JP4073951B2 - ビチューメン/ポリマー組成物の製造と使用 - Google Patents
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Description
本発明では、「マルチグレード特性が増強されたビチューメン/ポリマー組成物」とは、広い可塑性範囲を有するビチューメン/ポリマー組成物を意味する。この「可塑性範囲」は、加熱時の結合剤、即ちビチューメン/ポリマー組成物の特性を表す環球法軟化点(「RBT」と略される)と低温時のビチューメン/ポリマー組成物の特性を表すフラース破壊点との差と定義される。上記可塑性範囲が広ければ広いほど、ビチューメン/ポリマー組成物から成るか、又は該組成物を主成分とするビチューメン結合剤は、高温時と低温時における応力に対して高い耐性を示す。
上記の環球法軟化点(RBT)値とフラース破壊点は、次に示す標準的手順によって測定される。
−環球法軟化点
NF規格 T 66 088に従って測定し、℃で表わされる。
−フラース破壊点
NF規格 T 66 026に従って測定し、℃で表わされる。
ビチューメン中の不飽和を有するエラストマー(特に、スチレンとブタジエンもしくはイソプレンのような共役ジエンとのコポリマー)を硫黄を使用して架橋すると、向上した安定性と卓越した物理機械的特性とを有し、且つ、ビチューメンだけから得られるコーティングよりも向上した諸特性を示す様々なコーティング(特に、路面コーティング、ビチューメンミックス、又は、防水コーティング)の製造に使用可能であるビチューメン/ポリマー組成物が得られる。
硫黄架橋性エラストマーがスチレンと共役ジエンとのコポリマーである上記タイプのビチューメン/ポリマー組成物の製造は、特に、FR−A−2376188、FR−A−2528439、EP−A−0360656に開示されている。
スチレンと共役ジエンとのブロックコポリマー(特にスチレンとブタジエンとのブロックコポリマー)とビチューメンとの混合物から成るビチューメン組成物の特性は、この組成物中に、少量の非酸化性無機酸、例えばリン酸を添加することによって改善され得ることも知られている(DE−A−2255173)。上記ブロックコポリマーをビチューメン中に添加する前に上記酸をビチューメンに加えると、改良された組成物が得られる(US−A−5070123)。
硫黄による架橋段階の後で上記酸又は酸無水物タイプの無機助剤を上記組成物中に添加することによって、硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の可塑性範囲を広げることが可能であることが今回知見された。
上記酸もしくは酸無水物のタイプの無機助剤をスチレンと共役ジエンとのブロックコポリマーの添加前にビチューメンに加えるか又はビチューメンと上記コポリマーとの混合物に加えるかして、上記無機助剤を既に含んでいる上記ブロックコポリマーとビチューメンとの混合物を硫黄によって架橋したビチューメン/ポリマー組成物では、硫黄架橋を行った直後のビチューメン/ポリマー組成物の中に無機助剤を添加することから成る本発明の方法によって製造したビチューメン/ポリマー組成物のもつ改善された特性は得られないという本出願人の経験から見て、上記の結果は予想外のものだった。
本発明の方法によって得られるビチューメン/ポリマー組成物は、より広い可塑性範囲と、より高い破壊応力と、向上したモデュラスとを有する。
本発明の、強化されたマルチグレード特性を有する、即ち、特に、より広い可塑性範囲を有するビチューメン/ポリマー組成物の製造方法は、硫黄架橋ビチューメン/ポリマー組成物を生じさせるために、10分以上の時間に亙って100℃から230℃の範囲内の温度で攪拌しながら、ビチューメン又はビチューメン混合物を、そのビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて0.5重量%から20重量%(好ましくは0.7重量%から15重量%)の範囲内の硫黄架橋性エラストマーと、そのビチューメン又はビチューメン混合物とエラストマーとカップリング剤とから形成された反応混合物中にこの硫黄架橋性エラストマーの重量の0.1重量%から20重量%(好ましくは0.5重量%から10重量%)の範囲内の量の遊離硫黄を与えるような量の硫黄供与性カップリング剤とに接触させることから成り、100℃から230℃の範囲内の温度で攪拌しながら、硫黄加硫によって得られた反応混合物の中に、ビチューメンの重量に基づいて0.005重量%から5重量%(好ましくは0.01重量%から2重量%)の範囲内の、リン酸、ホウ酸、硫酸、これらの酸無水物、クロロ硫酸から成るグループから選択された少なくとも1つの化合物から成る無機助剤を添加し、上記無機補助剤を含む反応混合物を、20分以上の時間に亙って攪拌しながら100℃から230℃の範囲内の温度に維持することを特徴とする。
ビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーとの混合物を硫黄加硫して得られる反応混合物中に添加される無機助剤を単独で又は混合として構成することが可能な上記化合物としては、H3PO4、P2O5、H3BO3、B2O3、H2SO4、SO3、HSO3Clから選択される化合物が含まれる。
本発明の方法に使用されるビチューメン又はビチューメン混合物は、100℃における動粘度が0.5×10-4m2/sから3×10-2m2/sの範囲内であり、好ましくは1×10-4m2/sから2×10-2m2/sの範囲内である様々なビチューメンから選択されることが有利である。こうしたビチューメンは、直接蒸留から得られるビチューメン、減圧蒸留から得られるビチューメン、ブローンビチューメン、セミブローンビチューメン、数種の石油留分、ビチューメンと真空留出物との混合物の何れであってもよい。上記範囲内の動粘度を有することに加えて、本発明による組成物を得るために使用されるビチューメン又はビチューメン混合物は、5から500の範囲内、好ましくは10から400の範囲内の(NF規格 T 66004による)針入度を有していることが有利である。
