JP2009191176A - ルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】低温から高温までの広い範囲で安定な力学的特性を示すルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物の提供。
【解決手段】（Ａ）アスファルテンの重量平均分子量が２０００〜８０００の範囲になるようなアスファルト、（Ｂ）ナフテン系鉱物油、および（Ｃ）重量平均分子量が２０万以上のスチレン系ブロック共重合体よりなることを特徴とするルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、アスファルト中に含まれるアスファルテンの分子量を特定の範囲に制御したルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物に関する。

特許文献１には、ストレートアスファルトやブローンアスファルトなどのアスファルトに、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレン共重合体やスチレン−エチレン・プロピレン−スチレン共重合体で代表される水添熱可塑性エラストマー４〜１８質量％を含有するアスファルト組成物が開示されており、これにより、熱安定性および高温貯蔵安定性に優れ、かつ−２０〜６０℃の温度範囲において優れた耐久性を示すアスファルト組成物が開示されており、その用途としては、道路舗装、遮音シートおよびルーフィングシートなどが挙げられている。

特許文献２には、スチレン−ブタジエンブロック共重合体などの熱可塑性エラストマーを配合した改質アスファルト組成物において、アスファルトの一部として溶剤脱歴アスファルトを用いることにより、タフネス・テナシティ試験強度を向上させることが記載されており、その用途としては、道路舗装、ルーフィング材、シーリング材、接着剤、水路ライニングなどが挙げられている。

しかし、これら公知のいずれの技術も、低温から高温までの広い範囲で安定な力学的特性を示すアスファルト組成物の提供を意図したものではない。とくにアスファルトルーフィングには、（い）６０〜１００℃高温時においても高い弾性率を示すこと、（ろ）低温時でも十分な柔軟性を示すこと、（は）高い耐久性と耐候性を示すこと、の３つが求められているが、これらの公知技術はいずれも前記３つの要件を満たすものではない。

特開２００７−２７００４２号公報 特許第３６９５８７２号公報

本発明の目的は、低温から高温までの広い範囲で安定な力学的特性を示すルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物を提供する点にある。

本発明の第１は、（Ａ）アスファルテンの重量平均分子量が２０００〜８０００の範囲になるようなアスファルト、（Ｂ）ナフテン系鉱物油、および（Ｃ）重量平均分子量が２０万以上のスチレン系ブロック共重合体よりなることを特徴とするルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物に関する。
本発明の第２は、前記（Ａ）成分中におけるアスファルテン量が前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計重量に対して１４〜２５重量％である請求項１記載のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物に関する。
本発明の第３は、前記（Ｂ）成分が、ＳＰ値７．５〜８．５であって、炭素数２４〜４０の炭化水素が占める割合が７０重量％以上である請求項１または２記載のルーフィング用アスファルト組成物に関する。
本発明の第４は、前記（Ｃ）成分の分子構造がスタータイプのものである請求項１〜３いずれか記載のルーフィング用アスファルト組成物に関する。
本発明の第５は、前記（Ｃ）成分が、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳブロック共重合体）、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳブロック共重合体）およびスチレン−エチレン・プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳブロック共重合体）よりなる群から選ばれたものである請求項１〜４いずれか記載のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物に関する。

アスファルトには、ストレートアスファルトとブローンアスファルトがある。ブローンアスファルトはストレートアスファルトをブローイングすることによって得られる。
本発明者らは今回、ブローンアスファルトの中には本発明の（Ａ）成分に適するブローンアスファルトとそれに適さないブローンアスファルトがあることに気がついた。本発明の（Ａ）成分に適するブローンアスファルトは、そこに含まれるアスファルテンの分子量が８０００以下と小さいブローンアスファルトであり、分子量が８０００を上回るほど大きいブローンアスファルトは適さないことが分かった。
一般に、ストレートアスファルトを単純にブローイングすると、ブローンアスファルト中のアスファルテンの分子量が大きくなってしまうが、ストレートアスファルトに残渣油を加え、触媒（ポリリン酸が一般的）を用いてブローイングすると、アスファルテンの分子量を低く抑えることができるので、この方法でえられたブローンアスファルトが好ましい。

本発明に適するブローンアスファルトは、含有アスファルテンの重量平均分子量が２０００〜８０００の範囲にあるブローンアスファルトであるが、とくに含有アスファルテンの重量平均分子量が３０００〜７０００のものが好ましい。分子量が大きすぎると相溶性が悪くなり、組成物の耐久性が低下する。
アスファルテンは、トルエンに溶けるが熱では融解しない性質をもち、耐熱性および弾性率が高く、本発明で用いる分子量程度のものはアスファルト中によく微分散する。

