JP3625126B2

JP3625126B2 - アスファルト乳剤用カチオン性乳化剤

Info

Publication number: JP3625126B2
Application number: JP28681897A
Authority: JP
Inventors: 和雄磯部; 祐一本間; 良市玉置
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JPH11114400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アスファルトに対して優れた乳化性能を示し、製造されるアスファルト乳剤に対し優れた貯蔵安定性を与えるアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤に関する。また、本発明は、前記アスファルト乳剤用カチオン性乳化剤を用いたアスファルト乳剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油から得られるアスファルト、タール、ピッチ等の瀝青質は、古くから、舗装材料や防水・接着材料として、及び鉄道軌道の敷設において、広く使用されている。しかし、瀝青質は非常に粘着性が高いため、そのままで使用すると作業性が極めて悪い。そこで、所望の作業性を確保するために、瀝青質は、加熱する（即ち、加熱溶融方式）、適当な乳化剤及び水を用いて乳化物の形態とする、適当な溶剤に溶解させる等の方法によってその流動性を向上させたのちに、使用されている。
【０００３】
瀝青質の乳化物のうち、アスファルトの水性乳化物は、一般に「アスファルト乳剤」と呼ばれている。そのようなアスファルト乳剤は、施工面に直接散布される急分解性乳剤（即ち、散布用乳剤）と、骨材と混合される遅分解性乳剤（即ち、混合用乳剤）とに大別される。アスファルト乳剤の調製において使用される界面活性剤は、アニオン性活性剤、カチオン性活性剤、ノニオン性活性剤及び両性活性剤の中から適宜選択されるが、その種類は、概ね、その施工方法に応じて規定される。
【０００４】
上記アスファルト乳剤のうち、混合用乳剤は、骨材、フィラー、その他の成分と混合される。そのようにして調製されたアスファルト組成物が、道路舗装体の形成に用いられる。アスファルト組成物を用いて道路施工したのち、その組成物中の水性成分が蒸発して除去されると、いわゆるエマルション破壊が起こる。それにより、アスファルトが硬化し、道路舗装体の形成が完成する。
【０００５】
また、この混合用乳剤と共に使用される骨材の種類により、形成される道路舗装体の種類と、その性質・性能が異なる。例えば、混合用乳剤と開粒度骨材とからなるアスファルト組成物（開粒度混合）は、上層・下層路盤の施工に又は表層の排水性舗装の施工に使用される。また、混合用乳剤と密粒度骨材とからなるアスファルト組成物（密粒度混合）は、上層路盤や表層の施工に使用される。さらに、混合用乳剤を細骨材やフィラーと混合してなる組成物は、劣化舗装表面の修復を目的とするスラリーシールに、それを砂と混合してなる組成物（サンド混合）は、簡易表層の形成に使用される。劣化した既設舗装の再利用のために、混合用乳剤を舗装体の破砕物と混合すること（再生混合）も行われている。一方、このようなアスファルト組成物を調製するための混合方法には、プラント混合と路上混合の二種類があり、それは、状況に応じて適宜使い分けられる。
【０００６】
これらの道路舗装用途に用いられるアスファルト乳剤は一般にカチオン性アスファルト乳剤が使用される。カチオン性アスファルト乳剤の製造に用いられる乳化剤は、アルキルモノアミン、アルキルプロピレンジアミン、アルキルジプロピレントリアミン又はそれらのアルキレンオキサイド付加物、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド等の含窒素化合物が一般的である。カチオン性乳剤の特徴は湿った骨材への付着性、混合性が優れていること及び施工後のアスファルト養生が短時間のうちに行われるので施工時間が短くてすむことである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら乳化剤を用いて製造したカチオン性アスファルト乳剤は、全ての面で優れているわけではなく、長期間保存していると底部に沈殿を生じ、いわゆる貯蔵安定性がよくないという問題がある。
【０００８】
また、近年の交通量の増加という交通環境の変化に伴い、道路も高耐久性が要求されるようになってきた。これに伴いカチオン性アスファルト乳剤に使用されるアスファルトも針入度の小さい、即ち硬いアスファルトや、スチレン・ブタジエンゴム又は熱可塑性エラストマー、スチレン・ブタジエンブロックポリマーを添加した改質アスファルトが使用されるようになってきた。
【０００９】
しかし、これらのアスファルトは乳化がより困難であるため、製造されたアスファルト乳剤の平均粒径は大きく、そのため貯蔵安定性の面で問題がある。これらの点を解決する目的で特公昭５４−４４２４８、特公昭５９−１２３５２３では、モノアミンとポリアミンを配合した乳化剤が開示されているものの、上記問題点を完全に解決しうるものではない。さらに貯蔵安定性を改善する目的で水溶性高分子、例えばポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、グアーガム等をアスファルト乳剤に添加する方法も提案されているが、アスファルト乳剤の粘度が高くなりすぎる、施工後の道路の劣化が早くなるといった問題がある。
【００１０】
また、特開平６−３１９９７４号公報には、陽イオン窒素化乳化剤と、ホスホン酸の少なくとも１種の水溶性金属イオン封鎖剤又はこの前駆体からなる補助剤を含む陽イオン乳化剤系が開示されているものの、このものは解乳化性の改善を目的としたものであり、貯蔵安定性の問題は改善されていない。
【００１１】
そこで本発明は、アスファルトに添加した場合、針入度の小さな硬いアスファルトや改質アスファルトに対する乳化作用が優れており、貯蔵安定性も優れているアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤及びそれを用いたアスファルト乳剤を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、カチオン性アスファルト乳剤に関する上記問題点を解決すべく鋭意研究した結果、特定構造のカチオン性乳化剤を使用することにより、針入度の小さな硬いアスファルトや改質アスファルトに対する乳化作用が優れており、得られるアスファルト乳剤の貯蔵安定性も優れていることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
即ち本発明は、下記一般式（１）：
【００１４】
【化２】