ビチューメン/ポリマー組成物を製造するために使用され且つ同様に上記組成物中で架橋される硫黄架橋性エラストマーは、例えば、ポリイソプレン、ポリノルボレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、又は、エチレン/プロピレン/ジエン(EPDM)ターポリマーである。上記エラストマーは、スチレンと共役ジエン(例えば、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、カルボキシル化ブタジエン、カルボキシル化イソプレン)とのランダムコポリマー又はブロックコポリマーから選択されることが有利であり、特に、上記エラストマーが、スチレンとブタジエン、スチレンとイソプレン、スチレンとクロロプレン、スチレンとカルボキシル化ブタジエン、スチレンとカルボキシル化イソプレンのブロックコポリマーから選択される1つ以上のコポリマーから成ることが有利である。上記ブロックコポリマーはテーパードブロック構造を有していてもよい。スチレンと共役ジエンとのコポリマー、特に、上記コポリマーの各々は、5重量%から50重量%の範囲内のスチレン含量を有することが有利である。スチレンと共役ジエンとのコポリマーの重量平均分子量、特に、上記コポリマーの各々の重量平均分子量は、例えば、10000から600000の範囲内であり、好ましくは30000から400000の範囲内である。スチレンと共役ジエンとのコポリマーは、上記範囲内のスチレン含量と重量平均分子量とを有する、スチレンとブタジエン、スチレンとイソプレン、スチレンとカルボキシル化ブタジエン、又は、スチレンとカルボキシル化イソプレンのジブロックコポリマー又はトリブロックコポリマーから選択されることが好ましい。
本発明によるビチューメン/ポリマー組成物の製造に使用される硫黄供与性カップリング剤は、元素硫黄、ヒドロカルビルポリスルフィド、硫黄供与性加硫促進剤、上記化合物同士の混合物、上記化合物と硫黄供与体ではない加硫促進剤との混合物から成るグループから選択される物質から成る。特に、硫黄供与性カップリング剤は、1つ以上の硫黄供与性加硫促進剤から成る成分Aを0重量%から100重量%の範囲内で含み、且つ、元素硫黄とヒドロカルビルポリスルフィドから選択される1つ以上の加硫剤から成る成分Bを100重量%から0重量%の範囲内で含む生成物Mと、硫黄供与体ではない1つ以上の加硫促進剤から成る成分Cと上記生成物Mとを上記生成物Mに対する上記成分Cの重量比率が0.01から1の範囲内であり、好ましくは0.05から55の範囲内であるように含む生成物Nとから選択される。
上記カップリング剤を部分的又は全体的に構成するために使用されることが可能な上記元素硫黄は、硫黄華であることが有利であり、アルファ硫黄として知られる斜方晶形に結晶した硫黄であることが好適である。
上記カップリング剤を部分的又は全体的に構成するために使用されることが可能な上記ヒドロカルビルポリスルフィドは、FR−A−2528439に記載されているヒドロカルビルポリスルフィドから選択される、こうしたヒドロカルビルポリスルフィドは一般式:R1−(S)m−(R5−(S)m)x−R2に相当し、この式中でR1とR2の各々が、飽和もしくは不飽和で一価のC1−C20炭化水素基を表すか、又は、互いに結合して飽和もしくは不飽和で二価のC1−C20炭化水素基を形成してもよく、この二価のC1−C20炭化水素基は、上記式中に含まれる他の基の原子と共に環を形成し、R5は飽和又は不飽和で二価のC1−C20炭化水素基であり、−(S)m−は、各々がm個の硫黄原子で構成された二価の基を表し、このmの値が基毎に異なる1から6の範囲内の整数を表し、m値の少なくとも1つが2以上であり、xが0から10の値をとる整数である。好ましいポリスルフィドは、式;R3−(S)p−R3に相当し、この式中でR3がC6−C16アルキル基(例えば、ヘキシル、オクチル、ドデシル、t−ドデシル、ヘキサデシル、ノニル、デシル)を表し、−(S)p−が、p個の硫黄原子の鎖配列によって形成される二価の基を表し、pが2から5の範囲内の整数である。
上記カップリング剤が硫黄供与性加硫促進剤を含む時には、この硫黄供与性加硫促進剤は、特に次式のチウラムポリスルフィドから選択されることが可能であり、
上記式中で、記号R4の各々が、互いに同一であるか又は異なっており、C1−C12炭化水素基、好ましくはC1−C8炭化水素基(特に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基)を表すか、又は、同一の窒素原子に結合している2つの基R4が互いに結合して二価のC2−C8炭化水素基を形成し、uが2から8の数である。こうした加硫促進剤の例として特に挙げられる化合物は、ジペンタメチレンチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィドである。
硫黄供与性加硫促進剤の例として挙げられる他の化合物は、アルキルフェノールジスルフィド、モルホリンジスルフィドやN,N′−カプロラクタムジスルフィドのようなスルフィドである。
生成物Nタイプのカップリング剤の成分Cを形成するために使用可能であるが、硫黄供与体ではない加硫促進剤は、特にメルカプトベンゾチアゾールとその誘導体(特に、金属ベンゾチアゾールチオラート、とりわけ、ベンゾチアゾールスルフェンアミド)、次式のジチオカルバメート
(式中の記号R4が、互いに同一であるか異なっており、上記の通りの意味を有し、Yが金属を表し、vがYの原子価を表す)、及び、
次式のチウラムモノスルフィド
(式中のR4が上記の通りである)
から選択される硫黄化合物である。
メルカプトベンゾチアゾールタイプの加硫促進剤の例は、メルカプトベンゾチアゾール、金属(例えば、亜鉛、ナトリウム、又は銅)のベンゾチアゾールチオラート、ベンゾチアゾリルジスルフィド、2−ベンゾチアゾールペンタメチレンスルフェンアミド、2−ベンゾチアゾールチオスルフェンアミド、2−ベンゾチアゾールジヒドロカルビルスルフェンアミド(そのヒドロカルビル基はエチル、イソプロピル、第三ブチル、又はシクロヘキシル基である)、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミドである。
上記式のジチオカルバメートのタイプの加硫促進剤の中には、金属(例えば、銅、亜鉛、鉛、ビスマス、セレン)のジメチルジチオカルバメート化合物、金属(例えば、カドミウム、亜鉛)のジエチルジチオカルバメート、金属(例えば、カドミウム、亜鉛、鉛)のジアミルジチオカルバメート、鉛又は亜鉛のペンタメチレンジチオカルバメートが含まれる。
