ES2969648T3

ES2969648T3 - Composiciones bituminosas que comprenden lignina.

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Publication number: ES2969648T3
Application number: ES18189129T
Authority: ES
Inventors: Duy Michael Le; Frosch Mogensbæk Foverskov Mia
Original assignee: Inbicon AS
Current assignee: Inbicon AS
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: EP3380555A1; CA3206646A1; US20180346658A1; US11898014B2; EP3447086A1; CN108350226A; WO2017088892A1; BR112018010585B1; CA3006226C; BR112018010585A2; EP3447086C0; CN108350226B; US20240182649A1; CA3006226A1; EP3447086B1

Abstract

La presente invención se refiere a una composición que comprende betún, uno o más agentes modificadores de la plasticidad y lignina, así como a métodos y usos relacionados con dichas composiciones. En particular, se describen composiciones con propiedades mejoradas, tales como propiedades de mezcla. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Composiciones bituminosas que comprenden lignina

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a composiciones bituminosas adecuadas para trabajos de construcción, tales como composiciones adecuadas para carreteras, pavimentos, impermeabilización, techos asfálticos, adhesivos y similares. La invención también se refiere a un método para proporcionar dichas composiciones y a diversos usos de las mismas. En particular, esta invención se refiere a betún modificado con polímeros (PMB) que comprende lignina y uno o más componentes adicionales, tales como rellenos, áridos y componentes activos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El betún es uno de los materiales de ingeniería más antiguos y se ha estado usando desde hace miles de años. Los antiguos habitantes usaban directamente el betún natural, que habitualmente se encuentra en la superficie terrestre. A principios del siglo XX, el betún refinado se produjo por primera vez refinando petróleo crudo en los EE. UU. Desde entonces, el consumo mundial de betún ha aumentado rápidamente, usándose la mayor parte en la construcción de carreteras. En 2011, el consumo mundial de betún se estimó en aproximadamente 102 millones de toneladas por año, de las cuales aproximadamente el 85 % se usó en asfalto para la construcción de diversos tipos de pavimentos, tales como carreteras y otras áreas pavimentadas. Típicamente, el asfalto contendrá aproximadamente un 5 % en masa de betún, comprendiendo habitualmente el 95 % restante una mezcla de áridos minerales y materiales mucho más finos, tales como relleno de piedra caliza, así como otros componentes.

Un 10 % adicional de la producción mundial de betún se usa en aplicaciones para techado, tales como techos asfálticos y membranas reforzadas con fibra en tela asfáltica, y el 5 % restante se usa principalmente con fines de sellado y aislamiento en una variedad de materiales de construcción, tales como material de impermeabilización, recubrimientos de tuberías, soporte de moqueta, selladores de juntas, adhesivo y pintura.

El asfalto laminado, a veces también llamado hormigón asfáltico laminado, es el uso más extendido de asfalto/betún y se usa para fabricar asfalto para superficies de carreteras y, de acuerdo con la Wikipedia (19 de noviembre de 2015), representa aproximadamente el 85% del asfalto consumido en los Estados Unidos. Las mezclas de pavimento asfáltico típicamente se componen de un 5 % de cemento asfáltico/bituminoso y un 95 % de áridos (piedra, arena y grava). Debido a su naturaleza altamente viscosa, el cemento asfáltico/bituminoso debe calentarse para poder mezclarlo con los áridos en la instalación de mezcla asfáltica. La temperatura requerida varía dependiendo de las características del asfalto/betún y los áridos, pero las tecnologías de mezcla asfáltica en caliente permiten a los productores reducir la temperatura requerida.

Cuando se realiza mantenimiento en pavimentos asfálticos, tal como fresado para retirar una superficie desgastada o dañada, el material retirado se puede devolver a una instalación para procesarlo en nuevas mezclas de pavimento. El asfalto/betún del material retirado se puede reactivar y volver a usar en nuevas mezclas de pavimento. Dado que aproximadamente el 95 % de las carreteras pavimentadas están construidas o revestidas con asfalto, cada año se recupera una cantidad sustancial de material de pavimento asfáltico. De acuerdo con encuestas de la industria realizadas anualmente por la Administración Federal de Carreteras y la Asociación Nacional de Pavimentos Asfálticos, más del 99 % del asfalto retirado cada año de las superficies de las carreteras durante los proyectos de ampliación y repavimentación se reutiliza como parte de nuevos pavimentos, calzadas, arcenes y terraplenes.

La pavimentación con asfalto también se usa ampliamente en aeropuertos de todo el mundo. Debido a su robustez y capacidad de reparación rápida, se usa ampliamente en pistas dedicadas al aterrizaje y despegue de aviones. El asfalto fundido es un tipo de asfalto que se diferencia del asfalto denso graduado o del hormigón asfáltico en que tiene un mayor contenido de asfalto/betún (aglutinante), generalmente aproximadamente el 7-10% de toda la mezcla de áridos, a diferencia del asfalto laminado, que tiene sólo aproximadamente el 5 % de asfalto/betún añadido. Esta sustancia termoplástica se usa ampliamente en la industria de la construcción para impermeabilizar techos planos y depósitos subterráneos. El asfalto fundido se calienta a una temperatura de, por ejemplo, 210 °C y se extiende en capas para formar una barrera impermeable de, por ejemplo, aproximadamente 20 milímetros de espesor.

Para obtener una visión general sobre el estado de la técnica respecto al betún y/o asfalto, incluyendo cualquier composición que comprenda betún, el suministro de dichas composiciones, así como los usos y aplicaciones, normas, definiciones y similares, se hace referencia, por ejemplo, al documento "The Shell Bitumen Handbook", sexta edición (SHB#6; ISBN 978-0-7277-5837-8. Sin embargo, la lignina mencionada en relación con el betún en esta referencia es sulfonato de lignina.

La química del betún es muy compleja y las propiedades del betún producido están estrechamente relacionadas con las fuentes de petróleo crudo y los procesos de refinería. Seleccionando el petróleo crudo apropiado y/o los procesos de refinería adecuados, se pueden obtener las propiedades deseadas del betún. Sin embargo, existen límites a las propiedades del betún, por ejemplo, resistencia a la formación de surcos y grietas de las superficies de las carreteras, estabilidad a la abrasión, idoneidad a las condiciones meteorológicas y climáticas, etc.

Para obtener betún de mayor calidad, un número cada vez mayor de investigaciones comenzaron a centrarse también en la modificación del betún. Los materiales bituminosos típicamente tienen una trabajabilidad muy deficiente cuando se usan como material de pavimentación, adhesivo o material impermeabilizante, debido a su adhesividad extremadamente alta. Por lo tanto, los materiales bituminosos se usan a menudo después de mejorar su fluidez mediante un medio tal como calentamiento (es decir, proceso de fusión por calor), tratamiento para que esté en forma de emulsión mediante el uso de un agente emulsionante adecuado y agua, y disolución en un disolvente adecuado, para asegurar una trabajabilidad deseable. Entre dichas emulsiones de materiales bituminosos, las emulsiones acuosas de asfalto se denominan generalmente "emulsiones asfálticas". Dichas emulsiones asfálticas pueden, por ejemplo, clasificarse en emulsiones de descomposición rápida (emulsiones para aplicación), que se aplican directamente a la superficie del objeto, y emulsiones de descomposición lenta (es decir, emulsiones para mezclar), que se mezclan con árido. Aunque el tensioactivo a usar en la preparación de una emulsión asfáltica se selecciona adecuadamente entre tensioactivos aniónicos, tensioactivos catiónicos, tensioactivos no iónicos y tensioactivos anfóteros, el tipo del mismo generalmente se determina dependiendo del proceso de ejecución del mismo.

Entre las emulsiones asfálticas anteriores, una para mezclar se mezcla con árido, relleno y otros componentes. La composición asfáltica así preparada se puede usar para la construcción de pavimentación de una carretera. La denominada rotura de emulsión se produce por la evaporación y eliminación de los componentes acuosos en la composición, tras la ejecución de una carretera usando una composición asfáltica. De este modo, el asfalto se endurece para completar la construcción de pavimentación de una carretera.

Como se ha descrito anteriormente, el betún también se puede utilizar en techos de asfalto. El intervalo de temperatura desde que el betún de destilación (directa) es fluido hasta que está duro y crujiente es bastante pequeño, lo que puede ser problemático, ya que debería poder evitar daños a pesar de la meteorología adversa y cambiante. El intervalo de temperatura se puede aumentar (especialmente hacia temperaturas más altas) mediante oxidación del betún. Esto se puede hacer soplando aire caliente a través del betún a una temperatura de aproximadamente 250 °C.

Para lograr un intervalo de temperatura mayor hacia temperaturas más bajas, se puede elegir inicialmente un betún blando adecuado o se puede añadir betún blando o aceite bituminoso después de la oxidación.

La mayoría de los techos de asfalto tienen capas de betún con una cierta cantidad de relleno mineral añadido. La adición mejora la calidad del techo de asfalto y proporciona, por ejemplo, un efecto de armado, ya que se aumenta el punto de reblandecimiento y/o disminuye el riesgo de agrietamiento. El relleno mineral puede estabilizar el betún, ya que se une a parte de los aceites bituminosos, que de otro modo podrían evaporarse y endurecer el betún. Además, el relleno puede disminuir el efecto de la luz ultravioleta, de modo que el betún se descompone a un ritmo menor. La adición de relleno también puede disminuir la inflamabilidad del betún y, por tanto, aumentar la resistencia del techo de asfalto al fuego volante.

El betún modificado con polímeros (PMB), es decir, betún que comprende elastómeros, plastómeros, caucho, cauchos de neumáticos reciclados, modificadores de la viscosidad y/o polímeros reactivos, se ha vuelto cada vez más popular como sustituto de los betunes de grado de penetración, por ejemplo, en las capas superiores de pavimentos asfálticos, pero también en otras aplicaciones industriales, debido a sus propiedades mejoradas. Se ha demostrado que el punto de reblandecimiento de los PMB puede verse influenciado por el tipo y la cantidad de polímero añadido al betún. Si bien los copolímeros de estireno-butadieno fueron los modificadores de betún más usados en la primera década del siglo XXI, en los últimos años otros modificadores se han vuelto cada vez más populares en la búsqueda de mejorar el rendimiento del betún. Los ejemplos incluyen parafina, ceras de amida y caucho granulado reciclado.

El betún no tiene un punto de fusión exacto; gradualmente se vuelve más blando cuando se expone al calor. El punto de reblandecimiento del betún se puede determinar mediante el uso de un método especificado en la norma europea EN 1427. En el método mencionado anteriormente, un anillo con un diámetro de 20 mm se llena con betún y, después de enfriarlo, se coloca en un baño líquido. Encima del anillo lleno de betún se coloca una bola de acero con una masa de 3,50 g y el baño líquido se calienta gradualmente a un ritmo de 5 °C por minuto. La bola finalmente se hundirá a través de la capa de betún en el anillo, y cuando la bola alcanza una profundidad dada, la temperatura se mide y se define como el punto de reblandecimiento del betún.

La indicación de la viscosidad/blandura a una temperatura dada se puede determinar usando el método descrito en la norma europea EN 1426, en donde, en esencia, se determina hasta qué punto una aguja estándar penetra en el betún, cuando se aplica una carga de 100 Se aplica g durante 5 segundos.

Existe una variedad de especificaciones relativas al betún y a las composiciones que comprenden betún. Estas comprenden, por ejemplo, EN 12591, EN 13924, EN 14023, IS 73:2006, ASTM D946-09, ASTM D3381-09 y M 226-80.

Otras normas y/o especificaciones relacionadas con el betún y/o las composiciones que comprenden betún pueden encontrarse, por ejemplo, en el documento SHB#6, capítulo 5.

En Europa, los betunes y betunes modificados con polímeros para asfaltos se fabrican comúnmente de acuerdo con las siguientes normas: EN 12591:2009a (BSI, 2009a), que cubre betunes de grado de penetración y viscosidad; EN 13924:2006 (BSI, 2006), que cubre betunes duros para pavimentación, y EN 14023:2010 (BSI, 2010a), que cubre betunes modificados con polímeros (PMB).

A menudo, los betunes para usos industriales pueden especificarse mediante la norma EN 13304:2009 (BSI, 2009b), que cubre betunes oxidados, y la norma EN 13305:2009 (BSI, 2009c), que cubre betunes industriales duros.

Los betunes reblandecidos y fluxados son betunes mezclados con componentes de hidrocarburos (combustibles) más o menos volátiles, principalmente queroseno. Se caracterizan, por ejemplo, por una especificación de viscosidad, EN 15322:201 3 (BSI, 2013), que proporciona el marco para dichos productos.

Para betún de grado de penetración, se consideran apropiados métodos de prueba simples como los descritos en la norma EN 12591. El betún modificado, tal como el PMB, puede requerir métodos de prueba más sofisticados para describir adecuadamente su rendimiento. Aunque los PMB a menudo comprenden aglutinantes de tecnología avanzada, todavía se designan tanto por el alcance de penetración como por un punto de reblandecimiento mínimo: por ejemplo, 45/80-55 es un PMB con una penetración de 45-80 dmm y un punto de reblandecimiento de al menos 55 °C. Además de los métodos de prueba que se aplican a estos métodos tradicionales de nomenclatura, el marco de especificación EN 14023:2010 (BSI, 2010a) incluye en su Anexo B varias pruebas más sofisticadas como parámetros clave de rendimiento que es necesario validar, tales como (i) reómetro de viga de flexión basado en el método de prueba EN 14771:2012 (BSI, 2012a), (ii) reómetro de corte dinámico basado en el método de prueba EN 14770:2012 (BSI, 2012b), (iii) energía de deformación por fuerza-ductilidad basado en los métodos de prueba EN 13589:2008 (BSI, 2008) y En 13703:2003 (BSI, 2003), (iv) propiedades de tracción mediante la prueba de tracción EN 13587:2010 (BSI, 2010b), y (v) propiedades elásticas mediante la prueba de recuperación elástica EN 13398:2010 (BSI, 2010c).

Los betunes oxidados se usan a menudo para aplicaciones industriales tales como tejados, suelos, masillas, recubrimientos de tuberías, pinturas, etc.). Habitualmente se especifican y designan en referencia tanto al punto de reblandecimiento como a las pruebas de penetración: por ejemplo, 85/40 es un betún de grado oxidado con un punto de reblandecimiento de 85 ± 5 °C y una penetración de 40 ± 5 dmm. Los betunes oxidados también deben cumplir con los criterios de solubilidad, pérdida por calentamiento y punto de inflamación, tales como BSI, 2009b. Los puntos de reblandecimiento de los grados de betún oxidados son considerablemente más altos que los de los betunes de grado de penetración correspondientes y, por lo tanto, la susceptibilidad a la temperatura (es decir, el índice de penetración es alto) es mucho menor, de 2 a 8.

