ES2885007T3 - Composiciones de aglutinante asfáltico y métodos para fabricarlas y utilizarlas - Google Patents

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Abstract

Una composición de aglutinante asfáltico que comprende: a) asfalto y b) una mezcla de polímeros que comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos.

Description

DESCRIPCIÓN
Composiciones de aglutinante asfáltico y métodos para fabricarlas y utilizarlas
Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de EE.UU. No. 61/924.582, presentada el 7 de enero de 2014, de conformidad con 35 USC 119 (e)).
Campo
La presente divulgación se refiere en general a composiciones de aglutinantes asfálticos y métodos para fabricarlas y usarlas. Más particularmente, se proporcionan las composiciones de aglutinantes asfálticos que comprenden betún y una mezcla de polímeros que comprende poliolefinas específicas, junto con métodos para preparar y usar tales composiciones de aglutinantes asfálticos.
Antecedentes
Las mezclas asfálticas se utilizan comúnmente como materiales de pavimentación para la construcción y el mantenimiento de carreteras. Normalmente, el asfalto, a menudo denominado como aglutinante asfáltico, cemento asfáltico o betún, se mezcla con agregados para formar el material utilizado en la pavimentación con asfalto. El procesamiento y uso de este material produce pavimento asfáltico. Más particularmente, el pavimento asfáltico comprende agregado mantenido en una fase continua del aglutinante asfáltico por adherencia del aglutinante asfáltico al agregado.
La resistencia y durabilidad del pavimento asfáltico depende de varios factores como las propiedades de los materiales utilizados, la interacción de los diversos materiales, el diseño de la mezcla, las prácticas de construcción y las condiciones ambientales y de tráfico a las que está expuesto el pavimento. Para producir una mezcla que tenga un buen rendimiento durante la vida útil del pavimento, es importante lograr un recubrimiento adecuado del agregado con el asfalto y una buena adherencia entre ambos componentes, así como una buena resistencia cohesiva general del asfalto.
Los materiales asfálticos convencionales sufren varios tipos de modos de deterioro debido a la exposición a las condiciones ambientales, tales como, por ejemplo, deformación permanente, fatiga y formación de surcos a altas temperaturas y fragilidad y agrietamiento a bajas temperaturas. Para mejorar la resistencia de los materiales asfálticos a estos diversos modos de deterioro, se incorporan a los materiales asfálticos aditivos de rendimiento a alta temperatura, por ejemplo, plastómeros y / o elastómeros, y / o aditivos de rendimiento a baja temperatura, por ejemplo, aceites de proceso. Los aditivos de rendimiento a alta temperatura tienden a aumentar el módulo del material asfáltico a temperaturas más altas para resistir la deformación permanente y la fatiga, mientras que los aditivos de rendimiento a baja temperatura tienden a aumentar la flexibilidad y ductilidad del material asfáltico a temperaturas más bajas para resistir la fragilidad y el agrietamiento.
Desafortunadamente, los aditivos de rendimiento a baja temperatura actuales no siempre son tan efectivos como se desea para aumentar la flexibilidad y ductilidad del material asfáltico a temperaturas más bajas y, a menudo, restan valor a las propiedades de rendimiento del material asfáltico a altas temperaturas incluso con la adición de aditivos de rendimiento a altas temperaturas. Por otro lado, los aditivos actuales de rendimiento a alta temperatura no siempre son tan efectivos como se desea para reducir la deformación permanente, la fatiga y la formación de surcos a altas temperaturas y, a menudo, restan valor a las propiedades de rendimiento a baja temperatura del material asfáltico incluso con la adición de aditivos de rendimiento a baja temperatura. Los polímeros típicos usados para modificar los aglutinantes asfálticos para reducir o prevenir la formación de surcos incluyen elastómeros, tales como, por ejemplo, copolímero de estireno / butadieno / estireno (SBS), y plastómeros, tales como, por ejemplo, polietileno, copolímero de etilo / acetato de vinilo (EVA), y similares.
El sistema de clasificación de grado de rendimiento (PG, por sus siglas en inglés) del asfalto clasifica los aglutinantes asfálticos utilizados en el pavimento asfáltico en base al rendimiento del aglutinante a diferentes temperaturas. Un aglutinante asfáltico que tiene una clasificación de PG de aproximadamente 64-22, por ejemplo, significa que el aglutinante asfáltico se puede utilizar en un clima donde el pavimento alcanza temperaturas tan altas como 64°C y tan bajas como -22°C. Temperaturas fuera del intervalo de PG del aglutinante asfáltico normalmente llevan al deterioro del pavimento asfáltico en el que se utiliza este aglutinante. Por lo tanto, durante algún tiempo ha sido un objetivo ampliar el intervalo de PG de los aglutinantes asfálticos utilizados en aplicaciones de pavimentación de carreteras.
