ES2321761T3 - Mezclas de copolimeros de estireno-butadieno con copolimeros de acrilato de etileno y cera basada en etileno para modificacion de asfalto. - Google Patents
Mezclas de copolimeros de estireno-butadieno con copolimeros de acrilato de etileno y cera basada en etileno para modificacion de asfalto. Download PDFInfo
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Abstract
Una composición útil como modificador de asfalto que comprende un elastómero y un plastómero de bajo peso molecular que tiene un peso molecular medio en peso menor de 7000, en la que el elastómero es una mezcla que comprende (i) un primer elastómero seleccionado del grupo que consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímeros de etileno/acrilato de alquilo obtenidos mediante un proceso en reactor tubular, y las mezclas de los mismos, y (ii) un segundo elastómero seleccionado del grupo que consiste en copolímeros en bloque de estireno-butadieno-estireno, copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las mezclas de los mismos.
Description
Mezclas de copolímeros de
estireno-butadieno con copolímeros de acrilato de
etileno y cera basada en etileno para modificación de asfalto.
La presente invención se refiere a composiciones
de asfalto modificado. La presente invención se refiere en
particular a composiciones de asfalto modificado con polímeros que
comprenden copolímeros de etileno, copolímeros de
estireno-butadieno y cera.
El asfalto es un material obtenido a partir de
los residuos de destilación de los productos petrolíferos, y se usa
mucho para pavimentar carreteras, autopistas, aparcamientos, patios
de recreo, y otras áreas en las que es deseable un paso fluido para
el tráfico de peatones y vehículos. El asfalto se mezcla
generalmente con grava para obtener una composición de
pavimentación de material compuesto que se usa para pavimentar.
Aunque la grava es generalmente la porción principal de la
composición de pavimentación, en general hasta un 95% en peso de la
composición, el asfalto proporciona propiedades importantes a la
mezcla.
El asfalto se puede considerar una composición
adhesiva o aglutinante que sirve para mantener unida la grava. Al
mismo tiempo, el asfalto proporciona elasticidad, de forma que el
pavimento puede recobrar su forma original tras la deformación bajo
el peso del tráfico. Aunque la elasticidad es una propiedad
importante conferida por el asfalto, el asfalto no debería ser tan
elástico como para que el pavimento pierda dureza.
El asfalto se puede modificar con polímeros para
mejorar ciertas propiedades, que incluyen la resistencia a la
formación de roderas, resistencia a la fatiga y resistencia al
agrietamiento. La presencia del polímero modificante puede mejorar
también la resistencia a la disgregación (del agregado) en el
pavimento. Estas mejoras son el resultado del incremento de la
elasticidad y la dureza del asfalto, y ambas mejoras pueden ser el
resultado de la adición de polímeros.
Se usa un grupo de especificaciones
desarrolladas por el gobierno federal (Strategic Highway Research
Program o SHARP) para graduar el rendimiento del asfalto. Por
ejemplo, un asfalto PG58-34 debería proporcionar una
buena resistencia a la formación de roderas a 58ºC y una buena
resistencia al agrietamiento en frío a -34ºC. El asfalto se
considera de grado PG 58. La adición de polímero al asfalto
incrementa significativamente el número superior (es decir,
proporciona resistencia a la formación de roderas a temperaturas
superiores) y mejora significativamente la resistencia a la fatiga.
Las mejoras en la resistencia a la formación de roderas y a la
fatiga son el resultado del incremento de dureza y elasticidad.
Estos incrementos se ven afectados por la adición de cantidades
relativamente pequeñas de polímero, en general del 1 al 5% en peso.
La elasticidad del asfalto se determina midiendo el ángulo de fase
mediante el uso un reómetro de corte dinámico y midiendo la
recuperación elástica. La dureza del asfalto se mide mediante el uso
de un reómetro de corte dinámico (DSR). Los detalles del ensayo se
describen en TP5 de la AASHTO (American Association of State Highway
Transportation Officials). La medida exacta usada es G*/sin d, que
es el módulo complejo dividido por el ángulo de fase. El valor de
G*/sin d es 1 o superior a 58ºC para un asfalto de grado PG 58. Los
asfaltos se gradúan incrementos de 6ºC, por ejemplo PG58, PG64,
PG70, y PG76. El valor G*/sin d para un grado PG dado puede pasar de
1. Por ejemplo, un asfalto PG 58 podría tener un valor de 1,5 a
58ºC, pero todavía es de grado PG 58 hasta que el valor de G*/sin d
de una medida de 1 a 64ºC. En tal caso, el asfalto se clasificaría
como un asfalto PG 64. A veces, los valores de PG se informan como
superado/fallado. Un ejemplo de esto sería un asfalto PG 58 con un
valor de G*/sin d de 1,5. Se podría informar como un PG
superado/fallado de 59,9. La recuperación elástica (ER) se mide
mediante el uso de un ductilómetro. Se elonga una muestra en forma
de "hueso de perro" del asfalto hasta 10 cm, se corta en el
centro y se determina el % de recuperación después de una hora. El
ensayo se lleva a cabo normalmente a 25ºC según las estipulaciones
de la ASTM D6084.