Los betunes duros se usan para aplicaciones industriales (briquetas de carbón, pinturas, etc.). Se especifican con referencia tanto al punto de reblandecimiento como a las pruebas de penetración, pero se designan únicamente mediante un intervalo de punto de reblandecimiento y el prefijo H: por ejemplo, H80/90 es un betún de grado duro con un punto de reblandecimiento entre 80 y 90 °C. Habitualmente, los betunes duros también deben cumplir con los criterios de solubilidad, pérdida por calentamiento y punto de inflamación, tales como BSI, 2009c.

La calidad del betún, por ejemplo, en el contexto de composiciones que comprenden betún para uso en carreteras, puede comprender reología, cohesión, adhesión y durabilidad (véase, por ejemplo, documento SHB#6, capítulo 5, en particular 5.5.1-5.5.4)

Se ha sugerido incluir lignina en composiciones que comprenden betún, incluyendo asfalto, véase, por ejemplo, documento SHB#6, tabla 8.1, página 152. Tradicionalmente, la lignina se obtiene y aísla como subproducto en la industria de fabricación de papel. Por consiguiente, en el proceso Kraft, las astillas de madera se cuecen en un digestor presurizado en un líquido alcalino fuerte que contiene sulfuro a 130 - 180 °C. En estas condiciones, la lignina y la hemicelulosa se degradan en fragmentos que son solubles en el líquido alcalino. La celulosa permanece sólida y se separa para su posterior procesamiento en la fabricación de papel, mientras que el líquido que contiene los fragmentos de lignina, denominado licor negro, se evapora hasta un contenido de materia seca de aproximadamente el 65 - 80 %. Este licor negro concentrado que comprende fragmentos de lignina se quema para recuperar productos químicos, tales como hidróxido de sodio y compuestos de azufre inorgánicos para su reutilización en el proceso Kraft y para utilizar el valor calorífico de los fragmentos de lignina contenidos en el licor negro.

La lignina habitualmente no se aísla en el proceso Kraft, sino que los fragmentos que componen lignina se queman en estado húmedo. Sin embargo, si el licor negro alcalino se neutraliza o acidifica con ácido, los fragmentos de lignina precipitarán como un sólido y podrán aislarse. Una planta de procesamiento de Kraft puede tener instalaciones para aislar de esta manera los fragmentos de lignina.

Convenientemente, los fragmentos de lignina se aíslan solubilizando dióxido de carbono, recuperado en otra parte del proceso Kraft, en el licor negro para neutralizar/acidificar el licor negro dando como resultado la precipitación de los fragmentos de lignina.

Los fragmentos de lignina recuperados del proceso Kraft tienen un tamaño molecular muy reducido y una pureza muy alta en comparación con la lignina ubicada en las astillas de madera de las que se origina. Se cree que esta reducción del tamaño molecular se debe al hecho de que la cocción presurizada en el líquido alcalino tiene lugar en presencia de iones sulfuro (S2-) o bisulfuro (HS-), que actúan como reactivos de escisión de enlaces éter, escindiendo así los enlaces éter de la lignina y dando como resultado fragmentos de lignina que tienen tamaños muy reducidos. La alta pureza se debe a que la lignina y hemicelulosa Kraft han sido totalmente solubilizadas durante el proceso de cocción, por lo que se han separado completamente de la fracción de celulosa, y después solo la lignina precipita durante la acidificación.

Otra fuente de componente de lignina puede ser la industria de refinación de biomasa. En el proceso de producción de bioetanol de segunda generación (2G), o para abreviar el proceso de refinación de biomasa, una biomasa lignocelulósica que comprende celulosa, hemicelulosa y lignina se puede convertir en etanol. El proceso comúnmente implica i) un pretratamiento hidrotérmico de la biomasa lignocelulósica para hacer que la celulosa sea accesible a los catalizadores en una etapa posterior; seguido de ii) una hidrólisis de la celulosa para descomponer la celulosa en carbohidratos solubles y finalmente iii) una fermentación de los carbohidratos solubles en etanol. Una vez que se ha realizado la hidrólisis quedan una fracción de fibra y una fase líquida. La fase líquida obtenida después de la etapa de hidrólisis comprende carbohidratos solubles útiles para la fermentación en etanol. La fracción restante obtenida después de la etapa de hidrólisis comprende un componente de lignina.

La fracción de fibra se compone principalmente de lignina, celulosa, hemicelulosa y componentes de ceniza. En comparación, por ejemplo, con la lignina Kraft, la lignina procedente de la industria del biorrefinación 2G es un material más complejo, cuyas propiedades fisicoquímicas sólo se describen esporádicamente. El componente de lignina se puede enjuagar, lavar, filtrar y/o prensar para obtener lignina en un estado más purificado. Sin embargo, esto sólo eliminará algunas de las sales solubles y los carbohidratos con cadenas cortas.

El componente de lignina lavado, lavado, filtrado, secado y/o prensado obtenido de esta manera habitualmente se prensa en microgránulos y se usa como combustible sólido.

Con respecto a la lignina y/o fracciones ricas en lignina, incluidos los métodos para su provisión, caracterización y definiciones, también se hace referencia a la solicitud de patente internacional PCT/DK2015/050242 "Lignomulsion", presentada el 14 de agosto de 2015.

El documento EP2918640A1 se refiere a una composición bituminosa, a un pavimento, a un techado, a un método para preparar una composición bituminosa, a un método para aumentar la rigidez de una composición bituminosa y al uso de una composición bituminosa. La composición bituminosa de la invención comprende un compuesto de lignina o un derivado del mismo, en donde el 10 % en peso o más en peso de dicho compuesto de lignina o derivado del mismo está molecularmente disuelto en dicha composición bituminosa. Sin embargo, la lignina de acuerdo con el documento EP2918640A1 es preferentemente lignina modificada químicamente para que se disuelva molecularmente en el betún. Todos los ejemplos de D1 utilizan lignina Organosolv, que incluso ha sido modificada químicamente añadiendo hidróxido de sodio a 50 grados C y posteriormente otro agente modificador.

Sorprendente e inesperadamente, los inventores han descubierto que el uso de una fracción rica en lignina proporcionada a partir de biomasa, tal como fracciones ricas en lignina procedentes, por ejemplo, de producción de biocombustibles de segunda generación, que ha sido tratada con menos severidad y, por lo tanto, que tiene una polaridad baja medida por la capacidad de intercambio iónico de lignina y/o el contenido de hidroxilo fenólico de la lignina (en el presente documento también denominada "lignina 2G") da como resultado, entre otros efectos y características deseados, una menor formación de espuma cuando se mezcla con betún y un agente modificador de la plasticidad, en comparación con, por ejemplo, lignina pura y/o lignina Kraft. Sin desear vincularse a ninguna teoría, también se cree que la lignina que tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina de 0,4 mol/kg o menos, o 0,3 mol/kg o menos y/o que tiene un contenido fenólico de 2 mmol/g o menos proporciona los efectos sorprendentes descubiertos actualmente.

En consecuencia, se cree sorprendente e inesperadamente que la provisión y diversos usos de composiciones bituminosas de acuerdo con la presente invención dan como resultado una o más de las siguientes ventajas y/o efectos, en particular, pero no exclusivamente, cuando dichas composiciones bituminosas comprenden, por ejemplo, lignina 2G obtenida a partir de biomasa lignocelulósica, tal como biomasa lignocelulósica blanda, en particular, pero no exclusivamente, a partir de procesos que comprenden un pretratamiento esencialmente sin adición de ácido o base:

(i) mayor respeto al medio ambiente,

(ii) mejora de la huella de CO2,

(iii) menor necesidad de productos químicos, tales como agentes modificadores de la plasticidad,

(iv) reducción de la formación de espuma, por tanto, por ejemplo, necesidad nula o reducida de agentes antiespumantes,

(v) lignina de mayor grado o componentes ricos en lignina en las composiciones bituminosas,

(vi) reducción de costes, ya que la lignina es generalmente menos costosa que, por ejemplo, SBS u otros componentes que puedan ser reemplazados o sustituidos, al menos en parte, por lignina menos costosa, (vii) reducción o prevención de la oxidación, por ejemplo, durante la mezcla de betún en presencia de lignina y/o de, por ejemplo, superficies expuestas al aire y/u oxígeno,

(viii) resistencia mejorada a los rayos UV debido a la presencia de lignina,

(ix) mayor esperanza de vida (longevidad) de las composiciones bituminosas, carreteras, pavimentos, techos de asfalto, impermeabilizaciones, adhesivos o cualquier construcción que comprenda una composición bituminosa como se divulga en el presente documento,

(x) mayor resistencia a la penetración, y/o

(xi) aumento del punto de reblandecimiento,

cuando, por ejemplo, en comparación con composiciones similares y/o comparables que comprenden, por ejemplo, lignina pura, lignina Organosolv, lignina a la sosa, lignina Kraft tal como Indulin AT y/o lignina similar a Kraft.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a una composición que comprende betún, uno o más agentes modificadores de la plasticidad, lignina y, opcionalmente, uno o más componentes adicionales; en donde dicha lignina se obtiene a partir del tratamiento de biomasa lignocelulósica blanda y en donde dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) de 0,4 mol/kg de materia seca (MS) o menos y en donde el contenido de OH fenólico (phOH) es inferior a 2 mmol/ gramo.

En una realización, la presente invención se refiere a la composición en donde el betún es betún de destilación directa, betún duro, betún oxidado, betún reblandecido o betún fluxado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1 -Medición del desarrollo relativo de espuma en una muestra.

Figura 2 -Desarrollo relativo de espuma frente a concentración de SBS para betún que comprende diferentes productos de lignina.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En el contexto de la presente invención, cualquier término usado en el presente documento comprende las definiciones proporcionadas en el documento "The Shell Bitumen Handbook, 6.a edición n.° 6" (ISBN 978-0-7277-5837-8), a menos que se defina de otra manera.

En el contexto de la presente invención, el término "betún" pretende comprender un producto hidrocarbonado producido a partir de la refinación de petróleo crudo. Esto se logra comúnmente retirando las fracciones más ligeras (tales como el gas licuado de petróleo, la gasolina y el diésel) del petróleo crudo durante el proceso de refinación. En Norteamérica, el betún se conoce comúnmente como aglutinante asfáltico o asfalto. En el documento industrial The Bitumen Industry - A Global Perspective (Eurobitume and the Asphalt Institute, 2011) se usa una definición completa de betún refinado y se reproduce aquí palabra por palabra: El betún es un material de ingeniería y se produce para cumplir con una variedad de especificaciones basadas en propiedades físicas. El betún es el producto residual de la destilación del petróleo crudo en la refinación de petróleo. El producto básico a veces se denomina betún "de destilación directa" y se caracteriza por el n.° CAS 8052-42-4 o 64741-56-6, que también incluye residuos obtenidos mediante separación adicional en un proceso de desasfaltado. El betún se puede procesar aún más soplando aire a su través a temperaturas elevadas para alterar sus propiedades físicas para aplicaciones comerciales. Las características generales del betún oxidado se describen en el n.° CAS 64742-93-4. La gran mayoría de los betunes de petróleo producidos se ajustan a las características de estos dos materiales tal como se describen en sus correspondientes definiciones CAS. El betún se produce según las especificaciones de calidad, ya sea directamente mediante refinación o mediante mezcla.

El término betún comprende betún de destilación directa, betún duro, betún oxidado, betún reblandecido y betún fluxado.

El término betún también se usa a veces para productos derivados del carbón, tales como el alquitrán de hulla o las breas de alquitrán de hulla. Estos se fabrican mediante pirólisis a alta temperatura (>800 °C) de carbones bituminosos y se diferencian sustancialmente del betún derivado del petróleo crudo en comparación y características físicas. Sin embargo, en la definición de betún en el contexto de la presente invención pueden estar comprendidos el alquitrán de hulla y/o las breas de alquitrán de hulla.

El término betún a veces también se puede usar para breas de petróleo (n.° CAS 68187-58-6), que a menudo son residuos aromáticos, producidos por craqueo térmico, coquización u oxidación a partir de fracciones de petróleo seleccionadas. La composición de las breas de petróleo difiere significativamente de la del betún derivado del petróleo crudo. Sin embargo, en el contexto de la presente invención, las breas de petróleo pueden estar incluidas en la definición de betún.

El término betún a veces también se puede usar para asfalto natural o de lago, tal como el asfalto del lago Trinidad, gilsonita, asfalto de roca y Selenice. Estos productos no están refinados y no se obtienen mediante refinación de petróleo crudo. A menudo contienen una elevada proporción de materia mineral (hasta un 37 % en peso) y componentes ligeros, lo que provoca una mayor pérdida de masa al calentarse. Sin embargo, en el contexto de la presente invención, el asfalto natural o de lago, tal como el asfalto del lago Trinidad, la gilsonita, el asfalto de roca y el Selenice, pueden estar comprendidos en la definición de betún.

Existe una variedad de especificaciones y/o normas relacionadas con el betún y las composiciones que comprenden betún. Estas comprenden, por ejemplo, EN 12591, EN 13924, EN 14023, IS 73:2006, ASTM D946-09, ASTM D3381-09 y M 226-80,

Ejemplos adicionales de normas/especificaciones de betún comprenden, por ejemplo, EN 12591 (incluyendo, por ejemplo, 20/30, 30/45, 35/50, 40/60, 50/70, 70/100, 100/150, 160/220, 250/330, 330/430), así como betunes de grado AC EN 12591 (incluyendo, por ejemplo, CA 20, CA 10); betunes duros para pavimentación (EN 13924 (incluyendo, por ejemplo, 5/15, 10/20, 15/25), betunes especiales para pavimentación (En 13924 (incluyendo, por ejemplo, 1/10 mg, 10/20 mg); betún modificado con polímeros, por ejemplo, estable en almacenamiento (EN 14023 (incluyendo, por ejemplo, Betún Q8 QmB 25/55 - 55, 45/80 - 50, 45/85 - 65, 75/130 - 75), especificaciones de aceite indio (IS 73:2006 (<v>G-10, VG-20, VG-30, VG -40), especificaciones de la norma europea ASTM D946-09 (40-50, 60-70, 85-100, 120-150, 200-300), betún de grado de viscosidad estándar (ASTM D3381-09 y M 226-80 (AC- 2.5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-30, AC-40) y betún de grado de viscosidad RTFOT (ASTM D3381-09 y M 226-80 (AR-1000, AR-2000, AR-4000 , AR-8000, AR-16000)).

En Europa, los betunes y betunes modificados con polímeros para asfaltos se fabrican comúnmente según las siguientes normas: EN 12591:2009a (BSI, 2009a), que cubre betunes de grado de penetración y viscosidad; EN 13924:2006 (BSI, 2006), que cubre betunes duros para pavimentación, y EN 14023:2010 (BSI, 2010a), que cubre betunes modificados con polímeros (PMB).

