JP7084809B2 - アスファルト組成物及びその製造方法、並びにアスファルト用添加剤 - Google Patents
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Description
このアスファルト舗装は、骨材をアスファルトで結合したアスファルト混合物によって路面が形成されているので、舗装道路は良好な硬度や耐久性を有している。
しかしながら、アスファルト舗装が経年劣化し、わだち掘れや、ひび割れが発生するという問題があった。
特許文献1には、舗装面におけるわだち掘れの発生を抑制しながら、環境負荷を低減することを目的として、アスファルト混合物と植物繊維体とからなり、該植物繊維体が、ケナフ繊維又はケナフ繊維製のメッシュシートである舗装用アスファルトコンクリート組成物が開示されている。
また、特許文献2には、アスファルトの耐流動性、耐摩耗性及び耐クラック性の向上したアスファルト組成物を提供することを目的として、アスファルトと疎水化セルロース繊維とを含むアスファルト組成物が開示されている。
本発明のアスファルト組成物は、アスファルト及びセルロースを含有し、セルロースの含有量が、アスファルト100質量部に対して0.01質量部以上10質量部以下であり、セルロースの結晶化指数が50%以下である。以下、結晶化指数が50%以下であるセルロースを、「非晶化セルロース」ともいう。
本発明者らは、アスファルト組成物に、結晶化指数が特定の値である非晶化セルロースを特定量含有させることによって、該アスファルト組成物を使用して得られるアスファルト舗装のわだち掘れ及び疲労ひび割れの発生が抑制されることを見出した。
本発明の効果が得られる詳細な機構は不明であるが、一部は以下のように考えられる。すなわち、従来、機械的強度を向上させるために、アスファルトに補強繊維を添加することが行われてきた。本発明では、強固な結晶構造を有しない、結晶化指数の低いセルロースを使用することによって、アスファルト組成物中でのセルロースの分散性が向上し、これにより、耐わだち掘れや耐疲労ひび割れ等の機械的特性が向上したものと推定される。
G*/sinδの値が大きいほど、塑性流動抵抗性が大きいことから、該アスファルト組成物により、耐わだち掘れ性に優れるアスファルト舗装が提供できると評価される。
G*sinδの値が小さいほど、疲労ひび割れ抵抗性が大きいことから、該アスファルト組成物により、耐疲労ひび割れ性に優れるアスファルト舗装が提供できると評価される。
なお、以下の説明において、アスファルト組成物の粘弾性が向上するとは、G*/sinδの値が大きくなると共に、G*sinδが小さくなることを意味する。
本発明のアスファルト組成物は、アスファルトを含有する。
本発明に用いるアスファルトとしては、種々のアスファルトが使用できる。例えば、舗装用石油アスファルトであるストレートアスファルトの他、改質アスファルトが挙げられる。
ストレートアスファルトとは、原油を常圧蒸留装置、減圧蒸留装置などにかけて得られる残留瀝青物質のことである。
改質アスファルトとしては、ブローンアスファルト;熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂などの高分子材料で改質したポリマー改質アスファルト(以下、単にポリマー改質アスファルトともいう。)等が挙げられる。
前記熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン/ブタジエン/スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン/イソプレン/スチレンブロック共重合体(SIS)、エチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA)等が挙げられる。
前記熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン/エチルアクリレート共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマー等が挙げられる。
本発明において、アスファルトは、好ましくはストレートアスファルト及びポリマー改質アスファルトから選択され、より好ましくはポリマー改質アスファルト、更に好ましくは極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーを含有する、すなわち、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーで改質された、ポリマー改質アスファルトである。
極性基としては、有機イソシアネート基、(無水)カルボン酸基、カルボン酸ハライド基、アミノ基、水酸基、エポキシ基が挙げられる。これらの中でも、非晶化セルロースとの親和性を高める観点から、好ましくは(無水)カルボン酸基、エポキシ基であり、より好ましくは(無水)カルボン酸基である。なお、(無水)カルボン酸基とは、無水カルボン酸基と、カルボン酸基(カルボキシ基)の総称である。具体的には、無水マレイン酸、マレイン酸、グリシジル(メタ)アクリレートに由来する極性基が例示される。
極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーとして、市販されている商品を使用してもよく、好適な市販品としては、住友化学株式会社製「ボンドファースト 7M」(エチレンと、グリシジルメタクリレートとの共重合体)、日本ポリエチレン株式会社製「レクスパール ETシリーズ」(エチレンと、(メタ)アクリル酸及び/又はそのエステルと、無水マレイン酸との共重合体)、日本油脂株式会社製「モディパー A4000シリーズ」(主鎖がエチレンとメタクリル酸グリシジルとの共重合体であるグラフトコポリマー)、三洋化成工業株式会社製「ユーメックス」(無水マレイン酸変性ポリプロピレン)、アルケマ社製「オレヴァック」(無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン)、アルケマ社製「ロタダー」(エチレンと、アクリル酸エステルと、グリシジルメタクリレートとの共重合体)、アルケマ社製「ボンダイン」(エチレンと、アクリル酸エステルと、無水マレイン酸との共重合体)、化薬アクゾ株式会社製「カヤブリッド」(無水マレイン酸変性ポリプロピレン)、三井・デュポン・ポリケミカル社製「ニュクレル」(エチレンとメタクリル酸との共重合体)、ダウケミカル社製「プリマコール」(エチレンとアクリル酸との共重合体)等が挙げられる。
無水マレイン酸変性ポリオレフィン、好ましくは無水マレイン酸変性ポリエチレン及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量は、非晶化セルロースとアスファルトとの親和性を高める観点から、好ましくは1,000以上、より好ましくは5,000以上、更に好ましくは10,000以上、より更に好ましくは30,000以上であり、そして、好ましくは1,000,000以下、より好ましくは500,000以下、更に好ましくは300,000以下、より更に好ましくは100,000以下である。
無水マレイン酸変性ポリオレフィン、好ましくは無水マレイン酸変性ポリエチレン及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンの酸価は、非晶化セルロースとアスファルトとの親和性を高める観点から、好ましくは1mgKOH/g以上、より好ましくは2mgKOH/g以上、更に好ましくは3mgKOH/g以上、より更に好ましくは5mgKOH/g以上、より更に好ましくは10mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは200mgKOH/g以下、より好ましくは100mgKOH/g以下、更に好ましくは60mgKOH/g以下、より更に好ましくは30mgKOH/g以下である。