【００１５】
［式中、Ｒ^１は炭素数１１〜２３の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示し、Ｒ^２及びＲ^３は炭素数１〜４のアルキル基を示し、Ｒ^４は水素又は炭素数１〜４のアルキル基を示し、ｘは１〜４の整数を示す］
で表される化合物を含有することを特徴とするアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤を提供するものである。
【００１６】
また本発明は、アスファルト、前記のアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤及び水を含有しており、前記アスファルト乳剤用カチオン性乳化剤の含有量が０．０２〜３．０重量％であり、ｐＨが１．５〜７．０であることを特徴とするアスファルト乳剤を提供するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤（以下、「カチオン性乳化剤」という）に含まれる一般式（１）の化合物において、式中のＲ^１は炭素数１１〜２３の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基であり、好ましくは炭素数１３〜２１の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基であり、特に好ましくは炭素数１５〜１９の直鎖又は分岐鎖のアルキル又はアルケニル基である。Ｒ^２及びＲ^３は炭素数１〜４のアルキル基であり、好ましくは１又は２のアルキル基である。Ｒ^４は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基であり、好ましくは水素原子又は炭素数１もしくは２のアルキル基である。ｘは１〜４の整数であり、好ましくは２又は３である。
【００１８】
一般式（１）で表される化合物としては、ジメチルアミノプロピルステアロイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルパルミトイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルミリストイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルラウロイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルメチルステアロイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルメチルパルミトイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルメチルミリストイルアミンのアミンオキサイド、ジエチルアミノプロピルパルミトイルアミンのアミンオキサイド、ジエチルアミノプロピルミリストイルアミンのアミンオキサイド、ジエチルアミノプロピルステアロイルアミンのアミンオキサイド、ジエチルアミノプロピルメチルステアロイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・ヤシ脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・牛脂脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・パーム油脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・パーム核油脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・硬化パーム脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・硬化牛脂脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・コーヒーオイル脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・トール油脂肪酸アミドのアミンオキサイド等を挙げることができる。これらの中でも好ましくは、ジメチルアミノプロピルステアロイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・硬化牛脂脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・牛脂脂肪酸アミドのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルパルミトイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルミリストイルアミンのアミンオキサイド、ジメチルアミノプロピルアミン・ヤシ脂肪酸アミドのアミンオキサイド等を挙げることができる。
【００１９】
一般式（１）で表される化合物の製造方法としては、脂肪酸又は脂肪酸と低級アルコールのエステルとアミン化合物を縮合反応させたのち、過酸化水素で酸化する方法が一般的であるが、この方法に限られるものではない。
【００２０】
カチオン性乳化剤には、さらに使用目的に応じてその他の界面活性剤として、ノニオン性界面活性剤、アルキルアミン、アルキルポリアミン、アルキルアミン又はアルキルポリアミンのアルキレンオキシド付加物、脂肪酸アミドアミン、ポリアミンの脂肪酸アミド、イミダゾリン、４級アンモニウム塩、両性界面活性剤及びアミノ化リグニンから選ばれる１種又は２種以上を配合することができる。この場合の本発明カチオン性乳化剤／その他の乳化剤の配合割合は、優れた乳化性能とアスファルト乳剤の貯蔵安定性を得るため、重量比で好ましくは１０／９０〜９９／１であり、特に好ましくは１０／９０〜９０／１０であり、さらに好ましくは２０／８０〜７０／３０である。