Se conoce una amplia diversidad de copolímeros
de etileno/éster alquílico como modificadores para el asfalto. La
patente alemana 1.644.771 describe y reivindica composiciones de
alquitrán constituidas por un 5 a un 95% en peso de asfalto de
petróleo aromático y por un 95 a un 5% en peso de un copolímero de
etileno/éster de acrilato. La fracción de copolímero es un
copolímero de etileno/acrilato de alquilo o de etileno/metacrilato
de alquilo derivado de la copolimerización de etileno y del 1 al 40%
en peso de éster de acrilato de alquilo o metacrilato de alquilo,
en el que los grupos alquilo contienen de 1 a 8 átomos de
carbono.
En las pat. de EE. UU. nºs 5.306.700 y 5.556.900
se describen composiciones útiles en la pavimentación de carreteras
y en aplicaciones de cubiertas que incluyen un aditivo polimérico
reactivo con el asfalto que reacciona químicamente y que se une al
asfalto como resultado de la presencia de un grupo funcional
epóxido. El aditivo polimérico reactivo es un copolímero de etileno
de fórmula general E/X/Y/Z, en la que E representa las unidades
derivadas de etileno y constituye del 20 al 99,5% en peso del
copolímero. El comonómero X puede estar presente en cantidades de
hasta el 50% en peso y es, por ejemplo, un acrilato de alquilo,
metacrilato de alquilo, éster vinílico o éter alquil vinílico. El
comonómero Y está presente en cantidades del 0,5 al 15% en peso y
es, por ejemplo, acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo o
éter glicidil vinílico. El comonómero Z está presente opcionalmente
en cantidades de hasta el 15% en peso y es un monómero tal como
monóxido de carbono, dióxido de azufre, acrilonitrilo y similares.
Es particularmente destacado el terpolímero reactivo
etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de
glicidilo (EnBAGMA), que se sabe que mejora significativamente (tras
la unión química al asfalto) tanto la elasticidad como la dureza
del producto de asfalto modificado resultante.
En las pat. de EE.UU. nºs. 6.117.926 y 6.399.680
se enseñan composiciones mejoradas de asfalto modificado con
polímeros en las que se hace reaccionar un asfalto y un copolímero
que incrementa la dureza que tiene grupos epóxido disponibles, en
presencia de una cantidad eficaz de un ácido (p.ej., H_{3}PO_{4}
y H_{2}SO_{4}) para favorecer la unión química entre el asfalto
y los grupos epóxido disponibles del copolímero. Se demuestra que
el uso del ácido minimiza la cantidad de aditivo polimérico
funcionalizado con epóxido necesario para alcanzar valores de
dureza mayores. Las referencias también describen que se consiguen
composiciones de asfalto que tienen un buen rendimiento a baja
temperatura mediante la adición de aceites de proceso. Además, los
copolímeros de etileno que incluyen los copolímeros de
etileno/acetato de vinilo, etileno/acrilato de metilo,
etileno/acrilato de n-butilo, y etileno/acrilato de
etilo se pueden mezclar con los polímeros. En las pat. de EE.UU. nºs
6.011.095 y 6.414.056 se ejemplifica el uso específico de ácido
polifosfórico (PPA) y/o ácido superfosfórico (SPA) como el
adyuvante ácido para favorecer la unión química entre el asfalto y
los grupo epóxido disponibles del terpolímero de etileno/acrilato
de metilo/metacrilato de glicidilo (EMAGMA) y el terpolímero de
etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de
glicidilo (EnBAGMA), respec-
tivamente.
tivamente.
Los polímeros no tendrán en general un efecto
pronunciado sobre las propiedades a baja temperatura del asfalto.