また、アスファルトは、おおよそ図１に示すような成分からなり、アスファルテンはその１成分である。前記（Ａ）成分中のアスファルテンの分子量分布はある程度広い方がよく、重量平均分子量が２０００程度の小さいものから、８０００程度の大きいものまで広く分布していることが好ましく、とくに重量平均分子量が３０００程度の小さいものから、７０００程度の大きいものまで広く分布していることがとくに好ましい。
この点から本発明においては、アスファルトとして、ストレートアスファルトとブローンアスファルトを併用することが好ましい。
ストレートアスファルト中のアスファルテンの重量平均分子量は、小さいもので３０００〜４０００、大きいもので６０００をやや上回る程度であるが、本発明の（Ａ）成分として、ブローンアスファルトと併用して用いるストレートアスファルトとしては、それが含有するアスファルテンの重量平均分子量が、３０００〜４０００のものが好ましい。
その理由は、改質アスファルトの中のアスファルテン分子量分布を幅広くさせて、アスファルテンの分散性を高め、安定化させることにある。
ストレートアスファルト中のアスファルテンのように分子量の小さいアスファルテンだけでは安定性は好ましいが、高温時の機械特性に欠ける。
逆に、高分子量のアスファルテンだけを多くすると高温時の機械特性は向上するが、分散安定性に欠け、耐候性および耐久性が悪くなる。

本発明において、前記（Ａ）成分が含有するアスファルテン量は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計重量に対して１４〜２５重量％、好ましくは１５〜２０重量％であることが適切である。多すぎると溶融粘度が高くなり、組成物の低温特性が低下する。少なすぎると組成物の高温での弾性率が低下する。

本発明で用いる前記（Ｂ）成分としては、ナフテン系鉱物油であり、通常、芳香族成分１０〜３０重量％、ナフテン成分３０〜４５重量％、パラフィン成分５５〜３５重量％のものであって、とくにＳＰ値７．５〜８．５で、炭素数２４〜４０の炭化水素が占める割合が７０重量％以上であるものが好ましい。ナフテン系鉱物油以外の鉱物油は本発明には適さない。その理由としては次のようなものが考えられる。パラフィン系鉱物油はＳＰ値が低く（一般にＳＰ値が７．５より低い）、スチレン系ブロック共重合体と相溶しないし、アロマ系鉱物油はＳＰ値が高く（一般にＳＰ値が８．５より高い）、スチレン系ブロック共重合体のスチレン部分を溶解するのでスチレン系ブロック共重合体マトリックスを形成しないので好ましくない。これに対して、ナフテン系鉱物油、とくにＳＰ値が７．５〜８．５のナフテン系鉱物油は、スチレン系ブロック共重合体のポリブタジエン部分やポリエチレン・ブチレン、ポリエチレン・プロピレン部分と相溶し、スチレン部分を溶解しないので、ナフテン系鉱物油とスチレン系ブロック共重合体の組み合わせは、良好なスチレン系ブロック共重合体／オイルのゲルを形成するので好適である。ＳＰ値が７．５より小さいと（Ｃ）成分のブタジエン部分、エチレン・ブチレン部分あるいはエチレン・プロピレン部分などのスチレン部分以外の部分の相溶性が悪くなり、相分離を起こすおそれがあり、ＳＰ値が８．５を上回るとポリスチレン部分を溶解し、高温弾性率が低下するので好ましくない。
また、本発明で用いる前記ナフテン系鉱物油の粘度は、４０℃において５０〜７００ｍｍ^２／ｓ、好ましくは１００〜４００ｍｍ^２／ｓ、特に好ましくは２００ｍｍ^２／ｓ前後である。

（Ｂ）成分の使用量は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計量に対し１〜５０重量％、好ましくは３〜３０重量％であり、また（Ｃ）成分添加量１００重量部に対して１０〜５００重量部の割合で使用することが好ましい。
（Ｂ）成分の添加効果は非常に高く、少量の添加で低温特性や相溶性の改善が図れる。特に低分子量のスチレン系ブロック共重合体の場合は、（Ｂ）成分の量が少なくても、その効果が発現しやすい。スチレン系ブロック共重合体の分子量が大きい場合は、（Ｂ）成分を多く含むことができる。
よって、改質アスファルト性状をどのようにコントロールしたいかによって、（Ｂ）成分の配合量は変ってくる。
（Ｂ）成分の使用量が（Ｃ）成分１００重量部に対して１０重量部を下回るような場合には、ほとんど低温特性や相溶性の改善はみられない。一方、５００重量部を上回るようになると、高温時の機械的特性に悪影響がではじめるし、コストがかかりすぎるようになる。

