 100%, ya que
significa que la mezcla es resistente a la lluvia.
Algunas veces, el revestimiento de los áridos
puede dañarse por el transporte y la operación de pavimentación. El
revestimiento se estima visualmente según se pavimenta la mezcla. Un
efecto de revestimiento pobre en este estadio será que la carretera
no aparecerá negra.
Es la potencia requerida por la planta de
mezclado. Un valor alto indica un material 'duro', difícil de
mezclar y que requiere más potencia para girar la mezcladora.
Esto es otra medida de la 'dureza' de la mezcla
relacionada con lo fácil que es mover la mezcla aproximadamente y
pasarla a través de la pavimentadora. El método empleado fue el
aparato de Nynas Workability. El aparato de Nynas Workability se
describe en la referencia siguiente: Nynas Workability Test, B.
Gustavsson and U. Lillbroanda, Eurasphalt & Eurobitume Congress
1996, Strassbourg France. Las unidades están en Newtons. Un valor
alto implica una mezcla dura difícil de pavimentar.
Los operadores del equipo de pavimentación
proporcionaron una opinión subjetiva de las propiedades de la
mezcla.
Esto es una medida del desarrollo de la fuerza en
la mezcla. Se conduce un disco con puntas sobre la superficie de la
carretera después de compactación. Se mide la torsión necesaria
para girar el disco. Un valor alto significa que la superficie de
la carretera ha desarrollado más fuerza. El equipo empleado se
describe en la referencia siguiente:
Asfaltutviklings-Prosjekteti
Telemark, Publikasjon Nr 92, Statens Vegvesen, Vegdirektoratet ISSN
0803-6950 (en Noruego). Hay también alguna
descripción del equipo en: "In - Plant Cold Recycling and Cold
Mix en Sweden - Developments en Laboratory Testing",
Gunnar Hillgren, Alan James, Tomas Svenson and Thomas Wallin,
25^{th} AEMA Annual meeting 1998, San Diego, California. Las
unidades están en Nm (Newton-metro).
Esto es una medida de la resistencia al agua del
material de la carretera. Se sitúa un ejemplo de mezcla no
compactada totalmente curada en agua hirviendo durante 5 minutos y
el revestimiento se estima visualmente. El ensayo muestra el efecto
del agua sobre el residuo asfáltico curado dejado sobre la
superficie de los áridos. Una pérdida en revestimiento por el
efecto del agua ('disgregación) muestra pobre adhesión entre
asfalto y áridos y sugiere que la carretera tendrá poca
durabilidad.
Como se demuestra en las Tablas
4-6, el dióxido del Ej. 7 produjo una emulsión con
un tamaño de partícula ligeramente mejor y si no de buena calidad
similar al estándar. Adicionalmente, la emulsión del Ej. 7 se mezcló
más fácilmente con los áridos que lo hizo la emulsión producida con
el emulsionante catiónico estándar. Además, la mezcla producida con
el Ej. 7 fue más trabajable (menos dura), pero tenía una
configuración de cohesión y propiedades de adhesión similares al
estándar.
El concepto de la invención está más explicado
mediante las reivindicaciones dichas anteriormente, pero no están
limitadas a ellas.
Claims (24)
1. Un método para emulsionar asfalto en agua que
comprende añadir a una mezcla de asfalto y agua una cantidad eficaz
de emulsionante de al menos un polióxido de poliamina.
2. El método de la reivindicación 1, en el que el
polióxido de poliamina es un dióxido de diamina.
3. El método de la reivindicación 1, en el que el
polióxido de poliamina está etoxilado.
4. El método de la reivindicación 1, en el que la
emulsión formada es aniónica, catiónica y/o de rotura lenta.
5. El método de la reivindicación 1, en el que el
polióxido de poliamina se forma por la oxidación de al menos dos
nitrógenos de la poliamina de la siguiente fórmula I:
en la que R es un alquilo
C_{8}-C_{24}, alquenilo o una de sus mezclas;
R^{1}, R^{2} y R^{3} son, independientemente, un alquilo
C_{1}-C_{6} o alcanol; x = 1-6;
e y es un número entero mayor o igual que
1.
6. El método de la reivindicación 5, en el que R
es alquilo de sebo o alquilo de sebo hidrogenado; R^{1}, R^{2}
y R^{3} son, independientemente, metilo, etilo, etanol, propanol,
polietoxietanol, carboxietilo o carboximetilo en cualquier
combinación; y x = 2 ó 3.
7. El método de la reivindicación 5, en el que el
polióxido de poliamina es
RN(CH_{3})OCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{3})_{2}O
o
RN(CH_{2}CH_{2}OH)OCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH)_{2}O,
en el que R es alquilo de sebo o alquilo de sebo hidrogenado y x =
3.