En general se obtienen buenas propiedades a baja temperatura para el
asfalto mediante la adición de aceites tales como gasoil. Los
plastómeros tales como el polietileno tienen en general un efecto
adverso sobre las propiedades a baja temperatura del asfalto. Al
contrario, los elastómeros se consideran en general aditivos
deseables para el asfalto. Por varias razones, la palabra
"plastómero" ha llegado a tener una connotación negativa en la
industria del asfalto, y a indicar una carencia de propiedades
elastoméricas. Los plastómeros se han usado ocasionalmente para
modificar el asfalto debido a que pueden incrementar la dureza y la
viscosidad, y por lo tanto mejorar la resistencia a la formación de
roderas. Sin embargo, en general se consideran aditivos inferiores
en comparación con los elastómeros debido a la carencia de mejoras
significativas en la resistencia a la fatiga del asfalto, la
resistencia a la fluencia y la resistencia al agrietamiento en frío
cuando se usan los plastómeros.
Como se describió anteriormente, el terpolímero
de etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de
glicidilo (EnBAGMA) se puede usar para la modificación de asfalto.
EnBAGMA confiere propiedades elastoméricas significativas después
de haberlo hecho reaccionar con el asfalto, y se considera un
elastómero. EnBAGMA (disponible comercialmente de E.I. du Pont de
Nemours and Company bajo el nombre comercial Elvaloy® RET) es un
modificador excelente para el asfalto, y mejora significativamente
el rendimiento del asfalto a concentraciones bajas (1% en peso al
2% en
peso).
peso).
Los etileno/acrilatos vendidos comercialmente
por DuPont bajo el nombre comercial Elvaloy® AC, y las mezclas de
Elvaloy® AC con Elvaloy® RET, han sido útiles como resinas
elastoméricas para la modificación del asfalto. También se ha
descubierto sorprendentemente que los etileno/acrilatos tubulares
confieren buenas propiedades elastoméricas al asfalto, mientras los
etileno/acrilatos producidos en autoclave se comportan como
plastómeros menos deseables.
Los copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno (SBS)
son elastómeros útiles para la modificación de asfalto, y han
adquirido una gran aceptación para el uso en las composiciones de
asfalto modificado con polímeros.
Aunque los asfaltos modificados con los
materiales anteriormente descritos tienen propiedades elastoméricas
deseables, su uso no es óptimo en todas las condiciones ambientales.
Existe la necesidad de una diversidad de asfaltos modificados
alternativos que tengan una combinación de propiedades deseables y
que se puedan producir de manera económica.
En un aspecto, la presente invención es una
composición útil como modificador de asfalto que comprende un
elastómero y un plastómero de bajo peso molecular que tiene un peso
molecular medio en peso menor de 7000, en la que el elastómero es
una mezcla que comprende (i) un primer elastómero seleccionado del
grupo que consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímeros de
etileno/acrilato de alquilo obtenidos mediante un proceso en
reactor tubular y las mezclas de los mismos; y (ii) un segundo
elastómero seleccionado del grupo que consiste en copolímeros en
bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
En otro aspecto, la presente invención es una
composición de asfalto que comprende un asfalto sin modificar, un
elastómero y un plastómero de bajo peso molecular que tiene un peso
molecular medio en peso menor de 7000, en la que el elastómero es
una mezcla que comprende (i) un primer elastómero seleccionado del
grupo que consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímero de
etileno/acrilato de alquilo obtenido mediante un proceso en reactor
tubular y las mezclas de los mismos, y (ii) un segundo elastómero
seleccionado del grupo que consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
En otro aspecto, la presente invención es un
pavimento que comprende una composición de asfalto, en la que la
composición de asfalto comprende un asfalto sin modificar, un
elastómero y un plastómero de bajo peso molecular que tiene un peso
molecular medio en peso menor de 7000, en la que el elastómero es
una mezcla que comprende (i) un primer elastómero seleccionado del
grupo que consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímeros de
etileno/acrilato de alquilo obtenidos mediante un proceso en reactor
tubular y las mezclas de los mismos; y (ii) un segundo elastómero
seleccionado del grupo que consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
En aún otro aspecto, la presente invención es un
proceso para modificar una composición de asfalto que comprende la
etapa de mezclar (i) una composición que comprende un elastómero y
un plastómero de bajo peso molecular que tiene un peso molecular
medio en peso menor de 7000 con (ii) un asfalto sin modificar, en el
que el elastómero es una mezcla que comprende (i) un primer
elastómero seleccionado del grupo que consiste en terpolímeros de
etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de
glicidilo, copolímeros de etileno/acrilato de alquilo obtenidos
mediante un proceso en reactor tubular y las mezclas de los mismos;
y (ii) un segundo elastómero seleccionado del grupo que consiste en
copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
En una realización, la presente invención es una
composición que comprende una mezcla de elastómeros y un
plastómero, en la que la composición mezcla de
elastómeros/plastómero puede ser útil en una composición de
asfalto. Para determinar si la composición mezcla de
elastómeros/plastómero es adecuada para el uso en una composición
de asfalto, la composición se puede graduar mediante el uso de las
especificaciones SHRP para determinar si el asfalto proporcionaría
propiedades adecuadas en un pavimento. Por ejemplo, una composición
adecuada debería proporcionar una resistencia a la formación de
roderas aceptable a 58ºC y una buena resistencia al agrietamiento a
-34ºC. Al mismo tiempo, una composición adecuada debería
proporcionar una resistencia a la fatiga aceptable.
