JP2022528599A - アスファルト改質材組成物及び増大した貯蔵安定性を有するゴム改質アスファルト - Google Patents

アスファルト改質材組成物及び増大した貯蔵安定性を有するゴム改質アスファルト Download PDF

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Abstract

アスファルト改質材パッケージ及びこのパッケージを含むゴム改質アスファルトを開示する。アスファルト改質材パッケージは、アミン官能化ワックス及びエラストマーポリマーを粉砕タイヤゴムと共に含むことができる。アスファルト改質材は、反応性エラストマーターポリマーとコンパウンドされた粉砕タイヤゴムを含むことができる。ゴム改質アスファルトは、粉砕タイヤゴム添加剤の優れた安定性を示すことができる。ゴム改質アスファルトは、約6°F(-14℃)以下の貯蔵安定性分離係数、3.2kPa及び67℃で約0.05～約2のMSCR Jnr値、並びに3.2kPa及び67℃で約20%～約75%のMSCR回復率を示すことができる。【選択図】図１

Description

背景
ビチューメンとしても知られるアスファルトは、主にナフテン芳香族化合物、極性芳香族化合物、飽和炭化水素、及びアスファルテンで構成された高粘度液体又は半固体物質である。アスファルトは、天然鉱床に見られるが、精製プロセス中に他の原油成分からの分離によっても得られる。アスファルトは、古来から防水に、またバインダーとして使用されてきた。現代では、アスファルトは、舗装用アスファルトセメントの骨材バインダーとしてのみならず、屋根ふき用途にも一般に利用されている。
アスファルト含有製品の種々の特性を改善するためにアスファルトに対する改質材(modifier)が開発されてきた。例えば、アスファルトは、天然由来であれ精製由来であれ、厳しい環境で(例えば、交通量が多い、重負荷、高温等)長期適用にわたる亀裂及び変形に対して望ましい耐性を与えない。ポリマー改質材は、特に耐わだち性(rut resistance)、耐疲労性、及び耐亀裂性等のアスファルト特性の改善に有効性を示した。
粉砕タイヤゴム(GTR)(一般的にクラムラバー又は再生タイヤゴムとも呼ばれる)は、粒子状アスファルト改質材として極めて有望であった。GTRのアスファルトへの添加は、わだち掘れ、亀裂及び変形への耐性を改善するのみならず、舗装用途において交通騒音の低減をもたらすことができる。さらに、アスファルト改質材として再生ゴム材料を含めると、ゴム廃棄問題を軽減する使用済みスクラップの優れた使用を実現し、所望特性を得るために必要なバージンポリマーアスファルト改質材の量を減らすこともできる。
残念ながら、GTR粒子は、ブレンドされたアスファルト組成物から沈降することがあり、均質なアスファルト／GTR混合物を形成及び貯蔵するための能力は重大な問題であり、その他の点では優れたアスファルト改質材のより幅広い採用を阻止している。この課題に取り組むため、例えば極小GTR粒子サイズ、例えば、140メッシュ以下ほどの粒子サイズの利用を通じて及び／又は組成物の連続混合によって試みられてきた。しかしながら、これらの両方法は極端に費用がかかり、特に高温では微粉砕GTRでさえ沈降する傾向がある。他の取り組みは、無機又は有機酸等の追加の添加剤を利用したが、これらの方法も費用を増大させ、容器及びアスファルト組成物の他の成分への酸の望ましくない腐食作用に対抗するためにさらに多くの添加剤を必要とすることが多い。
当技術分野に必要なものは、ゴム改質アスファルトの貯蔵安定性を改善できる、ゴム改質アスファルト用添加剤である。改質アスファルトの他の物理的特性、例えば弾力性等をも改善できる添加剤は大いに役立つであろう。特に望ましい添加剤としてはゴム改質アスファルトに対して望ましくない品質、例えば腐食性を取り込まないものが挙げられる。
概要
一実施形態に従って、GTR、アミン官能化ワックス、及びエラストマーポリマーを含むアスファルト改質材パッケージを開示する。有利には、GTRは、特に小さい粒子サイズを有する必要がない。例えば、いくつかの実施形態では、アスファルト改質材パッケージのGTRは、かなり大きい粒子を含むことができ、例えば、約400μmのメッシュ開口を有するスクリーンに保持される粒子を約10wt.%まで、すなわち約10wt.%以下の量で含むことができる。アミン官能化ワックスとして、天然ワックス、例えば植物由来のワックスを含め得る。エラストマーポリマーとして、反応性エラストマーターポリマー(RET)、例えば、エポキシド官能性(functionality)を含むRETを含めてよく並びに／又はスチレンブタジエンコポリマー、例えばスチレンブタジエンスチレンブロックコポリマー、スチレンブタジエンランダムコポリマー、及びその混合物等を含め得る。アスファルト改質材パッケージは、他のアスファルト改質材、例えばポリオレフィン系改質材を含むこともできる。
一実施形態に従って、粒子形態のアスファルト改質材パッケージを開示する。さらに詳細には、アスファルト改質材粒子は、まとまって密に混合されたGTR及びRETを含む粒子の形態になるように一緒にコンパウンド及び加工されたGTR及びRETを含むことができる。有利には、該アスファルト改質材粒子は、他の反応性改質材、例えば特定の他の共反応物(co-reactant)が無くてよい。
記載どおりの改質材パッケージを含むゴム改質アスファルトをも開示する。一実施形態では、改質材パッケージは、GTR、アミン官能化ワックス、及びエラストマーポリマーを含むことができる。開示改質材パッケージを組み入れたゴム改質アスファルトは、優れた貯蔵安定性のみならず、他の望ましい特性を示すことができ、かつ低改質材添加(add-in)レベルでこれらの特性を示すことができる。例えばゴム改質アスファルトは、記載どおりの改質材パッケージを約10wt.%以下の添加レベルで含むことができる。本明細書で開示するゴム改質アスファルトは、約6°F(-14℃)未満の貯蔵安定性分離値を有し得る。開示どおりのゴム改質アスファルトは、3.2kPa、67℃で約0.05～約2の多重ストレス回復クリープ(multiple stress recovery creep)(MSCR)非回復クリープコンプライアンス(non-recoverable creep compliance)(Jnr)値及び／又は3.2kPa、67℃で約20%～約75%のMSCR回復率を示すことができる。
図面の簡単な説明
本明細書の残りの部分では、本主題の完全かつ実施可能開示について、当業者に対してその最良の態様を含めて、より詳細に、添付図面への言及を含めて説明する。
本明細書に記載のアスファルトパッケージに組み入れてよいアミン官能化ワックスの示差走査熱量測定(DSC)データを提供する。 本明細書に記載のアスファルトパッケージに組み入れてよいアミン官能化ワックスのフーリエ変換赤外分光(FTIR)データを提供する。
詳細な説明
次に、開示主題の種々の実施形態に詳細に言及して、その1つ以上の例について以下に示す。各実施形態は、主題の説明として、主題の限定ではなく、提供するものである。要するに、主題の範囲又は精神から逸脱することなく本開示に種々の変更及び変化を加えてよいことが当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として説明又は記載した特徴を別の実施形態に利用して、なおさらなる実施形態を得ることができる。
一般に、ゴム改質アスファルトに使用するための改質材パッケージを開示する。本明細書で利用する場合、用語「改質材パッケージ」は、それぞれアスファルトバインダーに何らかの望ましい機能又は特性を与える、アスファルトに添加できる1群の作用物質を指す。この用語は、アスファルトバインダーとの組み合わせ前に一緒に混合される複数の改質材を含む単一組成物のみを指す意図ではない。改質材パッケージの2種以上の成分を一緒に組み合わせて改質材組成物を形成した後でこの組成物をアスファルトに添加してもよいが、これは、開示改質材パッケージの全ての実施形態の必要条件ではない。いくつかの実施形態では、アスファルト改質材パッケージの1種、数種、又は全ての成分を単独でアスファルトに添加することができる。アスファルトパッケージは複数の改質材を含むことができ、これにはアスファルトへの単独添加及び併用添加の組み合わせが包含される。例えば、さらに本明細書で論じるいくつかの実施形態では、アスファルト改質材パッケージは、改質材組成物のアスファルトへの添加前に、単一組成物に一緒にコンパウンドされた少なくとも特定の改質材を含む粒子を含むことができる。