上記式を有するチウラムモノスルフィドの例としては、ジペンタメチレンチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラエチルチウラムモノスルフィド、テトラブチルチウラムモノスルフィドを挙げることができる。
硫黄供与体ではなく且つ上記で示した種類に属していない他の加硫促進剤も使用可能である。こうした加硫促進剤は、例えば、1,3−ジフェニルグアニジン、ジ−オルト−トリルグアジニン、酸化亜鉛であり、この最後の化合物は適宜ステアリン酸やラウリン酸やエチルカプロン酸のような脂肪酸の存在下で使用される。
上記カップリング剤の成分として使用可能であるが、硫黄供与体であるか又は硫黄供与体ではない加硫促進剤についての更に詳細な説明に関しては、EP−A−0360656とEP−A−0409683を参照することが可能であり、これらの文献の開示内容は、FR−A−2528439の内容とともに、本明細書に参照により組み入れられている。
上記のように、上記カップリング剤は、その組成に応じて、単成分タイプであっても、多成分タイプであってもよく、多成分タイプのカップリング剤は、その使用前に形成されるか又はカップリング剤を存在させなければならない媒質中で現場生成することも可能である。使用前に形成される多成分タイプのカップリング剤、単成分タイプのカップリング剤、又は、媒質中で現場形成されるタイプの多成分タイプのカップリング剤の
成分は、そのままの状態(例えば溶融状態)で使用されることも、希釈剤(例えば、炭化水素化合物)との混合物の形で、例えば溶液又は懸濁液の形で使用されることも可能である。
本発明によるビチューメン/ポリマー組成物の有利な製造方法は、まず最初に、上記したような比率でビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーを使用し、100℃から230℃(特に120℃から190℃)の範囲内の温度において十分な時間(一般的には数10分から数時間、例えば約1時間から約8時間)に亙って攪拌しながら、硫黄架橋性エラストマーをビチューメン又はビチューメン混合物と接触させて均一な混合物を形成し、その後で、上記混合物の中に上記で示した範囲内の適切な量の硫黄供与性カップリング剤を添加し、100℃から230℃(特に、120℃から190℃)の範囲内であり且つ上記エラストマーとビチューメン又はビチューメン混合物との混和の際の温度と同一であるか異なっている温度で、10分以上の時間に亙って、一般的には10分から5時間の範囲内の時間に亙って、特に30分間から180分間の時間に亙って、その混合物全体を攪拌して架橋したビチューメン/ポリマー組成物を構成する反応混合物を形成し、最後に、攪拌状態に保たれ且つ100℃から230℃(特に、120℃から190℃)の温度に維持された上記反応生成物の中に、上記で示した範囲内で選択された所期の量の上記無機助剤を添加し、上記無機助剤を含む反応混合物を、20分から5時間(特に30分から4時間)の範囲内の時間に亙って、攪拌しながら100℃から230℃(特に120℃から190℃)に維持してより広い可塑性範囲を有するビチューメン/ポリマー組成物を形成する。
ビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤とによって形成される上記反応混合物は架橋ビチューメン/ポリマー組成物となり、この架橋ビチューメン/ポリマー組成物は更に上記無機助剤の作用を受けるが、この反応混合物に、ビチューメン重量に基づいて1重量%から40重量%(特に、2重量%から30重量%)の範囲内のフラックスが加えられてもよく、このフラックスは、特にASTM規格 D 86−67に従って測定された大気圧下での蒸留範囲が100℃から600℃(特に、150℃から400℃)の炭化水素油から成り得る。特に、上記炭化水素油は芳香族系石油留分、ナフテノ芳香族系石油留分、ナフテノパラフィン系石油留分、パラフィン系石油留分、灯油、又は,植物油であってよく、この炭化水素油は、炭化水素油をビチューメンに加える際に蒸発を制限するのに十分なだけ「重質」であると同時に、フラックスを使用しないで製造されたビチューメン/ポリマー組成物が高温展着後に示すであろう機械的特性と同じ機械的特性を回復するように上記炭化水素油を含むビチューメン/ポリマー組成物を展着させた後に可能な限り多く取り除かれるのに十分だけ「軽質」である。このフラックスは、ビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤とによって形成される反応混合物に、この反応混合物の製造の任意の時点において加えられることが可能であり、フラックスの量は、作業現場における所期の最終的使用に適合可能であるように、上記範囲内で選択される。
後に無機助剤で処理される架橋ビチューメン/ポリマー組成物を形成するために使用される、ビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤と任意にフラックスとによって形成された反応混合物に対して、上記反応混合物の製造の任意の時点で、様々な添加剤、特に、EP−A−0409683に記載されているようなアミン又はアミドタイプの窒素化合物を、鉱物表面に対する最終ビチューメン/ポリマー組成物の付着を促進する付着促進剤として更に加えることが可能であり、上記窒素化合物は、その窒素化合物が最終的なビチューメン/ポリマー組成物中に含まれる架橋エラストマー上にグラフトされるように、上記反応混合物へ硫黄供与性カップリング剤を添加する前に上記反応混合物中に添加されることが好ましい。
後に無機助剤の作用を受ける架橋ビチューメン/ポリマー組成物を形成するために使用される、ビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤と任意にフラックスとから成る反応混合物は、更に、ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて0.1重量%から5重量%(好ましくは0.2重量%から3重量%)の範囲内のゲル化防止剤を含むことも可能であり、このゲル化防止剤は、硫黄供与性カップリング剤の添加前に上記反応混合物に加えられることが有利であり、このゲル化防止剤は式:R−Xに相当し、この式中でRが飽和又は不飽和で一価のC2−C50(特にC2−C40)炭化水素基であり、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキルアリール基、アルカジエニル基、アルカトリエニル基、又は、縮合環を有する多環式タイプの基であり、Xは次式の官能基を表し、