La mezcla de elastómeros es una mezcla que
comprende dos componentes elastoméricos. El primer componente
elastomérico incluye ciertos copolímeros de etileno y de acrilatos
de alquilo. Por ejemplo, los acrilatos de alquilo que son ésteres
del ácido acrílico y de alcoholes C_{1} a C_{10} son adecuados
como comonómeros. Éstos incluyen los acrilatos de alquilo tales
como acrilato de n-butilo, acrilato de etilo, y
acrilato de metilo, que se pueden copolimerizar fácilmente con
etileno para proporcionar los copolímeros de etileno/acrilato de
alquilo útiles en el presente documento. Se prefieren los
terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo (EnBAGMA).
También pueden ser útiles en la práctica de la presente invención
los copolímeros de etileno/acrilato de alquilo vendidos
comercialmente por E.I. du Pont de Nemours and Company (DuPont) bajo
el nombre comercial Elvaloy® AC, y las mezclas de Elvaloy® AC con
Elvaloy® RET. Tales copolímeros se producen mediante procesos de
copolimerización con radicales libres a alta presión. Además, los
copolímeros de etileno/acrilato de alquilo tubulares pueden ser
útiles en la práctica de la presente invención.
Los copolímeros de etileno/acrilato de alquilo
producidos en reactor tubular útiles en la presente invención son
copolímeros de etileno derivados de la copolimerización del monómero
de etileno y al menos un comonómero de acrilato de alquilo o
metacrilato de alquilo adicional, en los que el grupo alquilo
contiene de 1 a 8 átomos de carbono. Tales polímeros se describen
en la solicitud de patente de EE.UU. en tramitación 10/806559. Más
específicamente, los copolímeros de etileno/acrilato de alquilo
producidos en reactor tubular se distinguen de los copolímeros de
etileno/acrilato de alquilo producidos de forma más convencional en
autoclave. Así, el término o la frase copolímero de
etileno/acrilato de alquilo "producido en reactor tubular",
para el propósito de esta invención, indica un copolímero de
etileno producido a alta presión y elevada temperatura en un reactor
tubular o similar, en el que las consecuencias inherentes de la
cinética de reacción distinta para los comonómeros respectivos de
etileno y acrilato de alquilo se alivian o se compensan parcialmente
mediante la introducción intencionada de los monómeros a lo largo
de la vía del flujo de reacción dentro del reactor tubular. Como se
reconoce en general en la técnica, tal técnica de copolimerización
en reactor tubular producirá un copolímero que tiene un mayor grado
relativo de heterogeneidad a lo largo del esqueleto del polímero
(una distribución más aleatoria de los comonómeros), tenderá a
reducir la presencia de ramificaciones de cadenas largas y producirá
un copolímero caracterizado por un punto de fusión mayor que el que
se produce con la misma proporción de comonómeros en un reactor de
autoclave agitado a alta
presión.
presión.
Los procesos en reactor tubular y en autoclave
se describen, p.ej., en "High Flexibility EMA Made From High
Pressure Tubular Process", Annual Technical Conference - Society
of Plastics Engineers (2002), 60, vol. 2,
1832-1836.