A menudo, los betunes para usos industriales pueden especificarse según la norma EN 13304:2009 (BSI, 2009b), que cubre los betunes oxidados, y la EN 13305:2009 (BSI, 2009c), que cubre los betunes industriales duros.

Para betún de grado de penetración, se consideran apropiados métodos de prueba simples como los descritos en la norma EN 12591. El betún modificado (PMB) puede requerir métodos de prueba más sofisticados para describir adecuadamente su rendimiento.

En el contexto de la presente invención, el término "betún modificado con polímeros" o "PMB" pretende comprender una composición o preparación que comprende betún y uno o más polímeros, y opcionalmente lignina.

Los PMB se han vuelto cada vez más populares como reemplazo de los betunes de grado de penetración, comúnmente en las capas superiores de los pavimentos asfálticos, a menudo debido a las mejores propiedades de los PMB. Aunque representan aglutinantes de tecnología avanzada, todavía se designan tanto por el alcance de penetración como por un punto de reblandecimiento mínimo: por ejemplo, 45/80-55 es un PMB con una penetración de 45-80 dmm y un punto de reblandecimiento de al menos 55° C. Además de los métodos de prueba que se aplican a estos métodos tradicionales de nomenclatura, el marco de especificación EN 14023:2010 (BSI, 2010a) incluye en su Anexo B varias pruebas más sofisticadas como parámetros clave de rendimiento que deben validarse, tales como (i) reómetro de viga de flexión basado en el método de prueba EN 14771:2012 (BSI, 2012a), (ii) reómetro de corte dinámico basado en el método de prueba EN 14770:2012 (BSI, 2012b), (iii) energía de deformación por fuerza-ductilidad basado en los métodos de prueba EN 13589:2008 (BSI, 2008) y E<n>13703:2003 (BSI, 2003), (iv) propiedades de tracción mediante el ensayo de tracción EN 13587:2010 (BSI, 2010b) y (v) propiedades elásticas mediante el ensayo de recuperación elástica EN 13398:2010 (BSI, 2010c).

Se ha demostrado que el punto de reblandecimiento de los PMB puede verse influenciado por el tipo y la cantidad de polímero añadido al betún. Si bien los copolímeros de estireno-butadieno fueron los modificadores de betún más ampliamente usados en la primera década del siglo XXI, en los últimos años otros modificadores se han vuelto cada vez más populares en la búsqueda de mejorar el rendimiento del betún. Los ejemplos incluyen parafina, ceras de amida y caucho granulado reciclado.

En el contexto de la presente invención, el término "preparación de betún" pretende comprender una composición que comprende betún y uno o más compuestos, ingredientes y similares adicionales, tales como aceite, aditivo, etc. En el contexto de la presente invención, el término "emulsión bituminosa" pretende comprender una preparación o composición que comprende gotitas de betún y uno o más ingredientes diferentes, dispersados en un medio acuoso. En el contexto de la presente invención, el término "betún de destilación directa" pretende comprender betún producido principalmente mediante procesos de destilación.

En el contexto de la presente invención, el término "betún duro" pretende comprender betún de destilación directa con bajos valores de penetración. Los betunes duros se usan a menudo en aplicaciones industriales (briquetas de carbón, pinturas, etc.). Se especifican con referencia tanto al punto de reblandecimiento como a las pruebas de penetración, pero se designan únicamente mediante un intervalo de punto de reblandecimiento y el prefijo H: por ejemplo, H80/90 es un betún de grado duro con un punto de reblandecimiento entre 80 y 90°°C. Habitualmente, los betunes duros también deben cumplir con los criterios de solubilidad, pérdida por calentamiento y punto de inflamación, tales como BSI, 2009c.

En el contexto de la presente invención, el término "betún oxidado" pretende comprender betún producido haciendo pasar aire a través de betún caliente en condiciones controladas de temperatura y presión, produciendo así un producto con características específicas. Los betunes oxidados se usan a menudo para aplicaciones industriales tales como tejados, suelos, masillas, recubrimientos de tuberías, pinturas, etc.). Habitualmente se especifican y designan con referencia tanto al punto de reblandecimiento como a las pruebas de penetración: por ejemplo, 85/40 es un betún de grado oxidado con un punto de reblandecimiento de 85 ± 5°°C y una penetración de 40 ± 5 dmm. Los betunes oxidados también deben cumplir con criterios de solubilidad, pérdida por calentamiento y punto de inflamación, tales como BSI, 2009b. Los puntos de reblandecimiento de los grados de betún oxidados son considerablemente más altos que los de los betunes de grado de penetración correspondientes y, por lo tanto, la susceptibilidad a la temperatura (es decir, el índice de penetración es alto) es mucho menor, de 2 a 8.

En el contexto de la presente invención, el término "betún reblandecido" y/o "betún fluxado" comprende betún mezclado con componentes de hidrocarburos (combustibles) más o menos volátiles, principalmente queroseno. Dicho o dichos betunes se caracterizan, por ejemplo, por una especificación de viscosidad, EN 15322:201 3 (BSI, 2013), que proporciona el marco para dichos productos.

Calidad del betún, por ejemplo, en el contexto de composiciones que contienen betún para uso en carreteras, puede comprender reología, cohesión, adhesión y durabilidad, por ejemplo, como se divulga en el documento SHB#6, capítulo 5, en particular los capítulos 5.5.1-5.5.4)

En el contexto de la presente invención, el término "asfalto" pretende comprender material para revestimiento de carreteras que comprende o consiste esencialmente en betún, áridos/rellenos minerales y puede comprender aditivos adicionales. Por tanto, el asfalto se refiere a composiciones que comprenden betún y árido(s)/relleno(s), opcionalmente componentes adicionales, dichas composiciones habitualmente son adecuadas para productos de revestimiento de carreteras y comúnmente contienen principalmente betún y áridos minerales. El asfalto como se usa en el presente documento también puede comprender términos alternativos tales como asfalto de mezcla en caliente (HMA) y hormigón asfáltico (AC). A menudo en los medios de comunicación y en el lenguaje común se hace referencia incorrecta al asfalto como "tarmac" (abreviatura de "tarmacadam"). El tarmacadam es un producto para revestimiento de carreteras que usa alquitrán de hulla como aglutinante y no se ha usado en la construcción de carreteras durante más de 30 años.

La extremadamente amplia gama de usos del betún queda demostrada por el número de usos registrados en Europa bajo los requisitos de la normativa de Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Productos Químicos (REACH), que exige que todas las sustancias químicas y usos asociados estén registrados.

El betún se puede usar en una variedad de áreas, tales como (i) agricultura, (ii) edificios y pavimentación industrial, (iii) hidráulica y control de erosión, (iv) industrial, (v) pavimentación, (vi) ferrocarriles y (vii) actividades recreativas. Ejemplos específicos adicionales del uso de las categorías anteriores se divulgan en otra parte.

El betún está disponible en una variedad de grados. En todo el mundo se usan especificaciones para definir estos grados y satisfacer las necesidades de las aplicaciones, el clima, las condiciones de carga y el uso final. Habitualmente, se basan en una serie de métodos de prueba estándar que definen las propiedades de cada grado, tales como dureza, viscosidad, solubilidad y durabilidad.

Los betunes también se usan para fabricar mezclas o preparados. En estos productos, el betún a menudo es el componente principal, pero pueden contener proporciones significativas de otros materiales para cumplir con los requisitos del uso final. Estas mezclas se clasifican químicamente como preparaciones bituminosas.

En el contexto de la presente invención, los términos "árido(s)" o "reNeno(s)" se pueden usar indistintamente y pretenden comprender el constituyente habitualmente más grande en los asfaltos, típicamente, pero no exclusivamente, por ejemplo el 92-96 % en masa. Se cree que el tipo de árido, su mineralogía y sus propiedades físicas y químicas tienen un impacto significativo en el rendimiento del asfalto. Los áridos adecuados y sus propiedades para su uso conforme a las mezclas asfálticas europeas se pueden especificar de acuerdo con las normas nacionales o regionales, tales como la EN 13043 (BSI, 2002). Esta norma define el árido como un "material granular usado en la construcción", y lo separa en uno de tres tipos de árido (i) natural, (ii) manufacturado, (iii) reciclado, descritos de la siguiente manera: (i) Árido natural: "árido de fuentes minerales que han sido sometidas únicamente a procesamiento mecánico" (por ejemplo, roca triturada, arenas y grava, a menudo denominados áridos primarios); ii) Áridos manufacturados: "áridos de origen mineral resultantes de un proceso industrial que implique modificación térmica o de otro tipo" (por ejemplo, escoria de alto horno); y (iii) Árido reciclado: "árido resultante del procesamiento de material inorgánico o mineral previamente usado en la construcción" (por ejemplo, asfalto recuperado).

Se puede dar una categorización adicional de los áridos mediante la descripción del tamaño de las partículas: (i) árido grueso: sustancialmente retenido en un tamiz de prueba de 2 mm; (ii) árido fino: que sustancialmente pasa por un tamiz de prueba de 2 mm; (iii) árido todo en uno: una combinación de áridos gruesos y finos; y (iv) árido de relleno: que sustancialmente pasa por un tamiz de prueba de 0,063 mm.

Se pretende que los tipos de roca adecuados como árido(s) comprendan (i) rocas ígneas, (ii) sedimentarias y/o (iii) metamórficas.

En el contexto de la presente invención, el término "agente(s) modificador(es) de la plasticidad" pretende comprender uno o más de plastómero, elastómero termoplástico, caucho, modificador de la viscosidad y polímero reactivo.

En el contexto de la presente invención, el término "plastómero" comprende compuestos tales como etileno-acetato de vinilo (EVA), etileno-acrilato de metilo (EMA), etileno-acrilato de butilo (EBA), polipropileno atáctico (APP), polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC) y poliestireno (PS), incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En el contexto de la presente invención, el término "elastómero termoplástico" comprende compuestos tales como elastómero de estireno-butadieno (SBE), elastómero de estireno-butadieno-estireno (SBS) lineal o radial, caucho de estireno-butadieno (SBR), elastómero de estireno-isopreno-estireno (SIS), elastómero de estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS), terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), copolímero aleatorio de isobuteno-isopreno (IIR), poliisobuteno (PIB), polibutadieno (Pb D), poliisopreno (PI), incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En el contexto de la presente invención, el término "caucho(s)" comprende caucho granulado, caucho de neumáticos usados, caucho reciclado, caucho natural, látex de caucho y similares.

En el contexto de la presente invención, el término "modificador(es) de viscosidad" pretende comprender uno o más aceites fundentes (aromáticos, nafténicos, parafínicos) o ceras de Fischer-Tropsch, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En el contexto de la presente invención, el término "polímero(s) reactivo(s)" pretende comprender compuestos tales como uno o más terpolímeros aleatorios de etileno, éster acrílico y metacrilato de glicidilo, o copolímero de estireno-butadieno-estireno injertado con anhídrido maleico, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En el contexto de la presente invención, el término "agente(s) antiespumante(s)" pretende comprender uno o más compuestos y/o composiciones, a menudo a base de silicona, tales como polímeros de silicona activos, polímeros de siloxano, siloxanos organomodificados, pero también compuestos/composiciones no siliconadas que comprenden dispersiones de poliéter basadas en polipropileno, antiespumantes de tipo ácido graso y emulsionantes no iónicos. Hay una variedad de agentes antiespumantes disponibles en el mercado que son eficaces para prevenir y/o reducir la formación de espuma y/o disminuir significativamente la semivida de la espuma en aplicaciones a base de betún y/o asfalto.

En el contexto de la presente invención, el término "componente activo" pretende comprender, por ejemplo, agente(s) dispersante(s), tensioactivo(s), agente(s) hidrotrópico(s), emulsionante(s), agente(s) conservante(s), agente(s) antiespumante(s) y cualquier combinación de los mismos.

En el contexto de la presente invención, a menos que se indique lo contrario, "%" indica % peso/peso (p/p).

En el contexto de la presente invención, los términos "aproximadamente", "alrededor de", "de forma aproximada" o el símbolo "~" pueden usarse indistintamente y pretenden comprender variaciones generalmente aceptadas en el campo, por ejemplo, que comprenden errores analíticos y similares. Por tanto, "aproximadamente" también puede indicar una incertidumbre de medición comúnmente experimentada en la técnica, que puede ser del orden de magnitud de, por ejemplo, /-1, 2, 5, 10, 20 o incluso 50 por ciento.

Se debe interpretar que el término "que comprende" especifica la presencia de las partes, etapas, características, componentes o similares indicados, pero no excluye la presencia de una o más partes, etapas, características, componentes, etc. Por ejemplo, una composición que comprende un compuesto químico puede comprender compuestos químicos adicionales.

En el contexto de la presente invención, se entiende que el término "lignina" comprende el término "componente de lignina", y ambos términos pueden usarse indistintamente. Por tanto, el término "lignina" en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas también puede referirse al polímero denominado como tal y que está presente en material vegetal lignocelulósico sin procesar. Además, también se entenderá que el término "lignina" significa una "lignina" que ha sido sometida a diversos tratamientos físicos y/o químicos que imponen cambios en la estructura del polímero de lignina, que al mismo tiempo conserva su carácter polimérico y que contiene cantidades significativas de hemicelulosa y celulosa.

Por lo tanto, "lignina", como se usa en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, puede referirse a una lignina que ha sido sometida a ligeras modificaciones estructurales.

Asimismo, "lignina" como se usa en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas puede referirse a una lignina que ha sido sometida a ligeras modificaciones estructurales y/o que comprende una cantidad de residuos químicos provenientes de su modo de fabricación, o provenientes de compuestos nativos para el material lignocelulósico a partir del que se aísla.

Otro proceso para obtener lignina es mediante extracción en líquidos iónicos (produciendo lignina líquida iónica). Los líquidos iónicos son sales que se encuentran en estado líquido a una temperatura relativamente baja (por ejemplo, por debajo de 100°°C). Se cree que la lignina obtenida con líquidos iónicos posee propiedades similares a las de la lignina Organosolv. Sin embargo, la regeneración de líquido iónico es problemática y, por lo tanto, la producción a escala industrial está limitada hasta que se logren mayores avances en este campo.

Si bien el término "lignina" en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas se refiere al polímero indicado como tal y que está presente en material vegetal lignocelulósico sin procesar, el término "componente de lignina" en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas tiene un significado más amplio.

En la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, el término "componente de lignina" se entenderá como una "lignina" que ha sido sometida a diversos tratamientos físicos y/o químicos que imponen cambios menores en la estructura del polímero de lignina, pero que aún conserva su carácter polimérico y que contiene cantidades importantes de hemicelulosa y celulosa.

Por lo tanto, un "componente de lignina" como se usa en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas puede referirse a una lignina que ha sido sometida a ligeras modificaciones estructurales.