前記（Ｃ）成分のスチレン系ブロック共重合体としては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳブロック共重合体）、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳブロック共重合体）およびスチレン−エチレン・プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳブロック共重合体）よりなる群から選ばれたものが好ましいが、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳブロック共重合体）を用いることもできる。これらのブロック共重合体はそれぞれ単独で使用することもできるが、２種以上を併用してもよい。
前記（Ｃ）成分のスチレン系ブロック共重合体の重量平均分子量は、２０万以上、好ましくは２５万以上、とくに好ましくは３０万以上である。このような高分子のものが好ましい理由は、これより分子量が小さいと、本発明のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物が軟らかくなりすぎるので好ましくない。また、スチレン系ブロック共重合体の市販品は重量平均分子量が５０万のものが上限であるのが実情である。このような（Ｃ）成分として使用するのに適した市販品としては、旭化成ケミカルズ株式会社商品名Ｔ−４１１（重量平均分子量４３万）、クレイトンポリマー社製商品名カリフレックスＴＲ１１８６（重量平均分子量４０万）、同ＴＲ１１８４（重量平均分子量４０万）、Ｄｙｎａｓｏｌ社製商品名Ｃ−４１２（重量平均分子量４０万）などがある。
前記（Ｃ）成分の重量平均分子量が２０万以上のスチレン系ブロック共重合体としては、分子構造が線状のタイプのものではなく、スタータイプ（分岐状のもの）のものが好ましい。前記分子量より低分子量のものを使用したり、リニアータイプのものを使用すると、組成物の弾性率が低下するので好ましくない。このようなスタータイプのスチレン系ブロック共重合体の市販品としては、旭化成ケミカルズ株式会社の商品名アサプレンＴ−４３０（分子量２１万）のほか、後述の実施例で用いている各種のスタータイプのＳＢＳを挙げることができる。

前記（Ｃ）成分の使用量は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計量に対し１．５〜２０重量％、好ましくは３〜１２重量％である。
通常の改質アスファルト（ストレートアスファルト／ＳＢＳ）の２成分系では、ＳＢＳの改質効果が現れるためには１０％程度必要であるが、本発明では少ない量で改質効果が現れるのが特徴的である。
１．５％未満では（Ｃ）成分の使用の改質効果が現れない。また、２０％を超えて用いることはコスト的問題がある。

表中、
（１）分子量ピーク総数の３０％までの分子量分布
（２）分子量ピーク総数の６０％までの分子量分布
をそれぞれ示す。

市販されているアスファルトとしては、たとえば表１や表２に示すものがあるが、アスファルテンの分子量分布を広くするためには、これらのものを適宜併用することが好ましい。ただし、商品名コスモＢＡ１０−２０はそこに含有されるアスファルテンの分子量が大きすぎるので不適当である。商品名新日石１８０−２００は、ストレートアスファルトであり、そこに含まれているアスファルテンの分子量が低目であるため、アスファルトとしてこれのみを使用することは好ましくなく、含有アスファルテンの分子量が高い他のアスファルトと併用することが好ましい。

本発明のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物には、必要に応じて無機充填材を配合することができる。無機充填材としては、特に種類は問われないが、マイカ、クレー、タルク、硅藻土、硅砂、軽石粉等を使用することができ、これらは単独で又は２種以上を混合して使用することができる。特に、コスト、生産性を考慮すると、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、タルクを挙げることができる。

