HU201791B - Bitumenous composition - Google Patents

Description

A találmány tárgya olyan bitumenes kompozíciók, különösen tetőfedő bevonatokként alkalmas bitumenes kompozíciók, amelyek bitument és monovinil-(aromás szénhidrogénéből és konjugált diénből összetevődő elasztomer blokk kopolimert vagy hidrogénezett blokk kopolimert tartalmaznak. Az ilyen kompozíciókról ismert, hogy elaszticitásuk, flexibilitásuk és adhéziós jellemzőik kiválóak, amelyek különösen alkalmassá teszik ezeket tetőfedő bevonatokként való alkalmazásra. Ezen készítmények folyással szembeni ellenállása azonban nem mindig kielégítő.

Nem várt módon azt tapasztaltuk, hogy ha az ilyen ismert bitumenes kompozíciókhoz még egy másik polimert is adunk, olyan kompozíciókat nyerünk, amelyekben a kiváló flexibilitás és adhézió alacsony viszkozitással, az ismertnél jobb folyással szembeni ellenállással és jó tárolási stabilitással párosul. Ilyen jellegű kompozíciót leírtak ugyan a 2 647 498 számú nmet szövetségi köztársaságbeli szabadalomban, illetve az ezzel ekvivalens 1 515 900 számú nagy-britanniai szabadalomban, a kompozíció bitument, egy blokk kopolimert (amely a találmány szerinti kompozíció később ismertetésre kerülő b) komponenséhez hasonló) és monovinil(aromás szénhidrogént) tartalmaz. Ez a kompozíció azonban magában a szabadalmi iratban adott minősítés szerint „nem kielégítő”-nek minősül.

A fentieknek megfelelően a találálmány olyan bitumenes kompozíció, amely a) bitument, b) egy adott esetben hidrogénezett elasztomer blokk kopolimert, amely legalább két A polisztirol blokkból és legalább egy B konjugált dién blokkból áll, amely utóbbi izoprén és butadién lehet, valamint c) polisztirolt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az a), b) és

c) komponens össz-tömegére számítva 1-20 tömegei b) komponenst és 0,25-15 tömeg% c) komponenst tartalmaz, a blokk kopolimer csillag-alakú, A-B-(B-A) m konfigurációjú, ahol m értéke 2—8, és a c) komponensként alkalmazott polisztirol szám szerinti átlagos molekulatömege a b) komponens A polisztirol blokkja szám szerint átlagos molekulatömegére vonatkoztatva annak 0,25-2-szerese.

Az alkalmazott bitumen bármely természetes eredetű vagy pirogén eredetű bitumen lehet. Előnyösen ásványolajból származó bitument alkalmazunk. A megfelelő ásványolaj eredetű bitumenes komponensek közé tartoznak a gyengén bekoncentrált lepárlási maradékok, az erősen bekoncentrált lepárlási maradékok, a hőkrakkolás maradékai, a bitumen csapadékok vagy bármely előzőekben említett komponens duzzasztott formája. A propán- vagy bután-bitumen vagy duzzasztott propán- vagy bután-bitumen igen alkalmas, míg a bitumen-komponensek elegyei is alkalmazhatók. Használhatók bitumen komponensként bitumenek és extender olajok elegyei is. A találmány szerinti készítményben megfelelően alkalmazható bitumen komponensek azok, amelyek penetrációja 450 dmm 25 °C hőmérsékleten, előnyösen 50250 dmm 25 °C hőmérsékleten. Ezt a jellemzőt az ASTM-D5 szerint határozzuk meg.

Az adott esetben hidrogénezett elasztomer blokk kopolimer A polimer blokkjának szám szerinti átlagos molekulatömege előnyösen 50002

50000, még előnyösebben 10000-35000. Az elasztomer blokk kopolimer B blokként célszerűen alkalmazható konjugált diének közé tartoznak a monomerben 4-8 szénatomos diének, különösen az izoprén és a butadién.