本発明のアスファルト組成物は、結晶化指数が50%以下であるセルロース(非晶化セルロース)を含有する。結晶化指数が50%を超えるセルロースであると、セルロースが強固な結晶構造を有し、アスファルト組成物の粘弾性を向上させる効果が十分ではない。
本発明において、セルロースの結晶化指数は、X線結晶回折法による回折強度値からSegal法により算出したセルロースI型結晶化指数であり、下記式(A)により定義される。
セルロース結晶化指数(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (A)
式(A)中、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。
セルロース含有原料としては、特に制限はなく、幹、枝、葉、茎、根、種子、果実等の植物の各部位、例えば、稲わら、トウモロコシ茎等の植物茎・葉類;籾殻、パーム殻、ココナッツ殻等の植物殻類等が使用できる。また、間伐材、剪定枝、各種木材チップ、木材から製造されるウッドパルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプ等のパルプ類;新聞紙、段ボール、雑誌、上質紙等の紙類を使用してもよいが、着色の少ない非晶化セルロースを得る観点からは、パルプ類が好ましい。また更に、新聞紙、段ボール、雑誌、上質紙等の紙類(古紙)を再生した再生パルプや再生紙を使用することもできる。
リグニンを低減する方法としては、例えば、特開2008-92910号公報記載のアルカリ蒸解法や特開2005-229821号公報記載の硫酸分解法等が挙げられる。
本発明における非晶化処理に用いるセルロース含有原料の嵩密度は、粉砕、非晶化をより効率的に行う観点から、好ましくは50kg/m3以上、より好ましくは65kg/m3以上、更に好ましくは100kg/m3以上である。この嵩密度が50kg/m3以上であれば、セルロース含有原料が適度な容積を有するために取扱い性が向上する。また、粉砕機への原料仕込み量を多くすることができるので、処理能力が向上する。一方、この嵩密度の上限は、取扱い性及び生産性の観点から、好ましくは600kg/m3以下、より好ましくは500kg/m3以下、更に好ましくは400kg/m3以下である。これらの観点から、この嵩密度としては、好ましくは50~600kg/m3、より好ましくは65~500kg/m3、更に好ましくは100~400kg/m3である。なお、上記の嵩密度は、特開2011-1547号公報の実施例に記載の方法により測定することができる。
上記のセルロース含有原料を粉砕機で処理することにより、セルロース含有原料を粉砕し、かつ短時間で効率的にセルロースを非晶化させることができる。
粉砕機に供給するセルロース含有原料が1mm以下の粒子状の場合は、生産性及び粉砕機中に粉砕原料を効率的に分散させる観点から、比表面積は、好ましくは3m2/kg以上、より好ましくは4.5m2/kg以上、更に好ましくは7.5m2/kg以上であり、そして、好ましくは750m2/kg以下、より好ましくは200m2/kg以下、更に好ましくは50m2/kg以下である。
嵩密度が50kg/m3未満のセルロース含有原料を用いる場合には前処理を行い、嵩密度を50kg/m3以上600kg/m3以下、あるいは比表面積を0.2m2/kg以上750m2/kg以下の範囲にすることが好ましい。例えば、セルロース含有原料の前処理として、裁断処理及び/又は粗砕処理することで、セルロース含有原料の嵩密度、及び比表面積を前述の好ましい範囲にすることができる。少ない工程数で非晶化セルロースを製造する観点から、セルロース含有原料の前処理として裁断処理を行うことが好ましい。
セルロース含有原料を裁断する方法は、セルロース含有原料の種類や形状により適宜の方法を選択することができるが、例えば、シュレッダー、スリッターカッター及びロータリーカッターから選ばれる1種以上の裁断機を使用する方法が挙げられる。
シート状のセルロース含有原料を用いる場合、裁断機としてシュレッダー又はスリッターカッターを使用することが好ましく、生産性の観点から、スリッターカッターを使用することがより好ましい。
スリッターカッターは、シートの長手方向に沿った縦方向にロールカッターで縦切りして、細長い短冊状とし、次に、固定刃と回転刃でシートの幅方向に沿って短く横切りすることにより、さいの目形状のセルロース含有原料を容易に得ることができる。スリッターカッターとしては、株式会社ホーライ製のシートペレタイザ、株式会社荻野精機製作所製のスーパーカッターを好ましく使用でき、この装置を使用すると、シート状のセルロース含有原料を約1~20mm角に裁断することができる。
ロータリーカッターを使用する場合、得られる粗粉砕物の大きさは、スクリーンの目開きを変えることにより、制御することができる。スクリーンの目開きは、1~70mmが好ましく、2~50mmがより好ましく、3~40mmが更に好ましい。スクリーンの目開きが1mm以上であれば、適度な嵩高さを有する粗粉砕物が得られ取扱い性が向上する。スクリーンの目開きが70mm以下であれば、後の粉砕処理において、粉砕原料として適度な大きさを有するために、負荷を低減することができる。
次に、セルロース含有原料、好ましくは前記裁断処理で得られたセルロース含有原料を必要に応じて更に粗砕処理してもよい。粗砕処理としては押出機処理が好ましく、押出機処理により、圧縮せん断力を作用させ、セルロースの結晶構造を破壊して、セルロース含有原料を粉末化させ、嵩密度を更に高めることができる。
圧縮せん断力を作用させて機械的に粉砕する方法として、従来汎用されている衝撃式の粉砕機、例えば、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル等では、粉砕物が綿状化して嵩高くなり、取扱い性を損ない、質量ベースの処理能力が低下する傾向がある。一方、押出機を用いることにより、所望の嵩密度を有する粉砕原料が得られ、取扱い性を向上させることができる。
二軸押出機としては、シリンダの内部に2本のスクリューが回転自在に挿入された押出機であり、従来から公知のものが使用できる。2本のスクリューの回転方向は、同一でも逆方向でもよいが、搬送能力を高める観点から、同一方向の回転が好ましい。
また、スクリューの噛み合い条件としては、完全噛み合い、部分噛み合い、非噛み合いの各形式の押出機のいずれでもよいが、処理能力を向上させる観点から、完全噛み合い型、部分噛み合い型が好ましい。
ニーディングディスク部とは、複数のニーディングディスクで構成され、これらを連続して、一定の位相で、例えば90°ずつに、ずらしながら組み合わせたものであり、スクリューの回転に伴って、ニーディングディスク間あるいはニーディングディスクとシリンダの間の狭い隙間にセルロース含有原料を強制的に通過させることで極めて強いせん断力を付与することができる。スクリューの構成としては、ニーディングディスク部と複数のスクリューセグメントとが交互に配置されることが好ましい。二軸押出機の場合、2本のスクリューが、同一の構成を有することが好ましい。