Como se discutió anteriormente, se conocen los
copolímeros de etileno funcionalizados con epóxido, tales como
EnBAGMA, útiles en la presente invención y los métodos para emplear
los mismos. Éstos incluyen, por ejemplo, los copolímeros y métodos
de uso descritos y enseñados en las pat. de EE.UU. nºs 5.306.750;
5.556.900; 6.011.095; 6.117.926; 6.414.056 y 6.399.680. Se cree que
la mejora significativa de las propiedades del asfalto que ocurre
con la adición de los copolímeros de etileno funcionalizados con
epóxido (p.ej., EnBAGMA) en estas composiciones anteriores es
debida a una reacción química entre el aditivo de copolímero
reactivo y la fracción polar funcionalizada del asfalto, denominada
asfaltenos. Los ácidos, especialmente el ácido superfosfórico (SPA),
se usan actualmente para mejorar el rendimiento del copolímero de
etileno funcionalizado con epóxido cuando se añade al asfalto. Se
pueden obtener algunas mejoras en las propiedades del asfalto cuando
se usa un aditivo polimérico reactivo que contiene epóxido sin la
adición de SPA, aunque el tiempo de mezcla es muy largo (más de 24
horas frente a 3-6 horas con SPA), y las
propiedades del asfalto final son peores. Así, la unión química del
copolímero de etileno funcionalizado con epóxido reactivo al
asfalto produce un asfalto modificado con polímeros que exhibe en
general una o más propiedades mejoradas tales como: valores
mejorados de dureza mediante un reómetro de corte dinámico sin
pérdida apreciable en el componente viscoso G* del módulo complejo;
resistencia a la fluencia a baja temperatura y valor "m"
mejorados; valores mayores de dureza a alta temperatura para la
proporción del complejo G* respecto del seno del ángulo de fase,
(G*)/(sin \delta), a 10 radianes/seg; ángulo de fase bajo
mejorado y recuperación elástica a 25ºC, o
similares.
similares.
Aunque se conoce el uso de estos copolímeros de
etileno como modificadores de asfalto, se ha descubierto que la
combinación de los polímeros con a) copolímeros en bloque de SBS o
copolímeros aleatorios de SB y b) ciertos plastómeros proporciona
un modificador de asfalto que tiene propiedades valiosas cuando se
añade a un asfalto sin modificar. "Asfalto sin modificar"
significa que el asfalto no contiene ácidos o hidróxido sódico como
aditivos. Un ejemplo de un asfalto sin modificar es el Ardmore de
grado PG 58-28 sin modificar producido en la
refinería de Valero Inc de Ardmore, Okla.
El segundo componente elastomérico de la mezcla
de elastómeros incluye polímeros seleccionados del grupo que
consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno (SBS),
copolímeros aleatorios de SBS y las mezclas de estos polímeros. Los
copolímeros en bloque de SBS y los copolímeros aleatorios de SB que
son adecuados para el uso en las composiciones de la invención son
productos bien conocidos que están disponibles comercialmente.
Éstos comprenden unidades repetidas derivadas de estireno y de un
monómero de dieno alifático. El segmento "B" del polímero en
bloque de SBS es un segmento de butadieno polimerizado que puede ser
un dieno conjugado polimerizado que tiene 4-6
átomos de carbono tales como 1,3-butadieno,
isopreno,
2-etil-1,3-butadieno,
2,3-dimetil-1,3-butadieno
y piperileno. El segmento "S" del copolímero en bloque es un
polisegmento aromático de monovinilo. Los ejemplos de tales
segmentos son estireno, \alpha-metilestireno,
p-viniltolueno, m-viniltolueno,
o-viniltolueno, 4-etilestireno,
3-etilestireno, 2-etilestireno,
4-tert-butilestireno y
2,4-dimetilestireno polimerizados. Los copolímeros
en bloque de SBS son polímeros tribloque que tienen un segmento de
poliestireno en los extremos de la molécula de polímero y un
segmento elastomérico, el segmento de butadieno conjugado, que está
en el centro de las moléculas del polímero en bloque. Los
copolímeros de SBS están disponibles comercialmente, p.ej., de
Kraton Polymers L.L.C., Polimeri Europa y BASF Corporation.
SB es un copolímero aleatorio (también conocido
como SBR) que comprende unidades repetidas derivadas de estireno y
de butadieno, en las que las unidades de estireno y de butadieno
están dispersas aleatoriamente en la molécula de polímero.
SB y SBS se pueden producir mediante
polimerización aniónica. Por ejemplo, SB aleatorio se puede hacer en
un proceso en disolución. Tantos los copolímeros en bloque de SBS
como los copolímeros aleatorios de SB están disponibles
comercialmente, p.ej., de Dutch State Mines, N.V., Sartomer Company,
Inc. y Goodyear Tire and Rubber Co. También se puede usar SB
dibloque en esta invención. El intervalo de % en peso preferido de
las unidades de poliestireno en el copolímero puede oscilar de
alrededor del 10 a alrededor del 50, preferiblemente alrededor del
20 al 40%. Este también es el intervalo preferido para los
copolímeros de SBS adecuados para el uso en las composiciones de la
invención. Estos copolímeros dibloque y tribloque basados en
estireno y butadieno se pueden preparar mediante procedimientos
convencionales tales como los descritos en la patente de EE.UU.