A blokk kopolimerben az A polimer blokk aránya előnyösen 10-60 tömeg%, még előnyösebben 20-50 tömeg%. Ha a monovinil-(aromás szénhidrogén)-eket a blokk kopolimerben magasabb arányban alkalmazzuk, az a bitumennel kompatibilitási problémákat eredményezhet. Ezek a kompatibilitási problémák abban jelentkezhetnek, hogy igen viszkózus készítmény jön létre, amely nehezen kezelhető, vagy a készítményből a monovinil-(aromás szénhidrogén) polimer elkülönített fázisban válik ki. Ezért egyáltalán nem volt várható az, hogy a találmány szerinti készítménybe monovinil-(aromás szénhidrogén) polimer adagolása nem okoz kompatibilitási problémákat, sőt, a készítmény folyással szembeni ellenállását és tárolási stabilitását javítja. A B polidién blokk (vagy blokkok) szám szerinti átlagos molekulatömege előnyösen 15000350000, még előnyösebben 25000-150000.

A megfelelő elasztomer blokk kopolimer ek közé tartoznak a csillag-alakú (radiális) blokk kopolimerek. Az A polimer blokkok előnyösen a kopolimer terminális blokkjait képezik. A megfelelő csillagalakú kopolimerek az A-B-(-B-A)_m általános képlettel jellemezhetők, ahol m értéke 2-8.

A kopolimerek bármelyike adott esetben tartalmazhat előállítása során belejutott kapcsoló-anyag maradékot. Különösen alkalmas blokk kopolimerek az A-B-A képletű lineáris blokk kopolimrek, azaz azok, amelyekben n értéke 1, valamint az olyan A-B-(-B-A)_m általános képletű csillagalakú blokk kopolimerek, amelyekben m értéke 2-8.

A blokk kopolimerek előállítása szakember számára ismert. Az 1 538 266. számú nagy-britanniai szabadalmi leírásban számos ilyen előállítási eljárást ismertetnek. A csillag alakú kopolimerek előállítására megfelelő kapcsolóanyagokat, például diésztereket, mint az adipátokat, foszfátokat vagy szilikonvegyületeket vagy di- vagy tri-vinil-benzol oligomerizálásával kapott nukleszt alkalmazhatunk. Más kapcsolóanyagokat is választhatunk a poliepoxidok (például epoxidált lenmagolaj), a poliizocianátok (például benzo-l,2-4-triizocianát), a poliketonok (például hexán-1,3,6-trion), a polianhidridek és a polihalogenidek köréből. Különösen akkor, ha kapcsolóanyagokként di- vagy trivinilbenzol oligomerjeit alkalmazzuk, a kapott csillag alakú kopolimerek nagy számú polimer karokkal, például 7-20 karral bírhatnak. A blokk kopolimer hidrogénezése kívánt esetben végrehajtható az előzőekben felhozott nagy-britanniai szabadalmi leírásban ismertetett eljárással.

A monovinil-(aromás szénhidrogén)-polimerek előállítására ugyanazok a monomerek alkalmazhatók, amelyeket a blokk kopolimer A blokkjánál ismertettünk. A megfelelő monomerek közé tartoznak az izopropenil-naftalin, az alfa-metil-sztirol, a vinil-toluol, a vinil-xilol(ok), valamint az olyan sztirol származékok, amelyek egy vagy több 1-6 szénatomos alkil helyettesítőt tartalmaznak. Különösen előnyös a sztirol. A polimer lehet homopolimer

-2HU 201791 Β vagy egynél több monovinil-(aromás szénhidrogén) kopolimeije. A polimer előnyösen hompolimer, különösen előnyösen polisztirol.

A monovinil-(aromás szénhidrogén)-polimer szám szerinti átlagos molekulatömege előnyösen 3000-50000, még előnyösebben 5000-40000. Amint azt az előzőekben már említettük, ennek a polimernek a molekulatömege az A polimerblokk molekulatömegére vonatkoztatva 0,25-2-szeres. A molekulatömeget előnyösen úgy választjuk meg. hogy a polimer szám szerinti molekulatömege az A polimerblokk szám szerinti molekulatömegére vonatkoztatva 0,4-1,5-szeres legyen. A gyakorlatban igen cészerű az a helyzet, ha a polimer molekulatömege és az A polimerblokk molekulatömege közelítőleg azonos.

A monovinil-(aromás szénhidrogén)-polimerek szabad gyökös, anionos, kationos vagy koordinációs katalízissel készíthetők. A szabad gyökös és kationos mechanizmussal olyan polimereket nyerünk, amelyekben az aromás csoportoknak a vázhoz viszonyított elhelyezkedése nagy mértékben véletlenszerű, azaz ezeket a polimereket amorfként osztályozzuk. Az anionos mechanizmussal nyert polimerek általában amorfak, bár sajátos körülmények között izotaktikus polimerek is készíthetők. A koordinációs katalízissel előállított polimerek amorf és izotaktikus polimerek elegyei. Egy további alkalmas polimerizálási eljárás az emulziós polimerizálás, amely szakember számára ismert.