また、押出機によるパス回数としては、1パスでも十分効果を得ることができるが、セルロースの結晶化指数及び重合度を低下させる観点から、1パスで不十分な場合は、2パス以上行うことが好ましい。また、生産性の観点からは、1パス以上10パス以下が好ましい。パスを繰返すことにより、粗大粒子が粉砕され、粒径のばらつきが少ない粉末状セルロース含有原料を得ることができる。2パス以上行う場合、生産能力を考慮し、複数の押出機を直列に並べて処理を行ってもよい。
本発明において、セルロース含有原料、好ましくは上記裁断処理及び/又は粗砕処理して得られたセルロース含有原料を非晶化処理前に乾燥処理することが好ましい。
一般に、市販のパルプ類、バイオマス資源として利用される紙類、木材類、植物茎・葉類、植物殻類等の一般に利用可能なセルロース含有原料は、5質量%を超える水分を含有しており、通常5~30質量%程度の水分を含有している。
従って、本発明では、乾燥処理を行うことによって、セルロース含有原料の水分量を10質量%以下に調整することが好ましい。
上記の乾燥方法において、公知の乾燥機を適宜選択して使用することができ、例えば、「粉体工学概論」(社団法人日本粉体工業技術会編集 粉体工学情報センター1995年発行)176頁に記載の乾燥機等が挙げられる。
これらの乾燥方法及び乾燥機は1種で使用してもよく、又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。乾燥処理はバッチ処理、連続処理のいずれでも可能であるが、生産性の観点から連続処理が好ましい。
乾燥処理における温度は、乾燥手段、乾燥時間等により一概には決定できないが、好ましくは10℃以上、より好ましくは25℃以上、更に好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは250℃以下、より好ましくは180℃以下、更に好ましくは150℃以下である。処理時間としては、好ましくは0.01hr以上、より好ましくは0.02hr以上であり、そして、好ましくは2hr以下、より好ましくは1hr以下である。必要に応じて減圧下で乾燥処理を行なってもよく、圧力としては、好ましくは1kPa以上、より好ましくは50kPa以上であり、そして、好ましくは120kPa以下、より好ましくは105kPa以下である。
非晶化処理に使用する粉砕機としては、媒体式粉砕機を好ましく用いることができる。媒体式粉砕機には容器駆動式粉砕機と媒体撹拌式粉砕機とがある。
容器駆動式粉砕機としては転動ミル、振動ミル、遊星ミル、遠心流動ミル等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、振動ミルが好ましい。
媒体撹拌式粉砕機としてはタワーミル等の塔型粉砕機;アトライター、アクアマイザー、サンドグラインダー等の撹拌槽型粉砕機;ビスコミル、パールミル等の流通槽型粉砕機;流通管型粉砕機;コボールミル等のアニュラー型粉砕機;連続式のダイナミック型粉砕機等が挙げられる。この中で、粉砕効率が高く、生産性の観点から、撹拌槽型粉砕機が好ましい。媒体撹拌式粉砕機を用いる場合の撹拌翼の先端の周速は、好ましくは0.5m/s以上、より好ましくは1m/s以上であり、そして、好ましくは20m/s以下、より好ましくは15m/s以下である。
粉砕機の種類は「化学工学の進歩 第30集 微粒子制御」(社団法人化学工学会東海支部編、1996年10月10日発行、槇書店)を参照することができる。
処理方法としては、バッチ処理及び連続処理のどちらでもよいが、生産性の観点から連続処理が好ましい。
粉砕機の媒体の材質としては、特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、チッ化珪素、ガラス等が挙げられる。
振動ミルとしては、ユーラステクノ株式会社製のバイブロミル、中央化工機株式会社製の振動ミル、株式会社吉田製作所製の小型振動ロッドミル1045型、ドイツのフリッチュ社製の振動カップミルP-9型、日陶科学株式会社製の小型振動ミルNB-O型等を用いることができる。
粉砕機の媒体として用いるロッドとは棒状の媒体であり、ロッドの断面が四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等のものを用いることができる。
ロッドの外径は、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは1mm以上、更に好ましくは5mm以上であり、そして、好ましくは200mm以下、より好ましくは100mm以下、更に好ましくは50mm以下である。ロッドの長さは、粉砕機の容器の長さよりも短いものであれば特に限定されない。ロッドの大きさが上記の範囲であれば、所望の粉砕力が得られると共に、ロッドのかけら等が混入してセルロース含有原料が汚染されることなく効率的にセルロースを非晶化させることができる。
粉砕機の処理時間は、粉砕機の種類、ボール、ロッド等の媒体の種類、大きさ及び充填率等により一概に決定できないが、結晶化指数を効率的に低下させる観点から、好ましくは0.5分以上、より好ましくは2分以上、更に好ましくは3分以上、より更に好ましくは4分以上、より更に好ましくは5分以上であり、そして、好ましくは24時間以下、より好ましくは12時間以下、更に好ましくは6時間以下、より更に好ましくは1時間以下、より更に好ましくは40分以下である。
処理温度は、特に制限はないが、熱によるセルロースの劣化を防ぐ観点から、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上であり、そして、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下である。
本発明において、非晶化処理して得られた非晶化セルロースを必要に応じて更に小粒径化処理してもよい。小粒径化処理としては、公知の粉砕機を適宜選択して使用することができ、例えば、「改定六版 化学工学便覧」(社団法人化学工学会編集、丸善株式会社、1999年発行)843頁に記載の粉砕機が挙げられる。
これらの粉砕機は1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。小粒径化処理はバッチ処理、連続処理のいずれでも可能であるが、生産性の観点から連続処理が好ましい。
粉砕機としては、粉砕効率が高く、粒径を小さくできるという観点から、高速回転ミルが好ましく、ターボ型、アニュラー型ミルがより好ましい。ターボ型ミルとしては、ターボ工業株式会社製のターボミルを好ましく使用できる。アニュラー型ミルとしては、株式会社アーステクニカ製のクリプトロンシリーズを好ましく使用できる。
小粒径化処理の方法としては、非晶化処理して得られた非晶化セルロースを粉砕機に投入し、連続的に処理する方法が好ましい。小粒径の非晶化セルロースを得る観点から、高速回転ミルのローターの周速度としては、好ましくは50m/s以上、より好ましくは100m/s以上である。その他の処理条件としては、特に制限はないが、処理温度としては5℃以上200℃以下が好ましい。
本発明において、非晶化処理して得られた非晶化セルロースを必要に応じて更に分級処理することができる。分級機処理により、所望の粒径の非晶化セルロースを得ることができる。分級処理方法としては、公知の乾式分級手段を適宜選択すればよく、篩い分け、風力分級が挙げられる。
分級処理後の粗粉は、セルロース含有原料と共に再度振動ミルに投入し非晶化処理を行うことで、効率よく小粒径の非晶化セルロースを得ることができる。
