JP2023532811A - アスファルト組成物の生成中に硫化水素排出を低減させるための方法 - Google Patents
アスファルト組成物の生成中に硫化水素排出を低減させるための方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023532811A JP2023532811A JP2023501304A JP2023501304A JP2023532811A JP 2023532811 A JP2023532811 A JP 2023532811A JP 2023501304 A JP2023501304 A JP 2023501304A JP 2023501304 A JP2023501304 A JP 2023501304A JP 2023532811 A JP2023532811 A JP 2023532811A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diisocyanate
- asphalt
- mdi
- weight
- asphalt composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
- C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
- C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
- C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
- C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
- C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
- C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
- C08G18/74—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
- C08G18/76—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
- C08G18/7657—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
- C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
- C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
- C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
- C08G18/77—Polyisocyanates or polyisothiocyanates having heteroatoms in addition to the isocyanate or isothiocyanate nitrogen and oxygen or sulfur
- C08G18/78—Nitrogen
- C08G18/79—Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates
- C08G18/797—Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing carbodiimide and/or uretone-imine groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
- C08L2555/20—Mixtures of bitumen and aggregate defined by their production temperatures, e.g. production of asphalt for road or pavement applications
- C08L2555/22—Asphalt produced above 140°C, e.g. hot melt asphalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
- C08L2555/20—Mixtures of bitumen and aggregate defined by their production temperatures, e.g. production of asphalt for road or pavement applications
- C08L2555/24—Asphalt produced between 100°C and 140°C, e.g. warm mix asphalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
- C08L2555/30—Environmental or health characteristics, e.g. energy consumption, recycling or safety issues
- C08L2555/32—Environmental burden or human safety, e.g. CO2 footprint, fuming or leaching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
- C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
- C08L2555/60—Organic non-macromolecular ingredients, e.g. oil, fat, wax or natural dye
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
- C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
- C08L2555/80—Macromolecular constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
- C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
- C08L2555/80—Macromolecular constituents
- C08L2555/84—Polymers comprising styrene, e.g., polystyrene, styrene-diene copolymers or styrene-butadiene-styrene copolymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Working-Up Tar And Pitch (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
本発明は、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法に関する。
Description
本発明は、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法に関する。
硫化水素(H2S)は、多くの原油内に存在する天然ガスである。更に硫化水素は、油の精製プロセスにおいて高温又は触媒に曝露されるとき、油中の硫黄化合物の分解によって形成される。アスファルト生成のための主要な混合成分である真空塔底液(VTB)は、蒸留、ストリッピング、スウィーティングプロセスを通じてH2Sを除去するための追加の処理を受けないため、特に高いH2S濃度を有する。VTBは、精製塔から出る生成物の中で最も重い生成物であり、典型的には、硫黄化合物が濃縮された生成物である。アスファルトの粘度が高いことに起因して、VTBは、硫黄含有化合物の更なる熱分解及び追加のH2Sの形成を促進するのに十分に高い高温、すなわち149℃~204℃で保管される。分解の量及びH2Sの生成は、油内に存在する硫黄化合物の構造及び処理中の温度に依存する。
典型的には、アスファルトの液相中の1ppmのH2Sは、気相中の400ppmと相関する。したがって、アスファルトは、気相中に3%(30,000ppm)を超える非常に高レベルのH2Sを含有する可能性があり、精製所及び道路工事における労働者、またある程度、そのような工場及び建設現場の地域に住む人々など、アスファルトの保管、取り扱い、輸送に関与する人員の安全などの様々な問題及びリスクを引き起こす可能性がある。非常に低レベルのH2Sへの曝露であっても、健康に重大な影響をもたらし、長期にわたる病気を引き起こす可能性がある。H2Sは、30ppmという低濃度で嗅覚を鈍らせ、700ppmの濃度では数回の呼吸で死に至る可能性があるため、特に害がある。
最先端の技術では、H2S捕捉剤として様々な化学物質を使用する。例えば、US2020/0157438(A1)は、硝酸カルシウム水溶液又は硝酸カルシウム粉末をアスファルトに添加することによって、150℃~200℃の範囲の温度でアスファルトを生成しながら、H2Sの排出を防止するための方法を開示している。別のUS2005/0145137(A1)は、無機又は有機金属塩をH2S捕捉剤として使用する。金属は、亜鉛、カドミウム、水銀、銅、銀、ニッケル、白金、鉄、マグネシウム、及びこれらの混合物から選択される。
US2009/0242461(A1)は、水素捕捉剤として式Iのポリ脂肪族アミン及び式IIの触媒を添加することによって、アスファルト中のH2Sを低減させるための方法を開示している。窒素系H2S捕捉剤、特にトリアジン系化合物の使用は、US2019/0002768(A1)において示唆されている。
最新技術には、瀝青又はアスファルト中のH2S低減のためのいくつかの解決策が挙げられているが、H2S排出を低減しつつ出発アスファルトの許容可能な、又は改善された特性をもたらす方法を提供する必要性が依然として残る。
したがって、本発明の目的は、H2S濃度において実質的な低減をもたらし、ある温度範囲でより一定であることの観点から許容可能な、又は改善された物理的特性を示す、アスファルト組成物の生成中のH2S排出を低減するための方法を提供することである。本発明の別の目的は、アスファルト組成物中のH2Sレベルが、アスファルト組成物の実行可能性外の温度で、数時間後でも許容可能な、又は容認可能な制限内に依然として留まることである。
驚くべきことに、酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で撹拌しながら、アスファルト組成物の総重量に基づいて、熱硬化性反応性化合物を0.1重量%~10.0重量%の量で添加することを必要とする、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減するための方法を提供することによって、上記の目的が達成されることが見出された。
したがって、一態様では、本特許請求される発明は、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法を対象とし、該方法は、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
別の態様では、本特許請求される発明は、硫化水素の排出が低減された上記のアスファルト組成物を対象とする。
更に別の態様では、本特許請求される発明は、アスファルト混合物組成物の調製のための上記アスファルト組成物の使用に関する。
更に別の態様では、本特許請求される発明は、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法の使用を対象とし、該方法は、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
本発明の組成物及び配合物を説明する前に、そのような組成物及び配合物が、当然ながら変化し得るため、本発明は、説明された特定の組成物及び配合物に限定されないことを理解されたい。また、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、本明細書で使用される用語は限定することを意図するものではないことも理解されたい。