A monovinil-(aromás szénhidrogén)-polimer előnyösen előállítható az elasztomer blokk kopolimerrel egyidejleg is. Az eljárás első lépésében a monovinil-(aromás szénhidrogén)-! egy iniciátorral hozzuk érintkezésbe, így az élő (tovább kapcsolható) A polimert nyerjük. A megfelelő iniciátorok közé tartoznak az alkil-lítium-vegyületek. A következő lépésben a valamennyi szabad gyök lekötéséhez szükséges sztöchiometrikus mennyiségnél kevesebb lándezáró anyagot adunk a reakcióelegybe. Jellemző lánclezáró anyagok a víz vagy az alkoholok. E lépés eredményeként monovinil-(aromos szénhidrogénnek keletkeznek, miközben a reakcióelegyben némi élő (tovább kapcsolható) polimerblokk marad. Ezután az élő polimerblokkokat a konjugált diénnel hozzuk érintkezésbe. Ezután az így kapott élő kétblokkos köztiterméket kapcsolhatjuk lineáris, elágazó vagy csillag-alakú kopolimerekké az alkalmazott kapcsolóanyagtól függően.

A találmány szerinti kompozíciót célszerűen a bitumen, az elasztomer blokk kopolimer és a monovinil-(aromás szénhidrogén)-polimer elegyítésével készítjük el. A kapott kompozíció nézetünk szerint különbözik az olyan kompozíciókból, amelyeket bitumenes anyagnak monovinil(aromás szénhidrogén)monomerrel és elasztomer blokk kopolimerrel való reagáltatásával nyernek. Az utóbbi esetben a monovinil(aromás szénhidrogén)monomer az elasztomer kopolimerben és a bitumenes anyagnak az elasztomer blokk kopolimerrel alkotott komponenseiben levő kettőskötésekkel reagál. Ezért a kapott készítmény nem tartalmaz külön blokk kopolimert és külön monovinil-(aromás szénhidrogén)-polimert.

Az elasztomer blokk kopolimer és a vinil-(aro4 más szénhidrogén)-polimer mennyisége a találmány szerinti kompozícióban széles körben változhat. Előnyösen a kompozíció 1-20 tömeg% elasztomer blokk kopolimert és 0,25-15 tömeg% monovinil)aromás szénhidrogén)-polimert tartalmaz, ahol a százalékos értékeket minden esetben a bitument, elasztomer blokk kopolimert és monovinil(aromás szénhidrogén)-polimert tartalmazó készítmény teljes tömegére vonatkoztatjuk. A szénhidrogén tömegaránya előnyösen 2:1 és 20:1 közötti.

A találmány szerinti kompozíció alkalmazható például út-aszfaltban, csőbevonatokként és masztixként. Ha a készítményt út-aszfaltban alkalmazzuk, a polimerek mennyisége általában 1-10 tömeg%, csőbevonatként 5-15 tömeg%, masztixként 5-15 tömeg%, tetőfedő bevonatként 4-20 tömeg%, minden esetben a bitumen és a két polimer össztömegére vonatkoztatva. A készítmény különösen alkalmas tetőfedő bevonatként, így a találmány a készítménynek tetfedő bevonatként való alkalmazására is kiterjed. Ha a találmány szerinti kompozíciót tetfedő bevonatként alkalmazzuk, célszerűen erősítő anyaggal kombinálva alkalmazzuk. Erősítő anyagként alkalmazhatunk például szövött vagy nem szövött anyagokat vagy darabolt szálakat, köztük előnyösen üveget vagy poliésztert. A kompozíció tartalmazhat továbbá töltőanyagokat, extendereket, pigmenteket vagy lágyítószereket. A találmány szerinti kompozíció alkalmas arra, hogy felmelegítve vigyük a szálakra. Ezért lehetőség van arra, hogy az erősítéssel ellátott kompozícióból membránokat előre készítsünk. Készíthetők azonban membránok a találmány szerinti kompozícióból is, azaz erősítő anyagok nélkül. A membránok mindkét típusa alkalmazható védőbevonatként oly módon, hogy a membránokat hő és/vagy ragasztóanyag alkalmazásával felvisszük a felületre; az alkalmazott ragasztóanyag lehet viszonylag lágy bitumen vagy más, szakember számára ilyen célra ismert anyag. A találmány szerinti kompozíció felvihető emulzió formájában is, az emulziót a bevonandó felületre lehet permetezni, majd az emulzió megtörése után a bevonat maradandóvá válik.