El intervalo de temperatura útil (UTI, por sus siglas en inglés) de un asfalto es la diferencia entre la clasificación PG de alta y baja temperatura. Generalmente, para obtener una UTI de >92°C, se necesita un asfalto modificado. Por ejemplo, PG 76-22, un asfalto común modificado con polímeros, tiene una UTI de 98°C. Además de aumentar el intervalo de PG del aglutinante asfáltico, los modificadores también mejoran otras cualidades del asfalto resultante, como su dureza general y sus características de deterioro.
El documento US 2011/0197785 A1 describe un método para producir un asfalto de revestimiento de tejas para techos a partir de una materia prima asfáltica de grado de no revestimiento.
Sigue existiendo la necesidad de nuevos modificadores de aglutinantes asfálticos que amplíen el intervalo de PG y aumenten el intervalo de temperatura útil de los aglutinantes asfálticos. Otras características deseables y características de las composiciones de aglutinante asfáltico y los métodos de fabricación y uso de las mismas que se describen en la presente memoria resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones adjuntas.
Compendio
La presente divulgación proporciona composiciones de aglutinantes asfálticos así como métodos para prepararlas y usarlas. En una realización ejemplar, la composición de aglutinante asfáltico comprende a) asfalto y b) una mezcla de polímeros, en la que la mezcla de polímeros comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos.
En otra realización, la composición de aglutinante asfáltico consiste esencialmente en a) asfalto y b) una mezcla de polímeros, en la que la mezcla de polímeros comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos.
En otra realización ejemplar, se proporciona un método para preparar una composición de aglutinante asfáltico. Este método comprende mezclar asfalto, polietileno oxidado de alta densidad y un polímero modificador elegido de entre polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos para formar la composición de aglutinante asfáltico.
Descripción detallada
En la presente memoria se proporcionan y describen nuevas composiciones de aglutinante asfáltico y métodos para preparar y usar las mismas. Se ha descubierto sorprendentemente que la adición de ciertas mezclas de polímeros a las composiciones de aglutinante asfáltico amplía el intervalo de PG y aumenta la UTI de las composiciones de aglutinante asfáltico. El efecto de estas mezclas de polímeros en el intervalo de PG y UTI de las composiciones de aglutinante asfáltico es sinérgico. En otras palabras, al mismo nivel de dosificación total de polímero, las mezclas de polímeros tienen un mejor rendimiento que cada polímero individual al mismo nivel de dosificación. Un mejor rendimiento puede traducirse en una vida útil más prolongada de la carretera o en una vida de construcción más prolongada, y eso traerá importantes beneficios económicos a los clientes. Otro beneficio de las composiciones de aglutinante asfáltico contempladas y descritas en la presente memoria es que se puede lograr el mismo nivel de rendimiento con respecto al intervalo de PG y UTI con una cantidad de polímero significativamente reducida, lo que se traduce en reducciones de costes significativas.
En una realización ejemplar, una composición de aglutinante asfáltico comprende asfalto y una mezcla de polímeros, en la que la mezcla de polímeros comprende: (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad, o combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, la mezcla de polímeros comprende (i) polietileno de alta densidad oxidado y (ii) polipropileno maleado. En otras realizaciones, la mezcla de polímeros comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) homopolímero de polietileno. En otras realizaciones más, la mezcla de polímeros comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) polietileno de alta cristalinidad.
El asfalto está definido por la ASTM como un material similar al cemento de color marrón oscuro a negro en el que los constituyentes predominantes son betunes que se encuentran en la naturaleza o se obtienen en el procesamiento del petróleo. Los asfaltos contienen característicamente compuestos saturados, compuestos aromáticos, resinas y asfaltenos. Los términos "asfalto" y "betún" se usan a menudo indistintamente para significar tanto formas naturales como fabricadas del material, que están todas dentro del alcance de las composiciones y métodos contemplados y descritos en la presente memoria. En lo sucesivo, solo se utilizará el término "asfalto" para describir materiales adecuados de asfalto y betún.
El tipo de asfalto adecuado para usar en las composiciones y métodos contemplados y descritos en la presente memoria no está particularmente limitado e incluye cualquier asfalto que se da de forma natural, fabricado sintéticamente y modificado conocido ahora o en el futuro. El asfalto que se da de forma natural incluye asfalto de roca nativa, asfalto de lago y similares. El asfalto fabricado sintéticamente es a menudo un subproducto de las operaciones de refinado de petróleo e incluye asfalto soplado con aire, asfalto mezclado, asfalto agrietado o residual, asfalto de petróleo, asfalto de propano, asfalto de destilación directa, asfalto térmico y similares. El asfalto modificado incluye asfalto base (p. ej., Asfalto puro o sin modificar que puede darse de forma natural o fabricado sintéticamente) modificado con elastómeros, ácido fosfórico, ácido polifosfórico, plastómeros, caucho de neumáticos triturados (GTR, por sus siglas en inglés), pavimento asfáltico recuperado (RAP, por sus siglas en inglés), asfalto simple recuperado (RAS, por sus siglas en inglés) y similares, o varias combinaciones de estos modificadores.