このようにして得られたセルロースは、結晶化指数が50%以下に非晶化されているが、アスファルト組成物の粘弾性の向上、及び取扱性の観点から、メジアン径(体積中位粒径)は、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、更に好ましくは100μm以下、より更に好ましくは80μm以下であり、そして、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、より更に好ましくは10μm以上である。
なお、非晶化セルロースが、後述する表面疎水化処理されたセルロースである場合、該セルロースのメジアン径は、表面疎水化処理後の非晶化セルロースのメジアン径を意味し、好ましい範囲は同様である。
シラン系カップリング剤としては、トリメチルメトキシシラン、ジメチルメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、及びフルオロメチルトリメトキシシランが例示される。
チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルピロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリス(N-アミノエチル-アミノエチル)チタネート、及びビス(ジオクチルピロホスフェート)エチレンチタネートが例示される。
アルミニウム系カップリング剤としては、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルキルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムモノアセチルアセテートビス(エチルアセトアセテート)、及びアルミニウムトリス(アセチルアセテート)が例示される。
また、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーとしては、ポリマー改質アスファルトにおいて改質剤として例示した、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーが例示され、好ましい範囲も同様である。
非晶化セルロースの表面疎水化処理方法は特に限定されないが、上述した非晶化処理時に、粉砕機にセルロースと共に表面疎水化剤を添加し、混合粉砕することが好ましい。すなわち、表面疎水化処理されたセルロースは、結晶化指数が50%を超えるセルロースに表面疎水化剤を添加して混合粉砕し、結晶化指数を50%以下にすることにより製造することが好ましい。
なお、表面疎水化処理方法はこれに限定されるものではなく、水溶性有機溶剤中で表面疎水化剤と共に撹拌混合して表面処理してもよい。水溶性有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトンが例示される。
非晶化セルロースの含有量は、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.03質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上、更に好ましくは0.3質量部以上、より更に好ましくは1質量部以上、より更に好ましくは2質量部以上であり、そして、好ましくは8質量部以下、より好ましくは6質量部以下、更に好ましくは4質量部以下である。
なお、アスファルトがポリマー改質アスファルトである場合、アスファルトの質量は、ストレートアスファルト及び改質剤を含めたアスファルト全体としての質量を意味する。
同様に、非晶化セルロースが、表面疎水化処理されたセルロースである場合、非晶化セルロースの質量は、セルロース本体と、表面疎水化剤とを含む非晶化セルロース全体としての質量を意味する。
また、本発明のアスファルト組成物中、アスファルトの含有量は、アスファルト性能を発揮する観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは92質量%以上、より更に好ましくは94質量%以上、より更に好ましくは96質量%以上であり、非晶化セルロースを含有し、わだち掘れやひび割れを改善する観点から、好ましくは99.99質量%以下、より好ましくは99.97質量%以下、更に好ましくは99.9質量%以下、より更に好ましくは99.7質量%以下、より更に好ましくは99質量%以下、より更に好ましくは98質量%以下である。
具体的には、炭酸カルシウム、鉱物質粉末、ガラス繊維等の充填剤や補強剤、鉱物質の骨材、ベンガラ、二酸化チタン等の顔料、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、低分子量ポリエチレンワックス等のワックス類、アゾジカルボンアミド等の発泡剤、アタクチックポリプロピレン、エチレン-エチルアクリレート共重合体等のポリオレフィン系又は低分子量のビニル芳香族系熱可塑性樹脂、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、エチレン-プロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、イソプレン-イソブチレンゴム、ポリペンテナマーゴム、スチレン-ブタジエン系ブロック共重合体、スチレン-イソプレン系ブロック共重合体、水素化スチレン-ブタジエン系ブロック共重合体、水素化スチレン-イソプレン系ブロック共重合体等の合成ゴムが挙げられる。
これらの合計添加量は、アスファルト組成物全体に対して、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは10質量%以下、より更に好ましくは5質量%以下である。
本発明のアスファルト組成物の製造方法は、アスファルトと、非晶化セルロースとを混合する工程を有する。
アスファルト組成物は、アスファルトを加熱溶融し、非晶化セルロース及び必要に応じて他の添加剤を添加し、通常用いられている混合機にて、各成分が均一に分散するまで撹拌混合することにより得られる。
通常用いられている混合機としては、ホモミキサー、ディゾルバー、パドルミキサー、リボンミキサー、スクリューミキサー、プラネタリーミキサー、真空逆流ミキサー、ロールミル、二軸押出機等が挙げられる。
上記アスファルトと非晶化セルロースとの混合温度は、アスファルト中に非晶化セルロースを均一に分散させる観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは130℃以上、更に好ましくは160℃以上、より更に好ましくは170℃以上であり、そして、好ましくは230℃以下、より好ましくは210℃以下、更に好ましくは200℃以下、より更に好ましくは190℃以下である。
また、アスファルトと非晶化セルロースとの混合時間は、効率的にアスファルト中に非晶化セルロースを均一に分散させる観点から、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは0.5時間以上、更に好ましくは1.0時間以上、より更に好ましくは1.5時間以上であり、そして、好ましくは10時間以下、より好ましくは7時間以下、更に好ましくは5時間以下、より更に好ましくは3時間以下である。
なお、アスファルトに対する非晶化セルロースの好ましい含有量は、上述したとおりである。
また、表面疎水化処理されたセルロースは、結晶化指数が50%を超えるセルロースに表面疎水化剤を添加して混合粉砕し、結晶化指数を50%以下にする工程により製造されることが好ましい。
本発明のアスファルト用添加剤は、結晶化指数が50%以下であるセルロースからなる。結晶化指数が50%以下であるセルロース(非晶化セルロース)は、上述した方法により得られ、また、表面疎水化処理されたセルロースであることが好ましい。