【００２１】
カチオン性乳化剤には、乳化剤の形態の面から、例えば液状にする目的で、水、低級アルコール、グリコール、ポリオキシエチレングリコール等の溶剤類、グルコースやソルビトール等の糖類、低級脂肪酸類、低級アミン類、パラトルエンスルホン酸やエーテルカルボン酸等のハイドロトロープ剤等を配合することもできる。
【００２２】
カチオン性乳化剤には、道路施工時における骨材とセメントとの混合性を改善する目的で、オリゴマー型活性剤を添加することができる。オリゴマー型活性剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、リグニンスルホン酸ナトリウム等を挙げることができる。
【００２３】
カチオン性乳化剤には、アスファルト乳剤の貯蔵安定性を更に向上させる目的で水溶性高分子を添加することができる。水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カチオン化セルロース、メチルセルロース、ガム類等を挙げることができる。さらに、施工後の骨材とアスファルトの付着性を向上させる目的でタンニン、没食子酸等のフェノール系化合物を添加することもできる。
【００２４】
本発明のカチオン性乳化剤の使用量は、経済性を考慮し、優れた貯蔵安定性を得るため、通常の使用においては生成するアスファルト乳剤重量に対して、好ましくは０．０２〜３．０重量％であり、より好ましくは０．０５〜２．０重量％であり、もっとも好ましくは０．１０〜１．０重量％である。
【００２５】
本発明のアスファルト乳剤は、アスファルト、カチオン性乳化剤及び水を含有するものである。
【００２６】
本発明のアスファルト乳剤で用いるアスファルトとしては、石油ストレートアスファルト、ブローンアスファルト、セミブローンアスファルト、カットバックアスファルト、天然アスファルト、劣化した道路から回収されたアスファルト及び改質アスファルトＩ型、改質アスファルトＩＩ型等を挙げることができる。
【００２７】
本発明のアスファルト乳剤で用いる水としては、海水のような極端に塩濃度の高いものでなければ、水道水、地下水、工業用水等を用いることができる。
【００２８】
アスファルト乳剤中におけるアスファルト及び水の含有量は、常温で流動性のある所望の貯蔵安定性及び静置安定性を有する乳剤を得るため、アスファルトの含有量が４０〜８０重量％であり、好ましくは５０〜７５重量％であり、水の含有量が２０〜６０重量％であり、好ましくは２５〜７５重量％である。カチオン性乳化剤の含有量は、上記したとおりである。
【００２９】
本発明のアスファルト乳剤は、ｐＨが１．５〜７．０であり、好ましくは１．５〜４．０である。このｐＨの調整には、塩酸、硫酸、リン酸等の鉱酸又は酢酸等の有機酸を用いることができ、これらの中でも塩酸が好ましい
本発明のアスファルト乳剤には、さらに必要に応じて、上記したその他の界面活性剤、溶剤類、糖類、ハイドロトロープ剤、オリゴマー型活性剤、水溶性高分子、フェノール系化合物等を配合することができる。また、本発明のアスファルト乳剤には、乳化時の泡立ち及び乳化性能を改善する目的で、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、芒硝、塩化カリウム、塩化アルミニウム等の無機化合物を配合することができる。
【００３０】
本発明のアスファルト乳剤は、使用目的に応じて選択されるコロイドミル、ハレル型ホモジナイザー、ホモジナイザー、ラインミキサー等の乳化機により製造することができる。アスファルトは加熱溶融状態にして乳化を行うが、その際の加熱温度はアスファルト種、乳化機等の条件によって異なり、一般的には１２０〜１６０℃が好ましい。カチオン性乳化剤の温度は、アスファルトの温度と製造するアスファルト乳剤を何度にするかによって決まるが、通常は３０〜６０℃に加温して使用される。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
針入度８０〜１００のストレートアスファルト６０重量部を、１４５℃に加熱溶融した。５５℃の温水に表１に示す一般式（１）で表される化合物１をアスファルト乳剤重量に対して０．４重量％となるような量を溶かし、塩酸でｐＨ３に調整したカチオン性乳化剤４０重量部と、前記溶融アスファルトとを同時にコロイドミルに通して、アスファルト乳剤を得た。このアスファルト乳剤の貯蔵安定度（静置安定性）、ふるい残留物、粘度、蒸発残留物（アスファルト濃度）をＪＩＳＫ２２０８に従い又はそれに準じて下記の方法により測定した。また、平均粒子径をレーザー回折粒度分布測定装置（島津社製、ＬＡ−５００）にて測定した。結果を表２に示す。
【００３３】
（静置安定性）
静置安定性試験用シリンダーにアスファルト乳剤を所定量入れて２４時間静置した。その後、上部５０ｇ及び下部５０ｇを各々採取し、乾燥したのち、蒸発残分の差を求めた。この値が小さいほど沈殿等によるアスファルトの損失が少なく、静置安定性がよいことを示している。
【００３４】
（アスファルト濃度）
１５００ｍｌのステンレス製容器にアスファルト乳剤３００ｇを採取し、電熱器を用いて、温度計でかき混ぜながら２０分程度かけて加熱した。アスファルト乳剤の泡立ちが終了し、水分がなくなったことを確認してから、さらに１６０℃で１分間加熱したのち、室温まで放冷した。その後、残留物の重量をはかり、試験前重量に対する重量百分率（％）（アスファルト濃度）を求めた。
【００３５】
【表１】

