ES2330618T3 - Composicion de bitumen con sds/ppe. - Google Patents

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ES2330618T3 ES01997524T ES01997524T ES2330618T3 ES 2330618 T3 ES2330618 T3 ES 2330618T3 ES 01997524 T ES01997524 T ES 01997524T ES 01997524 T ES01997524 T ES 01997524T ES 2330618 T3 ES2330618 T3 ES 2330618T3
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Abstract

Procedimiento para preparar una composición bituminosa que comprende las etapas de: a) proporcionar un contenido de bitumen de al menos un 80% basándose en el peso de la composición bituminosa; b) añadir al menos un 10% en peso de elastómero termoplástico; c) añadir simultáneamente, o después, o antes del elastómero termoplástico de la etapa b), de un 0,2 a un 10% en peso de éter polifenilénico (PPE) con una proporción de elastómero termoplástico respecto a PPE que varía de 36:1 a 1:1.

Description

Composición de bitumen con SBS/PPE.
La presente invención se refiere a un procedimiento para preparar una nueva composición bituminosa estabilizada. La composición bituminosa es útil como membranas que son estables y tienen propiedades mecánicas equilibradas en un amplio intervalo de temperaturas.
Hace algún tiempo que se conoce la adición de elastómeros termoplásticos a bitumen para formar composiciones de bitumen que son útiles en aplicaciones de carreteras o membranas impermeables. Los elastómeros termoplásticos proporcionan la ventaja de mejorar las propiedades mecánicas y de manipulación del bitumen puro, como por ejemplo la resistencia a alta temperatura, la recuperación elástica y la flexibilidad a baja temperatura.
Los documentos de la técnica anterior U.S. 5.280.064 y 5.494.966 describen un procedimiento reactivo de producción in situ de un copolímero altamente miscible con bitumen a partir de plásticos incompatibles y componente de goma compatibilizado. Existen muchos tipos de polímeros descritos en la técnica anterior como modificadores para aplicaciones bituminosas, pero dos tipos de polímeros continúan siendo los más útiles como modificadores en la industria del asfalto: poliolefinas (polietileno, polipropileno...) y sus copolímeros y copolímeros de bloque de estireno-butadieno de tipo elastómero termoplástico. Sin embargo deben estabilizarse o compatibilizarse en bitumen.
El documento de la técnica anterior WO 97/30121 describe que homopolímeros o copolímeros de estireno y derivados de estireno, normalmente incompatibles con bitumen y que tienden a separarse del mismo, pueden dispersarse de forma estable en bitumen empleando un copolímero tribloque que se dispersa o disuelve fácilmente en el bitumen y que comprende un elastómero termoplástico que contiene un estireno que es compatible con bitumen.
Para mejorar las propiedades mecánicas de composiciones de bitumen, se usaron diversas soluciones bien conocidas en la técnica para aumentar el intervalo de temperaturas de servicio. Algunas de estas soluciones eran, por ejemplo, aumentar el contenido de polímero, o seleccionar polímeros específicos, o añadir cargas o mezclar bitúmenes diferentes de diversos orígenes. Sin embargo, todos estos métodos adolecen generalmente de un inconveniente principal: dan como resultado un aumento importante de la viscosidad, reduciendo de este modo la procesabilidad de la composición.
Por lo tanto existe la necesidad de preparar una composición que combine un amplio intervalo de temperatura de servicio y buena procesabilidad.
Un objetivo de la presente invención es preparar una composición bituminosa que tenga una resistencia a alta temperatura.
Otro objetivo de la presente invención es preparar una composición bituminosa que presente una buena flexibilidad a baja temperatura.
Un objetivo adicional de la presente invención es preparar una composición bituminosa con una baja viscosidad y, por lo tanto, una buena procesabilidad.
La presente invención proporciona un procedimiento para preparar una composición bituminosa que comprende las etapas de:
a)
proporcionar un contenido de bitumen que representa al menos un 80% en peso basándose en el peso de la composición bituminosa;
b)
añadir desde al menos un 10% en peso de elastómero termoplástico;
c)
añadir simultáneamente, o después, o antes el elastómero termoplástico de la etapa b), de un 0,2 a un 10% en peso de éter polifenilénico (PPE) con una proporción de elastómero termoplástico respecto a PPE que varía de 36:1 a 1:1.