Además, los asfaltos de grado industrial, incluidos sin limitación, los asfaltos de grado para pavimentación, son ventajosos para su uso en las composiciones y métodos contemplados y descritos en la presente memoria. Ejemplos no exclusivos de asfaltos de grado de pavimentación incluyen asfaltos que tienen cualquiera de las siguientes clasificaciones de grado de rendimiento: PG 46-34, PG 52-34, PG 52-28, PG 58-28, PG 64-22, PG 64-16, PG 64-10, PG 67-22, PG 70-28, PG 70-22, PG 70-16, PG 70-10, PG 76-28, PG 76-22, PG 76-16 y PG 76-10. Además, los ejemplos no exclusivos de asfaltos de grado para pavimentación dentro del alcance de la presente invención incluyen asfaltos de grado para pavimentación que tienen cualquiera de los siguientes grados de penetración: 50/70, 60/90, 80/100, 80/120 y 120/150.
Además, se contempla que los asfaltos de grado industrial, tales como los asfaltos de grado para tejados, pueden usarse ventajosamente en las composiciones de aglutinantes asfálticos contempladas y descritas en la presente memoria. En tales realizaciones, las composiciones de aglutinantes asfálticos serán útiles para aplicaciones de techado. Los asfaltos de grado para techos adecuados incluyen, por ejemplo, pero no se limitan a, asfaltos que tienen cualquiera de los siguientes grados de dureza: de 100/150 dmm pen, de 150/200 dmm pen, de 200/300 dmm pen y de 300+ dmm pen, tales como, pero no limitado a PG 58-28, 64-22, 67-22, 70-22 y 76-22. En algunas realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico, el asfalto está presente en una concentración de aproximadamente 65 a aproximadamente 99% en peso (% en peso), basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. Por ejemplo, el asfalto puede estar presente en una concentración de aproximadamente 70 a 90% en peso, o de aproximadamente 65 a aproximadamente 75% en peso, o de aproximadamente 75 a aproximadamente 99% en peso, o de aproximadamente 75 a aproximadamente 95% en peso, o de aproximadamente 75 a aproximadamente 85% en peso, o incluso de aproximadamente 85 a aproximadamente 99% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. En algunas realizaciones ejemplares, el asfalto está presente en una concentración de aproximadamente 94 a aproximadamente 99% en peso, tal como aproximadamente 96,5% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico.
En algunas realizaciones, la mezcla de polímeros está presente en una concentración de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 25% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. Por ejemplo, sin limitación, la mezcla de polímeros está presente en una concentración de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5% en peso, o de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10% en peso, o de aproximadamente 3 a aproximadamente 8% en peso, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 10% en peso, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 15% en peso, o de aproximadamente 10 a aproximadamente 15% en peso, o de aproximadamente 10 a aproximadamente 20% en peso, o de aproximadamente 15 a aproximadamente 20% en peso, o de aproximadamente 15 a aproximadamente 25% en peso, o incluso de aproximadamente 20 a aproximadamente 25% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. En algunas realizaciones, la mezcla de polímeros está presente en una concentración de aproximadamente 1 a aproximadamente 5% en peso, por ejemplo, aproximadamente 3,5% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. La concentración adecuada y deseada de la mezcla de polímeros en cualquier realización de la composición de aglutinante asfáltico se determinará y se seleccionará mediante experimentación según las propiedades finales requeridas para el uso final particular pretendido, por ejemplo, pruebas de asfalto de grado PG o para techos.
En algunas realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico contemplada y descrita en la presente memoria, la mezcla de polímeros comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos, a una relación en peso de (polietileno oxidado de alta densidad):( polímero modificador) de aproximadamente 1:4 a aproximadamente 4:1. Por ejemplo, sin limitación, el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador pueden estar presentes en una relación en peso de aproximadamente 1:3 a aproximadamente 3:1, o de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 2:1, o de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:3, o de aproximadamente 1:4 a aproximadamente 3:1, o de aproximadamente 1:4 a aproximadamente 2:1, o de aproximadamente 1:3 a aproximadamente 4:1, o de aproximadamente 2:3 a aproximadamente 4:1, o de aproximadamente 2:3 a aproximadamente 3:1, de aproximadamente 2:3 a aproximadamente 3:2, o de aproximadamente 3:1 a 4:1, o de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 2:1, respectivamente, o incluso aproximadamente 1:1. Las relaciones en peso adecuadas para el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador, en la mezcla de polímeros, en cualquier realización de la composición de aglutinante asfáltico, se determinarán y se seleccionarán mediante experimentación según las propiedades finales requeridas para el uso final particular pretendido, por ejemplo, pruebas de asfalto de grado PG o para techos.