3.281.383 y en la patente de EE.UU. 3.639.521.
El segundo componente elastomérico, es decir, el
copolímero en bloque de SBS o el copolímero aleatorio de SBS, o las
mezclas de los mismos, se puede incluir en la mezcla de elastómeros
en cantidades de alrededor del 0,025% en peso a alrededor del 99%
en peso, respecto del peso total de la mezcla (es decir, respecto
del peso total del primer y segundo componentes elastoméricos).
Preferiblemente, se usará un 25% en peso - 75% en peso del segundo
elastómero, respecto del peso total de la composición de mezcla de
elastómeros.
Los plastómeros adecuados para el uso en la
preparación de las composiciones de modificador de asfalto de la
invención son ceras poliméricas u oligoméricas de bajo peso
molecular, tales como ceras de poliolefinas, preferiblemente ceras
de polietileno. Bajo peso molecular significa un peso molecular
medio en peso menor de 7.000. Las mezclas de plastómeros también
son adecuadas para el uso en la práctica de la presente invención.
Un plastómero preferible digno de mención es una cera de polietileno
que es una cera de Fischer-Tropsch suministrada por
Sasol Americas, Inc. bajo el nombre comercial Sasobit®. Los
plastómeros se pueden incluir en una cantidad de alrededor del 0,01
a alrededor del 99,99% en peso respecto del peso total de la
composición de modificador de asfalto. Preferiblemente, sin
embargo, se usará de alrededor del 1% en peso a alrededor del 10% en
peso. Lo más preferiblemente, se usará de alrededor del 1% en peso
a alrededor del 5% en peso.
Los beneficios proporcionados por la mezcla de
modificadores de asfalto de la invención con el asfalto son que se
puede obtener un grado de rendimiento (PG) aceptable mediante el uso
de menos composición elastomérica más cara; hay una reducción
significativa de la viscosidad del asfalto modificado resultante; se
da una disolución más rápida de los polímeros modificantes en el
asfalto, lo que puede disminuir el tiempo consumido por un ciclo;
la temperatura de adhesión del elastómero se eleva cuando se mezcla
fundido; y se proporciona un modo para incrementar las temperaturas
de ablandamiento R&B del asfalto modificado con elastómeros.
La composición de modificador de la invención,
que comprende una mezcla de elastómeros y plastómero como se
describió anteriormente, puede estar presente en el asfalto en
cualquier cantidad eficaz, teniendo en cuenta el coste de los
materiales como un factor relevante. Es preferible que el
modificador (es decir, la combinación de a) elastómero seleccionado
del grupo que consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímeros de
etileno/acrilato de alquilo obtenidos mediante un proceso en reactor
tubular y las mezclas de los mismos, b) copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos, y c) plastómero) esté presente en la
composición de asfalto en una cantidad de alrededor del 0,01% en
peso a alrededor del 25% en peso, respecto del peso total de la
composición de asfalto, preferiblemente de alrededor del 1% en peso
a alrededor del 5% en peso.
La composición de modificador de asfalto de la
invención se usa como un aditivo para el asfalto sin modificar. Es
adecuado cualquier asfalto o material de alquitrán sin modificar (en
el que sin modificar es como se define en el presente documento)
reconocido en general y/o usado en las superficies de pavimentación
de carreteras y en aplicaciones similares en calzadas. Como tales,
los términos asfalto y alquitrán se deberían considerar
equivalentes para los fines de esta invención. En general, es
adecuado cualquier asfalto o alquitrán natural y/o fabricado de
forma sintética. Los asfaltos naturales incluyen, a modo de ejemplo
pero sin limitación, los materiales derivados del asfalto mineral
natural, asfalto de lago, y similares. Los asfaltos fabricados de
forma sintética incluyen en general los subproductos asfálticos de
las operaciones de refinado de petróleo, e incluyen el asfalto
soplado con aire, asfalto de propano, asfalto de obtención directa,
asfalto térmico y similares.
Se debería apreciar que se puede añadir
opcionalmente el uso de otros aditivos para el asfalto, tal como se
pone en práctica en general en las aplicaciones de pavimentación de
superficies de carreteras con asfalto, como componentes de las
composiciones de asfalto modificado con copolímeros de la presente
invención. Así, se contempla el uso evidente de un agregado con el
asfalto modificado con polímeros de la invención. Además, también
se contempla la incorporación de un agente
anti-disgregación que incluye los basados
tradicionalmente en la química de aminas. Además, se pueden añadir
elastómeros adicionales, distintos de los que constituyen los
primeros y segundos elastómeros del modificador de asfalto de la
invención.