Asimismo, un "componente de lignina" como se usa en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas puede referirse a una lignina que ha sido sometida a ligeras modificaciones estructurales y/o que comprende una cantidad de residuos químicos provenientes de su modo de fabricación, o provenientes de compuestos nativos del material lignocelulósico a partir del que se aísla.

En el contexto de la presente invención, el término "lignina" pretende comprender un subproducto de la producción de bioetanol de segunda generación (2G). Existen diversos procesos diferentes de bioetanol de segunda generación conocidos en la técnica que pueden proporcionar dicho componente de lignina, incluyendo procesos Organosolv. Los esquemas para procesar biomasa lignocelulósica, incluyendo etapas de proceso específicas así como esquemas generales para convertir una biomasa lignocelulósica en sacáridos solubles y una fracción fibrosa que es o comprende el componente de lignina, son objeto de numerosas patentes publicadas y solicitudes de patente. Véanse, por ejemplo, los documentos WO 94/03646; WO 94/29474; WO 2006/007691; US2007/0031918; WO 2008/112291; WO 2008/137639; EP 2 006 354; US 2009/0326286; US 2009/0325251; WO 2009/059149; US 2009/0053770; EP 2 169 074; WO 2009/102256; US 2010/0065128; US 2010/0041119; WO 2010/060050; WO2007009463 A2, WO2007009463 A1; WO2011125056 A1; y WO2009125292 A2, y WO 2014/019589.

"Biomasa lignocelulósica" se refiere a biomasa vegetal que comprende celulosa y lignina, y habitualmente también hemicelulosa e incluye biomasa, tal como materias primas de biomasa lignocelulósica blanda, tales como residuos agrícolas tales como paja de cereales, por ejemplo, paja de trigo, cebada, centeno o sorgo, pasto, hojas, bagazo de caña de azúcar, bagazo de sorgo dulce, rastrojos de maíz y racimos de frutas vacíos, residuos sólidos urbanos (RSU), digestato, otros residuos, etc. El término "biomasa" también se refiere a otros tipos de biomasa, tales como residuos, aguas residuales y estiércol.

"Biomasa lignocelulósica blanda" se refiere a biomasa vegetal distinta de la madera, que comprende celulosa y lignina, y habitualmente también hemicelulosa.

"Biomasa lignocelulósica", tal como materias primas de biomasa lignocelulósica blanda, tales como residuos agrícolas tales como paja de cereales, por ejemplo, paja de trigo, cebada, centeno o sorgo, pasto, hojas, bagazo de caña de azúcar, bagazo de sorgo dulce, rastrojos de maíz y racimos de fruta vacíos, residuos sólidos urbanos (RSU), digestato, otros residuos o biomasa, etc., son pretratados, habitualmente precedido por una etapa de limpieza, donde por ejemplo, se eliminan arena, piedras, objetos extraños y similares, y/o después de una autohidrólisis de una sola etapa hasta un número de xilano del 10% o superior, típicamente comprenden un pequeño componente de monómeros C6 (1x), principalmente glucosa con algunos otros azúcares; un componente mayor de oligómeros C6 solubles (aproximadamente 2x - 7x); un componente mayor de monómeros C5 (aproximadamente 4x - 8x), principalmente xilosa con algo de arabinosa y otros azúcares; y un componente mucho mayor de xilooligómeros solubles (aproximadamente 18x - 30x) en donde "nx" se refiere al número de unidades de azúcar, es decir, 1x = monómero, 2x = dímero, etc. Los xilooligómeros solubles típicamente incluyen principalmente xilohexosa, xilopentosa, xilotetraosa, xilotriosa y xilobiosa con algunos oligómeros de cadena superior. Los xilooligómeros también pueden modificarse, tal como esterificarse.

Se pueden pretratar diferentes materias primas usando autohidrólisis de una sola etapa para, por ejemplo, número de xilano del 10% o mayor mediante una variedad de combinaciones diferentes de tiempos de residencia y temperaturas del reactor. Un experto en la materia determinará fácilmente mediante experimentación rutinaria una rutina de pretratamiento apropiada para aplicar con cualquier materia prima dada, usando cualquier reactor dado y con cualquier sistema de carga y descarga de reactor de biomasa dado. Cuando las materias primas se pretratan usando un reactor continuo, se cargan mediante un sistema de compuerta o un alimentador de tapón roscado y se descargan mediante un sistema de compuerta de "bomba de partículas" o un sistema de hidrociclón, una severidad muy baja del 10 % o más de un número de xilano, se puede lograr, por ejemplo, usando estirpes típicas de paja de trigo o racimos de fruta vacíos a una temperatura de 180 °C y un tiempo de residencia en el reactor de 24 minutos. Para materias primas de biomasa típicas, tales como la biomasa lignocelulósica blanda de variedades comúnmente usadas de rastrojo de maíz, bagazo de caña de azúcar y bagazo de sorgo dulce, se cree que se pueden lograr severidades bajas, tales como números de xilano > 10 %, usando una temperatura de aproximadamente 180 °C y un tiempo de residencia en el reactor de aproximadamente 12 minutos, o usando una temperatura de aproximadamente 175 °C y un tiempo de residencia en el reactor de aproximadamente 17 minutos. Un experto en la materia entenderá fácilmente que los tiempos de residencia y las temperaturas pueden ajustarse para lograr niveles comparables de severidad Ro. Después del pretratamiento, la biomasa pretratada se separa en una fracción sólida y una fracción líquida mediante una etapa de separación sólido/líquido. Se entenderá fácilmente que la "fracción sólida" y la "fracción líquida" pueden subdividirse o procesarse adicionalmente. En algunas realizaciones, la biomasa se puede eliminar de un reactor de pretratamiento simultáneamente con la separación sólido/líquido. En algunas realizaciones, la biomasa pretratada se somete a una etapa de separación sólido/líquido después de haber sido descargada del reactor, típicamente usando un sistema de prensa de tornillo simple y de bajo coste, para generar una fracción sólida y una fracción líquida. Las actividades de la enzima celulasa son inhibidas por la fracción líquida, más notablemente debido al contenido de xilooligómero pero posiblemente también debido al contenido de fenol y/u otros compuestos aún no identificados. Puede ser ventajoso lograr los niveles más altos posibles de contenido de materia seca en la fracción sólida o, como alternativa, eliminar la cantidad más alta posible de sólidos disueltos de la fracción sólida. En algunas realizaciones, la separación sólido/líquido logra una fracción sólida que tiene un contenido de MS de al menos el 40 %, al menos el 45 %, al menos el 50 % o al menos el 55 %. La separación sólido/líquido usando sistemas de prensa de tornillo ordinarios típicamente puede alcanzar niveles de MS de hasta el 50 % en la fracción sólida, especialmente cuando la materia prima de biomasa ha sido pretratada y procesada de tal manera que se mantenga la estructura de la fibra.

El término"digestato" se usa preferentemente para referirse al material que queda después de la digestión anaeróbica de una materia prima biodegradable. Ventajosamente, el digestato puede separarse mediante medios de separación, tales como filtros, tanques de sedimentación o similares, en "digestato deshidratado" y "agua rechazada".

En el contexto de la presente invención, el término "materia prima" o "sustrato" significa preferentemente una biomasa que contiene celulosa, hemicelulosa, lignocelulósica o almidón y también sustratos que contienen aceites y proteínas y una biomasa que contiene grasa, proteína, azúcar, celulosa, hemicelulosa o almidón.

En este contexto, el término "residuos" significa preferentemente cualquier tipo de residuo que tenga un contenido orgánico, tal como residuos sólidos urbanos (RSU), residuos industriales, residuos animales o residuos vegetales. En el contexto de la presente invención, el término "digestión anaeróbica" se refiere preferentemente a actividad microbiana, tal como, entre otras, fermentación en condiciones de aireación controladas, por ejemplo, en ausencia o en una cantidad muy limitada de gas oxígeno en el que se produce gas metano y/o hidrógeno. El gas metano se produce en la medida en que la concentración de metano disuelto generado metabólicamente en la fase acuosa de la mezcla de fermentación dentro de la "digestión anaeróbica" se satura en las condiciones usadas y se emite gas metano desde el sistema.

El término "digestión aeróbica" se refiere preferentemente a una fermentación microbiana realizada en condiciones aireadas.

El digestato o el digestato deshidratado puede someterse a una etapa de procesamiento y retroalimentarse a un fermentador (AD (digestión aeróbica y anaeróbica), FAD, CSTR, híbrido CSTR/FAD), o incluso regresar a un proceso microbiano que produzca un " biolíquido" (= el sustrato para la producción de biogás mediante AD) - por ejemplo, una instalación de tratamiento de residuos, tal como una instalación de tratamiento de RSU (residuos sólidos urbanos) (por ejemplo, un proceso REnescience en el que los RSU sin clasificar se humedecen y se calientan a temperaturas apropiadas para la hidrólisis enzimática; mediante la acción enzimática, los materiales biodegradables se licuan, lo que permite una fácil separación de sólidos no degradables). Este procesamiento de RSU sin clasificar se considera un proceso sólido. La ausencia de, por ejemplo, trituración y/o un tratamiento significativo con calor/presión pueden dar como resultado, por ejemplo, que las patatas no se conviertan eficientemente en "biolíquido".

Como se presenta en el presente documento, el "digestato" puede separarse mediante medios de separación en "digestato deshidratado" y "agua rechazada". El digestato o el digestato deshidratado se puede someter a una etapa de procesamiento y retroalimentar a un fermentador (AD, FAD, CSTR, CSTR incluyendo un FAD), o incluso regresar a un proceso enzimático y/o microbiano que produzca un "biolíquido" (por ejemplo, el sustrato para la producción de biogás mediante AD) tal como una instalación de tratamiento de residuos, tal como una instalación de tratamiento de RSU (residuos sólidos urbanos) (por ejemplo, un proceso REnescience) esencialmente sin un tratamiento significativo de calor/presión, lo que da como resultado, por ejemplo, que las patatas crudas u otras verduras no siempre se conviertan eficientemente en "biolíquido".

"Materia seca", que también aparece como "MS", se refiere a los sólidos totales, tanto solubles como insolubles, y efectivamente significa "contenido sin agua". El contenido de materia seca se mide secando a 105 °C hasta alcanzar un peso constante. La "estructura de la fibra" se mantiene en la medida en que el tamaño medio de los fragmentos de fibra después del pretratamiento sea >750 |im.

"Pretratamiento hidrotérmico" o a veces sólo "pretratamiento" comúnmente se refiere al uso de agua, ya sea como líquido caliente, vapor o vapor presurizado que comprende líquido o vapor a alta temperatura o ambos, para "cocinar" biomasa, a temperaturas de 120 °C o superiores, con o sin adición de ácidos u otros productos químicos. En el contexto de la presente invención, "pretratamiento hidrotérmico" pretende comprender métodos, operaciones unitarias y/o procesos relacionados con el reblandecimiento de biomasa lignocelulósica mediante el uso de temperatura y agua, y habitualmente, también, presión, con el objetivo de proporcionar una biomasa pretratada adecuada para digestión enzimática.

"Pretratamiento hidrotérmico presurizado de una sola etapa" se refiere a un pretratamiento en el que la biomasa se somete a un pretratamiento hidrotérmico presurizado en un único reactor configurado para calentar la biomasa en una sola etapa y en el que no se aplica ningún pretratamiento hidrotérmico presurizado adicional después de una etapa de separación sólido/líquido para eliminar la fracción líquida de la materia prima sujeta a pretratamiento hidrotérmico presurizado.

"Separación sólido/líquido" se refiere a un proceso mecánico activo y/u operación(es) unitaria(s), mediante el cual el líquido se separa del sólido mediante la aplicación de fuerza a través, por ejemplo, de prensado, centrifugación, sedimentación, decantación o similares. Comúnmente, una separación sólido/líquido (s/l) proporciona una fracción líquida y sólida.

"Fracción sólida" y "fracción líquida" se refieren al fraccionamiento de biomasa pretratada y/o hidrolizada en separación sólido/líquido. El líquido separado se denomina colectivamente "fracción líquida". La fracción residual que comprende un contenido considerable de sólidos insolubles se denomina "fracción sólida". Una "fracción sólida" tendrá un contenido sustancial de materia seca y típicamente también comprenderá un residuo considerable de "fracción líquida" que tendrá así la forma de un sólido o una suspensión espesa.

En el contexto de la presente invención, "número de xilano" se refiere a una caracterización de la biomasa pretratada determinada de la siguiente manera: la biomasa pretratada se somete a separación sólido/líquido para proporcionar una fracción sólida con aproximadamente un 30 % de sólidos totales y una fracción líquida. A continuación, esta fracción sólida se lava parcialmente mezclándola con agua a 70 °C en una proporción de sólidos totales (MS) respecto a agua de 1:3 peso:peso. La fracción sólida lavada de esta manera se prensa a continuación hasta aproximadamente un 30 % de sólidos totales. Como alternativa, la biomasa pretratada se puede someter a separación sólido/líquido para proporcionar una fracción sólida con aproximadamente un 50 % de sólidos totales y una fracción líquida. Con ambos métodos, aproximadamente el 25 % de los sólidos disueltos permanecen en la fracción sólida con los sólidos suspendidos. El contenido de xilano de la fracción sólida lavada de esta manera se puede determinar usando, por ejemplo, el método de A. Sluiter, et al., "Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass", Procedimiento analítico de laboratorio (LAP) del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU. con fecha de publicación el 25 de abril de 2008, como se describe en el Informe técnico NREL/TP-510-42618, revisado en abril de 2008. Esta medición del contenido de xilano como se describe incluirá alguna contribución de material soluble de la fracción líquida residual que no se elimina por lavado de la fracción sólida en estas condiciones. Por consiguiente, en el contexto de la presente invención, el término "número(s) de xilano" se refiere a severidades de (pre)tratamiento y se refiere a una medición compuesta y/o valores que reflejan una combinación ponderada tanto del contenido de xilano residual que permanece dentro de los sólidos insolubles como del contenido de xilano residual y también la concentración de xilosa y xilooligómeros solubles dentro de la fracción líquida. A menor severidad Ro, el número de xilano es mayor. Por tanto, el número de xilano más alto se refiere a la severidad previa al tratamiento más baja. El número de xilano proporciona una correlación lineal negativa con la medida de severidad convencional log Ro incluso para severidad baja, donde el contenido de xilano residual dentro de los sólidos insolubles es superior al 10 %. Generalmente, las severidades del pretratamiento baja, media y alta proporcionan números de xilano de > 10 %, 6-10 % y <6 %, respectivamente.