En algunas realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico, cada polietileno oxidado de alta densidad, polipropileno maleado, homopolímero de polietileno y polietileno de alta cristalinidad, independientemente, tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) de aproximadamente 800 a aproximadamente 50.000 g/mol. Por ejemplo, el Mw de cada uno de los polímeros mencionados anteriormente puede ser de aproximadamente 1000 a aproximadamente 5000 g/mol, o de aproximadamente 5000 a aproximadamente 10.000 g/mol, o de aproximadamente 10.000 a aproximadamente 20.000 g/mol, o de aproximadamente 20.000 a aproximadamente 30.000 g/mol, o de aproximadamente 30.000 a aproximadamente 40.000 g/mol, o incluso de aproximadamente 40.000 a aproximadamente 50.000 g/mol. En una realización, por ejemplo, cada uno de estos polímeros puede tener un peso molecular de aproximadamente 2000 a aproximadamente 15.000 g/mol, tal como de aproximadamente 4000 a aproximadamente 20.000 g/mol. El peso molecular promedio en peso se determina mediante cromatografía de permeación en gel (GPC), que es una técnica generalmente conocida en la técnica. Más particularmente, según el método de GPC utilizado, la muestra a medir se disuelve en 1,2,4-triclorobenceno a 140°C a una concentración de 2,0 mg/ml. La solución (200 uL) se inyecta en el GPC que contiene dos columnas Mixed-D de 5 gm de gel PL (300x7,5 mm) mantenidas a 140°C con un caudal de 1,0 ml/minuto. El instrumento está equipado con dos detectores (índice de refracción y detector de viscosidad). El peso molecular (peso molecular promedio en peso, Mw) se determina usando una curva de calibración generada a partir de un conjunto de patrones de Mw estrechos de polietileno lineal.
Además, en algunas realizaciones, el polietileno oxidado de alta densidad, el polipropileno maleado, el homopolímero de polietileno y el polietileno de alta cristalinidad adecuados para su uso en la composición de aglutinante asfáltico tienen cada uno una cristalinidad superior al 50%, basado en el peso total del polímero que se describe. Por ejemplo, sin limitación, los polímeros mencionados anteriormente pueden tener cada uno una cristalinidad de más de aproximadamente 75%, o de aproximadamente 50 a aproximadamente 60%, o de aproximadamente 60 a aproximadamente 70%, o de aproximadamente 70 a aproximadamente 80%, o de aproximadamente de aproximadamente 80 a aproximadamente 90%, o incluso de aproximadamente 90 a aproximadamente 100%, basado en el peso total del polímero que se describe. Además, en algunas realizaciones en las que se usa homopolímero de polietileno, el homopolímero de polietileno puede tener una cristalinidad superior al 80%. Mientras que, en algunas otras realizaciones en las que se usa polietileno de alta cristalinidad, el polietileno de alta cristalinidad tiene una cristalinidad superior al 90%. La cristalinidad de los polímeros mencionados anteriormente se determina mediante calorimetría de barrido diferencial (DSC), que es una técnica generalmente conocida en la técnica. El DSC se ejecuta en un ciclo de calentamiento, enfriamiento y recalentamiento a velocidades de calentamiento y enfriamiento de 10°C/minuto. Más particularmente, la muestra se enfría inicialmente a -50°C, luego se calienta a 150°C, se enfría de nuevo a -50°C y se vuelve a calentar a 150°C.
Dentro de los intervalos de cristalinidad y peso molecular promedio en peso mencionados anteriormente, los tipos y métodos de fabricación de los diversos polímeros (es decir, polietileno oxidado de alta densidad, polipropileno maleado, homopolímero de polietileno y polietileno de alta cristalinidad) no están particularmente limitados. Por ejemplo, los polímeros adecuados de acuerdo con los descritos en la presente memoria están disponibles comercialmente en Honeywell International, NJ, EE.UU., Bajo los nombres comerciales HONEYWELL TITAN 7686 (polietileno oxidado de alta densidad), HONEYWELL TIt An 7278 (polipropileno maleado), HONEYWELL TITAN 7212 (homopolímero de polietileno) y HONEYWELL TITAN™ 7387 (polietileno de alta cristalinidad).