ストレートアスファルトは、低温で硬くて脆く、高温（４０℃以上）では温度の上昇にともない弾性率の低下が激しく、素材そのものでは土木や建築用途に用いることができない。
ストレートアスファルトの、高温では流動しやすく、低温で硬くて脆いなど感温性が大きいという欠点を直すため、ＳＢＳによる改質アスファルトが提案された。ＳＢＳの改質効果は、ストレートアスファルトの低温時脆性を劇的に改善することができる。
しかし、ＳＢＳ改質アスファルトでも８０℃以上では弾性率の低下が目立ち、より過酷な条件（例えば夏の炎天下）での適用を考えると、その性能は必ずしも充分とは言えない。
図２に、ストレートアスファルト、ストレートアスファルト／ＳＢＳ改質アスファルトおよび本発明におけるブローンアスファルト／ナフテン系鉱物油／（Ｃ）成分による改質アスファルトの代表的な配合における温度ｖｓ．弾性率の関係を示す。
本発明におけるブローンアスファルト／ナフテン系鉱物油／（Ｃ）成分による改質アスファルトの温度ｖｓ．弾性率の特性は、先のストレートアスファルトおよびストレートアスファルト／ＳＢＳ改質アスファルトと比較して、低温領域（−２０℃）においてより柔軟で、高温域の弾性率も１２０℃まで１０の４乗Ｐａ以上を保持し、通常考えられる野外での使用環境下では、充分な値であることが分かる。
また、本発明配合は、表３に示す通り、ストレ−トアスファルト／ＳＢＳの２成分改質アスファルトと比べ格段に耐候性が高いことが分かる。これは、本発明は改質アスファルト中に含まれる重量平均分子量が２０００〜８０００の範囲のアスファルテンが１４〜２５重量％配合物中でかつ均質分散していることに起因する。
更に図２に示す通り、ストレ−トアスファルト／ＳＢＳの２成分改質アスファルトでは、高価なＳＢＳを１０重量％以上加えないと充分な改質効果が得られない。しかし、図３および表４に示すとおり、本発明配合においては３〜１０重量％程度のＳＢＳ量（いいかえればスチレン系ブロック共重合体の量）でも充分な改質効果を得ることができ、改質アスファルト配合コストを大幅に低減することが出来るのである。
図２および図３で使用しているＳＢＳは、旭化成ケミカルズ株式会社の商品名アサプレンＴ−４１１（重量平均分子量４３万）である。
表３のＳＢＳの項中、Ｔ−４１１は、旭化成ケミカルズ株式会社の商品名アサプレンＴ−４１１のことであり、Ｔ−４３０は、旭化成ケミカルズ株式会社の商品名アサプレンＴ−４３０のことであり、ＴＲ−１１０１は、クレイトンポリマー社製のカリフレックスＴＲ１１０１のことである。
また、実施例３〜５、比較例７〜９において、アスファルテンの項の分子量が２段に記載されているのは、いずれも２種のアスファルトを使用しているため、それぞれのアスファルト中のアスファルテンの分子量を示しているためである。

以下に実施例、比較例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
なお、表３中のパラフィンオイルは、出光興産株式会社の商品名ダイナフレシアＰ−１８０であり、ナフテンオイルは、三共油化工業株式会社の商品名ＳＮＨ−２２０であり、アロマオイルは、出光興産株式会社の商品名ダイナプロセスオイルＡＨ−１６である。

表中、ＳＢＳは、旭化成ケミカルズ株式会社の商品名アサプレンＴ−４１１（分子量４３万）を使用し、ナフテンオイルは、三共油化工業株式会社の商品名ＳＮＨ−２２０を使用し、ブローンアスファルトは、昭和シェル石油株式会社の商品名３Ｔ−Ｗを使用した。

アスファルトの組成表である。 ストレートアスファルトのみの場合、これにＳＢＳが加わった場合、さらにブローンアスファルトが加わり、組成物中のアスファルテンの重量平均分子量が調整された場合の、複素弾性率と温度の関係を示すグラフである。 ブローンアスファルトのみの場合と、ブローンアスファルトにナフテンオイル（ナフテン系鉱物油）とＳＢＳを配合した組成物の場合の、複素弾性率と温度の関係を示すグラフである。

Claims (5)

1. （Ａ）アスファルテンの重量平均分子量が２０００〜８０００の範囲になるようなアスファルト、（Ｂ）ナフテン系鉱物油、および（Ｃ）重量平均分子量が２０万以上のスチレン系ブロック共重合体よりなることを特徴とするルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物。
2. 前記（Ａ）成分中におけるアスファルテン量が前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計重量に対して１４〜２５重量％である請求項１記載のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物。
3. 前記（Ｂ）成分が、ＳＰ値７．５〜８．５であって、炭素数２４〜４０の炭化水素が占める割合が７０重量％以上である請求項１または２記載のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物。
4. 前記（Ｃ）成分の分子構造がスタータイプのものである請求項１〜３いずれか記載のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物。
5. 前記（Ｃ）成分が、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳブロック共重合体）、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳブロック共重合体）およびスチレン−エチレン・プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳブロック共重合体）よりなる群から選ばれたものである請求項１〜４いずれか記載のルーフィング用ポリマー改質アスファルト組成物。

Images