En particular, de forma sorprendente e inesperada, los inventores se han dado cuenta de que la fuente del componente de lignina influye en la calidad de la composición bituminosa. En particular, parece más adecuada una lignina menos polar, tal como una composición bituminosa, en donde dicho componente de lignina no es lignina procedente de la producción de papel y pasta, tal como lignina Kraft, en donde dicha lignina Kraft se proporciona a partir de biomasa mediante un proceso conocido en la técnica como proceso/método Kraft (véase, por ejemplo, Biermann, Christopher J. (1993) "Essentials of Pulping and Papermaking" San Diego: Academic Press, Inc.).

Sin desear vincularse a ninguna teoría, se cree que un tratamiento alcalino tiene un efecto negativo sobre la calidad de la lignina para usos relacionados con la presente invención, por tanto, en algunas realizaciones, dicho componente de lignina no se ha proporcionado mediante un método Kraft u otro método que comprende un tratamiento alcalino, tal como mediante la adición de NaOH u otra base para proporcionar un pH de aproximadamente 10 o superior, a o aproximadamente pH 11 o superior, o a o aproximadamente pH 12 o superior. Además, se cree que no son necesarias modificaciones adicionales de la lignina o del componente de lignina para obtener una composición bituminosa de acuerdo con la presente invención, por lo que algunas realizaciones se refieren a que se desea que un componente de lignina no haya sido esterificado y/o no se haya sometido a una etapa de esterificación, por ejemplo, como se divulga en el documento WO2015/094098. Se cree que es una ventaja que no se necesiten etapas adicionales, tales como dicha modificación de la lignina.

Parece una tarea compleja, por no decir imposible, medir la polaridad de una composición compleja tal como la lignina. Sin embargo, los inventores han desarrollado un método para evaluar la polaridad, basado en la capacidad de intercambio iónico de la lignina (LIEC; véase, por ejemplo, la sección experimental para más detalles) y/o el contenido de hidroxilo fenólico de la lignina. Se hizo evidente que la lignina Kraft tiene una LIEC significativamente mayor en comparación con la lignina usada en las composiciones de la presente invención, por ejemplo, lignina 2G que no ha sido sometida a un tratamiento alcalino. Se cree además que cualquier madera, por ejemplo, madera de álamo y/o cualquier otra madera que, por ejemplo, es adecuada para la industria del papel, si se procesa sin tratamiento alcalino y con una menor severidad, tal como en un proceso 2G destinado a la producción de bioetanol, dará como resultado una lignina que es menos polar y, por tanto, adecuada para proporcionar una composición bituminosa de acuerdo con la presente invención.

En el contexto de la presente invención, los términos "pretratamiento en dos etapas" o "pretratamiento de dos etapas" se pueden usar indistintamente y pretenden comprender un proceso que comprende dos o más etapas de pretratamiento, generalmente diseñadas para proporcionar rendimientos de C5 mejorados, tales como procesos divulgados en los documentos WO2010/113129; US2010/0279361; WO 2009/108773; US2009/0308383; US8,057,639 o US20130029406, en donde en estos esquemas de pretratamiento de "dos etapas", parte de la fracción líquida rica en C5 se elimina mediante separación sólido/líquido después de un pretratamiento a temperatura más baja, seguido de un pretratamiento posterior de la fracción sólida, generalmente a mayor temperatura y/o severidad de pretratamiento.

En el contexto de la presente invención, los términos "derivación de C5" o "drenaje de C5" se pueden usar indistintamente y pretenden comprender un proceso en donde se proporciona una fracción líquida habitualmente rica en azúcar C5, tal como a través de una etapa de separación líquido/sólido, por ejemplo, mediante prensado, después y/o durante el pretratamiento, que puede llevarse a cabo como un proceso de pretratamiento de una sola etapa o de dos etapas. El documento PCT/DK2013/050256, presentado el 1 de agosto de 2013, publicado como WO 2014/019589, por ejemplo, divulga dichos procesos.

En el contexto de la presente invención, el término "suspensión espesa completa" pretende comprender un proceso en donde la biomasa pretratada se puede usar directamente en una etapa de hidrólisis posterior, tal como una hidrólisis y/o fermentación enzimática, tal como, por ejemplo, se divulga en el documento PCT/DK2014/050030, presentado el 5 de febrero de 2014, publicado como WO2015/014364.

De acuerdo con la invención, dicho pretratamiento y/o hidrólisis de biomasa se puede realizar con o sin adición de uno o más ácidos o sobre o más bases, tales como H2SO4, HCl, NH3, NH4OH, NaOH, KOH, Ca2(OH) y similares. "Autohidrólisis" se refiere a un proceso de pretratamiento de biomasa lignocelulósica, en el que se libera ácido acético de la hemicelulosa durante dicho proceso, que se cree que cataliza y/o mejora aún más la hidrólisis de la hemicelulosa. La autohidrólisis de la biomasa lignocelulósica se lleva a cabo sin o esencialmente sin adición de ningún producto químico adicional, tal como ácido(s) o base(s), y comúnmente se realiza a un pH entre 3,5 y 9,0. "Preparación de celulasa disponible en el mercado optimizada para la conversión de biomasa lignocelulósica" se refiere a una mezcla de actividades enzimáticas disponible en el mercado que es suficiente para proporcionar hidrólisis enzimática de biomasa lignocelulósica pretratada y que habitualmente comprende actividades endocelulasa (endoglucanasa), exocelulasa (exoglucanasa), endoxilanasa, acetil xilano esterasa, xilosidasa y P-glucosidasa. El término "optimizado para la conversión de biomasa lignocelulósica" se refiere a un proceso de desarrollo de productos en el que se han seleccionado y/o modificado mezclas de enzimas con el propósito específico de mejorar los rendimientos de hidrólisis y/o reducir el consumo de enzimas en la hidrólisis de biomasa lignocelulósica pretratada a azúcares fermentables.

El término "celulasa(s)" pretende comprender una o más enzimas capaces de degradar celulosa y/o compuestos relacionados. La celulasa es cualquiera de varias enzimas comúnmente producidas por hongos, bacterias y protozoos que catalizan la celulolisis, la descomposición de la celulosa y/o polisacáridos relacionados. La celulasa también se puede usar para cualquier mezcla o complejo de diversas de dichas enzimas, que actúan en serie o sinérgicamente para descomponer el material celulósico. Las celulasas descomponen la molécula de celulosa en monosacáridos ("azúcares simples") tales como beta-glucosa y/o polisacáridos y oligosacáridos más cortos. Las reacciones específicas pueden comprender la hidrólisis de los enlaces 1,4-beta-D-glucosídicos en celulosa, hemicelulosa, liquenina y beta-D-glucanos de cereales. Se conocen varios tipos diferentes de celulasas, que se diferencian estructural y mecánicamente. Los sinónimos, derivados y/o enzimas específicas asociados con el nombre "celulasa" comprenden endo-1,4-beta-D-glucanasa (beta-1,4-glucanasa, beta-1,4-endoglucano hidrolasa, endoglucanasa D, 1,4-(1,3,1,4)-beta-D-glucano 4-glucanohidrolasa), carboximetilcelulasa (CMCasa), avicelasa, celudextrinasa, celulasa A, celulosina AP, celulasa alcalina, celulasa A 3, celulasa 9.5 y pancelasa SS.

Las celulasas también se pueden clasificar basándose en el tipo de reacción catalizada, donde las endocelulasas (EC 3.2.1.4) escinden aleatoriamente enlaces internos en sitios amorfos que crean nuevos extremos de cadena, las exocelulasas o celobiohidrolasas (EC 3.2.1.91) escinden de dos a cuatro unidades de los extremos de las cadenas expuestas producidas por la endocelulasa, dando como resultado tetra, tri o disacáridos, tales como la celobiosa. Las exocelulasas se clasifican además en tipo I, que trabaja procesivamente desde el extremo reductor de la cadena de celulosa, y tipo II, que trabaja procesivamente desde el extremo no reductor. Las celobiasas (EC 3.2.1.21) o beta-glucosidasas hidrolizan el producto de exocelulasa en monosacáridos individuales. Las celulasas oxidativas despolimerizan la celulosa mediante reacciones radicalarias, como por ejemplo la celobiosa deshidrogenasa (aceptora). Las fosforilasas de celulosa despolimerizan la celulosa usando fosfatos en lugar de agua.

El término "Hemicelulasa(s)" pretende comprender una o más enzimas capaces de y/o que contribuyen a descomponer la hemicelulosa, uno de los componentes principales de las paredes celulares de las plantas. Se cree que algunos de los principales polisacáridos que constituyen la hemicelulosa son xilano, arabinoxilano, xiloglucano, glucuronoxilano y glucomanano. En el contexto de la presente invención, el término "hemicelulasa(s)" pretende comprender: xilanasa(s), xilosidasa(s), arabinoxilanasa(s), xiloglucanasa(s), glucoronoxilanasa(s), glucomananasa(s) y/o esterasa(s), incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En la siguiente sección, se describen en detalle realizaciones adicionales del aspecto de la divulgación.

En un primer aspecto, la presente divulgación se refiere a una composición que comprende betún, uno o más agentes modificadores de la plasticidad, lignina y opcionalmente uno o más componentes adicionales; en donde dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) de 0,4 mol/kg de materia seca (MS) o menos.

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) de 0,35 mol/kg de materia seca (MS) o menos, tal como 0,30 mol/kg de MS o menos, tal como 0,25 mol/kg de MS o menos, tal como 0,20 mol/kg de MS o menos, o tal como 0,15 mol/kg de MS o menos.

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) en el intervalo de 0,05-0,40, preferentemente 0,05-0,30, más preferentemente 0,05-0,20 o especialmente preferente 0,05-0,15 mol/kg de MS.

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene un contenido de OH fenólico (phOH) de 2 mmol/g o menos, preferentemente 1,75 mmol/g o menos, especialmente preferente 1,5 mmol/g o menos.

En otras realizaciones, dicha lignina tiene un contenido de OH fenólico (phOH) en el intervalo de 0,50-2,0 mmol/g, preferentemente 0,50-1,75 mmol/g, especialmente preferente 0,50-1,50 mmol/g o 0,1-1,50 mmol/kg.

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene un contenido de azufre (S) del 0,4% o menos. En otras realizaciones, dicha lignina tiene un contenido de azufre del 0,35 % o menos, tal como el 0,30 % o menos, tal como el 0,25 % o menos, tal como el 0,20 % o menos, tal como el 0,15 % o menos (p/p).

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene un contenido de azufre en el intervalo del 0,05-0,40 %, preferentemente el 0,05-0,30 %, o especialmente preferente el 0,05-0,20 % (p/p).

En algunas realizaciones, el betún puede ser, por ejemplo, betún de destilación directa, betún duro, betún oxidado, betún reblandecido o betún fluxado.

En algunas realizaciones, dichos componentes adicionales son uno o más áridos y/o rellenos, tales como áridos naturales, fabricados y/o reciclados, incluyendo cualquier combinación de los mismos. Se pueden usar comúnmente en el campo áridos y/o rellenos adecuados. Estos pueden ser, por ejemplo, uno o más de árido grueso, árido fino, árido todo en uno y árido de relleno, por lo que pueden comprender una mezcla de diferentes áridos y/o rellenos. En algunas realizaciones, el árido o relleno comprende roca ígnea, sedimentaria y/o metamórfica, tal como granito, sienita, granodiorita, diorita, gabro, dolerita, diabasa, riolita, traquita, andesita, dacita, basalto; arenisca, gravilla, conglomerado, brecha, arcosa, grauvaca, cuarcita (orto), lutita, limolita, caliza, tiza, dolomita, sílex, pedernal y anfibolitas, gneis, granulita, corneana, mármol, cuarcita (meta), serpentinita, esquisto, pizarra; incluyendo cualquier combinación de las mismas.

En algunas realizaciones, dichos uno o más componentes adicionales también pueden ser, o comprender, uno o más componentes activos.

En algunas realizaciones, dicha(s) composición(es) comprende(n) o consiste(n) en: (a) el 1-99,89 % (p/p) de betún; (b) el 0,01-20 % (p/p) de agente(s) modificador(es) de la plasticidad; (c) el 0,1-50 % (p/p) de lignina; y (d) el 0-95 % (p/p) de componente(s) adicional(es).

En algunas realizaciones, dicha(s) composición(es) comprende(n) o consiste(n) en: (a) el 25-99,89 % (p/p) de betún; (b) el 0,01-20 % (p/p) de agente(s) modificador(es) de la plasticidad; (c) el 0,1-50 % (p/p) de lignina; en donde el % p/p de (a), (b) y/o (c) se calcula como peso por peso total de la suma de betún (a), agentes modificadores de la plasticidad (b) y lignina (c).

En algunas realizaciones, dicha(s) composición(es) comprende(n) o consiste(n) en: (a) el 25-99,89 % (p/p) de betún; (b) el 0,01-20 % (p/p) de agente(s) modificador(es) de la plasticidad; (c) el 0,1-50 % (p/p) de lignina; el 0-95 % (p/p) de componente(s) adicional(es), en donde el % p/p de (a), (b) y/o (c) se calcula como peso por peso total de la suma de betún (a), agentes modificadores de la plasticidad (b) y lignina (c), es decir, excluyendo el(los) componente(s) adicional(es).

En algunas realizaciones, dicha(s) composición(es) comprende(n) el 25-99,89, 60-94 o 74-86 % (p/p) de betún. En algunas realizaciones, dicha(s) composición(es) comprende(n) el 0,01-20, 1-10 o 4-6% (p/p) de agente(s) modificador(es) de la plasticidad.

En algunas realizaciones, dicha composición comprende el 0,1-50, 5-30 o 10-20 % (p/p) de lignina.

En algunas realizaciones, dicha composición comprende el 0-99 o 1-95 % (p/p) de componente(s) adicional(es). En algunas realizaciones, dicha composición comprende el 0-20, 0,1-15, 1-10 o 2-5 % (p/p) de componente activo. En algunas realizaciones, dicha composición comprende el 0-99, o 0-98, 0-97, 0-96, 0-95, 0-94, 0-93, 0-92, 0-91, 0-90, 0- 10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80-90, 80-98, 85-97 o 90-95 % (p/p) de árido y/o relleno.

Las composiciones de acuerdo con el aspecto de la presente divulgación pueden ser adecuadas para, por ejemplo, construcción de carreteras, trabajos de sellado y similares, y/o cualquier uso de acuerdo con, por ejemplo, el tercer aspecto de la invención.