En algunas realizaciones, la composición de aglutinante asfáltico contemplada en la presente memoria tiene un intervalo de PG ampliado y también puede tener un intervalo de temperatura útil (UTI) de al menos aproximadamente 90°C. Por ejemplo, sin limitación, la UTI de la composición de aglutinante asfáltico puede ser de al menos aproximadamente 92°C, o al menos 93°C, o al menos 94°C, o al menos 95°C, o al menos aproximadamente 96°C, o al menos aproximadamente 97°C, o incluso al menos aproximadamente 98°C.
En otra realización ejemplar, la composición de aglutinante asfáltico comprende asfalto y una mezcla de polímeros, en la que la mezcla de polímeros comprende al menos dos polímeros elegidos de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno y polietileno de alta cristalinidad, en ausencia de polietileno oxidado de alta densidad. Además, en algunas realizaciones de esta realización ejemplar, la composición de aglutinante asfáltico comprende asfalto y una mezcla de polímeros, en la que la mezcla de polímeros consiste esencialmente en al menos dos polímeros elegidos entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno y polietileno de alta cristalinidad, en ausencia de polietileno oxidado de alta densidad.
Además, la composición de aglutinante asfáltico puede comprender además uno o más aditivos adicionales como los que son familiares para los expertos en la técnica relevante. Dichos aditivos se usan típicamente para mejorar ciertas propiedades de la composición de aglutinante asfáltico y los productos que se fabricarán a partir de ella (por ejemplo, penetración (es decir, dureza), viscosidad y punto de ablandamiento, por nombrar algunos). Ejemplos no exclusivos de tales aditivos adecuados para su inclusión en las composiciones de aglutinante asfáltico contempladas y descritas en la presente memoria incluyen, sin limitación, plastómeros, elastómeros, ceras, ácidos polifosfóricos, aceites fundentes, plastificantes, antioxidantes y combinaciones de los mismos, entre otros, tales como, por ejemplo, caucho triturado reciclado de neumáticos, caucho desmenuzado o polioctenámero, y aditivos antiadherentes, ejemplos no limitativos de los cuales son la cal hidratada y las aminas.
En algunas realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico, el uno o más aditivos adicionales juntos están presentes en una concentración total de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. Por ejemplo, la concentración total de tales aditivos adicionales en la composición de aglutinante asfáltico puede ser de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,0% en peso, o de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 5,0% en peso, o de aproximadamente 5,0 a aproximadamente 10% en peso, o incluso de aproximadamente 10 a aproximadamente 20% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico. Más particularmente, en algunas realizaciones, la composición de aglutinante asfáltico puede comprender una concentración total de tales aditivos adicionales de aproximadamente 1 a aproximadamente 2% en peso, tal como aproximadamente 1% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico.
Los elastómeros adecuados se pueden seleccionar, por ejemplo, del grupo que consiste en caucho natural y caucho polimerizado sintético. Otros ejemplos no exclusivos de elastómeros o plastómeros adecuados incluyen caucho de butilo, polibutadieno, poliisopreno y poliisobuteno; copolímero de estireno / butadieno tal como copolímero tribloque de estireno / butadieno / estireno (SBS); copolímero tribloque de estireno / etileno-butileno / estireno (SEBS); poli(estireno-isopreno-estireno) (SIS); etileno-metacrilato (EMA); monómero de etileno-propilendieno (EPDM); acetato de etilenvinilo (EVA); y terpolímero de etileno-acrilato de butilo-metacrilato de glicidilo.
Las ceras adecuadas para su uso como aditivo adicional en la composición de aglutinante asfáltico pueden ser ceras funcionalizadas o sintéticas o ceras que se dan de forma natural. Además, la cera puede estar oxidada o no oxidada. Ejemplos no exclusivos de ceras sintéticas incluyen cera de etileno bis-estearamida (EBS), cera de Fischer-Tropsch (FT), cera de Fischer-Tropsch oxidada (FTO), ceras poliolefínicas como cera de polietileno (PE), cera de polietileno oxidado (OxPE) , cera de polipropileno, cera de polipropileno / polietileno, cera de alcohol, cera de silicona, ceras de petróleo como cera microcristalina o parafina y otras ceras sintéticas. Los ejemplos no exclusivos de ceras funcionalizadas incluyen ceras de amina, ceras de amida, ceras de éster, ceras de ácido carboxílico y ceras microcristalinas. La cera que se da de forma natural puede derivarse de una planta, de un animal, de un mineral o de otras fuentes conocidas ahora o en el futuro. Ejemplos no exclusivos de ceras naturales incluyen ceras vegetales como cera de candelilla, cera de carnauba, cera de arroz, cera de Japón y aceite de jojoba; ceras animales como cera de abejas, lanolina y cera de ballena; y ceras minerales tales como cera de montana, ozoquerita y ceresina. También son adecuadas mezclas de las ceras mencionadas anteriormente, tales como, por ejemplo, la cera puede incluir una mezcla de una cera de Fischer-Tropsch (FT) y una cera de polietileno.