ここでYは水素原子又は基Rを表す。上記ゲル化防止剤は、特に、飽和又は不飽和脂肪鎖を含むカルボン酸、特に、ペラルゴン酸、ラウリル酸、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、1個又は2個の飽和又は不飽和脂肪鎖を核上に有するアルキルアレーンスルホン酸、特に、ノニルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジドデシルベンゼンスルホン酸、縮合環を有する多環式酸、特に、アビエチン酸とそれから誘導された樹脂酸、リン酸のモノヒドロカルビルエステルとジヒドロカルビルエステル(各々にモノヒドロカルビルリン酸、ジヒドロカルビルリン酸とも呼ばれる)、特に、モノアルキルリン酸とジアルキルリン酸(そのアルキル基はC2−C18であり、例えば、エチル、2−エチルヘキシル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルである)、脂肪鎖を含むカルボン酸の混合物、アビエチン酸又は樹脂酸と脂肪鎖を含むカルボン酸との混合物から選択される。
上記の通りの炭化水素油をフラックスとして使用する本発明の方法の実施態様では、硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤とを、上記フラックスを構成する炭化水素油中の上記生成物のマスター溶液の形でビチューメン又はビチューメン混合物の中に混和される。
10℃から170℃の範囲内の温度で、特に、40℃から120℃の範囲内の温度で、エラストマーとカップリング剤とを炭化水素油中に完全に溶解させるのに十分な時間(例えば約30分から約90分の範囲内の時間)に亙って攪拌しながら、マスター溶液を構成する成分、即ち、溶媒として使用される炭化水素油とエラストマーとカップリング剤とを接触させることによって、上記マスター溶液が得られる。
マスター溶液中のエラストマー濃度とカップリング剤濃度は、特にエラストマーとカップリング剤を溶解させるために使用される炭化水素油の種類に応じて極めて広範囲に亘ることが可能である。例えば、エラストマー濃度が炭化水素油の5重量%から40重量%の範囲内であり、カップリング剤濃度が炭化水素油の0.02重量%から15重量%の範囲内であることが有利であろう。好ましいマスター溶液の1つは、溶媒として使用される炭化水素油の重量に基づいて計算する場合に、エラストマー10重量%から35重量%と、カップリング剤0.1重量%から5重量%とを含む。
後に無機助剤の作用を受ける硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物をマスター溶液を使用して製造することによって、本発明によるビチューメン/ポリマー組成物を製造するために、エラストマーとカップリング剤とのマスター溶液を100℃から230℃の範囲内の温度で攪拌しながらビチューメン又はビチューメン混合物を混合する。これは、例えば、100℃から230℃の範囲内の温度で攪拌状態に維持されたビチューメン又はビチューメン混合物にマスター溶液を加えることによって行われ、その後で、得られた混合物を、100℃から230℃の範囲内の温度で、例えば、ビチューメン又はビチューメン混合物とマスター溶液とを混合するために使用される温度で、10分以上の時間に亙って、一般的には10分から90分の範囲内の時間に亙って、攪拌状態に維持して架橋ビチューメン/ポリマー組成物を構成する反応生成物を形成し、最後に、100℃から230℃の範囲内の温度(特に120℃から190℃の範囲内の温度)に維持され且つ攪拌状態に維持された上記反応組成物の中に、上記で示された範囲内で選択された所期量の無機助剤を添加し、更に、上記無機助剤を含む反応混合物を攪拌しながら、20分から5時間の範囲内の時間(特に30分から4時間の範囲内の時間)に亙って、100℃から230℃の範囲内の温度(特に120℃から190℃の範囲内の温度)に維持して広範囲の可塑性範囲を有するビチューメン/ポリマー組成物を形成する。
ビチューメン又はビチューメン混合物と混合されるマスター溶液の量は、ビチューメン又はビチューメン混合物を基準としてエラストマーとカップリング剤との所期の量をもたらすように選択され、これらの量は、上記で示した各々の量の範囲内である。
後に無機助剤の作用を受ける硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物をマスター溶液を使用して製造するための方法の特に好ましい1実施態様は、100℃から230℃の範囲内の温度で攪拌しながら、80重量%から95重量%の範囲内のビチューメン又はビチューメン混合物を、20重量%から5重量%の範囲内のマスター溶液(このマスター溶液は、溶媒として使用される炭化水素油の重量に基づいて10重量%から35重量%のエラストマーと0.1重量%から5重量%の範囲内のカップリング剤とを含む)と接触させ、その後で、こうして得られた混合物を、攪拌しながら、100℃から230℃の範囲内の温度で、好ましくはビチューメン又はビチューメン混合物をマスター溶液と接触させるために使用した温度で、10分以上の時間に亙って、一般的には10分から60分の範囲内の時間に亙って維持することから成る。
本発明の方法によって得られる、マルチグレード特性が強化された、即ち、可塑性範囲が拡大されたビチューメン/ポリマー組成物は、そのまま使用してもよいが、対応する当初のビチューメン/ポリマー組成物の架橋されたエラストマー含量に等しい所期量の架橋エラストマーを含むビチューメン/ポリマー結合剤(非希釈組成物)又は対応する当初のビチューメン/ポリマー組成物の架橋エラストマー含量よりも少ない所期量の架橋エラストマーを含むビチューメン/ポリマー結合剤(希釈組成物)を形成するために、様々な割合のビチューメン、ビチューメン混合物、又は、本発明による組成物によって希釈することも可能である。本発明によるビチューメン/ポリマー組成物