本明細書で使用される場合、「含む(comprising)」、「含む(comprises)」、及び「構成される(comprised of)」という用語は、「含む(including)」、「含む(includes)」、又は「含有する(containing)」、「含有する(contains)」と同義であり、包括的又はオープンエンドであり、追加の、列挙されていない部材、要素、又は方法工程を排除しない。本明細書で使用される場合、「含む(comprising)」、「含む(comprises)」、及び「構成される(comprised of)」という用語は、「からなる(consisting of)」、「からなる(consists)」、及び「(からなる(consists of)」という用語を含むことが理解されるであろう。
更に及び、本明細書特許請求の範囲における「第1の」、「第2の」、「第3の」、又は「(a)」、「(b)」、「(c)」、「(d)」などの用語及び同様のものは、類似の要素間で区別するために使用され、必ずしも連続的又は時系列の順序を説明するものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で互換性があり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載又は例示される以外の順序で実施可能であることを理解されたい。方法又は使用又は分析のステップに関連する、「第1の」、「第2の」、「第3の」、又は「(A)」、「(B)」、及び「(C)」、又は「(a)」、「(b)」、「(c)」、「(d)」、「i」、「ii」などの用語の場合、ステップの間に時間又は時間間隔の一貫性はなく、すなわち、ステップは同時に実施されるか、又は本明細書の上記若しくは下記に記載されているように用途において別途指示されていない限り、そのようなステップの間には、数秒、数分、数時間、数日、数週間、数か月、又は更には数年の時間間隔があり得る。
以下の節では、本発明の異なる態様が、より詳細に定義される。そのように定義された各態様は、反対のことが明確に示されない限り、任意の他の態様又は複数の態様と組み合わされてもよい。特に、好ましい又は有利であるとして示された任意の特徴は、好ましい又は有利であるとして示された任意の他の特徴又は複数の特徴と組み合わされてもよい。
本明細書を通して「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な場所での「一実施形態」、又は「実施形態」という句の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を参照するとは限らないが、その可能性もある。更に、1つ以上の実施形態では、本開示から当業者には明らかであるように、特徴、構造、又は特性が、任意の好適な方式で組み合わせられ得る。更に、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、いくつかの特徴を含むが、他の実施形態に含まれる他の特徴は含まないにもかかわらず、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることが意図され、当業者によって理解されるように異なる実施形態を形成する。例えば、添付の特許請求の範囲では、特許請求された実施形態のいずれかを、任意の組み合わせで使用することができる。
更に、本明細書全体で定義されている範囲は、最終値も含み、すなわち、「1~10の範囲」又は「1~10」は、1及び10の両方が、範囲内に含まれることを意味する。誤解を避けるために、出願人は、適用される法律に従って、任意の等価物の権利を有するものとする。
方法
本発明の一態様は、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法を対象とする実施形態1であり、該方法は、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
本発明の一態様は、アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法を対象とする実施形態1であり、該方法は、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
出発アスファルト
一実施形態では、実施形態1の出発アスファルトは、既知の任意のアスファルトであり得、概して、任意の瀝青化合物を包含する。これは、例えば、留出物、吹き込み、高真空、及びカットバック瀝青、並びにまた、例えば、アスファルトコンクリート、キャストアスファルト、アスファルトマスチック及び天然アスファルトなどの瀝青又はアスファルトと称される材料のうちのいずれかであり得る。例えば、80/100又は180/200の針入度を有する、直接蒸留されたアスファルトを使用することができる。別の実施形態では、出発アスファルトは、フライアッシュを含まない可能性がある。
一実施形態では、実施形態1の出発アスファルトは、既知の任意のアスファルトであり得、概して、任意の瀝青化合物を包含する。これは、例えば、留出物、吹き込み、高真空、及びカットバック瀝青、並びにまた、例えば、アスファルトコンクリート、キャストアスファルト、アスファルトマスチック及び天然アスファルトなどの瀝青又はアスファルトと称される材料のうちのいずれかであり得る。例えば、80/100又は180/200の針入度を有する、直接蒸留されたアスファルトを使用することができる。別の実施形態では、出発アスファルトは、フライアッシュを含まない可能性がある。
アスファルト組成物の異なる物理的特性は、当該技術分野で既知であり、かつ実験セクションにおいて詳細に説明されている異なる試験によって測定される。弾性応答及び回復不能なクリープコンプライアンス(Jnr)は、アスファルトが一定時間一定の荷重に供される多重応力クリープ回復(MSCR)試験において計算される。特定の期間の総変形は%で示され、バインダの弾性の測定値に対応する。更に、位相角を測定することができ、これは、修飾されたバインダの改善された弾性応答(減少した位相角)を示している。
曲げビームレオメータ(BBR)は、低温におけるアスファルトの剛性を判定するために使用され、通常、アスファルトの曲げ剛性を指す。この試験では、2つのパラメータが判定され、一定の荷重に対する瀝青の抵抗の測定値であるクリープ剛性、及び荷重が適用される際、アスファルトの剛性がどのように変化するかの測定値であるクリープ速度(又はm値)である。クリープ剛性が高すぎると、アスファルトが脆くなり、ひび割れが発生しやすくなる。温度が変化し、熱応力が蓄積すると、剛性が比較的急速に変化するため、高いm値が望ましい。高いm値は、アスファルトが応力を分散させる傾向があることを示し、そうでなければ応力は低温で亀裂が発生する可能性があるレベルに蓄積される。
一実施形態では、出発アスファルト又はアスファルト混合物のアスファルト組成物の様々な特性は、当業者に既知の標準的な技術を使用して判定することができる。例えば、DIN EN1427による軟化点、回転式薄膜オーブン(RTFO)試験は、DIN EN12607-1、DIN EN14770-ASTM D7175による動的せん断レオメータ(DSR)、DIN EN16659-ASTM D7405による多重応力クリープ回復(MSCR)試験、及びDIN EN14771-ASTM D6648によるベンディングビームレオメータによって判定することができる。
一実施形態では、実施形態1における出発アスファルトは、20~30、30~45、35~50、40~60、50~70、70~100、100~150、160~220、250~330、及び300~400から選択される針入度、又は52~16、52~22、52~28、52~34、52~40、58~16、58~22、58~28、58~34、58~40、64~16、64~22、64~28、64~34、64~40、67~22、70~16、70~22、70~28、70~34、70~40、76~16、76~22、76~28、76~34及び76~40から選択される性能グレードを有する。別の実施形態では、針入度は、70~100、100~150、160~220、250~330、及び300~400から選択され、又は性能グレードは、52~16、52~22、52~28、52~34、52~40、58~16、58~22、58~28、58~34、58~40、64~16、64~22、64~28、64~34、67~22、70~16、70~22、70~28、76~16、76~22、76~28、76~34、及び76~40から選択される。更に別の実施形態では、針入度は、100~150、160~220、250~330、及び300~400から選択され、又は性能グレードは、52~16、52~22、52~28、52~34、52~40、58~16、58~22、58~28、58~34、64~16、64~22、64~28、67~22、70~16、70~22、76~16、及び76~22から選択される。更なる実施形態では、針入度は、100~150、160~220、250~330、及び300~400から選択され、又は性能グレードは、58~28、58~34、64~16、64~22、64~28、67~22、70~16、70~22、76~16、及び76~22から選択される。なお更なる実施形態では、アスファルトは、70~16、70~22、64~16、67~22、及び64~22から選択される性能グレードを有する。AASHTO-M320は、性能グレードのアスファルトの標準仕様を記載し、一方でAASHTO-M20は、針入度グレードを記載する。
概して、異なる供給業者からのアスファルトは、原油がどの貯留層からのものであるか、並びに製油所での蒸留プロセスに応じて、その組成が異なる。しかし、反応基の累計量は3.1~4.5mg KOH/gの範囲である。
熱硬化性反応性化合物
概して、熱硬化性反応性化合物は、それぞれのアスファルトグレードのアスファルテン及びマルテンに分類される異なる分子種と化学的に反応し、コロイド構造の特定の形態を生成するのに役立ち、結果として、アスファルトの物理的特性を広範囲の温度にわたってより一定に留め、及び/又はアスファルトが供される温度範囲にわたって、物理的特性を改善さえする。
概して、熱硬化性反応性化合物は、それぞれのアスファルトグレードのアスファルテン及びマルテンに分類される異なる分子種と化学的に反応し、コロイド構造の特定の形態を生成するのに役立ち、結果として、アスファルトの物理的特性を広範囲の温度にわたってより一定に留め、及び/又はアスファルトが供される温度範囲にわたって、物理的特性を改善さえする。
一実施形態では、実施形態1における熱硬化性反応性化合物は、イソシアネートを含む。実施形態1において熱硬化性反応性化合物として使用するのに好適なイソシアネートは、少なくとも2.0の官能価を有する。
一実施形態では、イソシアネートは、芳香族イソシアネート及び脂肪族イソシアネートから選択される。芳香族イソシアネートは、2つ以上のイソシアネート基が芳香環に直接及び/又は間接的に結合しているものを含む。更に、ここでイソシアネートは、脂肪族又は芳香族イソシアネートのモノマー形態及びポリマー形態の両方を含むことが理解される。「ポリマー」という用語は、異なるオリゴマー及びホモログを含む脂肪族又は芳香族イソシアネートのポリマーグレードを指す。
一実施形態では、実施形態1における熱硬化性反応性化合物は、脂肪族イソシアネートである。この目的のために好適な脂肪族イソシアネートは、シクロブタン-1,3-ジイソシアネート、1,2-、1,3-及び1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、2,4-及び2,6メチルシクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ジシクロヘキシルジイソシアネート、1,3,5-シクロヘキサントリイソシアネート、イソシアナトメチルシクロヘキサンイソシアネート、イソシアナトエチルシクロヘキサンイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ビス(イソシアナト-メチル)ジシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、テトラメチレン1,4-ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5-ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)、デカメチレンジイソシアネート、1,12-ドデカンジイソシアネート、2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネート、並びに2-メチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネートから選択される。一実施形態では、上述の脂肪族イソシアネートのモノマー混合物(その異性体を含む)及び/又はポリマーグレードもまた、実施形態1の好適な熱硬化性反応性化合物として使用することができる。