アスファルト用添加剤は、アスファルトと混合して使用され、アスファルト用添加剤の添加量は、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上10質量部以下である。アスファルト用添加剤の添加量が0.01質量部未満であると、わだち掘れやひび割れの改善効果が低い。一方、アスファルト用添加剤の含有量が10質量部を超えると、コストの観点で好ましくない。
アスファルト用添加剤の添加量は、アスファルト100質量部に対して、より好ましくは0.03質量部以上、更に好ましくは0.1質量部以上、より更に好ましくは0.3質量部以上、より更に好ましくは1質量部以上、より更に好ましくは2質量部以上であり、より好ましくは8質量部以下、更に好ましくは6質量部以下、より更に好ましくは4質量部以下である。
なお、アスファルトがポリマー改質アスファルトである場合、アスファルトの質量は、ストレートアスファルト及び改質剤を含めたアスファルト全体としての質量を意味する。
同様に、アスファルト用添加剤が、表面疎水化処理されたセルロースである場合、アスファルト用添加剤の質量は、セルロース本体と、表面疎水化剤とを含む全体としての質量を意味する。
本発明のアスファルト組成物は、バインダ組成物であり、該アスファルト組成物に、骨材を添加して、アスファルト混合物とした後に、舗装に使用される。すなわち、本発明のアスファルト組成物は、舗装用として好適であり、特に道路舗装用として好適である。
骨材としては、例えば、砕石、玉石、砂利、砂、再生骨材、セラミックスなどを任意に選択して用いることができる。
骨材としては、粒径2.36mm以上の粗骨材、粒径2.36mm未満の細骨材のいずれも使用することができる。粗骨材としては、例えば、粒径範囲2.36mm以上4.75mm未満の7号砕石、粒径範囲4.75mm以上13.2mm未満の6号砕石、粒径範囲13.2mm以上19mm未満の5号砕石、粒径範囲19mm以上31.5mm未満の4号砕石が挙げられる。
細骨材は、好ましくは粒径0.075mm以上2.36mm未満の細骨材である。
細骨材としては、例えば、川砂、丘砂、山砂、海砂、砕砂、細砂、スクリーニングス、砕石ダスト、シリカサンド、人工砂、ガラスカレット、鋳物砂、再生骨材破砕砂が挙げられる。
上記の粒径はJIS 5001-1995に規定される値である。
これらの中でも、粗骨材と細骨材との組み合わせが好ましい。
フィラーの平均粒径は、乾燥強度向上の観点から、好ましくは0.001mm以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは0.05mm以下、より好ましくは0.03mm以下、更に好ましくは0.02mm以下である。フィラーの平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定することができる。ここで、平均粒径とは、体積累積50%の平均粒径を意味する。
〔フィラー平均粒径の測定方法〕
フィラーの平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製「LA-950」)を用い、以下に示す条件で測定した値である。
・測定方法:フロー法
・分散媒:エタノール
・試料調製:2mg/100mL
・分散方法:撹拌、内蔵超音波1分
骨材の含有量は、アスファルト組成物100質量部に対して、好ましくは1,000質量部以上、より好ましくは1,200質量部以上、更に好ましくは1,500質量部以上であり、そして、好ましくは3,000質量部以下、より好ましくは2,500質量部以下、更に好ましくは2,000質量部以下である。
なお、従来の骨材とアスファルトを含むアスファルト混合物におけるアスファルトの配合割合については、通常、社団法人日本道路協会発行の「舗装設計施工指針」に記載されている「アスファルト組成物の配合設計」から求められる最適アスファルト量に準じて決定してもよい。
本発明においては、上記の最適アスファルト量が、アスファルト及び非晶化セルロースの合計量に相当する。従って、通常、前記最適アスファルト量を、アスファルト及び非晶化セルロースの合計配合量とすることが好ましい。
但し、「舗装設計施工指針」に記載の方法に限定する必要はなく、他の方法によって決定してもよい。
特に、本発明のアスファルト組成物は、非晶化セルロースがアスファルト組成物中に均一に分散しやすい性質を有するため、加熱アスファルト混合物として使用すると、その特徴を有効に発揮することができる。
混合温度は、アスファルトを軟化させる観点から、好ましくは140℃以上であり、そして、好ましくは190℃以下、より好ましくは180℃以下である。
また、混合時間は、好ましくは30秒以上、より好ましくは1分以上、更に好ましくは2分以上、より更に好ましくは5分以上であり、時間の上限は、特に限定されないが例えば約30分程度である。
本発明のアスファルト組成物は、道路舗装用として好適であり、上述したように、アスファルト組成物に骨材を添加したアスファルト混合物が、道路舗装に使用される。
本発明の道路舗装方法は、好ましくは、本発明のアスファルト混合物を道路などに施工し、アスファルト舗装材層を形成する工程を有する。
<1> アスファルト及びセルロースを含有し、セルロースの含有量が、アスファルト100質量部に対して0.01質量部以上10質量部以下であり、セルロースの結晶化指数が50%以下である、アスファルト組成物。
<2> 前記アスファルトが、ストレートアスファルト及びポリマー改質アスファルトから選択され、好ましくはポリマー改質アスファルトである、<1>に記載のアスファルト組成物。
<3> 前記アスファルトが、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーを含有するポリマー改質アスファルトである、<1>又は<2>に記載のアスファルト組成物。
<4> 前記極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーが、好ましくは無水マレイン酸変性ポリオレフィン、より好ましくは無水マレイン酸変性ポリプロピレン及び無水マレイン酸変性ポリエチレンから選ばれる少なくとも1つ、更に好ましくは無水マレイン酸変性ポリプロピレン又は無水マレイン酸変性ポリエチレン、より更に好ましくは無水マレイン酸変性ポリプロピレンである、<3>に記載のアスファルト組成物。
<5> 前記無水マレイン酸変性ポリオレフィン、好ましくは無水マレイン酸変性ポリエチレン及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量が、好ましくは1,000以上、より好ましくは5,000以上、更に好ましくは10,000以上、より更に好ましくは30,000以上である、<4>に記載のアスファルト組成物。
<6> 前記無水マレイン酸変性ポリオレフィン、好ましくは無水マレイン酸変性ポリエチレン及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量が、好ましくは1,000,000以下、より好ましくは500,000以下、更に好ましくは300,000以下、より更に好ましくは100,000以下である、<4>又は<5>に記載のアスファルト組成物。