を、ビチューメン、ビチューメン混合物、又は、様々な特性の本発明による組成物によって希釈する場合、得られるビチューメン/ポリマー結合剤を実質的に直ちに使用することが必要であるときには上記組成物の製造の直後に行うことが可能であり、得られるビチューメン/ポリマー結合剤を後で使用することが意図されるときにはビチューメン/ポリマー組成物の一定の貯蔵期間の後で行うことが可能である。本発明によるビチューメン/ポリマー組成物の希釈のために使用されるビチューメン又はビチューメン混合物は、ビチューメン/ポリマー組成物の製造に適するように上記ビチューメンから選択されることが可能である。適切である場合には、上記希釈のために使用されるビチューメン自体又はビチューメン混合物自体を、本発明による無機助剤によって予め処理しておくことも可能である。
希釈されるべきビチューメン/ポリマー組成物の架橋エラストマー含量よりも少ない所期量の架橋エラストマーを含むビチューメン/ポリマー組成剤を形成するために、本発明によるビチューメン/ポリマー組成剤をビチューメンもしくはビチューメン混合物又は架橋エラストマー含量がより少ない本発明による第2の組成物によって希釈する場合には、一般的に、100℃から230℃の範囲内の温度(特に120℃から190℃の範囲内の温度)で攪拌しながら、適切な割合の希釈されるビチューメン/ポリマー組成物と適切な割合のビチューメンもしくはビチューメン混合物、又は、本発明による第2の組成物とを接触させる。例えば、上記希釈によって得られるビチューメン/ポリマー結合剤の架橋エラストマー含量が、ビチューメンの重量に基づいて0.5重量%から5重量%の範囲内(特に0.7重量%から3重量%の範囲内)であり、且つ、希釈を受ける本発明によるビチューメン/ポリマー組成物の架橋エラストマー含量よりも低くなるように、上記希釈に使用されるビチューメン、ビチューメン混合物、又は、本発明による第2のビチューメン/ポリマー組成物の量を選択することが可能である。
本発明によるビチューメン/ポリマー組成物から成るビチューメン/ポリマー結合剤、又は、上記結合剤中において所期の架橋エラストマー含量が得られるようにビチューメンもしくはビチューメン混合物もしくは本発明による別のビチューメン/ポリマー組成物を使用して上記組成物を希釈することによって得られるビチューメン/ポリマー結合剤は、そのままで、又は、水性乳濁液に転換させた後で、コーティングタイプの路面コーティングの製造、高温もしくは低温で塗布されるビチューメンミックスの製造、又は、防水コーティングの製造に使用され得る。
以下、本発明を下記の非限定的実施例によって説明する。
これらの実施例では、量とパーセンテージは、特記しない限り、全て重量に基づいて表されている。
実施例1〜実施例8
対照用のビチューメン/ポリマー組成物(実施例1〜実施例3、実施例5〜実施例7)と、本発明によるビチューメン/ポリマー組成物(実施例4、実施例8)を、これらの組成物の物理機械的特性を評価し比較するために製造した。
この作業を下記の諸条件の下で行った。
実施例1(対照):無機助剤で処理されていない硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の製造
NF規格 T 66 004の方法で測定した80/100の針入度を有するビチューメン964部と、100000ダルトンの重量平均分子量を有し且つスチレン25%を含むスチレンとブタジエンとのブロックコポリマー35部とを、175℃に維持し且つ攪拌した反応器の中に入れた。175℃で攪拌しながら2.5時間に亙って混合した後に、均一の塊を得た。
その後で、結晶化した硫黄1部を、175℃に維持した上記の均一な塊に加え、その全体を、3時間に亙って上記温度で更に攪拌し、架橋したビチューメン/ポリマー組成物を形成した。
実施例2(対照):H3PO4で前処理したビチューメンからの、硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の製造
ビチューメンとブロックコポリマーとの混合を行う前に、175℃において攪拌しながら2時間に亙って濃リン酸5部と上記ビチューメンを反応させたことを除いて、この製造を実施例1で説明した手順の通りに行った。
実施例3(対照):硫黄による架橋の前にH3PO4で処理したビチューメン/ブロックコポリマー混合物からの、硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の製造
ビチューメンとブロックコポリマーとの混合物の中に硫黄を添加する前に、175℃において攪拌しながら、2時間に亙って、濃リン酸5部と上記ビチューメン/ブロックコポリマー混合物とを反応させたことを除いて、この製造を実施例1で説明した手順の通りに行った。
実施例4(本発明):H3PO4で後処理した硫黄架橋ビチューメン/ポリマー組成物の製造
実施例1で説明した手順の通りにビチューメン/ポリマー組成物を製造し、その後で、硫黄による架橋反応の終了直後に、濃リン酸5部を上記反応器の内容物に加え、こうして形成した反応混合物を攪拌しながら175℃で2時間に亙って維持した。
実施例5(対照):ポリマー含量が低く且つ無機助剤で処理していない硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の製造
ブロックコポリマー3.5%を含むビチューメン/ポリマー組成物を実施例1で説明した通りに製造し、その後で、こうして得られた組成物を、針入度が80/100であるビチューメンで希釈し、この希釈組成物の上記コポリマーの含量を1.5%とするように、上記操作を175℃で攪拌しながら行った。
実施例6(対照):H3PO4で前処理したビチューメンからの、低ポリマー含量の硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の製造