別の実施形態では、脂肪族イソシアネートは、2,4-、及び2,6メチルシクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ジシクロヘキシルジイソシアネート、1,3,5-シクロヘキサントリイソシアネート、イソシアナトメチルシクロヘキサンイソシアネート、イソシアナトエチルシクロヘキサンイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ビス(イソシアナト-メチル)ジシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、テトラメチレン1,4-ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5-ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)、デカメチレンジイソシアネート、1,12-ドデカンジイソシアネート、並びに2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネートから選択される。
別の実施形態では、脂肪族イソシアネートは、4,4’-及び2,4’-ビス(イソシアナト-メチル)ジシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、テトラメチレン1,4-ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5-ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)、デカメチレンジイソシアネート、1,12-ドデカンジイソシアネート、並びに2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネートから選択される。なお別の実施形態では、脂肪族イソシアネートは、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、及びヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)から選択される。
一実施形態では、実施形態1の熱硬化性反応性化合物は、芳香族イソシアネートである。この目的のために好適な芳香族イソシアネートは、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート;1,5-ナフタレンジイソシアネート;1,3-フェニレンジイソシアネート;2,4,6-トルイレントリイソシアネート、1,3-ジイソプロピルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1-メチル-3,5-ジエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリイソプロピル-フェニレン-2,4-ジイソシアネート;3,3’-ジエチル-ビスフェニル-4,4’-ジイソシアネート;3,5,3’,5’-テトラエチル-ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート;3,5,3’,5’-テトライソプロピルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート;1-エチル-4-エトキシ-フェニル-2,5-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネート;1-エチル-3,5-ジイソプロピルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネート、トリジンジイソシアネート、及び1,3,5-トリイソプロピルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネートから選択される。一実施形態では、上述の芳香族イソシアネートのモノマー混合物(その異性体を含む)及び/又はポリマーグレードはまた、実施形態1の熱硬化性反応性化合物として使用することができる。
別の実施形態では、芳香族イソシアネートは、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート;1,5-ナフタレンジイソシアネート;1,3-フェニレンジイソシアネート;2,4,6-トルイレントリイソシアネート、1,3-ジイソプロピルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1-メチル-3,5-ジエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリイソプロピル-フェニレン-2,4-ジイソシアネート;3,3’-ジエチル-ビスフェニル-4,4’-ジイソシアネート;及び3,5,3’,5’-テトラエチル-ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネートから選択される。
なお別の実施形態では、芳香族イソシアネートは、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート;1,5-ナフタレンジイソシアネート;1,3-フェニレンジイソシアネート;及び2,4,6-トルイレントリイソシアネートから選択される。別の実施形態では、芳香族イソシアネートは、MDI、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、及び1,5-ナフタレンジイソシアネートから選択される。
一実施形態では、実施形態1において熱硬化性反応性化合物として使用される芳香族イソシアネートは、モノマーMDI及び/又はポリマーMDIである。本明細書で説明されるように、モノマーMDIは、4,4’-MDI、2,2’-MDI及び2,4’-MDIから選択することができる。
修飾イソシアネート、特に修飾モノマーMDIは、プレポリマー、ウレトンイミン及び実施形態1における好適な熱硬化性反応性化合物として修飾されたカルボジイミドから選択することができる。一実施形態では、モノマーMDIは、カルボジイミド修飾モノマーMDIである。別の実施形態では、カルボジイミド修飾モノマーMDIは、65重量%~85重量%の4,4’-MDI及び15重量%~35重量%のカルボジイミドを含み、該重量%は、カルボジイミド修飾モノマーMDIの総重量に基づく。一実施形態では、カルボジイミド修飾モノマーMDI中の4,4’-MDIの量は、70重量%~80重量%の範囲内であり、カルボジイミドの量は、20重量%~30重量%の範囲内である。別の実施形態では、本発明により使用されるmMDIは、少なくとも2.0、又は少なくとも2.1、又は少なくとも2.15、例えば、2.2、2.3若しくは2.4の平均官能価を有する。以下では、これらすべてをモノマーMDI又はmMDIと称する。
概して、熱硬化性反応性化合物を使用して出発アスファルトを修飾することにより、異なる物理的特性に関する性能は、改善され得、例えば、弾性応答の増加を達成することができる。
一実施形態では、有効温度間隔の増加、弾性応答の増加、良好な接着性及び定格荷重の増加並びに低減された永久的なアスファルト変形の可能性などの、実施形態1におけるアスファルト組成物の特性は、対応する組成物の粒径に直接相関する、特定の沈降係数を有する粒子濃度に依存し得る。本発明によれば、アスファルト組成物は、揮発油溶媒中で5000Svedを上回る沈降係数を有する組成物粒子の総重量に基づいて、少なくとも18重量%を有する。
一実施形態では、アスファルト組成物は、揮発油溶媒中で5000Svedを上回る沈降係数を有する組成物粒子の総重量に基づいて、少なくとも20重量%、又は少なくとも23重量%を有する。揮発油溶媒中で5000Svedを上回る沈降係数を有するこれらの粒子は、組成物の総重量に基づいて、最大100重量%、又は組成物の総重量に基づいて、95重量%未満、又は90重量%未満、又は80重量%未満であり得る。例えば、揮発油溶媒中で15000~170000Svedの範囲内の沈降係数を有する組成物粒子の総重量に基づいて、18重量%~75重量%、又は揮発油溶媒中で25000~140000Svedの範囲内の沈降係数を有する組成物粒子の総重量に基づいて、23重量%~65重量%、又は揮発油溶媒中で22000~95000Svedの範囲内の沈降係数を有する組成物粒子の総重量に基づいて、30重量%~52重量%である。
本文脈では、揮発油溶媒とは、18%芳香族ベース及び180℃~220℃の沸点を有する、CAS-Nr.:64742-82-1の揮発油高沸点石油を指す。沈降係数は、超遠心分離と吸収光学デバイスを組み合わせることによって検出することができる。各成分の沈降及び濃度は、波長350nmで測定される。アスファルト組成物中の粒子を判定するための例示的な測定技術を以下に説明する。
一実施形態では、アスファルト組成物中の粒子の判定は、分析用超遠心分離を使用する分別実験によって実行される。Beckman Optima XL-I(Beckman Instruments,Palo Alto,USA)を使用した沈降速度の実行が、実施され得る。統合スキャニングUV/VIS吸収光学システムが使用される。350nmの波長が選択され、サンプルは揮発油溶媒(CAS-Nr.:64742-82-1)中で希釈した後、約0.2g/lの濃度で測定される。可溶性部及び不溶性部を検出するために、遠心速度を、1000rpm~55,000rpmで変化させる。s~s+dsの沈降係数を有する種の重量留分として定義される沈降係数の分布、及び1つの沈降留分の濃度は、標準的な分析ソフトウェア(例えば、SEDFIT)を使用して判定される。半径方向濃度プロファイル全体の経時変化が記録され、沈降係数gの分布に変換される。沈降係数の単位はSved(1Sved=10~13秒)である。アスファルト組成物中の粒子は、使用する波長で沈降速度の速い留分と遅い留分の光吸収を定量化することによって判定される。
別の実施形態では、実施形態1において熱硬化性反応性化合物として使用される芳香族イソシアネートは、ポリマーMDIである。好適なポリマーMDIは、様々な量の異性体、例えば、4,4’-、2,2’-及び2,4’-MDIを含み得る。4,4’MDI異性体の量は、26重量%~98重量%、又は30重量%~95重量%、又は35重量%~92重量%である。一実施形態では、ポリマーMDIの2環含有量は、20%~62%、又は26%~48%、又は26%~42%である。
ポリマーMDIはまた、カルボジイミド、ウレトンイミン、イソシアヌレート、ウレタン、アロファネート、尿素又はビウレット基を含有する修飾変異体を含み得る。以下では、これらすべてをpMDIと称する。一実施形態では、本発明により使用されるpMDIは、少なくとも2.3、又は少なくとも2.5、又は少なくとも2.7の官能価を有する。
概して、ポリマーMDIの純度は、いかなる値にも限定されない。一実施形態では、本発明により使用されるpMDIは、ポリマーMDIの総量に基づいて、1~100ppm、又は1~70ppm、又は1~80ppm、又は1~60ppmの鉄含有量を有する。
別の実施形態では、実施形態1の熱硬化性反応性化合物は、エポキシ樹脂及び/又はメラミンホルムアルデヒド樹脂を更に含む。実施形態1における熱硬化性反応性化合物は主にイソシアネートであるが、任意選択的に、エポキシ樹脂及び/又はメラミンホルムアルデヒド樹脂がまた存在することも可能である。かかる場合、熱硬化性反応性化合物中のイソシアネートの量は、熱硬化性反応性化合物の総重量に基づいて、1重量%~99重量%の範囲である。
好適なエポキシ樹脂は、当該技術分野で既知であり、本発明に従って使用されるエポキシ樹脂の化学的性質は、特に限定されない。一実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールAビスグリシジルエーテル(DGEBA)、ビスフェノールFビスグリシジルエーテル、環水素化ビスフェノールAビスグリシジルエーテル、環水素化ビスフェノールFビスグリシジルエーテル、ビスフェノールSビスグリシジルエーテル(DGEBS)、テトラグリシジルメチレンジアニリン(TGMDA)、エポキシノボラック(エピクロロヒドリン及びフェノール樹脂(ノボラック)からの反応生成物)、脂環式エポキシ樹脂、例えば、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル、3,4-エポキシシルコヘキサンカルボキシラート、及びジグリシジルヘキサヒドロフタレートから選択される1つ以上の芳香族エポキシ樹脂及び/又は脂環式エポキシ樹脂である。別の実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールAビスグリシジルエーテル及び/又はビスフェノールFビスグリシジルエーテル、並びにこれら2つのエポキシ樹脂の混合物から選択することができる。