<7> 前記無水マレイン酸変性ポリオレフィン、好ましくは無水マレイン酸変性ポリエチレン及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量が、好ましくは1,000以上1,000,000以下、より好ましくは5,000以上500,000以下、更に好ましくは10,000以上300,000以下、より更に好ましくは30,000以上100,000以下である、<4>~<6>いずれかに記載のアスファルト組成物。
<8> 前記アスファルトが、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマー(改質剤)を含有するポリマー改質アスファルトであり、ストレートアスファルトに添加する改質剤の量が、ストレートアスファルト100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.3質量部以上、更に好ましくは0.5質量部以上、より更に好ましくは0.8質量部以上である、<3>~<7>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<9> 前記アスファルトが、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマー(改質剤)を含有するポリマー改質アスファルトであり、ストレートアスファルトに添加する改質剤の量が、ストレートアスファルト100質量部に対して、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下、より更に好ましくは2質量部以下である、<3>~<8>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<10> 前記アスファルトが、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマー(改質剤)を含有するポリマー改質アスファルトであり、ストレートアスファルトに添加する改質剤の量が、ストレートアスファルト100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上20質量部以下、より好ましくは0.3質量部以上10質量部以下、更に好ましくは0.5質量部以上5質量部以下、より更に好ましくは0.8質量部以上2質量部以下である、<3>~<9>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<12> 前記セルロースの結晶化指数が、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上である、<1>~<11>に記載のアスファルト組成物。
<13> 前記セルロースの結晶化指数が、好ましくは1%以上45%以下、より好ましくは10%以上40%以下である、<1>~<12>に記載のアスファルト組成物。
<14> 前記セルロースを得るためのセルロース含有原料の水分量が、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは3質量%以下、より更に好ましくは1.8質量%以下である、<1>~<13>に記載のアスファルト組成物。
<15> 前記セルロースが表面疎水化処理されたセルロースである、<1>~<14>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<16> 前記表面疎水化処理されたセルロースが、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、及び極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーから選択される少なくとも1つの表面疎水化剤で表面処理されたセルロース、好ましくは極性基とポリレオフィン鎖とを有するポリマーで表面処理されたセルロース、更に好ましくは極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーで表面処理されたセルロース、より更に好ましくは無水マレイン酸変性ポリオレフィンで表面処理されたセルロース、より更に好ましくは無水マレイン酸変性ポリプロピレン及び無水マレイン酸変性ポリエチレンから選ばれる少なくとも1つで表面処理されたセルロース、より更に好ましくは無水マレイン酸変性ポリプロピレン又は無水マレイン酸変性ポリエチレンで表面処理されたセルロース、より更に好ましくは無水マレイン酸変性ポリプロピレンで表面処理されたセルロースである、<15>に記載のアスファルト組成物。
<17> 表面疎水化剤による処理量が、未処理のセルロース100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは5質量部以上、より更に好ましくは10質量部以上、より更に好ましくは20質量部以上である、<15>又は<16>に記載のアスファルト組成物。
<18> 表面疎水化剤による処理量が、未処理のセルロース100質量部に対して、好ましくは100質量部以下、より好ましくは80質量部以下、更に好ましくは60質量部以下、より更に好ましくは40質量部以下、より更に好ましくは30質量部以下である、<15>~<17>いずれかに記載のアスファルト組成物。
<19> 表面疎水化剤による処理量が、未処理のセルロース100質量部に対して、好ましくは1質量部以上100質量部以下、より好ましくは3質量部以上80質量部以下、更に好ましくは5質量部以上60質量部以下、より更に好ましくは10質量部以上40質量部以下、より更に好ましくは20質量部以上30質量部以下である、<15>~<18>いずれかにに記載のアスファルト組成物。
<21> セルロースの含有量が、アスファルト100質量部に対して、好ましくは8質量部以下、より好ましくは6質量部以下、更に好ましくは4質量部以下である。<1>~<20>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<22> セルロースの含有量が、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.03質量部以上8質量部以下、より好ましくは0.1質量部以上6質量部以下、更に好ましくは0.3質量部以上4質量部以下、より更に好ましくは1質量部以上4質量部以下、より更に好ましくは2質量部以上4質量部以下である。<1>~<21>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<23> アスファルト組成物中のセルロースの含有量が、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、より更に好ましくは0.3質量%以上、より更に好ましくは1質量%以上、より更に好ましくは2質量%以上である、<1>~<22>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<24> アスファルト組成物中のセルロースの含有量が、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、更に好ましくは6質量%以下、より更に好ましくは4質量%以下である、<1>~<23>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<25> アスファルト組成物中のセルロースの含有量が、好ましくは0.01質量%以上10質量%以下、より好ましくは0.03質量%以上8質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以上6質量%以下、より更に好ましくは0.3質量%以上4質量