8. El método de la reivindicación 1, en el que la
cantidad de polióxido de poliamina está en un intervalo de
aproximadamente 0,3% a aproximadamente 2,5% en peso de la
mezcla.
9. El método de la reivindicación 8, en el que la
cantidad de polióxido de poliamina está en un intervalo de
aproximadamente 0,5% a aproximadamente 1,0% en peso de la
mezcla.
10. El método de la reivindicación 1, en el que
el polióxido de poliamina tiene la siguiente fórmula II:
Fórmula
IIR---(
\melm{\delm{\para}{R ^{1} }}{N}{\uelm{\para}{O}}---(CH_{2})x)y---\melm{\delm{\para}{R ^{3} }}{N}{\uelm{\para}{O}}---
R^{2}en la que R es un alquilo
C_{8}-C_{24}, alquenilo o una de sus mezclas;
R^{1}, R^{2} y R^{3} son, independientemente, un alquilo
C_{1}-C_{6} o alcanol; x = 2 ó 3; e y es un
número entero mayor o igual que
1.
11. El método de la reivindicación 1, en el que
el polióxido de poliamina se elige del grupo que consiste en
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-trimetil-N-sebo-1,3-diaminopropano;
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-trimetil-N-sebo
hidrogenado-1,3-diaminopropano;
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-tris(2-hidroxietil)-N-sebo-1,3-diaminopropano;
y N,N'-dióxidos de
N,N',N'-tris(2-hidroxietil)-N-sebo
hidrogenado-1,3-diaminopropano.
12. Un sistema de emulsión asfáltica, agua y al
menos un polióxido de poliamina eficaz para emulsionar el asfalto
en el agua; estando presente el polióxido de poliamina en una
cantidad eficaz para emulsionar el asfalto en el agua.
13. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que el polióxido de poliamina es un dióxido de diamina.
14. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que el polióxido de poliamina está etoxilado.
15. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que la emulsión es catiónica, aniónica y/o de rotura lenta.
\newpage
16. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que el polióxido de poliamina se forma por oxidación de al menos
dos nitrógenos de la poliamina de la siguiente fórmula I:
en la que R es un alquilo
C_{8}-C_{24}, alquenilo o una de sus mezclas;
R^{1}, R^{2} y R^{3} son, independientemente, un alquilo
C_{1}-C_{6} o alcanol; x = 1-6;
e y es un número entero mayor o igual que
1.
17. La emulsión de la reivindicación 16, en la
que R es sebo o sebo hidrogenado; R^{1}, R^{2} y R^{3} son,
independientemente, metilo, etilo, etanol, propanol,
polietoxietanol, carboxietilo o carboximetilo en cualquier
combinación; y x = 2 ó 3.
18. La emulsión de la reivindicación 16, en la
que el polióxido de poliamina es
RN(CH_{3})OCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{3})_{2}O
o
RN(CH_{2}CH_{2}OH)OCH_{2}CH_{2}CH_{2}N(CH_{2}CH_{2}OH)_{2}O,
en el que R es alquilo de sebo o alquilo de sebo hidrogenado.
19. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que la cantidad eficaz de polióxido de poliamina está en un
intervalo de aproximadamente 0,3% a aproximadamente 2,5% en peso de
la mezcla.
20. La emulsión de la reivindicación 19, en la
que la cantidad eficaz de polióxido de poliamina está en un
intervalo de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 1,0% en peso de
la mezcla.
21. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que el polióxido de poliamina tiene la siguiente fórmula II:
Fórmula
IIR---(
\melm{\delm{\para}{R ^{1} }}{N}{\uelm{\para}{O}}---(CH_{2})x)y---\melm{\delm{\para}{R ^{3} }}{N}{\uelm{\para}{O}}---
R^{2}en la que R es un alquilo
C_{8}-C_{24}, alquenilo o una de sus mezclas;
R^{1}, R^{2} y R^{3} son, independientemente, un alquilo
C_{1}-C_{6} o alcanol; x = 2 ó 3; e y es un
número entero mayor o igual que
1.
22. La emulsión de la reivindicación 12, en la
que el polióxido de poliamina se elige del grupo que consiste en
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-trimetil-N-sebo-1,3-diaminopropano;
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-trimetil-N-sebo
hidrogenado-1,3-diaminopropano;
N,N'-dióxidos de
N,N',N'-tris(2-hidroxietil)-N-sebo-1,3-diaminopropano;
y N,N'-dióxidos de
N,N',N'-tris(2-hidroxietil)-N-sebo
hidrogenado-1,3-diaminopropano.
23. Una mezcla en frío que comprende la emulsión
de la reivindicación 12 y áridos.
24. La mezcla en frío de la reivindicación 23, en
la que la emulsión está presente en una cantidad de aproximadamente
2 a aproximadamente 25% del peso del los áridos cuando los áridos
estén secos.
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