好適なメラミンホルムアルデヒド樹脂は、当該技術分野で既知であり、主にメラミン及びホルムアルデヒドの縮合生成物である。所望の用途に応じて、それらは、例えば、多価アルコールとの反応によって改変することができる。本発明に従って使用されるメラミンホルムアルデヒド樹脂の化学的性質は特に限定されない。一実施形態では、メラミンホルムアルデヒド樹脂は、水性メラミン樹脂混合物に基づいて、50重量%~70重量%の範囲内の樹脂含有量を有する水性メラミン樹脂混合物に関連し、メラミン及びホルムアルデヒドは、1:3~1:1、又は1:1.3~1:2.0、又は1:1.5~1:1.7の範囲のモル比で樹脂中に存在する。
メラミンホルムアルデヒド樹脂は、多価アルコール、例えばC2~C12ジオールを、1.0重量%~10.0重量%、又は3.0重量%~6.0重量%の量で含有し得る。好適なC2~C12ジオールは、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンタンジオール及び/又はヘキサンジオールから選択することができる。
更なる添加剤として、メラミンホルムアルデヒド樹脂は、水性メラミン樹脂混合物に各々基づいて、0重量%~8.0重量%のカプロラクタム及び0.5重量%~10重量%の2-(2-フェノキシエトキシ)-エタノール並びに/又は200g/mol~1500g/molの平均分子量を有するポリエチレングリコールを含有し得る。
一実施形態では、実施形態1の熱硬化性反応性化合物は、アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10重量%の量で存在する。一実施形態では、実施形態1の熱硬化性反応性化合物は、0.1重量%~9.5重量%、又は0.1重量%~9.0重量%、又は0.1重量%~8.5重量%、又は0.1重量%~8.0重量%、又は0.1重量%~7.5重量%、又は0.1重量%~7.0重量%で存在する。別の実施形態では、実施形態1の熱硬化性反応性化合物は、0.1重量%~6.5重量%、又は0.1重量%~6.0重量%、又は0.1重量%~5.5重量%、又は0.5重量%~5.0重量%、又は1.0重量%~5.0重量%、又は0.1重量%~4.5重量%、又は0.1重量%~4.0重量%、又は0.1重量%~3.5重量%で存在する。なお別の実施形態では、0.1重量%~3.0重量%、又は0.5重量%~3.0重量%、又は1.0重量%~3.0重量%で存在する。
一実施形態では、実施形態1のアスファルト組成物は、ポリマーを更に含む。本発明による好適なポリマーは、スチレン/ブタジエン/スチレンコポリマー(SBS)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ネオプレン、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレン、エチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマー、エチルビニルアセテート(EVA)、及びポリリン酸(PPA)から選択される。
スチレン/ブタジエン/スチレンコポリマー(SBS)は当該技術分野で既知である。SBSは、スチレン及びブタジエンの2つのモノマーで作製された熱可塑性エラストマーである。したがって、SBSは、プラスチック及びゴムの特性を同時に示す。これらの特性に起因して、アスファルト修飾剤及び接着剤としての使用を含み、様々な分野で広く使用される。SBSコポリマーは、ゴムの中心ブロック及び2つのポリスチレン端部ブロックを有するブロックコポリマーに基づいており、トリブロックコポリマーABAと命名される。SBSエラストマーは、熱可塑性樹脂の特性とブタジエンゴムの特性を兼ね備える。硬質でガラス質のスチレンブロックは、機械的強度を提供し、耐摩耗性を改善し、一方でゴム製のミッドブロックは、可撓性及び靭性を提供する。SBSゴムは、多くの場合、それらの性能を高めるために他のポリマーと配合される。多くの場合、コストを下げるため、又は特性を更に修飾するために、脂及び充填材が添加される。これらの熱可塑性プラスチックの様々な特性は、A及びBを様々な分子量から選択することによって取得することができる。
一実施形態では、アスファルト組成物と適合性があるという条件で、既知のSBSコポリマーのいずれかを使用することができる。好適なSBSコポリマーは、その構造において限定されず、それらは、分枝状又は直鎖状であり得る。好適なSBSコポリマーは、そのスチレン含有量において特に限定されない。一実施形態では、スチレン/ブタジエン/スチレン(SBS)コポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、10重量%~50重量%、又はポリマーの総重量に基づいて、15重量%~45重量%、又は20重量%~42重量%、又は22重量%、又は23重量%、又は26重量%、又は28重量%、又は30重量%、又は32重量、又は34重量%、又は36重量%、又は38重量%、又は39重量%のスチレン含有量を有する。
別の実施形態では、SBSコポリマーの重量平均分子量(Mw)は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって判定される際、10,000g/mol~1,000,000g/mol、又は30,000g/mol~300,000g/mol、又は70,000g/mol~300,000g/mol、又は75,000g/mol~210,000g/molであり得る。
好適なスチレン-ブタジエン又はスチレン-ブタジエンゴム(SBR)は、当該技術分野で既知であり、スチレン及びブタジエンから誘導される合成ゴムの族として説明される。スチレン/ブタジエン比は、ポリマーの特性に影響を与え、スチレン含有量が高いと、ゴムはより硬くなり、ゴム状でなくなる。概して、アスファルト組成物と適合性があるという条件で、既知のSBRコポリマーのいずれも使用することができる。好適なSBRコポリマーは、それらの構造において限定されず、それらは分枝状又は直鎖状であり得る。好適なSBRコポリマーは、そのスチレン含有量において特に限定されない。一実施形態では、SBRコポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、10重量%~50重量%、又はポリマーの総重量に基づいて、15重量%~45重量%、又は20重量%~42重量%、又は22重量%、又は23重量%、又は26重量%、又は28重量%、又は30重量%、又は32重量、又は34重量%、又は36重量%、又は38重量%、又は39重量%のスチレン含有量を有する。
一実施形態では、SBRコポリマーの重量平均分子量(Mw)は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって判定される際、10,000g/mol~500,000g/mol、又は50,000g/mol~250,000g/mol、又は70,000g/mol~150,000g/mol、又は75,000g/mol~135,000g/molである。
概して、ネオプレンは、当該技術分野で既知であり、クロロプレンから合成されたポリマーの総称である。多くの場合、ラテックスの形状で供給される。それは、乳化重合によって調製されたクロロプレンポリマーのコロイド分散液であり得る。ネオプレン構造は非常に規則的であるが、結晶化する傾向は、重合温度を変更することで制御することができる。最終的なポリマーは、クロロプレンのトランス1,4付加重合から誘導される、トランス-3-クロロ-2-ブチレン単位の直鎖配列から構成される。
アスファルトとの適合性があるという条件で、既知のネオプレンのいずれも使用することができる。一実施形態では、ネオプレンラテックスが使用される。好適なネオプレンラテックスは、ラテックスの総重量に基づいて、30重量%~60重量%、又は30重量%~60重量%、又は30重量%~60重量%の固形含有量を有する。
別の実施形態では、ポリエチレン及びポリプロピレンのホモポリマー又はコポリマー、並びに修飾ポリエチレン及びポリプロピレンポリマー、例えば、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレンは、当該技術分野で既知であり、それぞれのモノマーに基づくポリマー/コポリマーの族として説明される。分子量及び結晶化度は、これらのポリマーの特性に大きく影響する。ポリエチレン及びポリプロピレンのホモポリマー又はコポリマー、並びに高レベルの構造化を有する修飾ポリエチレン及びポリプロピレンのポリマーは、高い引張強度を示すが、破損する前に変形する能力はほとんどない。構造化が少ないと、材料の流動性の増加をもたらす。例えば、パラフィン系材料の典型であるポリエチレンもまた、ほとんどの溶媒に対して比較的非反応性である。分子量及び結晶化度に加えて、低い密度が低い分子の充填、それゆえ低い構造化を表すため、密度もまた、それぞれのポリマーの特性に大きな影響力を有する。低密度ポリエチレン及び高密度ポリエチレンは、概して、ASTM D792に従って判定されると、それぞれ約0.915~0.94及びおよそ0.96の比重を有するものとして定義される。また、コポリマーとして組み込まれた修飾剤は、例えば、ポリエチレンなどの未修飾ポリマーの結晶性を破壊するために使用され、これは、より弾性であり非晶質の添加剤をもたらす。アスファルト組成物内のこれらのポリマーの機能は、ネットワークを形成することではなく、マトリックス内にプラスチック含有物を提供することである。冷たい温度では、これらの含有物は、亀裂の伝播を抑制することによって、バインダの熱亀裂に対する抵抗を直接改善することを意図する。暖かい温度では、粒子含有物は、バインダの粘度を増加させ、したがって、混合物のわだち掘れに対する抵抗を増加させるはずである。
別の実施形態では、既知のポリエチレン及びポリプロピレンのホモポリマー又はコポリマー、並びに修飾ポリエチレン及びポリプロピレンポリマーのいずれも、アスファルトと適合性があるという条件で、アスファルト組成物中で使用することができる。ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレンなどの好適なポリマーは、分子量において特に限定されない。一実施形態では、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレンの各々は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって判定される際、800g/mol~50,000g/molの範囲、又は1000g/mol~45,000g/mol、又は2000g/mol~42,000g/mol、又は1,000g/mol~5,000g/mol、又は5,000g/mol~約10,000g/mol、又は10,000g/mol~20,000g/mol、又は20,000g/mol~30,000g/mol、又は30,000g/mol~40,000g/mol、又は40,000g/mol~約50,000g/molの重量平均分子量(Mw)を有する。かかるポリマーは、プラストマーとしてアスファルト組成物に使用され得る。
更に、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレンなどの好適なポリマーは、結晶化において特に限定されない。一実施形態では、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレンの各々は、説明されているポリマーの総重量に基づいて、50%超、又は52%~99%、又は55%~90%の結晶化を有する。前述のポリマーの結晶化は、当該技術分野で概して既知の技術である、示差走査熱量測定法(DSC)によって判定される。
また、複雑なポリエチレンコポリマーは、例えば、3つの異なるモノマーに基づいて、エチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマーとして当該技術分野で既知である。このコポリマーの族は、可塑剤樹脂として既知であり、可撓性及び靭性を改善する。例えば、これらのコポリマーは、DuPontからElvaloy(登録商標)ターポリマーの名称で市販されている。