Además, la composición puede incluir
opcionalmente una fuente de azufre tal como azufre elemental, un
donante de azufre, un subproducto de azufre, o combinaciones de dos
o más de los mismos. Un donante de azufre genera azufre in
situ cuando se incluye en la composición. Los ejemplos de
donantes de azufre incluyen dietilditiocarbamato sódico,
2,2-ditiobis(benzotiazol),
mercaptobenzotiazol, tetrasulfuro de dipentametilentiuram, o
combinaciones de dos o más de los mismos, e incluyen Sasolink® TXS
(un producto patentado disponible de Sasol Wax Americas, Shelton,
CN, EE.UU.). Un subproducto de azufre puede incluir uno o más
sulfuros, sulfóxidos, sulfonas, o combinaciones de dos o más de los
mismos.
El método y la secuencia de etapas empleadas
para producir la composición que comprende asfalto sin modificar y
la composición de modificador de asfalto de la invención pueden ser
mediante cualquiera de los métodos y el equipamiento descrito en
general en la técnica anterior. Sin embargo, como consideración
práctica, la adición de la composición de modificador de asfalto y
la mezcla con el asfalto sin modificar es la más preferida, en
particular junto con un asfalto ya caliente aislado/producido
durante las operaciones de refinado de petróleo.
La composición se puede producir, por ejemplo,
combinando el asfalto, el copolímero de etileno, el copolímero de
estireno/butadieno y el plastómero en un mezclador mediante mezcla
en seco o mediante la técnica de mezcla maestra convencional, o
similar. Las combinaciones se pueden someter a condiciones que
incluyen el calentamiento en un intervalo de alrededor de 150º a
alrededor de 250ºC, o de alrededor de 170º a alrededor de 225ºC, o
a una etapa fundida en cualquier recipiente adecuado, tal como un
tanque de mezcla o un reactor o un recipiente de metal. También se
puede añadir un aceite fluidificante aromático al asfalto para
producir un asfalto más blando. Se pueden añadir los copolímeros de
etileno, el copolímero de estireno/butadieno y el plastómero, en
cualquier forma física, tal como en gránulos, al asfalto fundido
para producir una mezcla fundida.
La mezcla fundida se puede calentar de alrededor
de 150º a alrededor de 250ºC, o de alrededor de 170º a 225ºC a una
presión que puede adaptarse al intervalo de temperaturas, tal como
la presión atmosférica, durante alrededor de 1 a alrededor de 35
horas, preferiblemente alrededor de 2 a alrededor de 30 horas, más
preferiblemente alrededor de 5 a alrededor de 25 horas.
La mezcla fundida se puede mezclar, por ejemplo,
mediante un agitador mecánico o mediante cualquier otro medio de
mezcla.
Los asfaltos modificados con polímeros se
producen normalmente en un proceso con un molino de cizalladura
alta, o en un proceso de mezcla de cizalladura baja, como sabe bien
un experto en la técnica. El proceso usado depende del equipamiento
disponible y de los polímeros utilizados. Los polímeros que se
pueden usar con el equipamiento de mezcla de cizalladura baja
normalmente se pueden procesar también con el equipamiento de
cizalladura alta. Se pueden usar ambos tipos de equipamiento con
esta invención. Se puede usar o no un disolvente para dispersar los
polímeros que se procesan generalmente con el equipamiento de
cizalladura alta en el asfalto con el uso del equipamiento de
mezcla de cizalladura baja. Se puede hallar una buena descripción de
los métodos mediante los cuales se pueden producir comercialmente
los modificadores de asfalto poliméricos en la publicación
IS-200, Asphalt Institute, Lexington, KY.
Las composiciones de asfalto modificado de la
invención son útiles como pavimentos, por ejemplo como material de
pavimentación de carreteras y de entradas de vehículos.