針入度が80/100であるビチューメン960部と濃リン酸9.66部とを、175℃に維持し且つ攪拌状態に維持した反応器の中に入れた。上記温度での3時間の反応の後に、実施例1で使用したブロックコポリマーと同一の特性を有するスチレン/ブタジエンブロックコポリマー15部を、反応器の内容物に加えた。175℃において攪拌状態で2.5時間に亙って混合した後に、均一の塊が得られた。その後で、結晶化した硫黄0.41部を上記均一な塊に加え、その全体を上記温度で1.5時間に亙って攪拌し、硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物を形成した。
実施例7(対照):硫黄による架橋の前にH3PO4で処理したビチューメン/ブロックコポリマー混合物からの、低ポリマー含量の硫黄架橋ビチューメン/ポリマー組成物の製造
上記ブロックコポリマーを上記ビチューメン中へ添加し終わった後に且つ上記反応混合物中へ硫黄を添加する前にリン酸を導入したことを除いて、実施例6で説明した手順の通りに製造した。ビチューメン/ブロックコポリマー混合物とH3PO4の反応の持続時間は、3時間だった。
実施例8(本発明):硫黄で架橋した後でH3PO4で処理した、低ポリマー含量のビチューメン/ポリマー組成物の製造
硫黄によるビチューメン/ブロックコポリマー混合物の架橋から得た反応混合物の中にH3PO4を加えたことを除いて、実施例6で説明した手順の通りにビチューメン/ポリマー組成物を製造した。175℃において攪拌しながら行った上記反応混合物とH3PO4の反応の持続時間は、3時間だった。
実施例1〜実施例8で示した通りにして得たビチューメン/ポリマー組成物の各々に関して、その組成物の外観に加えて、下記の特性を測定した。
− 25℃における針入度(Pen.25)、
− 環球法軟化点(RBT)、
− フラース破壊点(Fraass)、
− 可塑性範囲(Plast.R.)、
− NF規格 T 46 002による引張流動特性、即ち、
・破壊強度(σb)、
・破壊時の伸び(εb)。
得られた結果を、反応物の添加の順序に応じて、表Iに示す。
実施例9〜実施例14
無機助剤H3PO4の代わりに同量の無機助剤H2SO4を使用したことを除いて、実施例2〜実施例4の手順と実施例6〜実施例8の手順を繰り返すことによって、対照用のビチューメン/ポリマー組成物(実施例9、実施例10、実施例12、実施例13)と、本発明によるビチューメン/ポリマー組成物(実施例11、実施例14)とを次の通りに製造した。実施例9(対照):H2SO4で前処理したビチューメンからの硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物
実施例10(対照):硫黄による架橋の前にH2SO4で処理したビチューメン/ブロックコポリマー混合物からの、硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物
実施例11(本発明):H2SO4で後処理した硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物
実施例12(対照):H2SO4で前処理したビチューメンからの、低ポリマー含量の硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物
実施例13(対照):硫黄による架橋の前にH2SO4で処理したビチューメン/ブロックコポリマー混合物からの、低ポリマー含量の硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物
実施例14(本発明):硫黄で架橋した後でH2SO4で処理した、低ポリマー含量のビチューメン/ポリマー組成物
実施例1〜実施例8のビチューメン/ポリマー組成物において測定された特性と同様の特性と、組成物の外観とを、実施例9〜実施例14で得たビチューメン/ポリマー組成物の各々に関して調べた。
得られた結果を、反応物の添加の順序に応じて、表IIに示す。
表Iと表IIとに示した特性から、次のことが明らかである。
− 上記ビチューメン中に上記ポリマーを加える前に、無機助剤、即ち、H3PO4(表I)又はH2SO4(表II)で上記ビチューメンを処理することにより、上記ポリマーの溶解が更に困難となった(実施例2、実施例6、実施例9、実施例12を参照されたい)。
− ビチューメン中に上記ポリマーを膨潤させた後に無機助剤を加えると、その後で行われる架橋が妨げられ、弾性に乏しい生成物が生じ、不溶性アスファルテンを形成が生じた(実施例3、実施例7、実施例10、実施例13を参照されたい)。
− 本発明で提案するようにビチューメン/ポリマー混合物を架橋した直後に無機助剤を加えると(実施例4、実施例8、実施例11、実施例14を参照されたい)、無機助剤で処理していない硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物の諸特性に比較してその諸特性(特に、可塑性範囲と弾性特性)とが著しく向上している均一な生成物が形成された(実施例1、実施例5を参照されたい)。
Claims (42)
- 強化されたマルチグレード特性を有するビチューメン/ポリマー組成物の製造方法であって、
硫黄架橋したビチューメン/ポリマー組成物を生じさせるために、10分以上の時間に亙って攪拌しながら100℃から230℃の範囲内の温度に維持しながら、ビチューメン又はビチューメン混合物を、前記ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて0.5重量%から20重量%の範囲内の硫黄架橋性エラストマーと、前記ビチューメン又はビチューメン混合物と前記硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤から形成した反応混合物中に前記硫黄架橋性エラストマーの重量の0.1重量%から20重量%の範囲内の量の遊離硫黄を与えるような量の前記硫黄供与性カップリング剤とに接触させる工程を含み、