一実施形態では、既知のエチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマーのいずれも、アスファルトと適合性があるという条件で、アスファルト組成物中で使用することができる。エチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマーのような好適なポリマーは、それらの分子量において特に限定されない。別の実施形態では、エチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマーは、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって判定される際、800g/mol~150,000g/mol、又は1500g/mol~120,000g/mol、又は5000g/mol~90,000g/molの重量平均分子量(Mw)を有する。
別の実施形態では、エチレン及び酢酸ビニルコポリマー(EVA)が、当該技術分野で既知であり、それぞれのモノマーに基づくコポリマーの族として説明される。酢酸ビニルの含有は、エチレン構造の結晶化を減少させ、プラストマーをアスファルト組成物とより適合性のあるものにすることに役立てるために使用される。30%の酢酸ビニルを有するコポリマーは、トルエン及びベンゼンに可溶な可撓性樹脂として分類される。酢酸ビニルの割合が45パーセントに増加するとき、結果として得られる生成物は、ゴム状になり、加硫処理され得る。
アスファルト組成物と適合性があるという条件で、既知のEVAコポリマーのいずれも使用することができる。好適なEVAコポリマーは、それらの構造に限定されず、それらは、分枝状又は直鎖状であり得、好ましくは、EVAコポリマーは直鎖状である。好適なEVAコポリマーは、その酢酸ビニル含有量において特に限定されない。一実施形態では、EVAコポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、20重量%~60重量%、又は25重量%~50重量%、又は30重量%~45重量%の酢酸ビニル含有量を有する。
一実施形態では、ポリリン酸(PPA)が、当該技術分野で既知であり、一般式(Hn+2PnO3n+1)のオルトリン酸(H3PO4)のポリマーである。ポリリン酸は、オルトリン酸とピロリン酸、三リン酸、及びそれ以上の酸との混合物であり、多くの場合、H3PO4の計算された含有量に基づいて特徴付けられる。過リン酸は、H3PO4の含有量において異なる同様の混合物であり、本発明の文脈ではPPAの定義の下に含めることができる。概して、アスファルトと適合性があるという条件で、既知のポリリン酸のいずれも使用することができる。本発明による好適なポリリン酸は、オルトリン酸とピロリン酸、三リン酸以上の酸との構造及び組成に限定されず、好ましくは、PPAは水を含まない。一実施形態では、ポリリン酸(PPA)は、100%~120%、又は103%~118%、又は104%~117%の計算されたH3PO4含有量を有する。
ポリリン酸は、アスファルト組成物のいくつかの実施形態において追加的な添加剤として、例えば、生成物の軟化点を上げるために、従来の量で使用され得る。リン酸は、リン酸の異なる形態の混合物を含む、任意の好適な形態で提供され得る。例えば、リン酸のいくつかの好適な異なる形態は、リン酸、ポリリン酸、超リン酸、ピロリン酸、及び三リン酸を含む。
当該技術分野で既知の更なる任意選択的な添加剤は、それぞれの用途に応じて、アスファルト組成物の特性を適合させるために、本発明によるアスファルト組成物に添加され得る。添加剤は、例えば、ワックスであり得る。これらのワックスは、アスファルトバインダ組成物中の追加的な添加剤として使用される場合、官能化若しくは合成ワックス、又は天然に存在するワックスであり得る。更に、ワックスは酸化されていても酸化されていなくてもよい。合成ワックスの非排他的な例には、エチレンビスステアラミドワックス(EBS)、フィッシャートロプシュワックス(FT)、酸化フィッシャートロプシュワックス(FTO)、ポリエチレンワックス(PE)などのポリオレフィンワックス、酸化ポリエチレンワックス(OxPE)、ポリプロピレンワックス、ポリプロピレン/ポリエチレンワックス、アルコールワックス、シリコーンワックス、微結晶ワックス又はパラフィンなどの石油ワックス、及び他の合成ワックスが含まれる。官能化ワックスの非排他的な例には、アミンワックス、アミドワックス、エステルワックス、カルボン酸ワックス、及び微結晶性ワックスが含まれる。天然に存在するワックスは、植物、動物、鉱物、又は他の供給源に由来し得る。天然ワックスの非独占的な例には、カンデリラワックス、カルナウバロウ、ライスワックス、木蝋、及びホホバ油等の植物ワックス、蜜蝋、ラノリン及びクジラワックス等の動物ワックス、モンタン蝋、オゾケライト、及びセレシン等の鉱物ワックスが含まれる。前述のワックスの混合物も適切であり、例えば、ワックスには、フィッシャー・トロプシュ(FT)ワックス及びポリエチレンワックスの混合物が含まれ得る。
可塑剤はまた、アスファルト組成物の可塑性又は流動性を増加させるために、従来の量で追加的な添加剤として使用され得る。好適な可塑剤には、他の可塑剤の中でも、炭化水素油(例えば、パラフィン、芳香族及びナフテン油)、長鎖炭素ジエステル(例えば、フタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステル、及びアジピン酸ジオクチルなどのアジピン酸エステル)、セバシン酸エステル、グリコール、脂肪酸、リン及びステアリン酸エステル、エポキシ可塑剤(例えば、エポキシ化大豆油)、ポリエーテル及びポリエステル可塑剤、アルキルモノエステル(例えば、オレイン酸ブチル)、長鎖部分エーテルエステル(例えば、オレイン酸セロソルブブチル)を含む。
抗酸化剤は、これらの材料の強度及び可撓性の損失を引き起こすポリマーの酸化分解を防止するために、アスファルトバインダ組成物のための追加的な添加剤として従来の量で使用され得る。
任意選択的な添加剤に関する従来の量は、アスファルト組成物の総量に基づいて、0.1重量%~5.0重量%の範囲内である。
一実施形態では、実施形態1の工程(A)及び(C)における温度は、互いに独立して、110℃~200℃である。別の実施形態では、実施形態1の工程(A)及び(C)における温度は、互いに独立して、110℃~190℃、又は120℃~190℃、又は130℃~190℃、又は140℃~190℃、又は150℃~190℃である。
概して、異なる供給業者からの出発アスファルトは、原油がどの貯留層からのものであるか、並びに製油所での蒸留プロセスに応じて、その組成が異なる。しかしながら、反応基の累計量は、3.1~4.5mg KOH/gの範囲内であり得る。例えば、50~70又は70~100の針入度指数を有する出発アスファルトは、pMDIの化学量論量が0.8重量%~1.2重量%になることをもたらす。アスファルト組成物の調製中の高温下での出発アスファルトの酸化感受性に起因して、新たに形成された官能基と反応するために、更に過剰なイソシアネートが使用される。
一実施形態では、工程(C)は、工程(B)の後に実施される。反応混合物を、110℃~190℃の温度で少なくとも2.5時間撹拌する。別の実施形態では、混合時間は、少なくとも3時間、又は少なくとも3.5時間、又は少なくとも4時間である。混合時間は、最大20時間、又は15時間未満、又は12時間未満、又は9時間未満であり得る。例えば、1.0重量%~1.5重量%の熱硬化性反応性化合物の添加後、混合時間は、2.5時間~4時間、又は3時間~3.5時間であり得る。例えば、1.5重量%~5.0重量%のそれぞれの熱硬化性反応性化合物の添加後、混合時間は、4時間~6時間であり得る。例えば、5.0重量%~10.0重量%のそれぞれの熱硬化性反応性化合物の添加後、混合時間は、6時間~15時間であり得る。
本発明によれば、実施形態1の方法は、酸素雰囲気下で実施される。一実施形態では、酸素濃度は、1体積%~21体積%、又は5体積%~21体積%、又は10体積%~21体積%である。別の実施形態では、実施形態1の方法は、空気下又は酸素の飽和雰囲気下で実施される。
一実施形態では、実施形態1の方法は、1つの反応容器、例えば、コンテナ内で実施されることに限定されない。それぞれの出発アスファルトは、工程(A)において、酸素下、110℃~200℃の温度で、例えば、1時間、熱硬化性反応性化合物と反応させることができる。次いで、出発アスファルトを冷却し、異なる反応容器に移送し、移送後に加熱して、酸素下の総反応時間を少なくとも2.5時間にすることができる。一実施形態では、工程(A)及び(B)は、反応性混合物を均質化し、出発アスファルトの反応性基とそれぞれの熱硬化性反応性化合物の反応性基との反応を誘発することである。熱硬化性反応性化合物は、アスファルテン表面にロードすることができる。工程(C)としてまとめられる第2の又は追加の加熱工程は、酸化による架橋反応を支援することである。
本文脈では、実施形態1のアスファルト組成物又は出発アスファルト中のH2Sレベルは、外部較正を使用する熱伝導率検出を有するヘッドスペースガスクロマトグラフィー(HS-GC-TCD)を使用して判定することができる。熱伝導率検出器(TCD)は、ガスクロマトグラフの最も用途の広い検出器として使用される。ガスクロマトグラフの場合、He、H2、N2、Arなどのキャリアガスを流し、秤量した測定ガスを導入して、カラムを通過させ、それにより、検出器によって測定されるように、経時的に測定ガスをその成分に分割する。出力ピークの発生時刻に基づいて定性分析を行い、ピーク面積に基づいて定量分析を行う。熱伝導率検出器は、カラム内で分離したガス成分とキャリアガスと同種の参照ガスとの間の熱伝導率における差を電気信号に変換し、それにより、分離したそれぞれのガス成分及びその濃度を検出する。
一実施形態では、HS-GC-TCDのために使用されるカラムは、177℃のサーモスタット温度及び60分間に設定された時間を有するHP-PoraPlotQ(50m、0.32mm、10μm)である。
実施形態1に記載の方法は、H2Sレベルが実質的に低減したアスファルト組成物をもたらす。実際、一実施形態では、実施形態1は、方法検出限界(LOD)が0.15ppmであるアスファルト組成物中に検出可能なH2Sピークをもたらさない。更に、アスファルト組成物は、一定範囲の温度にわたってより一定であるという点で、許容可能な、又は更に改善された物理的特性を示す。更に、アスファルト組成物中のH2Sレベルは、アスファルト組成物の作業性の範囲外の温度で数時間後でも、許容可能な、又は容認可能な制限内に留まる。
アスファルト組成物
本発明の別の態様は、実施形態1に記載のアスファルト組成物を対象とする、実施形態2である。実施形態2におけるアスファルト組成物は、硫化水素の排出が低減される。
本発明の別の態様は、実施形態1に記載のアスファルト組成物を対象とする、実施形態2である。実施形態2におけるアスファルト組成物は、硫化水素の排出が低減される。
使用
本発明の別の態様は、アスファルト混合組成物の調製のための、実施形態2に記載の、又は実施形態1により取得されたアスファルト組成物の使用を対象とする、実施形態3である。
本発明の別の態様は、アスファルト混合組成物の調製のための、実施形態2に記載の、又は実施形態1により取得されたアスファルト組成物の使用を対象とする、実施形態3である。
一実施形態では、実施形態3のアスファルト混合物組成物は、以下から選択される。
-特に防水用の塗料及びコーティング、
-割れ目を埋め、亀裂をシールするためのマスチック、
-道路、飛行場、運動場等の表面仕上げ用のグラウト及び熱間注入面、
-骨材(アスファルト組成物の約5~20%を構成する)を提供するために石と混合したもの、例えば、アスファルト混合物、
-アスファルト乳剤、
-上記のように表面仕上げするためのホットコーティング、
-表面仕上げ用の表面コーティング、
-ウォームミックスアスファルト、及び
-ホットミックスアスファルト。
-特に防水用の塗料及びコーティング、
-割れ目を埋め、亀裂をシールするためのマスチック、
-道路、飛行場、運動場等の表面仕上げ用のグラウト及び熱間注入面、
-骨材(アスファルト組成物の約5~20%を構成する)を提供するために石と混合したもの、例えば、アスファルト混合物、
-アスファルト乳剤、
-上記のように表面仕上げするためのホットコーティング、
-表面仕上げ用の表面コーティング、
-ウォームミックスアスファルト、及び
-ホットミックスアスファルト。
本特許請求される発明は、以下の実施形態、及び対応する依存関係の参照及びリンクから得られる実施形態の組み合わせによってより詳細に例解される。