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Se preparó una serie de composiciones de
asfaltos modificados con polímeros de la invención mezclando los
elastómeros y plastómeros en las cantidades mostradas en la Tabla I
con los asfaltos mostrados. Se mezcló un total de 500 gramos de
cada una de las composiciones (es decir, peso total de asfalto,
elastómeros y plastómero) en recipientes de metal abiertos de 1000
ml durante 3 horas a 190ºC. La mezcla se llevó a cabo con un
mezclador accionado por aire de 3 paletas convencional. Las
composiciones se ensayaron después para determinar las propiedades
importantes del asfalto. Los resultados se muestran en la Tabla I, e
ilustran una dureza mejorada y una elasticidad mejorada en
comparación con el asfalto sin modificar. El asfalto sin modificar
tiene un ángulo de fase de \sim87 grados, y una recuperación
elástica de menos del 10%. Las composiciones de la invención exhiben
también una viscosidad menor respecto de un asfalto modificado que
no contiene el plastómero de bajo peso molecular. La viscosidad
Brookfield del asfalto modificado que no contiene el plastómero es
\sim3000 cps. Se halla una descripción de las propiedades
informadas en la Tabla I en la Descripción Detallada de la Invención
anterior y en ASTM D 6084 y TP5, disponibles de la American
Association of State Highway Officials.
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\vskip1.000000\baselineskip
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (13)
1. Una composición útil como modificador de
asfalto que comprende un elastómero y un plastómero de bajo peso
molecular que tiene un peso molecular medio en peso menor de 7000,
en la que el elastómero es una mezcla que comprende (i) un primer
elastómero seleccionado del grupo que consiste en terpolímeros de
etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de
glicidilo, copolímeros de etileno/acrilato de alquilo obtenidos
mediante un proceso en reactor tubular, y las mezclas de los
mismos, y (ii) un segundo elastómero seleccionado del grupo que
consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
2. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho primer elastómero es un terpolímero de etileno/acrilato
de n-butilo/metacrilato de glicidilo.
3. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho primer elastómero es un copolímero de etileno/acrilato de
alquilo obtenido mediante un proceso en reactor tubular.
4. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho segundo elastómero es un copolímero en bloque de
estireno-butadieno-estireno.
5. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho segundo elastómero es un copolímero aleatorio de
estireno-butadieno.
6. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho plastómero es una cera de poliolefina.
7. Una composición de la reivindicación 6 en la
que dicha cera de poliolefina es una cera de polietileno.
8. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho plastómero está presente en la composición en una
cantidad de alrededor del 1 a alrededor del 5% en peso respecto del
peso total de la composición.
9. Una composición de la reivindicación 1 en la
que dicho segundo elastómero está presente en dicha mezcla en una
cantidad de alrededor del 25% en peso a alrededor del 75% en peso,
respecto del peso total de dicha mezcla.
10. Una composición de asfalto que comprende un
asfalto sin modificar, un elastómero y un plastómero de bajo peso
molecular que tiene un peso molecular medio en peso menor de 7000,
en la que el elastómero es una mezcla que comprende (i) un primer
elastómero seleccionado del grupo que consiste en terpolímeros de
etileno/acrilato de n-butilo/metacrilato de
glicidilo, copolímero de etileno/acrilato de alquilo obtenido
mediante un proceso en reactor tubular, y las mezclas de los
mismos, y (ii) un segundo elastómero seleccionado del grupo que
consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
11. Una composición de asfalto de la
reivindicación 10 en la que dicha composición de elastómero y de
plastómero de bajo peso molecular está presente en la composición
de asfalto en una cantidad de alrededor del 0,01% en peso a
alrededor del 25% en peso, respecto del peso total de dicha
composición de asfalto.
12. Un pavimento que comprende una composición
de asfalto que comprende un asfalto sin modificar, un elastómero y
un plastómero de bajo peso molecular que tiene un peso molecular
medio en peso menor de 7000, en la que el elastómero es una mezcla
que comprende (i) un primer elastómero seleccionado del grupo que
consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímero de
etileno/acrilato de alquilo obtenido mediante un proceso en reactor
tubular, y las mezclas de los mismos, y (ii) un segundo elastómero
seleccionado del grupo que consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
13. Un proceso para modificar una composición de
asfalto que comprende la etapa de mezclar (i) una composición que
comprende un elastómero y un plastómero de bajo peso molecular que
tiene un peso molecular medio en peso menor de 7000 con (ii) un
asfalto sin modificar, en el que el elastómero es una mezcla que
comprende (i) un primer elastómero seleccionado del grupo que
consiste en terpolímeros de etileno/acrilato de
n-butilo/metacrilato de glicidilo, copolímeros de
etileno/acrilato de alquilo obtenidos mediante un proceso en reactor
tubular y las mezclas de los mismos; y (ii) un segundo elastómero
seleccionado del grupo que consiste en copolímeros en bloque de
estireno-butadieno-estireno,
copolímeros aleatorios de estireno-butadieno y las
mezclas de los mismos.
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