La presente invención proporciona además una composición bituminosa que comprende al menos un 80% en peso de bitumen, basándose en el peso de la composición bituminosa, desde al menos un 10% en peso de elastómero termoplástico y del 0,2 a un 10% en peso de éter polifenilénico (PPE) con una proporción de elastómero termoplástico respecto a PPE que varía de 36:1 a 1:1.
La mezcla se realiza de acuerdo con métodos conocidos en la técnica. El bitumen se calienta a una temperatura de 160 a 220ºC, preferiblemente de 180 a 200ºC. La mezcla de elastómero termoplástico/PPE puede añadirse en el bitumen y mezclarse con un mezclador de alto cizallamiento hasta que se obtenga una dispersión completa. Como alternativa, el elastómero termoplástico y el PPE pueden añadirse por separado en cualquier orden.
Preferiblemente, el elastómero termoplástico y el PPE se añaden simultáneamente como una mezcla que tiene una proporción de elastómero termoplástico/PPE de 36:1 a 1:1, preferiblemente de 24:1 a 4:1 y, más preferiblemente, de aproximadamente 12:1.
El elastómero termoplástico y el PPE pueden proporcionarse en forma de polvo, o en grumos, o en gránulos, o pueden combinarse como una mezcla madre.
El término "bitumen" usado en este documento se refiere a una clase de sustancias cementantes negras o de color oscuro (sólidas, semisólidas o viscosas), naturales o fabricadas, compuestas principalmente por hidrocarburos de alto peso molecular de los que son típicos asfaltos, alquitrán, breas y asfaltitas. El término "asfalto" usado en este documento se refiere a un material cementante oscuro, de marrón a negro, de consistencia sólida o semisólida, en el que los constituyentes predominantes son bitúmenes que aparecen en la naturaleza como tales o que se obtienen como residuo en el refinado de petróleo.
El elastómero termoplástico no está especialmente limitado con tal de que tenga las cualidades necesarias para las composiciones de acabado. Dichos elastómeros termoplásticos se conocen bien en la técnica y, por ejemplo, son copolímeros de bloque de estireno-butadieno. En una realización preferida, el elastómero termoplástico puede ser estireno butadieno estireno (SBS), SBS hidrogenado o parcialmente hidrogenado, estireno isopropeno estireno (SIS) y/o estireno etileno butadieno estireno (SEBS). El copolímero de estireno-butadieno tribloque es un elastómero termoplástico en el que los segmentos de goma de butadieno son compatibles con o solubles en o son capaces de compatibilizarse con o solubilizarse en bitumen. Pueden comprender de un 20 a un 80% de estireno, preferiblemente de un 20 a un 45% y, más preferiblemente, aproximadamente un 30%. Los elastómeros termoplásticos que pueden usarse en la composición de la presente invención pueden tener un peso molecular de 75.000 a 450.000, preferiblemente de 100.000 a 375.000.
Las resinas de éter polifenilénico son una clase de compuestos también denominados resinas de óxido de polifenileno. Incluyen homopolímeros, copolímeros y copolímeros de injerto obtenidos por acoplamiento oxidativo de compuestos fenólicos. Los PPE preferidos usados en las composiciones proceden del 2,6-dimetilfenol. También pueden usarse copolímeros derivados del 2,3,6-trimetilfenol. Los PPE útiles incluyen resina de poli(2,6-dimetil-1,4-fenilen éter) que tiene una viscosidad intrínseca de entre 0,1 y 0,6 dl/g y preferiblemente de 0,25 a 0,35 dl/g, como se mide en tolueno a 25ºC y una concentración de 0,6 g por 100 ml.
Pueden emplearse los aditivos habituales, tales como por ejemplo aceites, resinas adhesivas, cargas o polímeros.