実施形態I.アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法であって、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを、110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
実施形態I.アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法であって、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを、110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で反応混合物を撹拌して、アスファルト組成物を取得する工程と、を含む。
実施形態II.熱硬化性反応性化合物が、アスファルト組成物の総重量に基づいて、1.0重量%~5.0重量%の量で存在する、実施形態Iに記載の方法。
実施形態III.熱硬化性反応性化合物がイソシアネートを含む、実施形態I又はIIに記載の方法。
実施形態IV.イソシアネートが少なくとも2.0の官能価を有する、実施形態IIIに記載の方法。
実施形態V.イソシアネートが、芳香族イソシアネート及び脂肪族イソシアネートから選択される、実施形態II~IVのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態VI.脂肪族イソシアネートが、シクロブタン-1,3-ジイソシアネート、1,2-、1,3-及び1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、2,4-及び2,6メチルシクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ジシクロヘキシルジイソシアネート、1,3,5-シクロヘキサントリイソシアネート、イソシアナトメチルシクロヘキサンイソシアネート、イソシアナトエチルシクロヘキサンイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ビス(イソシアナト-メチル)ジシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、テトラメチレン1,4-ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5-ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)、デカメチレンジイソシアネート、1,12-ドデカンジイソシアネート、2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネート、並びに2-メチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネートから選択される、実施形態Vに記載の方法。
実施形態VII.脂肪族イソシアネートが、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、及びヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)から選択される、実施形態V又はVIに記載の方法。
実施形態VIII.芳香族イソシアネートが、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート;1,5-ナフタレンジイソシアネート;1,3-フェニレンジイソシアネート;2,4,6-トルイレントリイソシアネート、1,3-ジイソプロピルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1-メチル-3,5-ジエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリイソプロピル-フェニレン-2,4-ジイソシアネート;3,3’-ジエチル-ビスフェニル-4,4’-ジイソシアネート;3,5,3’,5’-テトラエチル-ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート;3,5,3’,5’-テトライソプロピルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート;1-エチル-4-エトキシ-フェニル-2,5-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネート;1-エチル-3,5-ジイソプロピルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネート、トリジンジイソシアネート、及び1,3,5-トリイソプロピルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネートから選択される、実施形態V~VIIのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態IX.芳香族イソシアネートが、MDI、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、及び1,5-ナフタレンジイソシアネートから選択される、実施形態V~VIIIのうちの1つ以上に記載のアスファルト組成物。
実施形態X.芳香族イソシアネートがモノマーMDI及び/又はポリマーMDIである、実施形態V~IXのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XI.芳香族イソシアネートが、4,4’-MDI、2,2’-MDI及び2,4’-MDIから選択されるモノマーMDIである、実施形態Xに記載の方法。
実施形態XII.モノマーMDIが、カルボジイミド修飾モノマーMDIである、実施形態X又はXIに記載の方法。
実施形態XIII.カルボジイミド修飾モノマーMDIが、65重量%~85重量%の4,4’-MDI及び15重量%~35重量%のカルボジイミドを含み、該重量%が、カルボジイミド修飾モノマーMDIの総重量に基づく、実施形態XIIに記載の方法。
実施形態XIV.芳香族イソシアネートがポリマーMDIである、実施形態VIII~XIIIのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XV.ポリマーMDIが、少なくとも2.5の官能価を有する、実施形態X~XIVのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XVI.ポリマーMDIが、1~80ppmの範囲内の鉄含有量を有する、実施形態X~XVのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XVII.組成物の総重量に基づいて少なくとも18重量%が、揮発油溶媒中で5000Svedを上回る沈降係数を有する粒子である、実施形態I~XVIのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XVIII.アスファルト組成物が、スチレン/ブタジエン/スチレンコポリマー(SBS)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ネオプレン、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレン、エチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマー、エチルビニルアセテート(EVA)、及びポリリン酸(PPA)から選択されるポリマーを更に含む、実施形態I~XVIIのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XIX.出発アスファルトが、AASHTO-M320に従って判定される、52~16、52~22、52~28、52~34、52~40、58~16、58~22、58~28、58~34、58~40、64~16、64~22、64~28、64~34、64~40、70~16、70~22、70~28、70~34、70~40、76~16、76~22、76~28、76~34、及び76~40から選択される性能グレードを有する、実施形態I~XVIIIのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XX.工程(A)及び(C)における温度が、互いに独立して、150℃~190℃である、実施形態I~XIXのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XXI.工程(C)における撹拌が、少なくとも2.5時間実行される、実施形態I~XXのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XXII.熱硬化性反応性化合物が、エポキシ樹脂及び/又はメラミンホルムアルデヒド樹脂を更に含む、実施形態I~XXIのうちの1つ以上に記載の方法。
実施形態XXIII.硫化水素の排出が低減され、実施形態I~XXIIのうちの1つ以上により取得されたアスファルト組成物。
実施形態XXIV.アスファルト混合組成物の調製のための、実施形態XXIIIに記載の、又は実施形態I~XXIIのうちの1つ以上により取得されたアスファルト組成物の使用。
実施形態XXV.アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法の使用であって、該方法が、
A.硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
B.前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で熱硬化性反応性化合物を添加して、反応混合物を取得する工程と、
C.反応混合物を110℃~200℃の温度で酸素雰囲気下で撹拌して、硫化水素の排出が低減された状態のアスファルト組成物を取得する工程と、を含む、使用。
A.硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
B.前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で熱硬化性反応性化合物を添加して、反応混合物を取得する工程と、
C.反応混合物を110℃~200℃の温度で酸素雰囲気下で撹拌して、硫化水素の排出が低減された状態のアスファルト組成物を取得する工程と、を含む、使用。
本特許請求される発明は、以下のような非限定的な実施例によって例示される。
アスファルト試験
軟化点 DIN EN1427
肩付きの黄銅環に鋳造された瀝青の2つの水平ディスクを、各々が鋼球を支持する間、液体槽内で制御された速度で加熱する。軟化点は、2つのディスクが十分に軟化して、瀝青内に包まれた各ボールが(25±0.4)[mm]の距離を落下する温度の平均として報告された。
軟化点 DIN EN1427
肩付きの黄銅環に鋳造された瀝青の2つの水平ディスクを、各々が鋼球を支持する間、液体槽内で制御された速度で加熱する。軟化点は、2つのディスクが十分に軟化して、瀝青内に包まれた各ボールが(25±0.4)[mm]の距離を落下する温度の平均として報告された。
回転式薄膜オーブン(RTFO)試験 DIN EN12607-1
瀝青を、163[℃]で85[分]オーブン内のボトルにおいて加熱した。ボトルを15[rpm]で回転させ、加熱された空気を4000[mL/分]で、最低移動点において各ボトルに吹き込んだ。熱及び空気の影響は、加熱処理の前後に測定された物理的試験値における変化から判定した。
瀝青を、163[℃]で85[分]オーブン内のボトルにおいて加熱した。ボトルを15[rpm]で回転させ、加熱された空気を4000[mL/分]で、最低移動点において各ボトルに吹き込んだ。熱及び空気の影響は、加熱処理の前後に測定された物理的試験値における変化から判定した。
動的せん断レオメータ(DSR)DIN EN14770-ASTM D7175
動的せん断レオメータ試験システムは、平行板、試験片の温度を制御するための手段、ローディング装置、並びに制御及びデータ取得システムからなる。
動的せん断レオメータ試験システムは、平行板、試験片の温度を制御するための手段、ローディング装置、並びに制御及びデータ取得システムからなる。
多重応力クリープ回復(MSCR)試験DIN EN16659-ASTM D7405
この試験方法は、せん断クリープ下のアスファルトバインダにおける弾性応答、並びに2つの応力レベル(0.1及び3.2[kPa])及び指定された温度(50[℃])における回復の存在を判定するために使用した。この試験は、DSRを使用して、25[mm]を一定の応力で1[秒]の間荷重をかけ、その後9[秒]の間回復させる。0.100[kPa]のクリープ応力で10回のクリープ及び回復サイクルを実行し、続いて3.200[kPa]のクリープ応力で10回のサイクルを実行する。