En algunas realizaciones, el (i) betún; (ii) betún y agente modificador de la plasticidad (tal como un betún modificado con polímeros (PMB)); (iii) el betún que comprende lignina; el PMB y la lignina; y/o dicha composición en sí misma puede tener una o más características como se especifica en cualquiera de EN 12591, EN 13924, EN 14023, IS 73:2006, ASTM D946-09, ASTM D3381-09 y M 226-80, EN 12591: 2009a (BSI, 2009a), EN 13924:2006 (BSI, 2006), EN 14023:2010 (BSI, 2010a), EN 13304:2009 (BSI, 2009b), EN 13305:2009 (BSI, 2009c), EN 15322:201 3 (BSI, 2013), EN 14023:2010 (BSI, 2010a), EN 14771:2012 (BSI, 2012a), EN 14770:2012 (BSI, 2012b), EN 13589:2008 (BSI, 2008), EN 13703:2003 (BSI, 2003), EN 13587:2010 (BSI, 2010b) o EN 13398:2010 (BSI, 2010c). En algunas realizaciones adicionales, dicho betún, PMB, betún que comprende lignina, el PMB que comprende lignina, o dicha composición es de grado 20/30, 30/45, 35/50, 40/60, 50/70, 70/100, 100/150, 160/220, 250/330 o 330/430.

En algunas realizaciones, dichos uno o más agentes modificadores de la plasticidad es uno o más plastómeros, uno o más elastómeros termoplásticos, uno o más cauchos, uno o más modificadores de la viscosidad y/o uno o más polímeros reactivos, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dicho plastómero es, por ejemplo, uno o más de etileno-acetato de vinilo (EVA), etileno-acrilato de metilo (EMA), etileno- acrilato de butilo (EBA), polipropileno atáctico (APP), polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), y poliestireno (PS). En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más plastómeros se selecciona de uno o más de: EVA, EMA, EBA, APP, PE, PP, PVC y PS, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dichos elastómeros termoplásticos son, por ejemplo, uno o más de elastómero de butadieno (SBE), elastómero de estireno-butadieno-estireno lineal o radial (SBS), caucho de estireno-butadieno (SBR), elastómero de estireno-isopreno-estireno (SIS), elastómero de estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS), terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), copolímero aleatorio de isobuteno-isopreno (IIR), poliisobuteno (PIB), polibutadieno (PBD), poliisopreno (PI). En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más elastómeros termoplásticos se seleccionan de uno o más de: SBE, SBS; SBR, SIS, EBS, EPDM, IIR, PIB, PBD y PI, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dicho caucho es un caucho natural, tal como látex, o un caucho sintético, tal como caucho de neumáticos reciclado o caucho granulado reciclado.

En algunas realizaciones, dicho modificador de la viscosidad es uno o más aceites fundentes (aromáticos, nafténicos, parafínicos) o ceras de Fischer-Tropsch, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dicho polímero reactivo es uno o más terpolímeros aleatorios de etileno, éster acrílico y metacrilato de glicidilo, o copolímero de estireno-butadieno-estireno injertado con anhídrido maleico, incluyendo cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dicho componente activo se selecciona del grupo que comprende o consiste en uno o más agentes dispersantes, tensioactivos, agentes hidrotrópicos, emulsionantes, agentes conservantes, agentes antiespumantes, modificadores de viscosidad y cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dichos uno o más componente o componente activos adicional están presentes en el intervalo del 0,001 % al 5 % (p/p).

En algunas realizaciones, dichos uno o más agentes modificadores de la plasticidad, la lignina y los uno o más componentes adicionales y/o agente activo opcionales están en un estado de entremezclarse. En algunas realizaciones adicionales, dicho estado de entremezclarse se selecciona del grupo que comprende o consiste en entremezclarse como una solución; entremezclarse como una suspensión; entremezclarse como una emulsión; entremezclarse como una dispersión; entremezclarse como una suspensión; y cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dichos uno o más agentes dispersantes se seleccionan del grupo que comprende o consiste en agentes dispersantes no iónicos, aniónicos, catiónicos y anfóteros y cualquier combinación y/o mezcla compatible de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más agentes dispersantes están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 200 - 20.000 ppm, tal como 300 - 18.000 ppm, por ejemplo, 400 - 16.000 ppm, por ejemplo 500 - 14.000 ppm, tal como 600 - 12.000 ppm, 700 - 10.000 ppm, por ejemplo 800 - 8.000 ppm, tal como 900 - 7.000 ppm, por ejemplo 1.000 - 6.000 ppm, 1.200 - 5.000 ppm, tal como 1.400 - 5.000 ppm, por ejemplo, 1.600 - 4.000 ppm, 1.800 - 3.000 ppm, tal como 2.000 - 2.800 ppm, por ejemplo 2.200 - 2.600 ppm (p/p) en relación con dicha composición, calculada incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dichos uno o más tensioactivos se seleccionan del grupo que comprende o consiste en tensioactivos aniónicos, catiónicos, zwitteriónicos y no iónicos, y cualquier combinación y/o mezcla compatible de los mismos. En algunas realizaciones, dichos uno o más tensioactivos están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 200 - 20.000 ppm, tal como 300 - 18.000 ppm, por ejemplo, 400 - 16.000 ppm, por ejemplo 500 - 14.000 ppm, tal como 600 - 12.000 ppm, 700 - 10.000 ppm, por ejemplo 800 - 8.000 ppm, tal como 900 - 7.000 ppm, por ejemplo 1.000 - 6.000 ppm, 1.200 - 5.000 ppm, tal como 1.400 - 5.000 ppm, por ejemplo, 1.600 - 4.000 ppm, 1.800 - 3.000 ppm, tal como 2.000 - 2.800 ppm, por ejemplo 2.200 - 2.600 ppm (p/p) en relación con dicha composición, calculada incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es). En algunas realizaciones, dichos uno o más agentes hidrotrópicos se seleccionan del grupo que comprende o consiste en: hidrótropos no iónicos, aniónicos, catiónicos y anfóteros y cualquier combinación y/o mezclas compatibles de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más agentes hidrotrópicos están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 200 - 40.000 ppm, tal como 300 - 30.000 ppm, por ejemplo, 400 - 20.000 ppm, por ejemplo 500 - 15.000 ppm, tal como 600 - 12.000 ppm, 700 - 10.000 ppm, por ejemplo 800 - 8.000 ppm, tal como 900 - 7.000 ppm, por ejemplo 1.000 - 6.000 ppm, 1.200 - 5.000 ppm, tal como 1.400 - 5.000 ppm, por ejemplo, 1.600 - 4.000 ppm, 1.800 - 3.000 ppm, tal como 2.000 - 2.800 ppm, por ejemplo 2.200 - 2.600 ppm (p/p) en relación con dicha composición, calculada incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dichos uno o más emulsionantes se seleccionan del grupo que comprende o consiste en fosfato(s) de sodio, estearoil lactilato de sodio catiónico, lecitina, DATEM (éster de monoglicérido del ácido diacetiltartárico) y cualquier combinación y/o mezcla compatible de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más emulsionantes están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 200 - 20.000 ppm, tal como 300 - 18.000 ppm, por ejemplo, 400 - 16.000 ppm, por ejemplo 500 - 14.000 ppm, tal como 600 - 12.000 ppm, 700 - 10.000 ppm, por ejemplo 800 - 8.000 ppm, tal como 900 - 7.000 ppm, por ejemplo 1.000 - 6.000 ppm, 1.200 - 5.000 ppm, tal como 1.400 - 5.000 ppm, por ejemplo, 1.600 - 4.000 ppm, 1.800 - 3.000 ppm, tal como 2.000 - 2.800 ppm, por ejemplo 2.200 - 2.600 ppm (p/p) en relación con dicha composición, calculada incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dichos uno o más agentes conservantes se seleccionan del grupo que comprende o consiste en uno o más carboxilato, benzoato, derivado del ácido benzoico tal como parabeno(s), aldehído(s), tiazina(s), ácido(s) orgánico(s) y similares, y cualquier combinación de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más agentes conservantes están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 -50.000 ppm o 20 - 10.000 ppm, tal como 30 - 8.000 ppm, por ejemplo, 40 - 6.000 ppm, por ejemplo 50 - 5.000 ppm, tal como 60 - 4.000 ppm, 70 - 3.000 ppm, por ejemplo 80 - 2.000 ppm, tal como 90 - 1.500 ppm, por ejemplo 100 -1200 ppm, 120 - 1000 ppm, tal como 140 - 800 ppm, por ejemplo, 160 - 600 ppm, 180 - 400 ppm, tal como 200 - 300 ppm, por ejemplo 2.200 - 250 ppm (p/p) en relación con dicha composición, incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dichos uno o más agentes antiespumantes se seleccionan del grupo que comprende o consiste en polímero(s) de silicona activo(s), polímero(s) de siloxano, siloxano(s) organomodificado(s), compuesto(s)/composición(es) que no son de silicona que comprenden dispersiones de poliéter a base de polipropileno, antiespumante de tipo ácido graso, emulsionante no iónico y cualquier combinación de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más agentes antiespumantes están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 20 - 10.000 ppm, tal como 30 - 8.000 ppm, por ejemplo, 40 - 6.000 ppm, por ejemplo 50 - 5.000 ppm, tal como 60 - 4.000 ppm, 70 - 3.000 ppm, por ejemplo 80 - 2.000 ppm, tal como 90 - 1.500 ppm, por ejemplo 100 - 1200 ppm, 120 - 1000 ppm, tal como 140 - 800 ppm, por ejemplo, 160 - 600 ppm, 180 - 400 ppm, tal como 200 - 300 ppm, por ejemplo 2.200 - 250 ppm (p/p) en relación con dicha composición, incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dichos uno o más modificadores de la viscosidad se seleccionan del grupo que comprende o consiste en uno o más aceites fundentes, tales como aromáticos, nafténicos, parafínicos o cualquier combinación de dichos aromáticos, nafténicos, parafínicos, ceras de Fischer-Tropsch y cualquier combinación de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más modificadores de la viscosidad están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 20 - 10.000 ppm, tal como 30 - 8.000 ppm, por ejemplo, 40 - 6.000 ppm, por ejemplo 50 - 5.000 ppm, tal como 60 - 4.000 ppm, 70 - 3.000 ppm, por ejemplo 80 - 2.000 ppm, tal como 90 - 1.500 ppm, por ejemplo 100 - 1200 ppm, 120 - 1000 ppm, tal como 140 - 800 ppm, por ejemplo, 160 - 600 ppm, 180 - 400 ppm, tal como 200 - 300 ppm, por ejemplo 2200 - 250 ppm (p/p) en relación con dicha composición, incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dichos uno o más polímeros reactivos se seleccionan del grupo que comprende o consiste en uno o más de: terpolímero aleatorio de etileno, éster acrílico y metacrilato de glicidilo, y copolímero de estireno-butadieno-estireno injertado con anhídrido maleico, y cualquier combinación de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, dichos uno o más polímeros reactivos están presentes en dicha composición en una cantidad de 10 - 50.000 ppm o 20 - 10.000 ppm, tal como 30 - 8.000 ppm, por ejemplo, 40 - 6.000 ppm, por ejemplo 50 - 5.000 ppm, tal como 60 - 4.000 ppm, 70 - 3.000 ppm, por ejemplo 80 - 2.000 ppm, tal como 90 - 1.500 ppm, por ejemplo 100 - 1.200 ppm, 120 - 1.000 ppm, tal como 140 - 800 ppm, por ejemplo, 160 - 600 ppm, 180 - 400 ppm, tal como 200 - 300 ppm, por ejemplo 2200 - 250 ppm (p/p) en relación con dicha composición, incluyendo o excluyendo dicho(s) árido(s) opcional(es) y/o relleno(s) opcional(es).

En algunas realizaciones, dicha lignina puede ser una fracción rica en lignina obtenida u obtenible a partir de un proceso que comprende las etapas de (i) pretratamiento de biomasa vegetal y (ii) hidrólisis enzimática de al menos una fracción de la biomasa pretratada de la etapa (i), tal como una producción de bioetanol de 2a generación.

En algunas realizaciones, dicha lignina no es lignina procedente de la producción de papel y pasta, tal como lignina Kraft, en donde dicha lignina Kraft se proporciona a partir de biomasa mediante un proceso conocido en la técnica como proceso/método Kraft. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina no es lignina Kraft, lignosulfonato o lignina a la sosa. Aún en algunas realizaciones adicionales, dicha lignina no se ha proporcionado mediante un método Kraft u otro método que comprenda un tratamiento alcalino, tal como mediante la adición de NaOH u otra base para proporcionar un pH de aproximadamente 10 o superior, a o aproximadamente pH 11o superior, o a o aproximadamente pH 12 o superior.

En algunas realizaciones, dicha lignina no se ha modificado químicamente, tal como esterificada y/o sometida a una etapa de esterificación, como se divulga en el documento WO2015/094098.

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) de 0,4 mol/kg de materia seca (MS) o menos, 0,3 mol/kg de materia seca (MS) o menos, tal como 0,25 mol/kg de MS o menos, tal como 0,20 mol/kg de MS o menos, tal como 0,15 mol/kg de MS o menos, o tal como 0,10 mol/kg de MS o menos. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina tiene una LIEC en el intervalo de 0,05-0,40, 0,10-0,30 o 0,10-0,20 mol/kg de MS. En algunas realizaciones adicionales, la capacidad de intercambio iónico de lignina es de aproximadamente 0,40, 0,35, 0,30, 0,25, 0,20, 0,15, 0,10 mol/kg de materia seca o menos; en el intervalo de 0,10-0,20, 0,20-0,30, 0,30-0,40 mol/kg de materia seca; y/o en el intervalo de 0,05-0,40, 0,10-0,30 o 0,10-0,20 mol/kg de MS. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina es significativamente menos polar que la lignina Kraft, tal como se evalúa mediante medición de LIEC, tal como teniendo una LIEC al menos 0,10, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16 o 0,17 mol/kg de MS menor que la LIEC de la lignina Kraft. Sin desear vincularse a ninguna teoría, se cree que la polaridad más baja y/o la LIEC más baja contribuyen a la idoneidad sorprendente e inesperada de, por ejemplo, lignina 2G para aplicaciones relacionadas con betún de acuerdo con la presente invención.

En algunas realizaciones, dicha lignina es significativamente menos higroscópica, tal como uniéndose a al menos un 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 o 100 % (p/p) menos agua en comparación con la lignina Kraft. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina se hincha significativamente menos que la lignina Kraft, tal como se hincha al menos un 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 o 100% menos, y opcionalmente en donde dicho hinchamiento se determina como un cambio en el tamaño de las partículas tras la suspensión en agua u otro medio adecuado después de 60 min. Sin desear vincularse a ninguna teoría, se cree que puede ser ventajoso en el contexto de la presente invención que la lignina sea menos higroscópica y se hinche menos.

En algunas realizaciones, dicha lignina comprende celulosa en una cantidad de 2.000 - 300.000 ppm, tal como 3.000 - 180.000 ppm, por ejemplo, 4.000 - 160.000 ppm, por ejemplo 5.000 - 140.000 ppm, tal como 6.000 - 120.000 ppm, 7.000 - 100.000 ppm, por ejemplo 8.000 - 80.000 ppm, tal como 9.000 - 70.000 ppm, por ejemplo 10.000 - 60.000 ppm, 12.000 - 50.000 ppm, tal como 14.000 - 50.000 ppm, por ejemplo, 16.000 - 40.000 ppm, 18.000 - 30.000 ppm, tal como 20.000 - 28.000 ppm, por ejemplo 22.000 - 26.000 ppm (p/p).