%以下、より更に好ましくは1質量%以上4質量%以下、より更に好ましくは2質量%以上4質量%以下である、<1>~<24>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<26> アスファルト組成物中のアスファルトの含有量が、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは92質量%以上、より更に好ましくは94質量%以上、より更に好ましくは96質量%以上、より更に好ましくは98質量%以上である、<1>~<25>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<27> アスファルト組成物中のアスファルトの含有量が、好ましくは99.99質量%以下、より好ましくは99.97質量%以下、更に好ましくは99.9質量%以下、より更に好ましくは99.7質量%以下、より更に好ましくは99質量%以下、より更に好ましくは98質量%以下である、<1>~<26>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<28> アスファルト組成物中のアスファルトの含有量が、好ましくは50質量%以上99.99質量%以下、より好ましくは70質量%以上99.97質量%以下、更に好ましくは90質量%以上99.9質量%以下、より更に好ましくは92質量%以上99.7質量%以下、より更に好ましくは94質量%以上99質量%以下、より更に好ましくは96質量%以上98質量%以下である、<1>~<27>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<30> 前記セルロースのメジアン径が、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、より更に好ましくは10μm以上である、<1>~<29>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<31> 前記セルロースのメジアン径が、好ましくは1μm以上200μm以下、より好ましくは3μm以上150μm以下、更に好ましくは5μm以上100μm以下、より更に好ましくは10μm以上80μm以下である、<1>~<30>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<32> 道路舗装用である、<1>~<31>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<33> アスファルト組成物が、バインダ組成物であり、骨剤を添加してアスファルト混合物とした後に舗装に使用される、<1>~<32>のいずれかに記載のアスファルト組成物。
<35> アスファルトとセルロースとの混合温度が、好ましくは100℃以上、より好ましくは130℃以上、更に好ましくは160℃以上、より更に好ましくは170℃以上である、<34>に記載のアスファルト組成物の製造方法。
<36> アスファルトとセルロースとの混合温度が、好ましくは230℃以下、より好ましくは210℃以下、更に好ましくは200℃以下、より更に好ましくは190℃以下である、<34>又は<35>に記載のアスファルト組成物の製造方法。
<37> アスファルトとセルロースとの混合温度が、好ましくは100℃以上230℃以下、より好ましくは130℃以上210℃以下、更に好ましくは160℃以上200℃以下、より更に好ましくは170℃以上190℃以下である、<34>~<36>のいずれかに記載のアスファルト組成物の製造方法。
<38> アスファルトとセルロースとの混合時間が、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは0.5時間以上、更に好ましくは1.0時間以上、より更に好ましくは1.5時間以上である、<34>~<37>のいずれかに記載のアスファルト組成物の製造方法。
<39> アスファルトとセルロースとの混合時間が、好ましくは10時間以下、より好ましくは7時間以下、更に好ましくは5時間以下、より更に好ましくは3時間以下である、<34>~<38>のいずれかに記載のアスファルト組成物の製造方法。
<40> アスファルトとセルロースとの混合時間が、好ましくは0.1時間以上10時間以下、より好ましくは0.5時間以上7時間以下、更に好ましくは1.0時間以上5時間以下、より更に好ましくは1.5時間以上3時間以下である、<34>~<39>いずれかに記載のアスファルト組成物の製造方法。
<41> 前記セルロースが表面疎水化処理されたセルロースであり、該表面疎水化処理されたセルロースが、結晶化指数が50%を超えるセルロースに表面疎水化剤を添加して混合粉砕し、結晶化指数を50%以下にする工程により製造された、<15>~<19>のいずれかに記載のアスファルト組成物の製造方法。
<43> アスファルト用添加剤が、アスファルトと混合して使用され、アスファルト用添加剤の添加量が、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.03質量部以上、更に好ましくは0.1質量部以上、より更に好ましくは0.3質量部以上である、<42>に記載のアスファルト用添加剤。
<44> アスファルト用添加剤が、アスファルトと混合して使用され、アスファルト用添加剤の添加量が、アスファルト100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下、更に好ましくは6質量部以下、より更に好ましくは4質量部以下である、<42>又は<43>に記載のアスファルト用添加剤。
<45> アスファルト用添加剤が、アスファルトと混合して使用され、アスファルト用添加の添加量が、アスファルト100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上10質量部以下、より好ましくは0.03質量部以上8質量部以下、更に好ましくは0.1質量部以上6質量部以下、より更に好ましくは0.3質量部以上4質量部以下、より更に好ましくは1質量部以上4質量部以下、より更に好ましくは2質量部以上4質量部以下である、<42>~<44>のいずれかに記載のアスファルト用添加剤。
<46> 前記セルロースの結晶化指数が、好ましくは45%以下、より好ましくは40%以下である、<42>~<45>のいずれかに記載のアスファルト用添加剤。
<47> 前記セルロースの結晶化指数が、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上である、<42>~<46>のいずれかに記載のアスファルト用添加剤。
<48> 前記セルロースの結晶化指数が、好ましくは1%以上45%以下、より好ましくは10%以上40%以下である、<42>~<47>のいずれかに記載のアスファルト用添加剤。
なお、以下の実施例及び比較例において、特に断りのない限り、部及び%は質量基準である。
(1)水分量の測定
パルプ、粉末状セルロースの水分量は、赤外線水分計(株式会社島津製作所製「MOC-120H」)を用いて測定した。測定1回あたり試料5gを用い、試料を平らにならして温度120℃にて測定を行い、30秒間の質量変化率が0.05%以下となる点を測定の終点とした。測定された水分量をセルロースに対する質量%に換算し、各水分量とした。
粉末状セルロースのX線回折強度を、X線回折装置(株式会社リガク製「MiniFlexII」)を用いて以下の条件で測定し、前記計算式(1)に基づいてセルロースのI型の結晶化指数を算出した。