本明細書に包含されるゴム改質アスファルトは、任意の適切な用途に用いるためのいずれのタイプのアスファルトをも含むことができる。例えば、開示改質材は、天然アスファルト又は精製アスファルトのみならずその組み合わせと共に利用することができる。さらに、開示改質材は、ブローン(blown)アスファルト(酸化又は空気精製アスファルトとも呼ばれる)又はストレートアスファルトと共に利用することができる。改質材は、ホットミックス又はウォームミックスアスファルトの形成に役立ち得る。ある特定実施形態では、開示改質材は、ホットミックス又はウォームミックスストレートアスファルトのどちらかによる舗装用途に適用できるが、決して本改質材を該用途に限定するものではないことを理解すべきであり、他の実施形態では、本改質材は、屋根ふき用途等の他の用途のためのゴム改質アスファルトを形成する際に非常に有益であり得る。
開示改質材は、ゴム改質アスファルトの貯蔵安定性を改善することができ、これらの材料のより広い使用を妨げてきた粒子沈降問題を防ぐことができる。例えば、開示改質材を組み入れたゴム改質アスファルトは、6°F(-14℃)以下、いくつかの実施形態ではさらに低い、例えば約4°F(-16℃)以下の貯蔵安定性分離値を示すことができる。GTR改質アスファルトの安定性は、表題“ポリマー改質アスファルトからのポリマーの分離傾向の判定(Determining Separation Tendency of Polymer from Polymer Modified Asphalt)”のASTM D 7173に従ってサンプルを調製する分離試験(「シガーチューブ試験」としても知られる)により判定することができる。この方法によれば、ASTM D36“ビチューメンの軟化点の標準試験法(Standard Test Method for softening point of Bitumen)”に従って軟化点を測定することができる。貯蔵安定性分離値は、試験管の上部と下部の間の軟化点温度の差を表す。試験管の上部と下部の間の軟化点温度の差が小さいほど、アスファルトの安定性は高い。
開示改質材を組み入れたアスファルトは、貯蔵中に高い安定性を示すことに加えて優れた物理的特性を示すことができる。さらに、開示ゴム改質アスファルトは、低添加レベルで、例えばいくつかの実施形態では約10wt.%以下という改質材パッケージ全体の添加レベルで、優れた物理的特性を示すことができる。
開示改質材及びこの改質材を組み入れたアスファルトバインダーの物理的特性は、一実施形態では、繰り返し応力サイクルにわたってアスファルトバインダーの塑性変形に対する耐性を正確に示すために使用できる著名な広く用いられている規格である“多重応力クリープ回復(Multiple Stress Creep Recovery)”(MSCR)試験方法論に従って特徴づけることができる。この特性は、わだち掘れ性能(rutting performance)を示し、舗装寿命に関して非常に重要である。有利には、MSCR方法論は、アスファルトバインダーの性能及び処方の両方に関する情報を提供することができる。MSCR試験では、高レベルの応力及び歪みをバインダーに加え、これは実際の舗装で起こることをより良く表すことができる。MSCR試験において高レベルの応力及び歪みを利用することによって、アスファルトバインダーの反応がポリマーの補強効果のみならず遅延弾性効果をもとらえる。MSCR試験は、ポリマー改質の高温グレード及び質を提供する。MSCR試験によるコンプライアンス(compliance)値(Jnr)は、耐わだち性情報を提供し、この試験からの回復歪みの量は、ポリマーの存在を明らかにし、バインダー中のポリマーのブレンディングの質をも明らかにする。MSCRを利用して、ニート、SBS、SB、Elvaloy(反応性ターポリマー)、GTR、ラテックス、及び化学的改質アスファルトバインダーを試験し、うまくランク付けした。同試験手順を利用してバインダー中のポリマー改質の存在を評価することもでき、他の時間のかかる低判別性試験法を行なう必要性を排除する。
一実施形態では、本明細書に記載のゴム改質アスファルトは、3.2kPa及び67℃で約0.05～約2、例えば、約0.1～約1、約0.2～約0.7、又はいくつかの実施形態では約0.5未満のMSCR Jnr値を示すことができる。記載どおりのゴム改質アスファルトは、67℃で約20%～約75%、例えば約25%～約55%、約27%～約51%、又はいくつかの実施形態では約35%超の回復率を示すことができる。MSCR値は、標準的方法論に従って、例えばAASHTO M 332-18に記載どおりに得ることができる。
有利には、開示ゴム改質アスファルトは、他の望ましい品質を失うことなく優れた貯蔵能力を示すことができる。例えば、ゴム改質アスファルトは、AASHTO T 316に従って決定される約2,000センチポアズ(cp)～約5,000cp、例えばいくつかの実施形態では約2,300cp～約4,800cpの135℃での回転粘度を示すことができる。いくつかの実施形態では、ゴム改質アスファルトは、AASHTO T 315に従って決定される76℃でのローリング薄膜オーブン(RTFO)残留物試験により決定される約75°未満、約73°未満、又は約70℃未満の動的せん断レオメーター位相角を示すことができる。
開示改質材は、バインダーの堅さ(例えば、動的せん断レオメーターによって測定されるか又は軟化点)及び低温可撓性(例えば、ベンディングビームレオメーター(Bending Beam Rheometer)又はフラース破壊点(Fraas Breaking point)又はマンドレル屈曲試験(Mandrel Bending Test)によって測定される)に関して目標PGを満たすいずれもの用途、特に舗装及び屋根ふき用途に適したゴム改質アスファルトを提供することができる。
このような望ましい品質は、一実施形態では他の改質剤と共にアミン官能化ワックスを組み入れたゴム改質アスファルトにおいて達成される。本明細書で利用する場合、用語「ワックス」は、約105°F(40℃)以上、例えばいくつかの実施形態では約150°F(66℃)～約266°F(130℃)の融点を有し、かつ約9個の炭素(C9)以上の炭素鎖を含む親油性ポリマーを指す意図である。
一実施形態では、アスファルト改質材パッケージに組み入れてよいアミン官能化ワックスは、約110℃～約130℃、例えば、約120℃に約0.6mW/mgのDSCピークを示し得る。さらに、アミン官能化ワックスは、二次DSピークを、一般的に約160℃～約180℃、例えば約170℃に示し得る。
ゴム改質アスファルトに組み入れてよいアミン官能化ワックスは、任意にフーリエ変換赤外分光法(FTIR)に従って特徴づけることができる。一実施形態では、本明細書に包含されるアミン官能化ワックスは、約3298cm-1、1732cm-1、1638cm-1、1556cm-1又は1244cm-1あたりにアミン官能性を意味する1つ以上のFTIR吸収ピークを示し得る。
アミン官能化ワックス改質材は、合成又は天然ワックスのどちらをベースにしてもよいが、特定実施形態では開示アミン官能化ワックス改質材は天然ワックスをベースにしてよく、ある特定の実施形態では、1種以上の植物ワックスをベースにし得る。本明細書に包含される天然ワックスは、ワックスエステル(すなわち、炭化水素鎖上にエステル基を含む)及び／又は他の官能基を炭化水素鎖の上／中に含むことができる。一実施形態では、天然ワックスは、アルキル鎖に沿って不飽和結合を含むことができ、任意に1種以上の追加官能基、例えば脂肪酸、一級及び二級アルコール、ケトン、アルデヒド、並びにその組み合わせ(例えば、脂肪酸エステル)を含んでよい。天然ワックスは、一般的に不飽和結合及び／又は炭化水素鎖の上／中に追加官能性を含むことによって合成ワックス(例えば、石油由来ワックス)と区別することができ、一方、合成ワックスは、一般的に長鎖同族脂肪族炭化水素から成る。
ワックス改質材は、ワックス鎖の上／中にアミン官能性を組み入れることができる。例えば、アミン官能性は、下記一般構造を有し得る。
-NR1R2
式中、「-」は、アミン官能性とワックスの炭化水素鎖との間の結合を表し、R1及びR2は、同一であっても互いに異なってもよく、水素、C1-C12アルキルから独立に選択され、任意に、相互に結合して環構造を形成することもできる。アミン官能化ワックス改質材は、開示ワックス改質材に含められるアミン官能性とは対照的にアミド結合をアルキル鎖に沿って組み入れたアミドワックスとは異なる。しかしながら、開示アミン官能化ワックスは、記載どおりにアミン官能性をも含むアミドワックスを包含し得る。