En algunas realizaciones, dicha lignina comprende hemicelulosa en una cantidad de 2.000 - 200.000 ppm, tal como 3.000 - 180.000 ppm, por ejemplo, 4.000 - 160.000 ppm, por ejemplo 5.000 - 140.000 ppm, tal como 6.000 - 120.000 ppm, 7.000 - 100.000 ppm, por ejemplo 8.000 - 80.000 ppm, tal como 9.000 - 70.000 ppm, por ejemplo 10.000 -60.000 ppm, 12.000 - 50.000 ppm, tal como 14.000 - 50.000 ppm, por ejemplo, 16.000 - 40.000 ppm, 18.000 -30.000 ppm, tal como 20.000 - 28.000 ppm, por ejemplo 22.000 - 26.000 ppm (p/p).

En algunas realizaciones, dicha lignina comprende cenizas en una cantidad de 2.000 - 200.000 ppm, tal como 3.000 - 180.000 ppm, por ejemplo, 4.000 - 160.000 ppm, por ejemplo 5.000 - 140.000 ppm, tal como 6.000 - 120.000 ppm, 7.000 - 100.000 ppm, por ejemplo 8.000 - 80.000 ppm, tal como 9.000 - 70.000 ppm, por ejemplo 10.000 - 60.000 ppm, 12.000 - 50.000 ppm, tal como 14.000 - 50.000 ppm, por ejemplo, 16.000 - 40.000 ppm, 18.000 - 30.000 ppm, tal como 20.000 - 28.000 ppm, por ejemplo 22.000 - 26.000 ppm (p/p).

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene una materia seca (ms) de al menos el 80 % (p/p) o más, tal como al menos el 85 % (p/p), tal como al menos el 90 % (p/p), tal como al menos el 92,5 % (p/p), tal como al menos el 95 % (p/p), tal como al menos el 96 % (p/p), tal como al menos el 97 % (p/p), tal como al menos el 98 % (p/p) o tal como al menos el 99 % (p/p). En algunas realizaciones adicionales, el contenido de materia seca de dicha lignina es del 1,0 -99 % (p/p), 10 - 99 % (p/p) o 20 - 95 % (p/p), tal como del 21 - 94 % (p/p), por ejemplo del 22 - 93 % (p/p), tal como del 23 - 92 % (p/p), tal como del 24 - 91 % (p/p), por ejemplo del 25 - 90 % (p/p), tal como del 26 - 89 % (p/p), tal como del 27 - 88 % (p/p), por ejemplo del 28 - 87 % (p/p), por ejemplo del 29 - 86 % (p/p), tal como del 30 - 85 % (p/p), tal como del 31 - 84 % (p/p), tal como del 32 - 83 % (p/p), tal como del 33 - 82 % (p/p), por ejemplo del 34 -81 % (p/p), tal como del 35 - 80 % (p/p). Para algunas aplicaciones, una materia seca muy alta, tal como más del 95, 96, 97, 98 o 99 % de materia seca (p/p), puede parecer ventajosa.

En algunas realizaciones, dicha lignina tiene un peso molecular promedio (Da) de 1.000 o superior, 1.500 o superior, 2.000 o superior, 2.500 o superior, 3.000 o superior, tal como 3.500 o superior, por ejemplo 4.000 o superior, tal como 5.000 o superior, por ejemplo 5.500 o superior, tal como 6.000 o superior, por ejemplo 7.000 o más, por ejemplo 8.000 o más, tal como 9.000 o superior, por ejemplo 10.000 o superior, tal como 12.000 o superior, por ejemplo 14.000 o superior, por ejemplo 16.000 o superior, por ejemplo, 18.000 o superior, por ejemplo 20.000 o superior, tal como 25.000 o superior, por ejemplo, 30.000 o superior, tal como 35.000 o superior, por ejemplo 40.000 o superior, tal como 45.000 o superior, por ejemplo 50.000 o superior, tal como 55.000 o superior, por ejemplo, 60.000 o superior, tal como 65.000 o superior, por ejemplo 70.000 o superior, tal como 75.000 o superior, por ejemplo 80.000 o superior, tal como 85.000 o superior, por ejemplo 90.000 o superior, tal como 95.000 o superior, o 100.000 o superior.

En algunas realizaciones, dicha lignina se origina a partir de una biomasa lignocelulósica obtenida de una planta anual o perenne. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina se origina a partir de una biomasa lignocelulósica obtenida, obtenible o derivada del grupo que comprende o consiste en uno o más de: cereal, trigo, paja de trigo, arroz, paja de arroz, maíz, fibra de maíz, mazorcas de maíz, rastrojos de maíz, madera dura a granel, madera blanda a granel, caña de azúcar, sorgo dulce, bagazo, cáscaras de frutos secos, racimos de fruta vacíos, pasto, pelos de semillas de algodón, cebada, centeno, avena, sorgo, granos gastados de cervecería, material de desecho de palma, madera, biomasa lignocelulósica blanda, biomasa lignocelulósica dura, y cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, dicha lignina comprende una o más impurezas que se originan en su modo de producción, tales como residuos de enzimas, residuos de levadura, depresor(es) de espuma, compuestos de limpieza in situ (CIP), sales y similares. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina comprende impureza/impurezas que se originan a partir de compuestos nativos del material lignocelulósico, tales como residuos de celulosa, residuos de hemicelulosa, compuestos de azúcar monoméricos, compuestos de azúcar diméricos, compuestos de azúcar oligoméricos, residuos de carbohidratos, residuos de cera, minerales, cenizas, sílice (SiO2), composiciones que comprenden sílice, sales, ácidos orgánicos y similares, y cualquier combinación de los mismos. En algunas realizaciones adicionales, la pureza de dicha lignina es el 40 % (p/p) o más, tal como el 42 % (p/p) o más, por ejemplo el 44 % (p/p) o más, tal como el 46 % (p/p) o más, por ejemplo, el 48 % (p/p) o más, tal como el 50 % (p/p) o más, tal como el 52 % (p/p) o más, por ejemplo el 54 % (p/p) o más, tal como el 56 % (p/p) o más, por ejemplo el 58 % (p/p) o más, tal como el 60 % (p/p) o más, tal como el 62 % (p/p) o más, por ejemplo el 64 % (p/p) o más, tal como el 66 % (p/p) o más, por ejemplo el 68 % (p/p) o más, tal como el 70 % (p/p) o más, tal como el 72 % (p/p) o más, por ejemplo el 74 % (p/p) o más, tal como el 76 % (p/p) o más, por ejemplo el 78 % (p/p) o más, tal como el 80 % (p/p) o más. Aún en algunas realizaciones adicionales, la pureza de dicha lignina es del 30-80, 40-75, 45-72 o 50-60 % (p/p), y/o aproximadamente el 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 u 80 % (p/p). En algunas realizaciones, dicha pureza se determina basándose en el contenido de lignina Klason o lignina insoluble en ácido. Aún en algunas realizaciones adicionales, el porcentaje correspondiente que constituye impurezas puede ser una o más impurezas como se ha definido anteriormente.

En algunas realizaciones, dicha lignina se origina a partir de una biomasa lignocelulósica que ha sido sometida a un pretratamiento hidrotérmico seguido de una hidrólisis de al menos parte de la celulosa y al menos parte de la hemicelulosa presente en dicha biomasa lignocelulósica. En algunas realizaciones adicionales, dicha lignina se origina a partir de una biomasa lignocelulósica que ha sido sometida a un pretratamiento hidrotérmico seguido de una hidrólisis de al menos parte de la celulosa y al menos parte de la hemicelulosa presente en dicha biomasa lignocelulósica; y opcionalmente seguido de una fermentación, tal como una fermentación alcohólica. Aún en algunas realizaciones, dicha hidrólisis es una hidrólisis catalizada por ácido, una hidrólisis enzimática o cualquier combinación de las mismas.

En algunas realizaciones, dicha lignina se obtiene presionando una fracción fibrosa obtenida después de someter dicha biomasa lignocelulósica a dicho pretratamiento hidrotérmico seguido de dicha hidrólisis. En algunas realizaciones adicionales, dicho prensado de dicha fracción fibrosa está precedido por un enjuague y/o lavado de dicha fracción fibrosa. Aún en algunas realizaciones, dicha lignina se obtiene desmenuzando mecánicamente dicha fracción fibrosa prensada en una medida deseada, tal como aproximadamente o al menos el 20, 25, 30, 35 o 40 % de materia seca (p/p).

En algunas realizaciones, dicha lignina se obtiene a partir de biomasa lignocelulósica blanda, tal como una biomasa usada o adecuada para la producción de bioetanol de segunda generación, digestato o residuos y, opcionalmente, de un proceso que no comprende esencialmente ninguna adición de ácido o base durante el pretratamiento.

En algunas realizaciones, dicha composición produce espuma al menos un 25, 20, 15 o 10 % menos al mezclarla en comparación con una composición comparable que comprende, en su lugar, lignina a la sosa, lignina Kraft, tal como Indulin AT, lignina Organosolv o lignina pura. La "lignina pura" puede, por ejemplo, ser lignina con un contenido de lignina Klason de, por ejemplo, más del 80, 90, 95 % (p/p), o lignina Organosolv.

En algunas realizaciones, dicha composición requiere significativamente menos agente antiespumante, tal como al menos el 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 o 90 % menos de agente antiespumante, o ningún agente antiespumante, en comparación con una composición comparable que comprende lignina a la sosa, lignina Kraft, tal como Indulin AT, lignina Organosolv o lignina pura, al mismo tiempo que proporciona características de formación de espuma comparables durante la mezcla.

En algunas realizaciones, dicha composición requiere significativamente menos agente modificador de la plasticidad, tal como al menos el 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 o 90% menos de agente modificador de la plasticidad antiespumante, en comparación con una composición comparable. que comprende lignina a la sosa, lignina Kraft, tal como Indulin AT, lignina Organosolv o lignina pura, sin dejar de proporcionar características comparables, tal como uno o más parámetros de calidad, tales como, por ejemplo, uno o más de: penetración, punto de reblandecimiento, reología, cohesión, adhesión y durabilidad, por ejemplo, como se divulga en el documento SHB#6, capítulo 5, en particular los capítulos 5.5.1-5.5.4.

En algunas realizaciones, dicha composición comprende significativamente más carbono no derivado de betún, tal como al menos el 10, 20, 30, 40, 50 % o más carbono no derivado de betún en comparación con una composición comparable que comprende lignina de sosa, lignina de Kraft, tal como Indulin AT, lignina Organosolv o lignina pura, manteniendo al mismo tiempo características comparables como uno o más parámetros de calidad, tales como por ejemplo, uno o más de: penetración, punto de reblandecimiento, reología, cohesión, adhesión y durabilidad, por ejemplo, como se divulga en el documento SHB#6, capítulo 5, en particular los capítulos 5.5.1-5.5.4.

En algunas realizaciones, dicha composición muestra uno o más de: (i) una reducción significativa en la oxidación, por ejemplo, bajo mezcla y/o exposición de una superficie al aire y/u oxígeno; (ii) un aumento significativo en la resistencia a los rayos UV, y/o (iii) un aumento significativo de la longevidad, en donde dicha reducción o aumento significativo es al menos del orden del 10, 20, 30, 40 o 50 %, en comparación con una composición comparable que comprende lignina a la sosa, lignina Kraft, tal como Indulin AT, lignina Organosolv o lignina pura.

Para evitar dudas, en el contexto de la presente invención, el término "composición comparable" pretende comprender una composición, tal como una composición de referencia, que comprende, por ejemplo, un tipo diferente de lignina (por ejemplo, lignina Kraft, Indulin AT, lignina a la sosa, lignina pura o lignina Organosolv) en lugar de la composición de lignina de acuerdo con el primer aspecto de la invención. Dicha composición de referencia, por ejemplo, contendía o comprendería la misma cantidad de lignina por peso que la composición con la que se compara, y que preferentemente tiene un contenido de materia seca comparable que, por ejemplo, se seca usando el mismo método y equipo(s), y se procesa y se mezcla de manera similar, si corresponde. Obviamente, las distintas ligninas usadas pueden comprender distintos porcentajes de impurezas, que habitualmente se ignoran; por tanto, las composiciones a comparar pueden comprender diferentes porcentajes de, por ejemplo, lignina Klason. La presente invención se describe mediante el siguiente aspecto y realización:

Un aspecto de la presente invención se refiere a una composición que comprende betún, uno o más agentes modificadores de la plasticidad, lignina y, opcionalmente, uno o más componentes adicionales; en donde dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) de 0,4 mol/kg de materia seca (MS) o menos y/o en donde el contenido de OH fenólico (phOH) es inferior a 2 mmol/g.

Una realización de la presente invención se refiere a la composición, en donde el betún es betún de destilación directa, betún duro, betún oxidado, betún reblandecido o betún fluxado.

EJEMPLOS

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Ejemplo 1 - producción de lignina

La información acerca de los diferentes productos de lignina y su origen se presenta en latabla 1. Indulin AT es un producto disponible en el mercado procedente del proceso de fabricación de pasta Kraft. Otros productos de lignina se produjeron en la planta piloto de DONG Energy Inbicon remojando primero la paja de trigo al 40 % de TS con agua (para F3, F4, V2 y V3), con un pH de aproximadamente 6, o con H2SO4 en agua, con un pH de 1,5 ± 0,1 (para A), y realizando a continuación un pretratamiento hidrotérmico en condiciones de proceso adecuadas (en este caso 150-200 °C durante 15-30 minutos) para dar el número de xilano deseado. Los números de xilano indicativos de la severidad del pretratamiento se dan en latabla 1. En el caso de las muestras V2 y V3, el pretratamiento fue más suave que para F3 y F4. Para V2 y V3, se realizó una separación sólido/líquido después del pretratamiento ("derivación de C5"), en donde la fracción sólida avanzó a la hidrólisis enzimática, en contraste con la fracción líquida que evitó esta etapa. Para V2 y V3, la fracción líquida se recombinó con la fracción hidrolizada enzimáticamente antes de la fermentación. La hidrólisis enzimática se realizó con Cellic CTec 3 (Novozymes, Dinamarca) a dosis de enzima baja (50-150 g/kg de glucano) o alta (250-350 g/kg de glucano). El pH se ajustó a 5,0 con CaOH antes de la hidrólisis enzimática. El tiempo de hidrólisis fue de 100 a 120 horas (versión 1) o de 140 a 160 horas (versión 2). En algunos casos, la hidrólisis enzimática fue seguida por la fermentación de glucosa y/o xilosa a etanol. A continuación se realizó una separación sólido/líquido en una prensa de cámara de filtro y la fracción sólida (lignina) se secó a 50 °C hasta un contenido de materia seca de al menos 90. A continuación se molieron muestras de lignina en un IKA MF 10 básico usando un tamiz de 0,5 mm, dando un tamaño de partícula promedio esperado de aproximadamente 0,5 mm. La lignina se caracterizó mediante hidrólisis con ácido fuerte NREl de acuerdo con Sluiter et al. (2008) y titulación no acuosa de acuerdo con Pobiner (1983). Inmediatamente antes de mezclar con betún, las muestras de lignina se secaron a 105 °C en un HR83-P de Mettler Toledo hasta que la pérdida de masa fue insignificante (de acuerdo con la configuración estándar de fábrica) y la muestra, por definición, estaba seca (100 % de TS). Para el análisis, a menos que se indique lo contrario, las muestras se secaron a 50 °C hasta que se estabilizaron (habitualmente 24 h eran suficientes).