Los elastómeros termoplásticos pueden usarse en cualquier cantidad deseada en el bitumen, de acuerdo con las propiedades que se desee impartir al producto final. La cantidad de elastómero termoplástico dispersado en las porciones de bitumen es de al menos un 10% en peso basándose en el peso total de la composición de bitumen. Se mezcla con al menos un 80% en peso de bitumen. La cantidad de PPE añadido a la mezcla es de un 0,2 a un 10% en peso, más preferiblemente de un 0,5 a un 5% en peso con la proporción de elastómero termoplástico respecto a PPE necesaria para obtener las propiedades deseadas.
La composición de acabado de la presente invención tiene un equilibrio de propiedades mecánicas mejorado y se usa preferiblemente para producir membranas, preferiblemente membranas impermeables tales como, por ejemplo, membranas para puentes, membranas para tejados o membranas autoadhesivas.
Las composiciones bituminosas de la presente invención presentan una excelente resistencia a temperatura como se mide con el ensayo de anillo y bola, así como flexión a bajas temperaturas y baja sensibilidad de pisada. Se observa además que a una temperatura de anillo y bola equivalente presentan una menor viscosidad que composiciones de la técnica anterior, conduciendo a una procesabilidad mejorada, mejores comportamientos de aplicación y mayor capacidad de producción.
La presente invención se describirá ahora con referencia a las siguientes realizaciones específicas, que son a modo de ejemplo solamente y no pretenden limitar la invención.
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Ejemplos
En los siguientes ejemplos, el bitumen empleado era un bitumen venezolano que tenía las siguientes propiedades:
-
penetración a 25ºC (1/10 mm): 195
-
temperatura de anillo y bola (ºC): 36,2,
-
viscosidad a 60ºC (Pa.s): 49
-
viscosidad a 100ºC (Pa.s): 1,78
-
contenido de Ni (ppm): 71
-
contenido de V (ppm): 547
\newpage
El elastómero termoplástico empleado era
-
Finaprene®411 (estireno-butadieno tribloque SBS - un polímero de estireno/butadieno al 30/70% en peso);
-
Finaprene®984 (estireno-butadieno tribloque SBS - un polímero de estireno/butadieno al 45/55% en peso);
-
Finaprene®936 (estireno-butadieno tribloque SBS - un polímero de estireno/butadieno al 36/64% en peso).
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Los dos PPE ensayados eran un PPE de bajo peso molecular comercializado por General Electric bajo el nombre PPO857 y un PPE de alto peso molecular también comercializado por General Electric.
Las mediciones se han realizado de acuerdo con los métodos de los siguientes ensayos convencionales:
Penetración: ASTM D-5-73, revisada 95.
Temperatura de anillo y bola: ASTM D-36.
Temperatura de flexión en frío: DIN 52123.
Viscosidad: ASTM D-2170, revisada 89.
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Ejemplo 1
Se mezcló bitumen con el PPO de bajo peso molecular en solitario y con una mezcla de SBS/PPO respectivamente. El SBS era Finaprene®411. El bitumen se calentó a 180ºC y el SBS se añadió en forma de polvo simultáneamente con el PPO en forma de polvo. Las cantidades se proporcionan en porcentaje en peso basándose en el peso de la composición bituminosa. Después de 30 minutos, la mezcla era homogénea. Las cantidades y propiedades se resumen en la Tabla I.
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TABLA I
1
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Como puede observarse a partir de los resultados de la Tabla I, la adición de PPO en solitario no produce la mejora necesaria en la temperatura de anillo y bola.
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Ejemplo 2
En este ejemplo el bitumen se mezcló con diversas cantidades de PPO de bajo peso molecular y Finaprene®411 como SBS, usando el mismo método que en el Ejemplo 1. Las cantidades y resultados se resumen en la Tabla II.
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TABLA II
2
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Ejemplo comparativo
Para una comparación, se ha mezclado el mismo bitumen y SBS que en el ejemplo 2 en diversas cantidades sin la adición de PPO. Las cantidades y resultados se resumen en la Tabla III.