アスファルト改質材として利用してよいアミン官能化ワックスは、小売市場で得ることができる。例えば、一実施形態において、Aspalt & Wax Innovation、LLC and Green Asphalt Technologies, LLCから入手可能なアミン官能化天然ワックス(例えば、EcoGreen(商標)167)を利用することができる。
アミン官能化ワックス改質材は、既知の有機化学形成法に従って形成可能である。例えば、ワックス、例えば、アルキル鎖上に1つ以上の不飽和結合を含む天然ワックスをアルキルホスファイトと反応させて、炭素-リン結合を含有するその付加体を形成することができる。この付加物を次に少なくとも1つの反応性水素を含む、例えば、構造HNR1R2（R1及びR2は上記定義どおり）を有するアミンと反応させて、アスファルト改質材組成物に組み入れてよいアミン官能化ワックスを形成することができる。
改質材パッケージは、一般的にアミン官能化ワックス成分(すなわち、単一又は複数のアミン官能化ワックス)を改質材パッケージの質量に基づいて約10.0wt.%まで、例えば、いくつかの実施形態では約0.01wt.%～約5wt.%、約0.05wt.%～約3wt.%、又は約0.1wt.%～約2.0wt.%の量で含むことができる。
ゴム改質アスファルト用の改質材パッケージは、エラストマーポリマーを含むことができる。本明細書で利用する場合、用語「エラストマーポリマー」は、粘弾性(すなわち、耐変形性及び応力の除去後に元の状態に戻る傾向を示す)及び弱い分子間力を示すポリマーを指す意図である。エラストマーポリマーは、一般的に比較的低いヤング率及び-1.0～0.5のポアソン比(例えばASTM E132に従って決定される)を有し、かつ100%以上、例えばいくつかの実施形態では約100%～約800%の伸び率での破断を示すことができる(例えばASTM D412に従って決定される)。エラストマーポリマーの例としては、限定するものではないが、ゴム(例えば、天然ゴム、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン-ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、ポリクロロプレン、ポリアクリラートゴム、フルオロカーボンゴム、シリコンゴム、ポリスルフィドゴム、エチレン-酢酸ビニルコポリマー、プロピレンオキシドゴム、ポリプロピレンオキシド-アリルグリシジルエーテルコポリマー、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化(chorosulfonated)ポリエチレン)；並びに熱可塑性エラストマー(例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー、エラストマーアロイ、例えば熱可塑性オレフィンエラストマー及び熱可塑性加硫物、熱可塑性ウレタンエラストマー、熱可塑性ポリエステル-エーテルエラストマー、熱可塑性ポリアミドエラストマー)；並びにエラストマーポリマーのブレンドが挙げられる。一実施形態では、エラストマーポリマーとして、エチレンとアクリル酸アルキルのコポリマーを含めることができる。例えば、アクリル酸とC1-C10アルコールのエステルであるアクリル酸アルキルをコモノマーとして利用する。例示コモノマーとしては、限定するものではないが、アクリル酸アルキル、例えばアクリル酸n-ブチル、アクリル酸エチル、及びアクリル酸メチルが挙げられ、これらをエチレンと共重合させて適切なエチレン-アクリル酸アルキルコポリマーを与えることができる。
一実施形態では、エラストマーポリマーは、3種の異なるモノマー単位で形成されたエラストマー骨格を含み、かつアスファルトバインダーの別の成分と反応する能力がある反応性官能基を持つ反応性エラストマーターポリマー(RET)を含んでよい。エラストマーターポリマーのモノマー単位は、ポリマー骨格に沿ってランダム、ブロック、又はそのいくつかの組み合わせであってよい。反応性官能基としては、限定するものではないが、ヒドロキシル、エポキシド、アミン、メルカプト、又はビニル(例えば、ペンダントビニル基)が挙げられる。RETに対して反応性を示し得る、アスファルトバインダー中の他のバインダー成分としては、アスファルト及び／又はバインダーの他の改質材が挙げられる。例えば、RETは、アスファルトのアスファルテン成分に対して及び／又はGTR改質材の成分(例えば、GTR改質材のカーボンブラック等)に対してのみならず、改質アスファルトの1種以上の追加成分(例えば、共反応体、ワックス等)との反応性を示すことができる。ある特定実施形態では、RETは、エポキシド官能性、例えば、グリシジル又はアクリル酸グリシジル官能性を含むことがある。エポキシド官能性を含むエラストマーポリマーとしては、ビスフェノール由来のものが挙げられ、その非限定例としては、ビスフェノールA、ビスフェノールAP、ビスフェノールAF、ビスフェノールB、ビスフェノールBP、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールG、ビスフェノールM、ビスフェノールS、ビスフェノールP、ビスフェノールPH、ビスフェノールTMC、ビスフェノールZが挙げられる。エポキシド官能性RETの非限定例としては、アルキレン-アクリル酸アルキル-アクリル酸グリシジルターポリマー、例えばエチレン-アクリル酸ブチル-メタクリル酸グリシジルターポリマー(例えば、EnBAGMA)が挙げられ、その市販例は、Elvaloy(登録商標)ターポリマー(例えば、Elvaloy(登録商標)5170、Elvaloy(登録商標)4170等)の商品名で入手可能である。
アスファルト改質材パッケージに含めてよいエラストマーポリマーとして、スチレン系エラストマーポリマー、例えばスチレンブタジエンコポリマーを挙げることができる。スチレン系エラストマーポリマーの例としては、限定するものではないが、スチレンブタジエンブロックコポリマー(SB)、スチレンエチレンブチレンスチレン(SEBS)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、スチレンブタジエンスチレン(SBS)ブロックコポリマー、SBSランダムコポリマー及びその混合物が挙げられる。SBSブロックコポリマー及びSBランダムコポリマーは市販されている。ブタジエン(B)セグメントを、限定するものではないが、1,3-ブタジエン、イソプレン、2-エチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン及びピペリレンのような4～6個の炭素原子を有する共役ジエンと重合させることができる。スチレン(S)セグメントは、モノビニル芳香族ポリセグメント、例えば、ポリスチレン、α-メチルスチレン、p-ビニルトルエン、m-ビニルトルエン、o-ビニルトルエン、4-エチルスチレン、3-エチルスチレン、2-エチルスチレン、4-tert-ブチルスチレン及び2,4-ジメチルスチレンであってよい。アスファルト改質材組成物に含めてよいSBSコポリマーは、例えばKraton Polymers L.L.C., Polimeri Europa and BASF Corporationから市販されている。
如何なる特定理論にも束縛されることを望むものではないが、アミン官能化ワックスの存在が、エラストマーポリマー、GTR粒子、及びアスファルトの1種以上の成分、例えば、アスファルトの官能化アスファルテン極性フラクションの間の相互作用を促して、アスファルト組成物中のGTRの沈降を防ぐことができると考えらえる。
改質材パッケージは、一般的にエラストマーポリマー成分を改質材パッケージの質量に基づいて約20.0wt.%まで、例えば、いくつかの実施形態では約0.01wt.%～約10wt.%、約0.05wt.%～約5wt.%、又は約0.1wt.%～約2.0wt.%の量で含むことができる。
ゴム改質アスファルトに組み入れてよいGTRは、当技術分野で一般的に知られるいずれのGTRをも包含することができる。特に、GTRへの言及は、いずれの起源のゴムクラムをも指し、再生タイヤに由来する当該材料のみに限定する意図ではなく、いずれの起源のクラムゴムをも指すことを理解すべきである。
一実施形態では、GTR成分は、相対的に大きい粒子サイズ指定を有する粒子を含むことがあり、該GTRは経済的採算性が高い可能性があるからであるが、このことは、ゴム改質アスファルトのGTR添加剤の必要条件ではない。本明細書で利用する場合、用語「粒子サイズ指定」は、定義されたサイズ範囲内の個々の粒子を含む粒子状添加剤を指す。粒子サイズ指定は、技術上周知なようにASTM D5603dに従って決定可能である。例示として、大粒子サイズ指定を有する粒子を大多数(例えば、添加剤の質量に基づいて約90wt.%以上、約95wt.%以上、約96wt.%以上、約97wt.%維持上、約98wt.%以上、又は約99wt.%以上)含む粒子状添加剤は、高率の大粒子を含むことになるが、小粒子サイズ指定を有する粒子を大多数含む粒子状添加剤は、高率の小粒子を含むことになる。