硫黄加硫によって得られた前記反応混合物の中に、攪拌し且つ100℃から230℃の範囲内の温度に維持しながら、前記ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて0.005重量%から5重量%の範囲の、リン酸、ホウ酸、硫酸、これらの酸無水物及びクロロ硫酸から成るグループから選択された少なくとも1つの化合物から成る無機助剤を添加し、前記無機助剤を含む前記反応混合物を、20分以上の時間に亙って攪拌しながら100℃から230℃の範囲内の温度に維持することを特徴とする前記方法。 - ビチューメン又はビチューメン混合物に接触させる硫黄架橋性エラストマーの量が、前記ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて0.7重量%から15重量%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- ビチューメン又はビチューメン混合物に接触させる硫黄供与性カップリング剤の量が、前記ビチューメン又はビチューメン混合物と硫黄架橋性エラストマーと硫黄供与性カップリング剤から形成した反応混合物中に前記硫黄架橋性エラストマーの重量の0.5重量%から10重量%の範囲内の量の遊離硫黄を与えるような量であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 硫黄架橋により生じた前記反応混合物の中に添加する前記無機助剤の量が、前記ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて0.01重量%から2重量%であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記無機助剤が、H3PO4、P2O5、H3BO3、B2O3、H2SO4、SO3、HSO3Clから選択される少なくとも1つの化合物から成ることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ビチューメン又はビチューメン混合物が、100℃において0.5×10-4m2/sから3×10-2m2/sの範囲内の動粘度を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ビチューメン又はビチューメン混合物が、100℃において1×10-4m2/sから2×10-2m2/sの範囲内の動粘度を有することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記ビチューメン又はビチューメン混合物が、NF規格 T 66 004による5から500の範囲内の針入度を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の方法。
- 前記ビチューメン又はビチューメン混合物が、10から400の範囲内の針入度を有することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記硫黄架橋性エラストマーが、スチレンと共役ジエンとのランダムコポリマー又はブロックコポリマーから選択され、前記ジエンが、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、カルボキシル化ブタジエン及びカルボキシル化イソプレンから成るグループから選択されたものであることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スチレンと共役ジエンとのコポリマーが、5重量%から50重量%のスチレンを含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記スチレンと共役ジエンとのコポリマーの重量平均分子量が、10000から600000の範囲内であることを特徴とする請求項10又は11に記載の方法。
- 前記スチレンと共役ジエンとのコポリマーの重量平均分子量が、30000から400000の範囲内であることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記硫黄供与性カップリング剤を元素硫黄、ヒドロカルビルポリスルフィド、硫黄供与性加硫促進剤、これらの物質同士の混合物、及び/又はこれらの物質と硫黄供与体ではない加硫促進剤との混合物から成るグループから選択することを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硫黄供与性カップリング剤を、1つ以上の硫黄供与性加硫促進剤から成る成分Aを0重量%から100重量%の範囲内で含み、且つ、元素硫黄とヒドロカルビルポリスルフィドとから選択される1つ以上の加硫剤から成る成分Bを100重量%から0重量%の範囲内で含む生成物M、および
硫黄供与体ではない1つ以上の加硫促進剤から成る成分Cと前記生成物Mとを、前記生成物Mに対する前記成分Cの重量比率が0.01から1の範囲内であるように含む生成物N
から選択することを特徴とする請求項14に記載の方法。 - 前記生成物Mに対する前記成分Cの重量比率が0.05から0.5の範囲内であることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 100℃から230℃の範囲内の温度において均一な混合物を形成するのに十分な時間に亙って攪拌しながら、前記硫黄架橋性エラストマーを前記ビチューメン又はビチューメン混合物と接触させて均一な混合物を形成し、
前記硫黄供与性カップリング剤を上記混合物の中に添加し、100℃から230℃の範囲内であり且つ前記エラストマーとビチューメン又はビチューメン混合物との混合時の温度と同一であるか異なる温度で、10分以上の時間に亙って、前記混合物全体を攪拌して、前記架橋したビチューメン/ポリマー組成物を構成する反応混合物を形成し、
最後に、攪拌しながら100℃から230℃の範囲内の温度に維持された前記反応生成物の中に、所期の量の前記無機助剤を添加し、前記無機助剤を含む前記反応混合物を、20分から5時間の範囲内の時間に亙って、攪拌しながら、100℃から230℃に維持してより広い可塑性範囲を有するビチューメン/ポリマー組成物を形成することから成ることを特徴とする請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。 - 前記硫黄架橋性エラストマーを前記ビチューメン又はビチューメン混合物と接触させる温度が、120℃から190℃の範囲内であることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記硫黄供与性カップリング剤を上記混合物の中に添加し、前記混合物全体を攪拌する温度が、120℃から190℃の範囲内であることを特徴とする請求項17又は18に記載の方法。