【００３６】
実施例２
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用したカチオン性乳化剤は、化合物２を０．３重量％及び塩化カルシウム０．１重量％を用い、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例１と同様の試験をした。結果を表２に示す。
【００３７】
実施例３
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用したカチオン性乳化剤は、化合物３を０．２重量％及び塩化カルシウム０．１重量％を用い、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例１と同様の試験をした。結果を表２に示す。
【００３８】
比較例１
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用した乳化剤は、牛脂アルキルプロピレンジアミン０．４重量％を、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例１と同様の試験をした。結果を表２に示す。
【００３９】
比較例２
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用した乳化剤は、ステアリルトリメメチルアンモニウムクロライド０．３重量％及び塩化カルシウム０．１重量％を用い、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例１と同様の試験をした。結果を表２に示す。
【００４０】
比較例３
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用した乳化剤は、エチレンジアミンモノステアリルアミドを等モルの過酸化水素で酸化処理した化合物０．３重量％及び塩化カルシウム０．１重量％を用い、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例１と同様の試験をした。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
本発明のカチオン性乳化剤及びアスファルト乳剤は、従来より使用されていた牛脂アルキルプロピレンジアミン、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等を用いて得られるアスファルト乳剤等に比較し、アスファルト乳剤の蒸発残留分及び粘度は各例ともほぼ同じであるにもかかわらず、いずれの例においても貯蔵安定度に優れ、ふるい残留分が少なく、平均粒子径が細かくなっていた。この結果から、本発明のカチオン性乳化剤及びアスファルト乳剤が優れたものであることが明らかとなった。
【００４３】
実施例４
針入度８０〜１００のストレートアスファルトに熱可塑性エラストマー（タフプレン、旭化成工業（株）製）を３重量％添加し、ホモジナイザーにより、１８０℃で３時間攪拌し、改質アスファルトＩ型を得た。この改質アスファルトＩ型６０重量部を１４５℃に加熱溶融した。５５℃の温水に、アスファルト乳剤重量に対して０．４重量％となるような量の化合物４と０．１重量％となるような量の塩化カルシウムを溶かし、塩酸でｐＨ２に調整したカチオン性乳化剤４０重量部と、溶融改質アスファルトＩ型６０重量部を同時にコロイドミルに通して、アスファルト乳剤を製造した。このアスファルト乳剤の貯蔵安定度（静置安定性）、ふるい残留物、粘度、蒸発残留物（アスファルト濃度））をＪＩＳＫ２２０８に従い又はそれに準じて測定した。また、平均粒子径をレーザー回折粒度分布測定装置（島津社製、ＬＡ−５００）にて測定した。結果を表３に示す。
【００４４】
実施例５
実施例４と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用したカチオン性乳化剤は、化合物２を０．３重量％及び塩化カルシウム０．１重量％を用い、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例４と同様の試験をした。結果を表３に示す。
【００４５】
比較例４
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。使用した乳化剤はステアリルトリメチルアンモニウムクロライドを０．４重量％及び塩化カルシウム０．１％重量を用い、塩酸でｐＨ２に調整したものである。得られたアスファルト乳剤について、実施例４と同様の試験をした。結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】