A továbbiakban a találmányt példákban mutatjuk be.

A példákban ismertetett kísérletekben két fajta bitument alkalmazunk, amelyek penetrációja 25 ’C hőmérsékleten 200 dmm; az I bitument, amely venezuelai eredetű, és a II bitument, amely a KözelKeletről származik. Elasztomer blokk kopolimerként sztirol (A) és butadién (B) csillag alakú poümerjét alkalmazzuk, amely polimer az A-B szerkezeten belül átlagosan 3,5 karral bíz, és amelyben az A blokk szám szerinti átlagos molekulatömege 21000, és a polimer sztirol tartalma 30 tömeg%. Az alkalmazott polisztirolt anionos polimerizálással készítettük, hacsak más megjelölés nem szerepel Különböző - a táblázatokban feltüntettt - molekulatömegű polisztirolokat alkalmazunk. A vizsgált jellemzők között szerepel az elegy lágyuláspontja (Tr&b) (ASTM D36), az elegy viszkozitása (ASTM D2171) és a folyási ellenállás, valamint a hideg hajlítási vizsgálat a német DIN 52153 szabvány szerint. E szerint a szabvány szerint az elegynek a

-3HU 201791 Β

-15 °C-on végzett hideg hajlítási vizsgálatot ki kell állnia, és 100 °C hőmérsékleten folyással szemben ellenállónak kell lennie. A fenti szabvány szerinti eljárást oly módon módosítottuk, hogy feljegyeztük azt a legmagasabb hőmérsékletet, amelyen az elegy 5 a folyási ellenállás vizsgálatot kielégítette. A folyási ellenállás vizsgálatokat 5 ’C-os hőmérséklet intervallumokban végeztük.

Egyes elegyek tárolási stabilizálását a következő módon határozzuk meg. Egy 10 cm magas konzerv- 10 dobozt nitrogéngáz atmoszféra alatt megtöltünk az eleggyel, a dobozt lezárjuk, és 160 ’C hőmérsékleten tároljuk 5 napig, majd a dobozt két fél részre fűrészeljük, ezáltal egy felső frakciót és egy alsó frakciót nyerve. Meghatározzuk mindkét frakció 15 lágyuláspontját, az alsó frakcióra kapott értéket levonjuk a felsó frakcióra kapott értékből, és a különbséget feljegyezzük. Minél kisebb a különbség, annál jobb a tárolási stabilitás.

Az alábbi példákban a kompozíciókat az összetevők 180 °C hőmérsékleten való egyszerű elegyítésével készítjük. (Megjegyezzük, hogy a kompozíció komponenseinek magas olvadáspontja miatt a mechanikus keverés célszerűen ilyen magas hőmérsékleten végezhető. A magas olvadáspont folytán azonban ezen a hőmérsékleten még nem játszódik le kémiai rakció az egyes komponensek között.)

1. Példa

I bitumenből (B-I), elasztomer blokk kopolimerből (EBC) és 15000 szám szerinti átlagos molekulatömegű polisztirolból (PS) elegyet készítünk. A komponensek mennyiségét és az elegy jellemzőit az

I. táblázatban mutatjuk be.

I. Táblázat

B-I,	tömeg%	88	88	90	90
EBC,	tömeg%	12	12	10	10
PS,	tömeg%	0	2,4	0	2,4
Tr&b·	°C	127,5	133,5	120	127
Folyási ellenállás	’C	105	120	95	115
Hideghajlás -15°C-on		+	+	+	+
Viszkozitás 180 ’C-on	Pa.s	2,7	2,5	1,9	1,5
Tárolási stabilitás
Δ Tr&b (felső-alsó),	’C	17	4	.17	15

+ kiállja a-15’C-t

A táblázatból kitűnik, hogy az alacsony molekulatömegű polisztirol adagolása javítja a folyási jellemzőket és a tárolási stabilitást.

2. Példa

Annak érdekében, hogy bemutassuk a polisztirol molekulatömegének hatását, I bitumen és II bitumen, valamint különböző molekulatömegű polisztirolok elegyét készítjük el. Az elegyek összetételét és jellemzőiket a II. táblázatban mutatjuk be.