Ejemplo 2 - análisis de CHN y XRF

Para el análisis de CHN, se pesó 1 mg de muestra seca en un dedal de estaño y se analizó el contenido de C, H y N en un analizador de CHN EA3000 de Eurovector con un detector de conductividad térmica (TCD). La señal se cuantificó usando una curva estándar de acetanilida como compuesto modelo. Los contenidos de O se calcularon restando los contenidos de C, H, N y cenizas del 100 %. Se usó espectrometría de fluorescencia de rayos X (XRF) para cuantificar los contenidos de Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca y Fe. Se microgranularon 4 gramos de muestra de lignina seca bajo una presión de 20 toneladas en una prensa hidráulica manual Atlas 25T de Specac y se analizaron en un Supermini 200 de Rigaku. Los resultados del análisis de CHN o C6Hs,4O35 (que representa el químico promedio para este tipo de muestras) se usaron para equilibrar los cálculos de salida de XRF. Los resultados del análisis de productos de lignina se muestran en latabla 2.

Ejemplo 3 - Preparación de betún modificado

Se calentó betún (330/430) proporcionado por Nynas A/S, Dinamarca, a 180 °C usando un baño de glicerol. Se añadió al betún una cantidad deseada de SBS (poliestireno-bloque-polibutadieno-bloque-poliestireno, estireno al 30% (p/p); n.° CAS: 9003-55-8; Sigma-Aldrich) y se dejó durante 15 minutos hasta que el SBS se calentó. La homogeneización se realizó aumentando gradualmente la velocidad de agitación (5.000 rpm durante 10 min, 10.000 rpm durante 20 min, 15.000 rpm durante 20 min) usando un T25 Ultra Turrax de IKA (elemento dispersante S25N-18G). Se repartieron alícuotas de betún homogeneizado en viales de centelleo de vidrio de 20 ml (10 g en cada uno) y se añadió lignina (concentración final del 10 % (p/p)) y se homogeneizó usando un Ultra Turrax (10000 rpm, elemento dispersante S25N-10G; 10.000 rpm con elemento dispersante lo más cerca posible del fondo del vial) durante 10 min. No se añadió lignina al control negativo.

Ejemplo 4 - Desarrollo relativo de espuma

El grado de formación de espuma se determinó midiendo la altura a la que alcanzó la espuma para la muestra dada durante la preparación de acuerdo con elejemplo 3. Dado que la altura es proporcional al volumen en los viales cilíndricos, esto se usó para calcular el aumento en el volumen de la muestra causado por la formación de espuma en comparación con una muestra de referencia y en relación con el volumen de la muestra original:

donde RFD es el desarrollo relativo de espuma expresado en porcentaje,hmuestafue la altura de la muestra incluida la espuma en el vial durante la homogeneización,h efue la altura durante la homogeneización de la muestra de referencia, es decir, betún sin lignina, yhiniciaifue la altura de la muestra antes de la adición de lignina y antes de la homogeneización. Las alturas se registraron en mm midiendo en los viales de vidrio inmediatamente después de la homogeneización. Como se muestra en la figura 1, la altura de la espuma era visible en los viales de vidrio transparente incluso después de la homogeneización. Si la altura no era uniforme alrededor del costado del vial, se midió la altura en el punto más bajo.

Los resultados se muestran en latabla 3y lafigura 2. Se observó que el desarrollo de espuma fue mayor para la lignina Kraft en comparación con los otros tipos de lignina. Esto podría ser un problema en la aplicación industrial de este tipo de lignina en el betún. El desarrollo de espuma a altas concentraciones de SBS parecía estar gobernado por cómo se producía la lignina, ya que el RFD de la lignina F4 (alta severidad, alta dosis de enzima) era menor que el RFD de la lignina V2 (baja severidad, dosis de enzima estándar). Esto sugiere que el RFD puede controlarse mediante las condiciones del proceso durante la producción de lignina. Los resultados también indicaron que la adición de ácido en el pretratamiento de la biomasa podría tener efectos negativos sobre el RFD.

Tabla 3 - Desarrollo relativo de espuma de betún modificado con diversos productos de lignina. Los números son relativos a la referencia, es decir, sin adición de lignina.

Ejemplo 5 - Punto de reblandecimiento

Inmediatamente después de la preparación, se vertieron 3,5 g de betún caliente o betún modificado en un molde redondo de aluminio sin fondo (diámetro de 28 mm) colocado en un recipiente con un 25% (p/p) de glucosa en glicerol en el fondo para evitar que la muestra se pegara al recipiente. La muestra se dejó enfriar durante al menos 30 minutos antes de transferirla a un baño de agua (14 cm de diámetro) que contenía 500 ml de agua desionizada a 20 °C y un soporte de muestra elevado a 25 mm del fondo del recipiente. Se colocó una bola (1 g, 5 mm) en el centro de la muestra y se dejó durante 5 min. La placa calefactora se encendió a 140 °C dando una velocidad de calentamiento de 5,5 ± 0,5 °C/min hasta 50 °C. Esta velocidad de calentamiento disminuyó constantemente hasta aproximadamente 3,25 ± 0,5 °C/min a 70 °C. El punto de reblandecimiento fue la temperatura a la que la muestra tocó el fondo del recipiente.

Se ve que a una concentración baja de SBS (1 %), la lignina en general tuvo un efecto positivo, es decir, un aumento en el punto de reblandecimiento del betún (tabla 4). Además, también se observó que a una concentración baja de SBS, la lignina con contenidos de lignina Klason tan bajos como el 53 % (V2) aumentaba el punto de reblandecimiento del betún más que la lignina mucho más pura como, por ejemplo, la lignina Kraft con un contenido de lignina Klason del 73 %. A una concentración alta de SBS (4,5 %), la tendencia general fue que la adición de lignina tiende a reducir ligeramente el punto de reblandecimiento.

Tabla 4 - Resultados de pruebas de betún modificado con diversos productos de lignina.Nombre de la mue Punto de reblandecimiento 1 % de SBS 4,5 % de SBS Sin lignina 38,9 ± 0,5 °C 72,1 ± 0,7 °C Kraft 40,1 ± 0,2 °C 69,4 ± 0,3 °C

F3 41,5 ± 1,0°C 70,7 ± 1,7 °C

F4 40,7 ± 1,0 °C 70,1 ± 1,5 °C

V2 41,8 ± 0,8 °C 69,4 ± 0,1 °C

A 38,9 ± 0,6 °C 70,4 ± 1,7 °C

Ejemplo 6 - Prueba de penetración

Directamente después de la preparación, como se describe en elejemplo 3, se vertió betún caliente o betún modificado en un molde redondo de aluminio (diámetro de 28 mm). Las muestras se dejaron enfriar a temperatura ambiente durante al menos 1 hora. Se colocó una aguja (1,4 mm de diámetro, 0,2 mm en la punta) con una carga que arrojaba un peso total de 100 g por encima de la muestra de modo que la punta apenas la tocara. Se soltó la aguja y se midió la profundidad a la que la aguja penetró en la muestra en 5 segundos midiendo la distancia a la que habían caído la aguja y la carga. Las pruebas se realizaron a temperatura ambiente (24 ± 1 °C).

Los resultados de la prueba de penetración se presentan en latabla 5. Como se ve, ninguno de los productos de lignina tuvo un peor rendimiento en la prueba de penetración que el control. En realidad, la mayoría de las composiciones de SBS/betún que contienen lignina parecen dar como resultado una ligera reducción de la penetración.

Tabla 5 - Resultados de pruebas de betún modificado con diversos productos de lignina.Nombre de la mue Prueba de penetración

1 % de SBS 4,5 % de SBS

Sin lignina 5,8 ± 0,4 mm 5,0 ± 0,4 mm Kraft 5,5 ± 0,7 mm 5,0 ± 0,0 mm F3 5,0 ± 0,7 mm 4,3 ± 0,4 mm F4 5,0 ± 0,7 mm 4,8 ± 0,4 mm V2 5,5 ± 0,7 mm 5,0 ± 0,0 mm

A 5,3 ± 0,4 mm 4,3 ± 0,4 mm

Ejemplo 7 - Lignina antes y después de la fermentación

La lignina V3 se produjo en condiciones de proceso similares a las de la V2, pero sin fermentación después de la hidrólisis enzimática. Esto dio como resultado una lignina menos pura, es decir, un menor contenido de lignina Klason y un mayor contenido de carbohidratos, presumiblemente debido a la presencia de monosacáridos no fermentados. Después de la preparación de acuerdo con elejemplo 3con el 4,5 % de SBS y el 10 % de lignina, se pusieron a prueba betunes modificados de acuerdo con elejemplo 5, respectivamente. Las muestras que comprenden lignina V3 mostraron un punto de reblandecimiento ligeramente menor en comparación con las muestras que comprenden V2 (tabla 6). Sin desear vincularse a ninguna teoría, se podría especular que esto fue, por ejemplo, debido a los monosacáridos no fermentados en V3, de modo que si estos se eliminaran de la lignina, ya sea por lavado o por fermentación a etanol u otros productos, la lignina podría comportarse de manera similar a V2 en muestras de betún.

Tabla 6 - Comparación de betún modificado con SBS que comprende productos de lignina V2 y V3.

Ejemplo 8 - Determinación de los números de xilano

La biomasa pretratada se somete a separación sólido/líquido para proporcionar una fracción sólida con aproximadamente un 30 % de sólidos totales y una fracción líquida. A continuación, esta fracción sólida se lava parcialmente mezclándola con agua a 70 °C en una proporción de sólidos totales (MS) respecto a agua de 1:3 peso:peso (p:p). La fracción sólida lavada de esta manera se prensa a continuación hasta aproximadamente un 30 % de sólidos totales. El contenido de xilano de la fracción sólida lavada de esta manera se determina usando el método de A. Sluiter, et al., "Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass", Procedimiento analítico de laboratorio (LAP) del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU. con fecha de publicación 25 de abril de 2008, como se describe en el Informe Técnico NREL/TP-510-42618, revisado en abril de 2008. Se usa una columna de HPLC y un sistema de elución en el que galactosa y mañosa coeluyen con xilosa. Ejemplos de dichos sistemas incluyen una columna REZEX™ Monossacharide H+ de Phenomenex y una columna AMINEx HPX 87C™ de Biorad. Esta medición del contenido de xilano como se describe incluirá alguna contribución de material soluble de la fracción líquida residual que no se elimina por lavado de la fracción sólida en estas condiciones. Por consiguiente, el "número de xilano" proporciona una medición de "combinación ponderada" del contenido de xilano residual dentro de los sólidos insolubles y del contenido de xilosa y xilooligómero soluble dentro de la "fracción líquida". Sin desear vincularse a ninguna teoría, se cree que existe una correlación indirecta entre el número de xilano y la severidad del pretratamiento, en la que los números altos de xilano indican una severidad baja del pretratamiento, y viceversa.

Ejemplo 9 - Determinación de la capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC)

Se mezclan 10 g de lignina (Kraft, F3, F4, V2, V3, A) (seca, es decir, materia seca superior al 95 % (p/p)) con 40 g de una solución de KCI al 23% (p/p). La solución se homogeneiza con un Ultra Turrax durante 30 segundos a ~10.000 rpm. A continuación se agita durante más de una hora a temperatura ambiente. La mezcla se filtra y la torta de filtración se lava con 4x100 ml de agua. La torta de filtración se seca a 50 °C hasta que se estabiliza (por ejemplo, 24 h), y el contenido de potasio y cloruro se mide mediante XRF de acuerdo con el ejemplo 2.

Resultados:

Antes del tratamiento con KCI, todas las muestras tenían niveles de K similares del 0,2-0,4 %. Sin embargo, después del tratamiento con KCI, la lignina Kraft tenía un contenido de K mucho mayor (1,84 %), mientras que las muestras de lignina 2G tenían un contenido de K significativamente menor (0,136 - 0,145 %).

Esto demuestra claramente la capacidad mejorada de la lignina Kraft para unirse a K, en relación con, por ejemplo, la lignina Inbicon 2G, causada por un mayor número de grupos funcionales polares hidrófilos en la lignina Kraft. El número de estos grupos se puede estimar calculando la denominada Capacidad de Intercambio Iónico de Lignina (LIEC), definida aquí como el número de moles de potasio unidos a lignina por kilo de muestra (unidad: mol de K/kg de muestra). Este parámetro ha sido calculado y también se proporciona en latabla 7a continuación:

Tabla 7-Valores de LIEC de muestras de lignina Kraft, F3, F4, V2, V3 y ANombre corto % de K1 % de Cl1 % de K2 % de Cl2 LIEC mol/kg Kraft 0,227 0,014 1,842 0,0213 0,471

F3 0,323 0,071 0,279 0,0163 0,071

F4 0,273 0,057 0,366 0,021 0,093

V2 0,339 0,063 0,520 0,0142 0,133

V3 0,386 0,082 0,509 0,164 0,130

A 0,197 0,015 0,173 0,0071 0,044

REFERENCIAS

Pobiner, H. (1983). Improved inflection points in the non-aqueous potentiometric titration of acid functionalities in lignin chemicals by using internal standardization and ion exchange. Analytica Chimica Acta, 155, 57-65 .

Sluiter A, Hames B, Ruiz R, Scarlata C, Sluiter J, Templeton D, Crocker D. (2008). Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Informe técnico del NREL 510:42618.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición que comprende betún, uno o más agentes modificadores de la plasticidad, lignina y opcionalmente uno o más componentes adicionales; en donde dicha lignina se obtiene del tratamiento de biomasa lignocelulósica blanda y en donde dicha lignina tiene una capacidad de intercambio iónico de lignina (LIEC) de 0,4 mol/kg de materia seca (MS) o menos según se determina mediante el método en la descripción y en donde el contenido de OH fenólico (phOH) es inferior a 2 mmol/g.

2. Composición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el betún es betún de destilación directa, betún duro, betún oxidado, betún reblandecido o betún fluxado