この試験方法は、せん断クリープ下のアスファルトバインダにおける弾性応答、並びに2つの応力レベル(0.1及び3.2[kPa])及び指定された温度(50[℃])における回復の存在を判定するために使用した。この試験は、DSRを使用して、25[mm]を一定の応力で1[秒]の間荷重をかけ、その後9[秒]の間回復させる。0.100[kPa]のクリープ応力で10回のクリープ及び回復サイクルを実行し、続いて3.200[kPa]のクリープ応力で10回のサイクルを実行する。
ベンディングビームレオメータDIN EN14771-ASTM D6648
この試験は、単純に支持されたアスファルトバインダの角柱状ビームの中点に一定の荷重が供された状態で、中点のたわみを測定するために使用された。角柱状の試験片を、温度制御された流体槽内に設置し、一定の試験荷重で240[秒]間、荷重をかけた。試験荷重(980±50[mN])及び試験片の中間点のたわみを、コンピューター化されたデータ取得システムを使用して、時間に対して監視した。試験片の中間点における最大曲げ応力を、試験片の寸法、支持体間の距離、及び8.0、15.0、30.0、60.0、120.0及び240.0[秒]の荷重時間の間、試験片に適用される荷重から計算した。特定の荷重時間に対する試験片の剛性を、最大曲げ応力を最大曲げひずみによって割ることによって計算した。
この試験は、単純に支持されたアスファルトバインダの角柱状ビームの中点に一定の荷重が供された状態で、中点のたわみを測定するために使用された。角柱状の試験片を、温度制御された流体槽内に設置し、一定の試験荷重で240[秒]間、荷重をかけた。試験荷重(980±50[mN])及び試験片の中間点のたわみを、コンピューター化されたデータ取得システムを使用して、時間に対して監視した。試験片の中間点における最大曲げ応力を、試験片の寸法、支持体間の距離、及び8.0、15.0、30.0、60.0、120.0及び240.0[秒]の荷重時間の間、試験片に適用される荷重から計算した。特定の荷重時間に対する試験片の剛性を、最大曲げ応力を最大曲げひずみによって割ることによって計算した。
アスファルト中の反応性基を決定するための電位差滴定法:
酸価
約0.5~1gのサンプルを50mlのトルエンに溶解し、0.1mol/lの水酸化テトラブチルアンモニウム溶液で電位差滴定した。十分な導電率を確保するために、滴定溶液に数滴の水を添加することができる。ブランク値も決定した。
酸価
約0.5~1gのサンプルを50mlのトルエンに溶解し、0.1mol/lの水酸化テトラブチルアンモニウム溶液で電位差滴定した。十分な導電率を確保するために、滴定溶液に数滴の水を添加することができる。ブランク値も決定した。
基準値
約0.5~1gのサンプルを50mlのトルエンに溶解し、0.1mol/lのトリフルオロメタンスルホン酸溶液で電位差滴定した。十分な導電率を確保するために、滴定溶液に数滴の水を添加することができる。ブランク値も決定した。
約0.5~1gのサンプルを50mlのトルエンに溶解し、0.1mol/lのトリフルオロメタンスルホン酸溶液で電位差滴定した。十分な導電率を確保するために、滴定溶液に数滴の水を添加することができる。ブランク値も決定した。
本発明の実施例の一般合成(IE)
出発アスファルトを酸素雰囲気下で最大150℃まで加熱し、加熱マントル(温度を最大150℃に設定)において600rpmで撹拌した。その後、2.0重量%の熱硬化性反応性化合物を添加した。反応物を、更に150℃で2時間撹拌した後、室温で冷却した。
出発アスファルトを酸素雰囲気下で最大150℃まで加熱し、加熱マントル(温度を最大150℃に設定)において600rpmで撹拌した。その後、2.0重量%の熱硬化性反応性化合物を添加した。反応物を、更に150℃で2時間撹拌した後、室温で冷却した。
H2S濃度判定のための試験
アスファルト組成物中のH2S濃度を、熱伝導率検出(HS-GC-TCD)を有するヘッドスペースガスクロマトグラフィーを使用して、外部較正を用いて判定した。AccuStandard Corporation製のH2Sストック較正標準を使用した。H2Sのストック標準濃度は、テトラヒドロフラン中2000ppmであった。希釈標準を、2μl、4μl、8μl、16μl、及び40μlを正確に測定することにより、22mlのヘッドスペースバイアル内で調製した。ヘッドスペース内のH2Sの対応する濃度を、以下の表2内で一覧にする。
アスファルト組成物中のH2S濃度を、熱伝導率検出(HS-GC-TCD)を有するヘッドスペースガスクロマトグラフィーを使用して、外部較正を用いて判定した。AccuStandard Corporation製のH2Sストック較正標準を使用した。H2Sのストック標準濃度は、テトラヒドロフラン中2000ppmであった。希釈標準を、2μl、4μl、8μl、16μl、及び40μlを正確に測定することにより、22mlのヘッドスペースバイアル内で調製した。ヘッドスペース内のH2Sの対応する濃度を、以下の表2内で一覧にする。
本発明のアスファルト組成物及び比較アスファルト組成物の両方を、ある期間にわたってH2S濃度について試験した。これに関して、GCヘッドスペース条件は、以下の通りであった。
使用カラム-HP-PoraPlot Q(50m、0,32mm、10μm)
サーモスタット温度-177℃、サーモスタット時間-60分
使用カラム-HP-PoraPlot Q(50m、0,32mm、10μm)
サーモスタット温度-177℃、サーモスタット時間-60分
CE1は、未修飾アスファルトSA2であった。H2Sレベルを、以下の表3に要約する。
上記で明らかなように、熱硬化性反応性化合物の存在は、アスファルト組成物中のH2Sレベルを最初から(すなわちt=0)、その使用温度でかなり低減させる。これは、その使用温度においてまだかなりの量のH2Sを含有し、4時間後に量が低減される従来のアスファルトとは対照的である。
低減されたH2Sレベルの利点は、本発明の熱硬化性反応性化合物の存在にのみ起因し得る、アスファルト組成物の他の所望の特性における改善に加えられる(表1参照)。
Claims (25)
- アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法であって、
(A)硫化水素を含む出発アスファルトを、110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
(B)熱硬化性反応性化合物を、前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で添加して、反応混合物を取得する工程と、
(C)酸素雰囲気下、110℃~200℃の温度で前記反応混合物を撹拌して、前記アスファルト組成物を取得する工程と、を含む、方法。 - 前記熱硬化性反応性化合物が、前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、1.0重量%~5.0重量%の量で存在する、請求項1に記載の方法。
- 前記熱硬化性反応性化合物が、イソシアネートを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記イソシアネートが、少なくとも2.0の官能価を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記イソシアネートが、芳香族イソシアネート及び脂肪族イソシアネートから選択される、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記脂肪族イソシアネートが、シクロブタン-1,3-ジイソシアネート、1,2-、1,3-及び1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、2,4-及び2,6メチルシクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ジシクロヘキシルジイソシアネート、1,3,5-シクロヘキサントリイソシアネート、イソシアナトメチルシクロヘキサンイソシアネート、イソシアナトエチルシクロヘキサンイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’-及び2,4’-ビス(イソシアナト-メチル)ジシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、テトラメチレン1,4-ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5-ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)、デカメチレンジイソシアネート、1,12-ドデカンジイソシアネート、2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチル-ヘキサメチレンジイソシアネート、並びに2-メチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネートから選択される、請求項5に記載の方法。
- 前記脂肪族イソシアネートが、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジイソシアナトジシクロ-ヘキシルメタン(H12MDI)、及びヘキサメチレン1,6-ジイソシアネート(HDI)から選択される、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記芳香族イソシアネートが、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート;1,5-ナフタレンジイソシアネート;1,3-フェニレンジイソシアネート;2,4,6-トルイレントリイソシアネート、1,3-ジイソプロピルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1-メチル-3,5-ジエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルフェニレン-2,4-ジイソシアネート;1,3,5-トリイソプロピル-フェニレン-2,4-ジイソシアネート;3,3’-ジエチル-ビスフェニル-4,4’-ジイソシアネート;3,5,3’,5’-テトラエチル-ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート;3,5,3’,5’-テトライソプロピルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート;1-エチル-4-エトキシ-フェニル-2,5-ジイソシアネート;1,3,5-トリエチルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネート;1-エチル-3,5-ジイソプロピルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネート、トリジンジイソシアネート、及び1,3,5-トリイソプロピルベンゼン-2,4,6-トリイソシアネートから選択される、請求項5に記載の方法。
- 前記芳香族イソシアネートが、MDI、ポリマーMDI、トルエンジイソシアネート、ポリマートルエンジイソシアネート、及び1,5-ナフタレンジイソシアネートから選択される、請求項8に記載のアスファルト組成物。
- 前記芳香族イソシアネートが、モノマーMDI及び/又はポリマーMDIである、請求項9に記載の方法。
- 前記芳香族イソシアネートが、4,4’-MDI、2,2’-MDI、及び2,4’-MDIから選択されるモノマーMDIである、請求項10に記載の方法。
- 前記モノマーMDIが、カルボジイミド修飾モノマーMDIである、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記カルボジイミド修飾モノマーMDIが、65重量%~85重量%の4,4’-MDI及び15重量%~35重量%のカルボジイミドを含み、前記重量%が、前記カルボジイミド修飾モノマーMDIの総重量に基づく、請求項12に記載の方法。