El ácido fosfórico es otra sustancia que puede usarse como aditivo adicional en algunas realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico, en cantidades convencionales, por ejemplo, para elevar el punto de ablandamiento del producto. El ácido fosfórico se puede proporcionar en cualquier forma adecuada, incluida una mezcla de diferentes formas de ácido fosfórico. Por ejemplo, algunas formas diferentes adecuadas de ácido fosfórico incluyen ácido fosfórico, ácido polifosfórico, ácido superfosfórico, ácido pirofosfórico y ácido trifosfórico.
También se pueden usar plastificantes como aditivos adicionales, en cantidades convencionales, para aumentar la plasticidad o fluidez de una composición de aglutinante asfáltico de acuerdo con las realizaciones descritas en la presente memoria. Ejemplos no exclusivos de plastificantes adecuados incluyen aceites de hidrocarburos (p. ej., parafina, aceites aromáticos y nafténicos), diésteres de alquilo de cadena larga (p. ej., ésteres de ácido ftálico, como ftalato de dioctilo y ésteres de ácido adípico, como adipato de dioctilo), ésteres de ácido sebácico, glicol, ácidos grasos, ésteres fosfóricos y esteáricos, plastificantes epoxi (por ejemplo, aceite de soja epoxidado), plastificantes de poliéter y poliéster, monoésteres de alquilo (por ejemplo, oleato de butilo), ésteres de éter parciales de cadena larga (por ejemplo, oleato de butilcelosolve), entre otros familiares para las personas con conocimientos ordinarios en la técnica ahora o en el futuro.
Pueden usarse antioxidantes en cantidades convencionales como aditivos adicionales para las composiciones de aglutinante asfáltico para prevenir la degradación oxidativa de los polímeros que causa una pérdida de resistencia y flexibilidad en estos materiales.
También se proporcionan métodos para preparar y usar las composiciones de aglutinantes asfálticos descritas anteriormente. Generalmente, el método para fabricar composiciones de aglutinantes asfálticos comprende mezclar (i) polietileno oxidado de alta densidad con (ii) otro polímero elegido de entre polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos, y con asfalto, en cantidades apropiadas para formar cualquiera de las realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico descritas anteriormente. Se observa que en algunas realizaciones, el método para preparar una composición de aglutinante asfáltico puede comprender primero mezclar (i) polietileno oxidado de alta densidad con (ii) otro polímero elegido entre polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos, en cantidades apropiadas, para formar una mezcla polimérica adecuada como se describe anteriormente, y luego mezclar la mezcla polimérica con asfalto, en cantidades apropiadas para formar una composición de aglutinante asfáltico de acuerdo con la descripción anterior. "Cantidades apropiadas" del asfalto y el (i) polietileno oxidado de alta densidad y el (ii) polímero modificador significa que el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador pueden proporcionarse en cantidades en las que la relación en peso es de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:3, respectivamente, y el asfalto está presente en la composición de aglutinante asfáltico resultante a una concentración de aproximadamente 65 a aproximadamente 99% en peso, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico.
La mezcla se realiza a temperaturas y agitación adecuadas, y en condiciones generales familiares ahora y en el futuro para las personas con que tienen conocimientos ordinarios en la técnica. En algunas realizaciones del método, por ejemplo, la mezcla se realiza a una temperatura de aproximadamente 75°C a aproximadamente 200°C durante un tiempo de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 6 horas. Además, la mezcla se puede realizar, por ejemplo, usando un mezclador de bajo cizallamiento a una velocidad de aproximadamente 5 revoluciones por minuto (RPM) a aproximadamente 100 RPM.
También se contemplan métodos para ampliar el intervalo de PG, o aumentar el intervalo de temperatura útil (UTI), de una composición de aglutinante asfáltico de acuerdo con los descritos anteriormente. Ambos métodos comprenden mezclar (i) polietileno oxidado de alta densidad con (ii) otro polímero elegido de entre polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos, y con asfalto, en cantidades apropiadas para formar cualquiera de las realizaciones de la composición de aglutinante asfáltico descrita anteriormente. Por ejemplo, sin limitación, el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador se pueden proporcionar en cantidades en las que la relación en peso es de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:3, respectivamente, y el asfalto está presente en la composición de aglutinante asfáltico resultante en una concentración de aproximadamente 65 a aproximadamente 99% en peso, basada en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico.