GTR添加剤は、粗大粒子状物質及び微粉粒子状物質を両方とも含むことができる。粗大粒子状添加剤は、一般的に大多数の粒子が40メッシュ以上の粒子サイズ指定(すなわち、40以下のメッシュ数)を有する粒子状物質であると考えられるが、微粉粒子状物質は、一般的に大多数の粒子が40メッシュ未満の粒子サイズ指定(すなわち、40超のメッシュ数)を有する粒子状物質であると考えられる。Per ASTM D5603によれば、40メッシュという粒子サイズ指定は、この手順に従って試験している粒子状物質のどの粒子も30メッシュスクリーン(595μmの開口を有する)上に保持されず、10wt.%以下の粒子が40メッシュスクリーン(425μmの開口を有する)上に保持されることを意味する。加えて、決定すべき粒子状物質が40メッシュという粒子サイズ指定を有するためには、少なくとも公称量の粒子が40メッシュスクリーン上に保持されることになる。
一実施形態では、GTR添加剤の約90wt.%以上が、140メッシュ以上の粒子サイズ指定(すなわち、140以下のメッシュ数、より大きい粒子を意味する)を有し得る。ASTM D5603によれば、140メッシュという粒子サイズ指定は、この指定を有する粒子の全てが120メッシュスクリーン(128μmの開口)を通過することができ、この粒子サイズ指定を有する粒子の10wt.%以下が140メッシュスクリーン(106μmの開口)上に保持されることを意味する。従って、GTR添加剤の一部は、サイズが約100μmより大きい粒子を含む可能性がある。例えば、GTR添加剤の約10wt.%以上は、約100μm以上の粒子アイズを有する(すなわち、約100ミクロのメッシュ開口を有するスクリーン上に保持される)可能性がある。
さらに、GTR添加剤は指示した粒子サイズ指定(例えば、140メッシュ)内に入る粒子のみに限定されず、添加剤は、ある量(例えば、単一粒子サイズ指定を利用して添加剤を表す実施形態については約10wt.%以下)の、粒子サイズ指定から外れる粒子を含むことができることを繰り返し表明すべきである。例えば、140メッシュの粒子サイズ指定の例では、添加剤の約10wt.%以下、約5wt.%以下、約4wt.%以下、約3wt.%以下、約2wt.%以下、又は約1wt.%以下が、単一粒子サイズ指定のスクリーンサイズ、例えば、140メッシュスクリーン(105μmの開口)のスクリーンサイズ上に保持されることになる粒子サイズを有することができる。例えば、GTR添加剤の約1wt.%～約10wt.%は、約100μm以上の粒子サイズを有することができる。
GTR添加剤は、技術上周知の任意の粒子サイズ指定及び任意の適切なグレード指定の粒子(その例はASTM D5603に記載されている)のみならず、GTR材料の組み合わせをも含むことができる。例えば、GTR添加剤の約90wt.%以上が、10メッシュ、20メッシュ、30メッシュ、40メッシュ、50メッシュ、60メッシュ、70メッシュ、80メッシュ、100メッシュ、120メッシュ、140メッシュ、170メッシュ、又は200メッシュ、又はより小さい指定メッシュサイズを有し得る。
GTR添加剤は1つのグレード指定又はグレード指定の組み合わせを含むこともできる。例として、GTR添加剤は、第1のグレード指定(例えば、繊維及び金属が除去された、乗用車、トラック、及びバスのタイヤから調製された全タイヤ再生加硫物粒子状ゴムを含むグレード1)を有し、第1の粒子サイズ指定(例えば、140メッシュ)を有する第1の粒子状物質と、第2のグレード指定(例えば、自動車、バス、及びトラックのトレッドのみから調製される自動車、トラック、及びバスの再生加硫物粒子状ゴムを含むグレード2)を有し、第2の粒子サイズ指定(例えば、100メッシュ)を有する第2の粒子状物質との組み合わせで構成された添加剤を90wt.%以上含むことができる。当然に、本明細書では、改質材パッケージ用の粒子状GTR添加剤成分を形成する際に、2種より多くの粒子状GTR成分の混合物のみならず、同一粒子サイズ指定を有する異なるグレートの成分と、同一グレードの異なる粒子サイズ指定成分との混合物も包含される。
前述したように、添加剤は、ある量(例えば、いくつかの実施形態では約10wt.%以下、約5wt.%以下、約4wt.%以下、約3wt.%以下、約2wt.%以下又は約1wt.%以下)の、GTR添加剤の特定の粒子サイズ指定の成分のメッシュサイズより大きい、例えば平均粒子サイズが約400μmより大きいGTR粒子を含むことができる。しかしながら、一般的に、GTR添加剤の約1wt.%未満は、平均横断面サイズが約0.6mm以上である可能性があり、粒子が大きくなるにつれてアスファルトの物理的特性を損なう可能性がある。同様に、GTR添加剤に含まれる個々の粒子のサイズに対しては特定の下限はなく、添加剤は、ある量の極小粒子、例えば、いくつかの実施形態ではゴム微粉を含むことができる。しかしながら、実際には、経済の実態のため、大粒子の添加レベルが大きすぎると改質アスファルトの望ましくない特性をもたらすことがあり、より小さい粒子サイズ指定は製造コストが高いので、ほとんどの実施形態ではGTR添加剤は、30メッシュ～140メッシュの指定メッシュサイズを有する粒子状物質で構成された添加剤を約90wt.%以上含む可能性がある。例えばGTR添加剤の約10wt.%以下は、約500μmより大きい(すなわち、500μmの開口のメッシュを有するスクリーン上に保持される)か、約400μmより大きいか、約300μmより大きいか、約200μmより大きいか、又は約100μmより大きく、GTR添加剤の約1wt.%以下は、粒子サイズが約600μmより大きい(すなわち、600μmの開口のメッシュを有するスクリーン上に保持される)可能性がある。
一実施形態では、GTR添加剤は、約80メッシュ以下、例えば、80メッシュ、100メッシュ、120メッシュ、140メッシュ、170メッシュ、200メッシュ、又はより小さい粒子サイズ指定を有する粒子状物質を含むことができる。このような小さい粒子状物質は、一般的に微粒子化ゴム粉末(MRP)と呼ばれる。いくつかの実施形態では、GTR添加剤は、より大きい粒子サイズ指定を有するGTR成分と組み合わせたMRP添加剤を含むことができる。例えば、上述したように、GTR添加剤は、より大きい粒子サイズ指定を有する第2の部分と組み合わせたMRPで形成された(任意選択で異なるグレード指定で形成された)第1の部分を含むことができ、かつ第3の部分(例えば、約10wt.%以下)のより大きい粒子を含むこともできる。当然に、異なる粒子サイズ指定を示す追加部分をGTR添加剤に含めることもできる。
従って、GTR添加剤の粒子サイズ分布は、狭いか、かなり広いか又は多峰性でさえあり得る。GTR添加剤の粒子サイズ分布は、技術上周知なようにASTM D5644、例えば、ASTM D5644-18に従って決定可能である。例えば、一実施形態では、GTR添加剤はASTM D6544-01に従って決定される粒子サイズ分布を有し得る。この場合1wt.%未満の粒子が600μmの篩上に保持され、10wt.%未満の粒子が400μmの篩上に保持される。該GTR添加剤は、当技術分野で、例えばLehigh Technologiesから入手可能(例えば、MicroDyne(商標)添加剤、例えばMicroDyne(商標)400)である。
GTRを形成するための原材料として用いる再生エラストマーポリマー、例えば廃タイヤゴムは硬化した(以前に加硫された)ゴムであり得る。従ってそれらは、本質的に改質アスファルトの他成分と反応しない相対的に不活性な粒子であり得る。しかしながら、前述したように、改質アスファルトにアミン官能化ワックスを含めると、GTR粒子の沈降を改善し、そのため、粒子と、アスファルトバインダーの1種以上の他成分との間の何らかの相互作用が、アミン官能化ワックスの存在が原因で起こると理解される。しかしながら、有利には、改質アスファルトに含める前にGTRが脱硫プロセスを受けることは必要条件でない。
一実施形態では、米国特許第7,445,170号に記載の極低温研削システム及び米国特許第7,861,958号に記載のインパクトミルを利用してGTRを形成することがでる。アスファルト改質材として利用可能なGTRの製造に採用できる有用な技術及び機器を説明する目的で米国特許第7,445,170号及び米国特許第7,861,958号の教示を本明細書に組み入れる。しかしながら、GTRは、極低温で粉砕されたGTRに限定されず、任意に他の方法、例えば、限定するものではないが、湿式研削プロセス、周囲温度研削手順、及び他の極低温プロセスに従って形成可能である。いずれの場合でもGTRは、典型的に、天然ゴム、合成ポリイソプレンゴム、エマルションスチレン-ブタジエンゴム、溶液スチレン-ブタジエンゴム、及び種々多様のさらなる硬化ゴムを含めた種々の硬化ゴム状ポリマーの混合物を含むことができる。