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TABLA III
3
Una comparación de la Tabla II y la Tabla III muestra que la adición de incluso pequeñas cantidades de PPO aumenta significativamente la temperatura de anillo y bola. Para una adición dada de SBS, se observa que la temperatura de anillo y bola aumenta con cantidades crecientes de PPO hasta una cierta cantidad de PPO. La adición adicional de PPO tiene un efecto adverso sobre las propiedades de la composición bituminosa. Además, a una temperatura de anillo y bola comparable, la viscosidad de las composiciones de acuerdo con la presente invención es sustancialmente inferior que la de composiciones de la técnica anterior.
Ejemplo 3
El bitumen se mezcló con Finaprene® 411 como SBS y con diversas cantidades de un PPO de bajo peso molecular (LMW) o un PPO de alto peso molecular (HMW). Las cantidades y resultados se resumen en la Tabla IV.
TABLA IV
5
Una comparación de los resultados obtenidos con el PPO de bajo peso molecular y el PPO de alto peso molecular respectivamente muestra que la adición de PPO de bajo peso molecular a la composición de bitumen da como resultado una mayor temperatura de anillo y bola al tiempo que se mantiene una menor viscosidad a una temperatura de anillo y bola equivalente.
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Ejemplo 4
El bitumen se mezcló con el PPO de bajo peso molecular y con los tres elastómeros termoplásticos descritos en la sección anterior; Finaprene® 411, Finaprene® 936 y Finaprene® 984. Las cantidades y resultados se resumen en la Tabla V.
TABLA V
6
Una comparación de los resultados obtenidos con los diferentes elastómeros termoplásticos conduce a la observación de que la adición de un 1% en peso de PPO con una proporción de SBS/PPO de 12:1 conduce en todos los casos a:
-
un aumento en la temperatura de anillo y bola;
-
una viscosidad que no aumenta sustancialmente para una temperatura de anillo y bola superior;
-
propiedades de flexión en frío sustancialmente sin cambios;
-
baja sensibilidad de pisada, excepto para el Finaprene® 936.
El mejor equilibrio de propiedades se obtiene con el SBS que tiene un contenido de estireno de aproximadamente un 30%.
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Referencias citadas en la descripción
Esta lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del documento de la patente europea. A pesar del cuidado tenido en la recopilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la EPO niega toda responsabilidad en este sentido.
Documentos de patentes citados en la descripción
\bullet US 5280064 A [0003]
\bullet WO 9730121 [0004]
\bullet US 5494966 A [0003]

Claims (9)

1. Procedimiento para preparar una composición bituminosa que comprende las etapas de:
a)
proporcionar un contenido de bitumen de al menos un 80% basándose en el peso de la composición bituminosa;
b)
añadir al menos un 10% en peso de elastómero termoplástico;
c)
añadir simultáneamente, o después, o antes del elastómero termoplástico de la etapa b), de un 0,2 a un 10% en peso de éter polifenilénico (PPE) con una proporción de elastómero termoplástico respecto a PPE que varía de 36:1 a 1:1.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el elastómero termoplástico es un copolímero de estireno-butadieno tribloque que contiene de un 20 a un 80% de estireno.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el copolímero termoplástico es un copolímero de estireno-butadieno tribloque que comprende de un 20 a un 45% de estireno.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el copolímero termoplástico es un copolímero de estireno-butadieno tribloque que comprende aproximadamente un 30% de estireno.
5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el éter polifenilénico es un poli(2,6-dimetil-1,4-fenilen éter) que tiene una viscosidad intrínseca de entre 0,1 y 0,6 dUg como se mide en tolueno a 25ºC y una concentración de 0,6 g/100 ml.
6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción de elastómero termoplástico respecto a éter polifenilénico es de 24:1 a 4:1.
7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción de elastómero termoplástico respecto a éter polifenilénico es de aproximadamente 12:1.
8. La composición bituminosa que puede obtenerse por el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende al menos un 80% en peso de bitumen, basándose en el peso de la composición bituminosa, al menos un 10% en peso de elastómero termoplástico y de un 0,2 a un 10% en peso de éter polifenilénico (PPE) con una proporción de elastómero termoplástico respecto a PPE que varía de 36:1 a 1:1.
9. Membranas preparadas con la composición bituminosa obtenida por cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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