En otras realizaciones ejemplares, se proporcionan métodos para usar las composiciones de aglutinantes asfálticos descritas en la presente memoria. En una realización, por ejemplo, un método implica preparar material de pavimentación mezclando la composición de aglutinante asfáltico con agregado. "Agregado" es un término colectivo para materiales minerales, como, por ejemplo, arena, grava o piedra triturada. El agregado puede comprender agregado natural, agregado manufacturado o una combinación de los mismos. El agregado natural generalmente es roca extraída de una excavación abierta (por ejemplo, una cantera) que se reduce a tamaños utilizables mediante trituración mecánica. El agregado manufacturado es típicamente un subproducto de otros procesos de manufactura como la escoria del procesamiento metalúrgico (por ejemplo, producción de acero, estaño y cobre). El agregado manufacturado también incluye materiales especiales que se producen para tener una característica física particular que no se encuentra en la roca natural.
Dichos métodos pueden comprender además el uso del material de pavimentación para la construcción de carreteras, el mantenimiento de carreteras o ambos. El material de pavimentación y las carreteras obtenidos por tales métodos tendrán vidas útiles más largas, con menos mantenimiento requerido debido a la minimización de los modos de deterioro como deformación permanente, fatiga y formación de surcos a altas temperaturas y fragilidad y agrietamiento a bajas temperaturas. En otra realización, el método implica preparar material para techos mezclando la composición de aglutinante asfáltico con agregado. Dichos métodos pueden comprender además el uso del material para techos para la construcción de techos, el mantenimiento de techos o ambos. El material del techo y los techos obtenidos por tales métodos tendrán vidas útiles más largas, con menos mantenimiento requerido debido a la minimización de los modos de deterioro como raspaduras, deslizamientos a altas temperaturas y fragilidad y agrietamiento a bajas temperaturas.
Aunque se ha presentado al menos una realización ejemplar en la descripción detallada anterior, debe apreciarse que existe un gran número de variaciones. También debe apreciarse que la realización ejemplar o las realizaciones ejemplares son solo ejemplos, y no pretenden limitar el alcance, aplicabilidad o configuración de las composiciones y métodos descritos en la presente memoria de ninguna manera. Más bien, la descripción detallada anterior proporcionará a los expertos en la técnica una hoja de ruta conveniente para implementar una realización ejemplar de las composiciones y métodos. Entendiéndose que se pueden realizar varios cambios en la función y disposición de los elementos descritos en una realización ejemplar sin apartarse del alcance de las composiciones y métodos como se establece en las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplos
Se prepararon composiciones de aglutinantes asfálticos tipo pavimento que comprenden asfalto y varias mezclas de polímeros, como se especifica a continuación, y se sometieron a pasos experimentales para determinar sus grados de rendimiento:
Los Mw de cada uno de los polímeros usados en los siguientes ejemplos son los siguientes:
TITAN 7686 (ox. HDPE): Mw = 8800 g/mol; 77% de cristalinidad
TITAN 7278 (MAPP): Mw = 8560 g/mol; 56% de cristalinidad
TITAN 7212 (PE homo.): Mw = 2950 g/mol; 84% de cristalinidad
TITAN 7387 (PE homo): Mw = 2575 g/mol; 100% de cristalinidad
El procedimiento general usado para formular las composiciones de aglutinante asfáltico de muestra fue el siguiente: (1) Se fundió asfalto (PG 64-22) en una lata de una pinta en un horno caliente ajustado a 140°C; (2) la lata de asfalto se transfirió del horno caliente a una manta calefactora; (3) la manta calefactora se ajustó a una temperatura de 190°C; (4) se introdujo un mezclador de bajo cizallamiento en la muestra de asfalto; (5) se encendió el mezclador de bajo cizallamiento y se ajustó a una velocidad de mezcla de 250 rpm; (6) la muestra de asfalto alcanzó una temperatura de 190°C; (7) se añadió lentamente aditivo polimérico a la muestra de asfalto en un período de 2 minutos; (8) la muestra de asfalto se mezcló durante 1 hora; (9) se detuvo el mezclador de bajo cizallamiento y se retiró de la muestra de asfalto; (10) la lata de una pinta se sacó cuidadosamente de la manta calefactora; (11) las muestras de prueba de la lata de una pinta se prepararon y probaron según la norma AASHTO M320. Los resultados de las pruebas realizadas se resumen en la Tabla 1 posterior.
Tabla 1
Figure imgf000008_0001
Grado PG real 66,9-24,9 76,6-22,7 72,1-23,3 81,4-23,1 76,2-23,4 Intervalo de temperatura útil (UTI) 91,8 99,3 95,4 104,5 99,6 Grado PG 64-22 76-22 70-22 76-22 76-22
Los datos de la Tabla 1 muestran que las mezclas de polietileno oxidado de alta densidad y polipropileno maleado amplían el intervalo de PG (UTI) del aglutinante asfáltico en un grado mayor que cantidades iguales de polietileno oxidado de alta densidad y polipropileno maleado solo (comparar las mezclas 1,2 y 3). Estos datos también muestran que cantidades totales más pequeñas de mezclas de polímeros pueden ampliar el intervalo de PG del aglutinante asfáltico en el mismo grado que cantidades más grandes de los polímeros individuales (comparar las mezclas 1 y 4).