改質材パッケージは、一般的にGTR成分を改質材パッケージの約95wt.%まで、例えばいくつかの実施形態では約0.5wt.%～約80wt.%、約1wt.%～約70wt.%、又は約2.0%～約25%の量で含むことができる。
一実施形態では、改質材パッケージは、単一改質材組成物として一緒にコンパウンドされたGTR成分及びRET成分を含むことができる。この実施形態では、アスファルトバインダーと組み合わせる前に、アスファルト改質材パッケージの少なくともGTR成分及びRET成分を一緒にコンパウンド及び加工して、密接に混ざり合ったGTR及びRETを含む粒子を形成することができる。この特定実施形態では、アスファルト改質材パッケージ(GTR/RET改質材組成物の成分として又はそれとは別に)にアミン官能化ワックスを含めることは任意選択的であり得る。
驚いたことに、GTR添加剤をRET添加剤と予混合すると、ゴム改質アスファルトの貯蔵安定性を改善することが分かった。例えば、アスファルトバインダーと、GTR及びRETが前もって高温で混ぜ合わされたアスファルト改質材パッケージとの組み合わせによって形成されるゴム改質アスファルトは、ASTM D 7173によって測定される約6°F(-14℃)以下、又はいくつかの実施形態ではさらに低い、例えば約4°F(-16℃)以下の貯蔵安定性分離値を示すことができる。さらに、この効果は、GTR/RET改質材組成物にアミン官能化ワックスを含めなくても得ることができる。如何なる特定理論にも限定させることを望むものではないが、改質材をアスファルトバインダーに添加する前に、改質材の密接混合物を形成するようにGTR及びRETを一緒にコンパウンドすると、2つの改質材間の相互作用を促すことができ、かつ2種の改質材間の反応、例えば、RETと、GTRの成分(カーボンブラック、GTRのゴム等)との間の反応を惹起できると考えられる。しかしながら、予混合された改質材組成物においては完全反応は行なわれず、望ましくは、アスファルトバインダーとの組み合わせ前のコンパウンドされた改質材組成物中に改質材の少なくともいくらかの反応性が残存することも理解されている。そのような訳で、GTR/RET改質材組成物をアスファルトバインダーに混ぜ合わせると、組成物はまだアスファルトバインダーとの反応性を示すことができる。アスファルトバインダーへの添加前の改質材の過剰な反応なしでGTRとRETの間の所望の相互作用を促すため、GTR/RET改質材組成物は、他の反応性改質材(例えば、本明細書でさらに考察される共反応物)を含まなくてよい。しかしながら、GTR/RET改質材組成物中に他の反応性改質材が無いことは、アスファルト改質材パッケージ中の他の反応性改質材の存在を排除しない。この実施形態では、改質材パッケージに組み入れるべき他の反応性改質材をGTR/RET改質材組成物とは別に、すなわち、コンパウンドされたGTR/RET組成物の成分としてではなく、同時に又は異なる時に、アスファルトバインダーに添加することができる。
GTR/RET組成物を形成するため、少なくともこれらの2種の改質材成分を該二成分の密接混合を促すのに適した条件で混ぜ合わせることができる。例えば、GTR及びRETを含む混合物は、RETの融点より高い温度で、例えば、約120℃以上、例えば約140℃～約200℃の温度で混合ゾーンを備えた押出機で形成可能である。GTR及びRETは、いずれの順序でも、例えば、逐次的に一方を融かしてから他方を融かして次に混合するか、又は逐次的に一方を融かしてから融解していない他成分と混合して次に混合物を融かすか、又は同時に別々に融かしてから混合するか、又は同時に一緒に添加するか、又は任意の他の適切な順序／アレンジメントで押出機に添加することができる。非限定例として粒子、ペレット、小球、ビーズ、顆粒等が含まれる固体形態の改質材組成物は、押出、ペレット化、切断、細断等を含めたいずれの適切な方法及び装置によって形成してもよい。一実施形態では、改質材組成物の粒子サイズは、約1mm以上、例えば3mmであり得る。いずれの適切なペレット化／微細化方法及び装置を利用して、粒子状改質材又は改質材組成物を形成してもよく、それらの例については本明細書にさらに記載する。
技術上周知なように他のポリマーアスファルト改質材をゴム改質アスファルトに組み入れることができる。一実施形態では、ゴム改質アスファルトは、ポリオレフィン系改質材、例えばポリオレフィンホモポリマー若しくはコポリマー又はその組み合わせを含むことができる。いくつかの非限定実施形態では、ポリオレフィンホモポリマー又はコポリマーは、単一モノマー(ホモポリマーの場合)又は2種以上の異なるモノマー(コポリマーの場合)を重合させることによって形成可能なポリαオレフィン(「PAO」)であり得る。一般に、PAOのモノマー単位は、C2-C36αオレフィン(すなわち2～36個の炭素原子を有するαオレフィン)を含むことができる。ポリオレフィン添加剤の個別の特性は、特に限定されず、例えばポリオレフィン添加剤はいずれの適切なメルトフローインデックスを有してもよい。例として、ポリプロピレンポリマー添加剤は、230℃で測定して、約5～約60、約10～約40、又は約20～約30、例えば、いくつかの実施形態では約25のメルトフローインデックスを有し得る。
これとは別に、PAO改質材は、2種以上の前もって形成されたPAOのブレンディングによって、又は2種以上の異なるPAOの共重合によって、又は2種以上の異なるαオレフィンの共重合によって、又はこれらの任意の組み合わせによって形成してよい。非限定例では、該ポリオレフィン改質材は、ポリエチレン(「PE」)ホモポリマー、ポリプロピレン(「PP」)ホモポリマー及びポリプロピレン／ポリエチレン(「PP/PE」)コポリマーを含んでよい。いくつかの実施形態では、ポリオレフィン系改質材(ホモポリマー又はコポリマー)は、約20,000～約200,000の数平均分子量を有し得る。
ポリオレフィンポリマーは、ポリオレフィン技術分野で周知なようにいずれもの適切な触媒を用いて、いずれの適切な方法及び手段によっても得ることができる。非限定例として、PPホモポリマー及びPP/PEコポリマーは、副生物流として又はあるグレードから次のグレードへの転換中の中間グレードとしてPP樹脂の製造から得ることもできる。これらの流れをプロセスから回収し、いくつかの品質のものに分離し、これらを再び混ぜ合わせて、アスファルト用途に適した製品ポリマーを得ることができる。一実施形態では、ポリオレフィンポリマー添加剤は再生ポリマー、例えば再生ポリプロピレン添加剤であり得る。ポリオレフィン添加剤は、周知なように、小売使用で得ることもできる。例として、アスファルト改質材パッケージに組み入れてよいポリプロピレン／ポリエチレンコポリマーには、ExxonMobil Corporationから商品名Vistamaxx(商標)、例えば6502、6202、6102等で入手可能なものがある。
含まれるとき、改質材パッケージは、一般的にポリオレフィン系改質材成分を改質材パッケージの質量に基づいて約20.0wt.%まで、例えば、いくつかの実施形態では約0.01wt.%～約10wt.%、約0.05wt.%～約3wt.%、又は約0.1wt.%～約2.0wt.%の量で含むことができる。
技術上周知なように他の改質材を改質アスファルトに任意選択で含めてよい。例として、他のワックス改質材、例えばポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、石油パラフィンワックス、モンタンワックス(亜炭ワックス又はOPワックスとしても知られる)、天然若しくは合成ラテックス、粗トール油、酸化トール油ピッチ、トリニダード湖アスファルト、ギルソナイトその他の天然アスファルト等、又はその組み合わせを改質材パッケージに組み入れることもできる。非限定例として、約650～2500の範囲の数平均分子量を有するポリエチレン(「PE」)ワックスがあるが、当該範囲より大きいか又は小さい数平均分子量を有するPEワックスが適切なこともある。別の非限定例として、約450～1200の数平均分子量を有するフィッシャー・トロプシュワックスがあるが、当該範囲より大きいか又は小さい数平均分子量を有するフィッシャー・トロプシュワックスが適切なこともある。