【００４７】
本発明のカチオン性乳化剤は、乳化が困難である改質アスファルトＩ型を用いても、ストレートアスファルトを用いた場合と同様に、充分な乳化性及び乳化安定性を有するアスファルト乳剤を得ることができた。
【００４８】
実施例６〜８及び比較例５〜７
実施例１と同様の方法でアスファルト乳剤を製造した。乳化剤は表４に示すものを用いた。但し、塩化カルシウム等の添加剤は用いず、ｐＨは塩酸を用いてｐＨ２に調整した。得られたアスファルト乳剤について、実施例１と同様の試験をした。結果を表５に示す。
【００４９】
【表４】

【００５０】
【表５】

【００５１】
この結果より、本発明のカチオン性乳化剤は、他の乳化剤と併用しても、乳化性及び乳化安定性が充分発現することが明らかとなった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のカチオン性乳化剤は、針入度の小さな硬いアスファルトや改質アスファルトに対しても優れた乳化作用を発揮することができるため、これらのアスファルトを用いた乳剤であっても貯蔵安定性が優れている。よって、乳剤中のアスファルト分の損失を少なくできるため、作業コストを低下させることができる。本発明のカチオン性乳化剤及びそれを用いたアスファルト乳剤は、道路舗装、防水・接着材料、鉄道軌道の敷設、燃料等に広く利用することができる。

Claims

下記一般式（１）：

［式中、Ｒ^１は炭素数１１〜２３の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基を示し、Ｒ^２及びＲ^３は炭素数１〜４のアルキル基を示し、Ｒ^４は水素又は炭素数１〜４のアルキル基を示し、ｘは１〜４の整数を示す］
で表される化合物を含有することを特徴とするアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤。
さらに、ノニオン性乳化剤、アルキルアミン、アルキルポリアミン、アルキルアミン又はアルキルポリアミンのアルキレンオキシド付加物、脂肪酸アミドアミン、ポリアミンの脂肪酸アミド、イミダゾリン、４級アンモニウム塩、アルキルピペラジン型界面活性剤、両性乳化剤及びアミノ化リグニンからなる群から選ばれる１種以上を含有する請求項１記載のアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤。
一般式（１）で表される化合物／他の乳化剤が、重量比で１０／９０〜９９／１の比率である請求項２記載のアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤。
アスファルト、請求項１、２又は３記載のアスファルト乳剤用カチオン性乳化剤及び水を含有しており、前記アスファルト乳剤用カチオン性乳化剤の含有量が０．０２〜３．０重量％であり、ｐＨが１．５〜７．０であることを特徴とするアスファルト乳剤。