II. Táblázat

B-I	tömeg%	-	-	-	-	-
B-II	tömeg%	88,0	88,0	88,0	88,0	88,0
EBC	tömeg%	12,0	10,8	9,6	10,8	9,6
PS	tömeg%	0	1,2	2,4	1,2	2,4
PS molekulatömege	,χΙΟ3	-	10	10	20	02
Tr&b	,’C ,Pa.s	117,5	120	118	119	115
Viszkozitás	4,0	3,1	2,2	3,1	2,3
Folyási ellenállás	,°c	95	105	105	105	100
Hideghajlás -15 ’C-on		+	+	+	+	+

+ kiállja a -15 ’C-ot

B-I	tömeg%	-	88,0	88,0	88,0	88,0	88,0
B-II	tömeg%	88,0	-	-	-	—	—
EBC	tömeg%	10,8	12,0	10,8	9,6	10,8	9,6
PS	tömeg%	1,2*	0	1,2	2,4	1,2	2,4
PS molekulatömege	,xl(T	30	-	10	10	20	20
Rr&b	,’C	120	126	125	124	126	125
Viszkozitás	,Pa.s	2,9	2,0	1,5	1,3	1,4	1,3
Folyási ellenállás	,’C	100	100	105	110	115	110
Hideghajlás -15 ’C-on		+	+	+	+	+	+

* emulziós polimerizálással előállított + kiállja a -15 ’C-ot

-4HU 201791 Β

II. Táblázat folytatása

B-I	tömeg%	86,0	86,0	86,0	86,0	86,0
B-II	tömeg%	-		-	-	-	-
EBC	tömeg%	14,0		12,6	11,2	12,6	11,2
PS	tömeg%	0		1,4	2,8	1,4	2,8
PS molekulatömege	,xl(T	-		10	10	20	20
Tr&b	,’C	132		134	132	133	136
Viszkozitás	, Pa.s	4,4		2,4	1,6	3,2	2,0
Folyási ellenállás	,°c	110		115	120	125	130
Hideghajlás -15 ’C-on	)	+		+	+	+	+
+ kiállja a -15 ’C-ot					z
B-I	tömeg%				—	-	-	-
B-II	tömeg%	86,0	86,0	86,0	86,0	86,0	86,0	86,0
EBC	tömeg%	14,0	12,6	11,2	12,6	11,2	12,6	11,2
PS	tömeg%	0	1,4	2,8	1,4	2,8	1,4* 2,8*
PS molekulatömege	.103	-	10	10	20	20	30	30
Tr&b	’C	125	125	126	127	125,5	125,5	128
Viszkozitás	Pa.s	7,2	5,6	3,8	5,6	4,1	5,6	3,9
Folyási ellenállás,	’C	105	105	110	115	115	105	120
Hideghajlás -15 ’C-on		+	+	+	+	+	+	+

+ kiállja a -15 ’C-ot x emulziós polimerizálással előállított

Claims (4)

1. Bitumenes kompozíció, amely a) bitument, b) egy adott esetben hidrogénezett elasztomer blokk kopolimert, amely legalább két A polisztirol blokkból és legalább egy B konjugált dién blokkból áll, amely utóbbi izoprén és butadién lehet, valamint c) 35 polisztirolt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az a), b) és c) komponens össz-tömegére számítva 1-20 tömeg% b) komponenst és 0,25-15 tömeg% c) komponenst tartalmaz, a blokk kopolimer csillagalakú, A-B-(B-A)_m konfigurációjú, ahol m értéke 40 2-8, és a c) komponensként alkalmazott polisztirol szám szerinti átlagos molekulatömege a b) komponens A polisztirol blokkja szám szerinti átlagos molekulatömegére vonatkoztatva annak 0,25-2szerese.

2. Az 1. igénypont szerinti kompozíció, azzal jellemezve, hogy 5000-50000 szám szerinti átlagos molekulatömegü A polisztirol blokkot tartalmaz és az A polisztirol blokk aránya a blokk-kopolimerben 10-60 tömeg%.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kompozíció, azzal jellemezve, hogy c) komponensként 5000 és 50000 közötti szám szerinti átlagos molekulatömegű polisztirolt taralmaz.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti kompozíció, azzal jellemezve, hogy 25 ’C hőmérsékleten legfeljebb 450 dmm pentrációjú bitument tartalmaz.