ゴム改質アスファルトに組み入れてよい他のワックス(前述のアミン官能化ワックスに加えて)としては、原油精製プロセスから得られる石油ワックスが挙げられる。石油ワックス改質材の1つの非限定例は、約150°F(66℃)～約220°F(104℃)の範囲の融点を有し得る。例えば、石油精製プロセスの一部としてワセリンを脱油することによって生成される石油マイクロワックス(微結晶ワックスとも呼ばれる)を改質材パッケージに組み入れることもできる。マイクロワックスは、粘度改質材目的のみならず、改質アスファルトに低温性能可撓性を与えるという二重の目的を果たすことができる。
微結晶ワックスは、ASTM規格番号によって記述することができる。これらには凝結点(ASTM D938)、針入度(D1321)、色(ASTM D6045)、及び粘度(ASTM D445)が含まれる。微結晶ワックスは、一般的に2つのカテゴリー、すなわち「積層」グレード及び「硬化」グレードに分類することができる。アスファルト改質材パッケージに組み入れてよい積層グレードは、一実施形態では140～175°F(60～79℃)の融点及び25以上の針入度を有し得る。アスファルト改質材パッケージに組み入れてよい硬化グレードは、一実施形態では約175～200°F(79～93℃)の範囲であり得る融点及び25以下の針入度を有し得る。両グレードの色は、精製レベルで行なわれる加工度に応じて、褐色から白色にわたり得る。
本明細書で開示するゴム改質アスファルトに含めてよい適切な原油由来マイクロワックスの非限定例は、下記特性を有してよい：150°F(66℃)～220°F(104℃)の範囲の滴融点(drop melt point)(ASTM D 127)；及び10～320センチトークの範囲の212°F(100℃)での動粘性係数(ASTM D445)。
改質材パッケージに含めてよい他のワックスとしては、ポリエチレン副生物ワックス(「ポリエチレンワックス」又は「PEワックス」とも呼ばれる)又は石油パラフィンワックスが挙げられる。例えば、約100℃～約160℃の融解温度範囲を有するPEワックスを含めることもできる。エラストマーポリマー用分散剤としてのみならず粘度改質材としても使用するために副生物PEワックスを組み入れることができる。既知かつ市販されているポリエチレンワックス、例えば、非限定例として、アルファワックス、例えば、アルファワックスCWP500ポリエチレンワックス並びにTrecora(商標)Chemical等から入手可能な他のワックスを改質材パッケージに組み入れることができる。約70℃～約115℃の範囲の融解温度を有するフィッシャー・トロプシュハードワックスは、ゴム改質アスファルトに含めてよい二次ワックスの別の例である。
含まれるとき、改質材パッケージ中の二次ワックスの含量は、約2wt.%以上、例えばいくつかの実施形態では約1wt.%～約20wt.%、約2wt.%～約15wt.%、又は約4wt.%～約10wt.%の範囲内であり得る。
利用してよい改質剤のさらなる例は、粗トール油及び酸化トール油ピッチ等のトール油材料である。非限定例として、含まれるとき、トール油成分は、改質材パッケージに約2wt.%～約20wt.%、例えばいくつかの実施形態では約2wt.%～約10wt.%の範囲で含めることができる。本明細書で使用する場合、用語「トール油材料」は、合成及び天然由来のトール油、トール油ピッチ、トール油ブレンド、及び類似のトール油製品を含む。該添加剤は、改質材パッケージにおいて界面活性剤として機能することができ、当技術分野で、例えばIngevity Companyから入手可能である(例えば、Ingevity(登録商標)PC-2014)。
トール油は、製紙業者から木材パルプの蒸解(digestion)で得ることができる液体樹脂材料である。トール油の一般源はマツ由来である。市販のトール油は、脂肪酸、樹脂酸、ステロール、高級アルコール、ワックス及び炭化水素の複合物を含む。酸成分がそのエステル成分として存在してもよい。トール油は、一般的に木材が硫化物又はクラフトプロセスによって製紙用パルプに変換されるときに得られる。改質アスファルトに含めてよい酸化トール油ピッチの非限定例は、下記特性を有してよい：125°F(52℃)～220°F(104℃)の範囲の軟化点；及び25℃で2～40の範囲、例えば5～20の範囲の針入度値。
別の任意的改質材としては、硫黄源、例えば元素硫黄、硫黄供与体、硫黄副生物、又はこれらの2種以上の組み合わせが挙げられる。硫黄供与体は、改質アスファルトに含まれるとその場で硫黄を発生させ得る化合物である。硫黄供与体の例としては、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム、2,2-ジチオビス(ベンゾチアゾール)、メルカプトベンゾチアゾール、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、又はこれらの2種以上の組み合わせが挙げられ、Sasolink(登録商標)TXS(Sasol Wax Americas, Shelton, Conn., USAから入手可能な有標製品)がある。硫黄副生物には、1種以上のスルフィド、スルホキシド、スルホン、又はこれらの2種以上の組み合わせが含まれる。
別の任意的改質材は、ゴム改質アスファルトの成分間の1つ以上の反応に対して反応速度上昇を可能にする共反応物である。共反応物の例としては、限定するものではないが、トリメリット酸無水物(TMA)及び／又はポリリン酸(PPA)があり、改質材パッケージに標準量で組み入れることができる。技術上周知なようにポリマー加工助剤を改質材パッケージに組み入れてもよく、例えば、Struktol Company of Americaから入手可能な加工助剤、例えば、Struktol(登録商標)TR 016等がある。
改質材パッケージの個々の成分を任意の適切な方法論に従ってアスファルトと組み合わせることができる。例えば、GTRを唯一の成分としてアスファルトと組み合わせ、かつ改質材パッケージの1種以上の他の改質材、例えば、アミン官能化ワックス及びエラストマーポリマーを、任意に1種以上の他のポリマー改質材と共に、予形成改質材組成物として、例えばパステル(pastille)、ビーズ、小球、又は顆粒形態の単一のパック添加剤として固体形態でまとめて提供することができる。例えば、アミン官能性ワックス成分、エラストマーポリマー成分、及びいずれもの他の任意的ポリマー成分(例えば、PAO)を一緒に融解させ、アスファルトへのGTRの添加前、又は添加と同時、又は添加後にアスファルトに添加するために粒状にする(granulized)ことができる。
非限定例として、アミン官能化ワックス成分及びエラストマーポリマー成分を両方とも融解させてから一緒に完全に混合した後で再び粒子の形にしてアスファルトに添加してよい。一緒に添加された前もって融解した材料と共に個々に融解を達成してよく、或いは合わせて接触させた未融解材料と同時に融解を果たして融かしてよく、或いは第1の材料で逐次的に融解を果たしてから未融解材料と混ぜ合わせて両方をさらに融解させてよい。さらに、1種以上の成分をアスファルトとの組み合わせ前又は組み合わせ時のどちらかで融かすことができる。このような方法は、融解又は未融解形態にある第3の成分の添加によって、プロセス構成のいずれの時点でも融解混合物に第3の成分を組み入れることができる。非限定例として、ポリオレフィンポリマー粒子をアミン官能化ワックスとエラストマーポリマーの融解組み合わせに混ぜ入れて、次にこの混合物を粒子の形にしてからアスファルトに添加してよい。さらに別の非限定例として、アミン官能化ワックス粒子及びエラストマーポリマー粒子の乾燥混合物を最初に形成し、この混合物を直接アスファルトに添加してよく、或いは乾燥混合物を次に融解させて、粒子の形にしてからアスファルトに添加してよく、或いは粒子を融解させて、融解形態のアスファルトに添加してもよい。別の実施形態では、GTR粒子を融解RETと合わせて混合してからこの混合物を粒子の形にしてからアスファルトに添加してよい。
押出及びその後の切断、ペレット化等を含めたいずれの適切な方法／装置を利用して、改質材組成物、例えば、アミン官能化ワックス及び／又はエラストマーポリマー及び／又はポリオレフィンポリマーの組み合わせを粒子の形にしてもよい。非限定実施形態として、ポリオレフィンとアミン官能化ワックスの混合物からペレットを形成してよい。ポリオレフィン及びワックスを一緒にいずれの所望順序で(すなわち、逐次的に一方を融解させてから他方を融解させ、次に混合するか、又は逐次的に一方を融解させてから他方の未融解物と混合し、次に混合物を融解させるか、又は同時に別々に融解させてから混合するか、又は同時に一緒に融解させるか、又はいずれもの他の適切な順序／アレンジメントで)融解させることによって溶融混合物を形成してもよい。非限定例として粒子、ペレット、小球、粉末、パステル、ビーズ、顆粒等がある固体形態の添加剤は、押出、ペレット化、切断、細断等を含めたいずれの適切な方法によってもいずれの適切な装置を用いても形成可能である。