- 前記硫黄供与性カップリング剤を上記混合物の中に添加し、前記混合物全体を攪拌する時間が、10分から5時間の範囲内であることを特徴とする請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硫黄供与性カップリング剤を上記混合物の中に添加し、前記混合物全体を攪拌する時間が、30分から180分の範囲内であることを特徴とする請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記無機助剤を前記反応生成物の中に添加する温度が、120℃から190℃の範囲内であることを特徴とする請求項17から21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記無機助剤を含む前記反応混合物を維持する温度が、120℃から190℃の範囲内であることを特徴とする請求項17から22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記無機助剤を含む前記反応混合物を維持する時間が、30分から4時間の範囲内であることを特徴とする請求項17から23のいずれか一項に記載の方法。
- 後で前記無機助剤を作用させる架橋したビチューメン/ポリマー組成物を生じさせる、前記ビチューメン又はビチューメン混合物と前記硫黄架橋性エラストマーと前記硫黄供与性カップリング剤とによって形成される前記反応混合物に対して、前記ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて1重量%から40重量%の範囲内のフラックスを更に加えることを特徴とする請求項1から24のいずれか一項に記載の方法。
- 加えるフラックスの量が、前記ビチューメン又はビチューメン混合物の重量に基づいて2重量%から30重量%の範囲内であることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 前記フラックスが、ASTM規格 D 86−67に従って測定して、大気圧において100℃から600℃の蒸留範囲を有する炭化水素油から成ることを特徴とする請求項25又は26に記載の方法。
- 炭化水素油の蒸留範囲が、150℃から400℃であることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記炭化水素油を、芳香族系石油留分、ナフテノ芳香族系石油留分、ナフテノパラフィン系石油留分、パラフィン系石油留分、灯油、植物油から選択することを特徴とする請求項27又は28に記載の方法。
- 前記硫黄架橋性エラストマーと前記カップリング剤とを、前記炭化水素油中のこれらの物質のマスター溶液の形で前記ビチューメン中に添加することを特徴とする請求項27から29のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マスター溶液を10℃から170℃の範囲内の温度で、攪拌しながら該溶液の構成成分を互いに接触させることによって、製造することを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記マスター溶液の構成成分を互いに接触させる温度が、40℃から120℃の範囲内であることを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記マスター溶液が、炭化水素油の重量に基づいて計算した時に、5重量%から40重量%の範囲内の硫黄架橋性エラストマーと、0.02重量%から15重量%の範囲内の硫黄供与性カップリング剤とを含むことを特徴とする請求項30から32のいずれか一項に記載の方法。
- 硫黄架橋性エラストマーの量が、炭化水素油の重量に基づいて計算した時に、10重量%から35重量%の範囲内であることを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 硫黄供与性カップリング剤の量が、炭化水素油の重量に基づいて計算した時に、0.1重量%から5重量%の範囲内であることを特徴とする請求項33又は34に記載の方法。
- 100℃から230℃の範囲内の温度で攪拌しながら、80重量%から95重量%の範囲内の前記ビチューメン又はビチューメン混合物を、20重量%から5重量%の範囲内の前記マスター溶液と接触させ、前記マスター溶液が、溶媒として使用される前記炭化水素油の重量に基づいて、10重量%から35重量%の硫黄架橋性エラストマーと0.1重量%から5重量%の範囲内のカップリング剤とを含み、その接触の後で、こうして得られた混合物を、100℃から200℃の範囲内の温度で、10分以上の時間に亙って攪拌して、後で前記無機助剤を作用せさる前記架橋したビチューメン/ポリマー組成物を形成することを特徴とする請求項30から35のいずれか一項に記載の方法。
- 得られた混合物を攪拌する時間が、10分から60分の範囲内であることを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 請求項1から37のいずれか一項に記載の方法によって得られたビチューメン/ポリマー組成物そのものから成るか、又は、請求項1から37のいずれか一項に記載の方法によって得られた第1のビチューメン/ポリマー組成物を、ビチューメンもしくはビチューメン混合物、又は架橋エラストマー含量が上記第1のビチューメン/ポリマー組成物よりも少ない請求項1から37のいずれか一項に記載の方法によって得られた第2のビチューメン/ポリマー組成物を用いて、希釈することによって形成されたものであることを特徴とするビチューメン/ポリマー結合剤。
- そのままで又は水性乳濁液へ変換後にコーティングの製造に使用される請求項38に記載のビチューメン/ポリマー結合剤。
- コーティングがコーティングタイプの道路舗装材料である請求項39に記載のビチューメン/ポリマー結合剤。
- そのままで又は水性乳濁液へ変換後に高温もしくは低温で塗布されるビチューメンミックスの製造に使用される請求項38に記載のビチューメン/ポリマー結合剤。
- そのままで又は水性乳濁液へ変換後に防水コーティングの製造に使用される請求項38に記載のビチューメン/ポリマー結合剤。
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