También se realizaron pruebas similares para determinar las proporciones óptimas de mezcla. Los resultados de estas pruebas se resumen en la Tabla 2 posterior.
Tabla 2
Figure imgf000008_0002
73,9­ 75­ 76,2­ 74­ 73,4­ 69,4­ Grado PG real 66,9-24,9 66,9-24,9 23,3 23,3 23,4 23,6 23,6 23,4 Intervalo de
temperatura útil (UTI) 91,8 91,8 97,2 98,3 99,6 97,6 97,0 92,8 Grado PG 64-22 64-22 70-22 70-22 76-22 70-22 70-22 64-22
Los datos de la Tabla 2 muestran que una relación de mezcla de 3:2 con respecto a una mezcla de polietileno oxidado de alta densidad y polipropileno maleado es óptima (ver mezcla 3).
También se realizaron pruebas similares para analizar mezclas de polietileno oxidado de alta densidad y homopolímero de polietileno. Los resultados de estas pruebas se resumen en la Tabla 3 posterior.
Tabla 3
Figure imgf000009_0001
Grado PG real 64-29,6 65,3-28,3 65,6-28,7 Intervalo de temperatura útil (UTI) 93,6 93,6 94,3 Grado PG 64-28 64-28 64-28
Los datos de la Tabla 3 muestran que las cantidades totales más pequeñas de mezclas de polímeros pueden ampliar el intervalo de PG del aglutinante asfáltico en el mismo grado que cantidades mayores de los polímeros individuales (comparar las mezclas 1 y 2).
Las otras mezclas de polímeros de la presente invención se prueban como las mezclas descritas anteriormente y dan resultados de prueba similares.
También se ensayaron composiciones de aglutinantes asfálticos de tipo techado que comprenden polietileno oxidado de alta densidad (Ox. HDPE) o polipropileno maleado (MAPP), o mezclas de ambos tipos de polímeros (Tabla 4). Estas pruebas muestran que las mezclas de polietileno oxidado de alta densidad y polipropileno maleado tienen efectos sinérgicos sobre la dureza del asfalto (PEN) y el punto de ablandamiento del asfalto. La penetración se determinó usando la norma ASTM D5 y el punto de ablandamiento se determinó usando protocolos de prueba ASTM D36.
Tabla 4
Figure imgf000009_0002

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una composición de aglutinante asfáltico que comprende: a) asfalto y b) una mezcla de polímeros que comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos.
2. La composición de aglutinante asfáltico según la reivindicación 1, en la que el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador están presentes en una relación en peso de 1:4 a 4:1, respectivamente.
3. La composición de aglutinante asfáltico según la reivindicación 1, que tiene un intervalo de temperatura útil (UTI) de al menos 90°C.
4. La composición de aglutinante asfáltico según la reivindicación 1, en la que la composición de aglutinante asfáltico consiste esencialmente en: a) asfalto y b) una mezcla de polímeros que comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos.
5. Un material de pavimentación o techado que comprende:
agregado; y
una composición de aglutinante asfáltico que comprende:
a) asfalto; y
b) una mezcla de polímeros que comprende (i) polietileno oxidado de alta densidad y (ii) un polímero modificador elegido de entre: polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos.
6. El material para pavimentos o techos según la reivindicación 5, en el que el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador están presentes en una relación en peso de 1:4 a 4:1, respectivamente, y en el que la composición de aglutinante asfáltico tiene un intervalo de temperatura útil (UTI ) de al menos 90°C.
7. Un método para preparar una composición de aglutinante asfáltico, comprendiendo dicho método mezclar asfalto, polietileno oxidado de alta densidad y un polímero modificador elegido de entre polipropileno maleado, homopolímero de polietileno, polietileno de alta cristalinidad o combinaciones de los mismos para formar la composición de aglutinante asfáltico.
8. El método según la reivindicación 7, en el que la mezcla se realiza a una temperatura de 75°C a 200°C y durante un tiempo de 30 minutos a 6 horas.
9. El método según la reivindicación 7, en el que la composición de aglutinante asfáltico comprende: de 65 a 99% en peso de asfalto y de 1 a 35% en peso de polietileno oxidado de alta densidad total y polímero modificador, basado en el peso total de la composición de aglutinante asfáltico.
10. El método según la reivindicación 7, en el que el polietileno oxidado de alta densidad y el polímero modificador están presentes en una relación en peso de 1:4 a 4:1, respectivamente.
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