いずれの適切なペレット化／微細化方法及び装置を利用して、粒子状改質材又は改質材組成物を形成してもよい。一般的な伝統的微細化技術は、摩擦に基づいて粒子サイズを減じ、該方法としては、製粉、強打及び研削がある。典型的な工業用ミルは、通常は鋼球を収容する円筒状の金属ドラムで構成されている。ドラムが回転するにつれて内部の鋼球が固体粒子と衝突し、この結果として固体粒子を破砕して小さい径にする。研削の場合、固体粒子は、装置の研削ユニットが互いに擦れるときに固体の粒子が中間で捕捉されながら形成される。粉砕及び切断のような方法も粒径を減じるために使用されるが、前述の2つの技術に比べて粗い粒子を作り出す(従って微細化プロセスの初期段階である)。粉砕は、ハンマー様の道具を用いて、衝撃を利用して固体をより小さい粒子に破壊する。切断は、鋭い刃を用いて粗い固体片をより小さい断片に切断する。微細化のための極低温技術がある。例えば、微細化プロセスに超臨界流体を使用する方法もある。このカテゴリーの最も広く応用されている技術としては、RESSプロセス(Rapid Expansion of Supercritical Solutions)、SAS法(Supercritical Anti-Solvent)及びPGSS法(Particles from Gas Saturated Solutions)が挙げられる。
未改質アスファルト及びアスファルト改質材パッケージを含むゴム改質アスファルト組成物を生成するために用いる方法及びステップシーケンスは、当技術分野で一般的に知られているいずれの方法及び機器によってもよい。しかしながら、実施上の配慮点として、アスファルト改質材パッケージの添加及び未改質アスファルトとのブレンディングは、一実施形態では、油精製作業中に単離／生成された既にホットなアスファルトと併用して行なうことができる。
アスファルトバインダー組成物は、例えば、アスファルト、アミン官能化ワックス、及びエラストマーポリマーをミキサー内で乾式ブレンディング又は通常のマスターバッチ技術等によって組み合わせることによって生成可能である。この混合物を約120℃～約240℃の範囲の温度に加熱する等の適切な条件にさらすか、又は混合タンク若しくは反応器若しくは金属缶等の任意の適切な容器内で溶融状態にさらすことができる。
一実施形態では、溶融混合物を温度範囲を合わせることができる圧力、例えば大気圧下で、約0.25～約35時間、例えばいくつかの実施形態では約2～約30時間、又は約5～約25時間にわたって加熱することができる。溶融混合物は、例えば、機械式撹拌機又はいずれの他の混合手段によっても混合することができる。
当業者に周知なように、高せん断ミルプロセス又は低せん断混合プロセスでゴム改質アスファルトを生成することができる。使用プロセスは、利用可能な機器及び個別の使用改質材に左右され得る。低せん断混合機器で使用できるポリマーは、通常は高せん断機器でも加工することができる。どちらのタイプの機器をも使用することができる。典型的に高せん断機器で、低せん断混合機器を用いてアスファルトに加工されるポリマーを分散させるために溶媒を使用してもしなくてもよい。
いずれの通常のホットミックスアスファルトにも改質材パッケージを使用することができる。一実施形態では、改質材パッケージを最初にアスファルトバインダーに添加してからこのゴム改質アスファルトを連続ドラムミキサー又はバッチミキサー内の骨材混合物に添加してよい。これとは別に、アスファルトが骨材と接触するのとほぼ同じ時に連続ドラムミキサー又はバッチミキサー内の骨材混合物に改質材パッケージの1種以上の成分を直接添加してもよい。本発明の非限定実施形態は、例えば、路面の舗装用のアスファルト／骨材配合物を含み、この配合物は、アスファルト、骨材及び改質材パッケージの混合物を含み、改質材パッケージは、ゴム改質アスファルトバインダー中に未改質アスファルトの質量に基づいて約0.2%～約30%の量で存在する。
加熱チップシール、スラリーシール等の表面処理及び粘度を低減する処理としての該表面処理のため、並びに揮発性希釈(cut back)溶剤の使用及び随伴ヒューム発生を排除するために改質材パッケージを使用してよい。該ウォームミックス用途は、湿気防止用のコーティング及びシーラント並びに溶剤及び耐化学薬品混合物を含んでもよい。
一実施形態では、改質材パッケージを屋根ふき用途に使用し得る。例として、改質材パッケージをシングル屋根板の製造に利用してよく、記載どおりのゴム改質アスファルトをシングル屋根板の不織基材(通常はガラス繊維)上にコーティングすることができる。
一実施形態では、下ふき屋根(built-up roofing)(BUR)アスファルトグレード又はモッピング(mopping)アスファルトグレードに改質材パッケージを利用することができ、次に加熱又はエマルション適用アスファルトコーティングに使用することができる。
別の実施形態では、屋根ふき用途の接着剤コーティングの製造に改質材パッケージを使用してよい。
記載どおりの改質材パッケージは、吹き付けて酸化によりバインダーを硬化させる前にアスファルト供給原料に使用してよい。非限定例として改質材パッケージは、ゴム改質アスファルトの質量に基づいて約0.5%～約10%の範囲でゴム改質アスファルト中に存在することができるが、約10wt.%より多く、また0.5wt.%より少ない範囲も本明細書に包含される。
以下に示す実施例を参照して、本開示をより良く理解できるであろう。
実施例1
表1に示すようにそれぞれアミン官能化ワックスを含む一連の改質材パッケージを形成した。図1及び図2は、改質材パッケージに含まれるアミン官能化ワックスのそれぞれDSC及びFTIRデータを提供する。成分の添加レベルは、表1に質量部で与えている。含めた成分は、アミン官能化ワックス(Green Asphalt Technologies, LLCから入手可能なEcoGreen(商標)167)、エポキシド改質ターポリマー(Elvaloy(商標)5170(パッケージ1及び2)、Elvaloy(商標)4170(パッケージ3及び4)；両方ともDow Chemicalから入手可能)、GTR(Lehigh Technologiesから入手可能なMicroDyne(商標)MD-400-TR)、又は25のメルトフローインデックスを有する再生ポリプロピレンである。
Figure 2022528599000002
表1に記載の改質材パッケージをアスファルト(Hunt PG 67-22)と混ぜ合わせてゴム改質アスファルトバインダーを形成した。ゴム改質アスファルトバインダーについては、下表2に記載し、表1で定義した改質材パッケージの質量百分率を表2に示し、改質バインダーの残りはアスファルトバインダーである。
Figure 2022528599000003
バインダー番号3には、改質材パッケージ番号2を、別々にアスファルトに添加した全ての改質材成分と共に含めた。バインダー番号1、2、4、及び5には、改質材パッケージのアスファルトバインダーへの添加前に全ての成分を一緒にコンパウンドしてペレット化した改質材パッケージを含めた。コンパウンディングは、下記熱可塑性押出プロセスの利用を経た：押出ホッパーに供給する前に全ての材料を1kgのバッチとして乾式ブレンドした。押出機は、30mmの同時回転二軸押出機であり、供給ゾーンの320°F(160℃)からダイの380°F(193℃)までのバレル温度範囲を有した。3mm径のストランドを押し出してから冷却水浴を通した後にペレット化した。
このようにして形成された改質アスファルトバインダーを貯蔵分離値(ASTM D 7173)及び135℃での回転粘度(AASHTO T 316)について評価した。RTFO残留物試験を行なって67℃及び3.2kPaでMSCR Jnr及び回復%(AASHTO M 332-18)、並びに76℃で動的せん断レオメーター位相角及び複素弾性率(AASHTO T 315)を決定した。結果を下表3に示す。
Figure 2022528599000004
以上にように、全てのバインダーは、優れた貯蔵安定性のみならず他の物理的特性をも示した。さらに、添加剤パッケージを10wt.%未満の量で含んだバインダー番号1、2、及び3は、低添加レベルでさえこれらの望ましい特性を示した。さらに、改質材パッケージが全てアミン官能化ワックスを含んだこの実施例では、改質材パッケージの成分を別々にアスファルトに添加したバインダー3のように、測定特性に貯蔵効果を及ぼすと思われなかった、バインダー1、2、4、及び5で行なった、アスファルトと混合する前に成分を一緒にコンパウンドしても、優れた特性を示した。