- 前記芳香族イソシアネートが、ポリマーMDIである、請求項8~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリマーMDIが、少なくとも2.5の官能価を有する、請求項8~14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリマーMDIが、1~80ppmの範囲内の鉄含有量を有する、請求項10~15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記組成物の総重量に基づいて、少なくとも18重量%が、揮発油溶媒中で5000Svedを上回る沈降係数を有する粒子である、請求項1~16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アスファルト組成物が、スチレン/ブタジエン/スチレンコポリマー(SBS)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ネオプレン、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、酸化高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化高密度ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレン、エチレン-ブチル-アクリレート-グリシジル-メタクリレートターポリマー、エチルビニルアセテート(EVA)、及びポリリン酸(PPA)から選択されるポリマーを更に含む、請求項1~17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記出発アスファルトが、AASHTO-M320に従って判定される、52~16、52~22、52~28、52~34、52~40、58~16、58~22、58~28、58~34、58~40、64~16、64~22、64~28、64~34、64~40、70~16、70~22、70~28、70~34、70~40、76~16、76~22、76~28、76~34、及び76~40から選択される性能グレードを有する、請求項1~18のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(A)及び(C)における前記温度が、互いに独立して、150℃~190℃である、請求項1~19のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(C)における前記撹拌が、少なくとも2.5時間実行される、請求項1~20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱硬化性反応性化合物が、エポキシ樹脂及び/又はメラミンホルムアルデヒド樹脂を更に含む、請求項1~21のいずれか一項に記載の方法。
- 硫化水素の排出が低減され、請求項1~22のいずれか一項により取得される、アスファルト組成物。
- アスファルト混合組成物の調製のための、請求項23に記載の、又は請求項1~22のいずれか一項により取得されたアスファルト組成物の使用。
- アスファルト組成物の生成中に硫化水素の排出を低減させるための方法の使用であって、前記方法が、
A.硫化水素を含む出発アスファルトを110℃~200℃の温度に加熱する工程と、
B.前記アスファルト組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~10.0重量%の量で熱硬化性反応性化合物を添加して、反応混合物を取得する工程と、
C.前記反応混合物を110℃~200℃の温度において酸素雰囲気下で撹拌して、前記硫化水素の排出が低減された状態の前記アスファルト組成物を取得する工程と、を含む、使用。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202063050267P | 2020-07-10 | 2020-07-10 | |
US63/050,267 | 2020-07-10 | ||
EP20200421.4 | 2020-10-06 | ||
EP20200421 | 2020-10-06 | ||
PCT/EP2021/069240 WO2022008754A1 (en) | 2020-07-10 | 2021-07-09 | A method for reducing hydrogen sulfide emissions during production of asphalt composition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023532811A true JP2023532811A (ja) | 2023-07-31 |
Family
ID=77126790
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023501304A Pending JP2023532811A (ja) | 2020-07-10 | 2021-07-09 | アスファルト組成物の生成中に硫化水素排出を低減させるための方法 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230250291A1 (ja) |
EP (1) | EP4179027A1 (ja) |
JP (1) | JP2023532811A (ja) |
KR (1) | KR20230035319A (ja) |
CN (1) | CN115551950A (ja) |
AU (1) | AU2021306660A1 (ja) |
BR (1) | BR112023000128A2 (ja) |
CA (1) | CA3185415A1 (ja) |
MX (1) | MX2023000478A (ja) |
WO (1) | WO2022008754A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2022338202A1 (en) * | 2021-09-03 | 2024-03-14 | Basf Se | Process for preparation of asphalt mix composition |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050145137A1 (en) | 2003-12-31 | 2005-07-07 | Buras Paul J. | Process for preparing bitumen compositions with reduced hydrogen sulfide emission |
US20090242461A1 (en) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Sherif Eldin | Hydrogen sulfide scavengers and methods for removing hydrogen sulfide from asphalt |
US10711204B2 (en) | 2016-01-08 | 2020-07-14 | Dorf Ketal Chemicals (India) Private Limited | Nitrogen based hydrogen sulfide scavengers and method of use thereof |
PL3638737T3 (pl) * | 2017-06-14 | 2021-11-22 | Basf Se | Kompozycja asfaltowa zawierająca termoutwardzalne związki reaktywne |
EP3431572A1 (en) | 2017-07-17 | 2019-01-23 | Yara International ASA | Prevention of the emission of hydrogen sulphide in the production of hot bitumen or asphalt |
US20210198491A1 (en) * | 2018-08-15 | 2021-07-01 | Basf Se | Asphalt composition comprising a mixture of an isocyanate and a polymer as performance additives |
WO2020126585A1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | Basf Se | Asphalt composition comprising monomeric mdi as thermosetting reactive compound |
-
2021
- 2021-07-09 AU AU2021306660A patent/AU2021306660A1/en active Pending
- 2021-07-09 CA CA3185415A patent/CA3185415A1/en active Pending
- 2021-07-09 EP EP21748532.5A patent/EP4179027A1/en active Pending
- 2021-07-09 KR KR1020237000887A patent/KR20230035319A/ko unknown
- 2021-07-09 BR BR112023000128A patent/BR112023000128A2/pt unknown
- 2021-07-09 WO PCT/EP2021/069240 patent/WO2022008754A1/en active Application Filing
- 2021-07-09 MX MX2023000478A patent/MX2023000478A/es unknown
- 2021-07-09 JP JP2023501304A patent/JP2023532811A/ja active Pending
- 2021-07-09 CN CN202180033177.XA patent/CN115551950A/zh active Pending
- 2021-07-09 US US18/015,090 patent/US20230250291A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20230035319A (ko) | 2023-03-13 |
US20230250291A1 (en) | 2023-08-10 |
CN115551950A (zh) | 2022-12-30 |
BR112023000128A2 (pt) | 2023-01-31 |
WO2022008754A1 (en) | 2022-01-13 |
CA3185415A1 (en) | 2022-01-13 |
AU2021306660A1 (en) | 2023-02-02 |
MX2023000478A (es) | 2023-02-13 |
EP4179027A1 (en) | 2023-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7502265B2 (ja) | 性能向上添加剤としてイソシアネート及びポリマーの混合物を含むアスファルト組成物 | |
JP7242566B2 (ja) | 熱硬化性反応性化合物を含むアスファルト組成物 | |
JP2023532811A (ja) | アスファルト組成物の生成中に硫化水素排出を低減させるための方法 | |
JP2023511899A (ja) | 熱硬化性反応性化合物を含むアスファルト組成物 | |
CN113166550B (zh) | 包含单体mdi作为热固性反应化合物的柏油组合物 | |
US20230250289A1 (en) | Asphalt composition comprising a mixture of an isocyanate and a plasticizer as performanceadditives | |
WO2023274609A1 (en) | Use of asphalt composition for weatherproofing application | |
AU2022340924A1 (en) | Process for preparation of asphalt mix composition, asphalt mix composition and its use | |
AU2022338202A1 (en) | Process for preparation of asphalt mix composition | |
TR2022011536T2 (tr) | Isiyla sertleşen reakti̇f bi̇leşi̇k i̇çeren asfalt bi̇leşi̇mi̇ |