実施例2
下表4に示すように、反応性ターポリマー及びGTRを含む一連の改質材組成物を形成した。全ての成分をコンパウンドし、コンパウンドされた材料をペレット化することによって改質材組成物を形成した。コンパウンディングは、下記熱可塑性押出プロセスの利用を経た：押出ホッパーに供給する前に全ての材料を1kgのバッチとして乾式ブレンドした。押出機は、30mmの同時回転二軸押出機であり、供給ゾーンの320°F(160℃)からダイの380°F(193℃)までのバレル温度範囲を有した。3mm径のストランドを押し出してから冷却水浴を通した後にペレット化した。含めた成分は、エポキシド改質ターポリマー(Dow Chemicalから入手可能なElvaloy(商標)5170)、GTR(Lehigh Technologiesから入手可能なMicroDyne(商標)MD-400-TR)、界面活性剤(Ingevity Co.から入手可能なPC-2014)、25のメルトフローインデックスを有する再生ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー(ExxonMobil Corporationから入手可能なVistamax(商標)6502)又は共反応物(トリメリット酸無水物)である。表4に成分の添加レベルを質量で与える。
Figure 2022528599000005
表4に記載のコンパウンド及びペレット化された改質材パッケージをアスファルト(Hunt PG 67-22)と混ぜ合わせてゴム改質アスファルトバインダーを形成した。ゴム改質アスファルトバインダーについては、下表5に記載し、表4で定義した改質材パッケージの質量百分率を表5に示し、改質バインダーの残りはアスファルトバインダーである。
Figure 2022528599000006
このようにして形成された改質アスファルトバインダーを次に135℃で回転粘度(AASHTO T 316)及び分離値(ASTM D 7173)について評価した。RTFO残留物試験を行なって67℃及び3.2kPaでMSCR Jnr及び回復%(AASHTO M 332-18)、並びに76℃で動的せん断レオメーター位相角及び複素弾性率(AASHTO T 315)を決定した。結果を下表6に示す。
Figure 2022528599000007
以上のように、バインダー番号6、8、9、及び10は、優れた貯蔵安定性を示したが、共反応物を含めた改質材パッケージ番号6を含んだバインダー番号7は、はるかに高い貯蔵安定性を示した。これは、改質材パッケージ番号6のコンパウンド粒子内の改質材成分の過剰反応に起因すると考えられる。さらに、これらのバインダーは、10wt.%未満というアスファルトバインダーへの低添加レベルでさえ、優れた物理的特性を示した。
実施例3
下表7に示すように、同一成分を含む2つの改質材組成物を形成した。含めた成分はエポキシド改質ターポリマー(Dow Chemicalから入手可能なElvaloy(商標)5170)、GTR(Lehigh Technologiesから入手可能なMicroDyne(商標)MD-400-TR)、界面活性剤(Ingevity Co.から入手可能なPC-2014)、及び25のメルトフローインデックスを有する再生ポリプロピレンである。改質材パッケージ番号9は、全ての成分をコンパウンドし、このコンパウンドされた材料をペレット化することによって形成した。コンパウンディングは、下記熱可塑性押出プロセスの利用を経た：押出ホッパーに供給する前に全ての材料を1kgのバッチとして乾式ブレンドした。押出機は、30mmの同時回転二軸押出機であり、供給ゾーンの320°F(160℃)からダイの380°F(193℃)までのバレル温度範囲を有した。3mm径のストランドを押し出してから冷却水浴を通した後にペレット化した。改質材パッケージ番号10の成分は、別々に維持した。
Figure 2022528599000008
改質材パッケージをアスファルト(Marathon 67-22)と混ぜ合わせてゴム改質アスファルトバインダーを形成した。各バインダーは、10.67wt.%の改質材パッケージを含み、ゴム改質バインダーの残りはアスファルトバインダーである。
このようにして形成された改質アスファルトバインダーを次に135℃での回転粘度(AASHTO T 316)及び分離値(ASTM D 7173)について評価した。RTFO残留物試験を行なって67℃及び3.2kPaでMSCR Jnr及び回復%(AASHTO M 332-18)、並びに76℃で動的せん断レオメーター位相角及び複素弾性率(AASHTO T 315)を決定した。結果を下表8に示す。
バインダー番号11は、アスファルトと、コンパウンド及びペレット化された改質材パッケージを混ぜ合わせて形成し、バインダー番号12は、改質材パッケージ成分を別々にアスファルトに添加して形成した。
Figure 2022528599000009
以上のように、コンパウンドされた改質材パッケージは、優れた貯蔵分離値及び優れた物理的特性を両方とも示すゴム改質アスファルトを与えた。
開示主題の特定実施形態について具体的用語を用いて記述したが、該記述は、例示目的だけのためであり、本主題の精神及び範囲から逸脱することなく、変更及び変化を加えてよいことを理解すべきである。

Claims (14)

  1. 粉砕タイヤゴム粒子、アミン官能化ワックス、及びエラストマーポリマーを含むアスファルト改質材パッケージ。
  2. 前記アミン官能化ワックスが、アミン官能化天然ワックス、例えばアミン官能化植物ワックスを含む、請求項1に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  3. 前記エラストマーポリマーが、反応性エラストマーターポリマー及び／又はスチレン-ブタジエンコポリマーを含む、請求項1又は請求項2に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  4. 前記反応性エラストマーターポリマーが、エポキシド官能性を含む、請求項3に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  5. 前記粉砕タイヤゴム粒子の約10wt.%以下が約400μmより大きく、前記粉砕タイヤゴム粒子の約1wt.%以下が約600μmより大きい、請求項1～4のいずれか1項に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  6. 粒子を含むアスファルト改質材パッケージであって、前記粒子が、反応性エラストマーターポリマーとコンパウンドされた粉砕タイヤゴムを含む、前記アスファルト改質材パッケージ。
  7. 前記粉砕タイヤゴムが、極低温粉砕ゴム微粒子を含む、請求項1～6のいずれか1項に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  8. ポリオレフィンポリマー、例えばポリオレフィンホモポリマー及び／又はポリプロピレン／ポリエチレンコポリマーの1種以上をさらに含む、請求項1～7のいずれか1項に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  9. ポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、石油パラフィンワックス、微結晶ワックス、又はモンタンワックス、トール油材料、硫黄源、又は共反応物をさらに含む、請求項1～8のいずれか1項に記載のアスファルト改質材パッケージ。
  10. 請求項1～9のいずれか1項に記載のアスファルト改質材パッケージをアスファルトと組み合わせて含む、改質アスファルト。
  11. 前記アスファルトがストレートアスファルト若しくはブローンアスファルトを含み、並びに／又は前記アスファルトが天然アスファルト及び／若しくは精製アスファルトを含む、請求項10に記載の改質アスファルト。
  12. 前記改質アスファルトが、約6°F(-14℃)以下、例えば約4°F(-16℃)以下の貯蔵安定性分離値を示す、請求項10又は請求項11に記載の改質アスファルト。
  13. 前記改質アスファルトが、3.2kPaで約0.05～約2のMSCR Jnr値を示す、請求項10～12のいずれか1項に記載の改質アスファルト。
  14. 前記改質アスファルトが、約20%～約75%のMSCR回復率を示す、請求項10～13のいずれか1項に記載の改質アスファルト。
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