測定条件は、X線源:Cu/Kα-radiation,管電圧:30kV,管電流:15mA,測定範囲:回折角2θ=5~35°、X線のスキャンスピードは40°/minで測定した。測定用サンプルは面積320mm2×厚さ1mmのペレットを圧縮し作製した。
粉末状セルロースの体積中位粒径(メジアン径、D50)は、レーザー回析/散乱式粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社製「LS13 320」)を用い、乾式法(トルネード方式)にて測定した。具体的には粉末状セルロース20mLをセルに仕込み、吸引して測定を行った。
粘弾性測定は、レオメーターMCR301(Anton Paar社製)を用いて行った。測定条件はプレート直径25mm、周波数1.6Hz、せん断ひずみ1.0%で測定した。具体的には、試験厚(ギャップ)を1mmに設定し、100℃から0℃まで4℃/minで冷却しながら、60℃及び0℃におけるG*(複素弾性率)、sinδを得た。
(1)裁断処理
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ(Tembec社製「BioflocHV+」、結晶化指数:82%、水分量:8.5質量%)を、裁断機を用いて約3mm×1.5mm×1mmのチップ状に裁断した。
前記(1)の裁断処理により得られたパルプを、2軸横型撹拌乾燥機(株式会社奈良機械製作所製「2軸パドルドライヤー、NPD-3W(1/2)」)を用いて、連続処理にてパルプを乾燥した。乾燥機の加熱媒体は150℃のスチームを用い、パルプの供給速度は45kg/h、大気圧下での処理とした。乾燥後のパルプの水分は0.3%であった。
前記(2)の乾燥処理により得られた乾燥パルプを、連続式振動ミル(ユーラステクノ株式会社製「バイブロミル、YAMT-200」、第1及び第2粉砕室の容量:112L、ステンレス製)を用いて粗粉砕した。第1及び第2粉砕室には、直径30mm、長さ1,300mmのステンレス製の丸棒状の粉砕媒体(ロッド)を80本ずつ収容した。連続式振動ミルを振動数16.7Hz、振幅13.4mmの条件下、乾燥パルプを20.0kg/hで供給した。
前記(3)の非晶化処理により得られた非晶化セルロースを、高速回転式微粉砕機(株式会社ダルトン製、製品名「アトマイザーAIIW-5型」)を用いて小粒径化した。目開き1.0mmのスクリーンを装着し、ローター周速度を8,000r/min、50m/sで駆動すると共に、原料供給部から非晶化セルロースを非晶化処理と同じ供給速度で供給し、排出口から非晶化セルロースを回収した。得られた非晶化セルロースの水分量は2.5質量%、結晶化指数は0%、体積中位粒径(メジアン径、D50)は62μmであった。
(1)から(4)の処理は連続的に実施した。
(1)裁断処理
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ(Tembec社製「BioflocHV+」、結晶化指数:82%、水分量:8.5質量%)を、裁断機を用いて約3mm×1.5mm×1mmのチップ状に裁断した。
(2)乾燥処理
前記(1)の裁断処理により得られたパルプを、2軸横型撹拌乾燥機(株式会社奈良機械製作所製「2軸パドルドライヤー、NPD-3W(1/2)」)を用いて、連続処理にてパルプを乾燥した。乾燥機の加熱媒体は150℃のスチームを用い、パルプの供給速度は45kg/h、大気圧下での処理とした。乾燥後のパルプの水分は0.3%であった。
前記(2)の乾燥処理により得られた乾燥パルプと表面疎水化剤を、バッチ式振動ミル(中央化工機株式会社製「振動ミル、FV-10」、粉砕室の容量:33L、ステンレス製)を用いて混合粉砕した。粉砕室には、直径30mm、長さ510mmのステンレス製の丸棒状の粉砕媒体(ロッド)を63本収容した。乾燥パルプ736gと表面疎水化剤(三洋化成工業株式会社製「ユーメックス1001」、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、酸価:26mgKOH/g、分子量Mw=45,000)184gを仕込んだ後、バッチ式振動ミルを振動数20Hz、振幅8mmの条件下、混合粉砕(粉砕時間:10分)した。
前記(3)の混合粉砕処理により得られた表面疎水化処理セルロースを、高速回転式微粉砕機(株式会社奈良機械製作所製、製品名「自由粉砕機M-3型」)を用いて小粒径化した。目開き1.0mmのスクリーンを装着し、ローター周速度を7700r/min、81m/sで駆動すると共に、原料供給部から表面疎水化処理セルロースを18kg/hで供給し、排出口から表面疎水化処理セルロースを回収した。得られた表面疎水化処理セルロースの水分量は1.0質量%、結晶化指数は37%、体積中位粒径(D50)は44μmであった。
(1)から(2)の処理は連続的に実施し、(3)から(4)の処理はバッチで行った。
混合粉砕時間を30分に変更した以外は、製造例2と同様にして表面疎水化処理セルロース2を得た。得られた表面疎水化処理セルロースの結晶化指数は1.7%、体積中位粒径(D50)は63μmであった。
表面疎水化剤(三洋化成工業株式会社製「ユーメックス1001」、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、酸価:26mgKOH/g、分子量Mw=45,000)を、242.9gに変更した以外は、製造例3と同様にして、表面疎水化処理セルロース3を得た。得られた表面疎水化処理セルロースの結晶化指数は17%、体積中位粒径(D50)は72μmであった。
表面疎水化剤を、Z-6011:東レダウコーニング株式会社製、3-アミノプロピルトリエトキシシラン 36.8gに変更した以外は、製造例2と同様にして表面疎水化処理セルロース4を得た。得られた表面疎水化処理セルロースの結晶化指数は49%、体積中位粒径(D50)は57μmであった。
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部にユーメックス1001(三洋化成工業株式会社製、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、酸価:26mgKOH/g、分子量Mw=45,000)1部を添加し、ホモミキサー(プライミクス株式会社製、T.K.ロボミックス、T.K.ホモミキサー仕様)で回転数8,000r/minの条件下、5分間撹拌した。
(ストレートアスファルトと非晶化セルロースの混合)
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部に対し、製造例1で調製した非晶化セルロース3部を投入し、ホモミキサーで回転数8,000r/min、内温180℃の条件下、2時間撹拌した。
(ポリマー改質アスファルトと非晶化セルロースの混合)
製造例6で調製したポリマー改質アスファルト100部に対し、製造例1で調製した非晶化セルロース3部を投入し、実施例1と同じ条件で撹拌した。
(ストレートアスファルトと表面疎水化処理セルロース1の混合)
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部に対し、製造例2で調製した表面疎水化処理セルロース1を3部投入し、製造例1と同じ条件で撹拌した。
(ポリマー改質アスファルトと表面疎水化処理セルロース1の混合)
製造例6で調製したポリマー改質アスファルト100部に対し、製造例2で調製した表面疎水化処理セルロース1を3部投入し、実施例1と同じ条件で撹拌した。
(ストレートアスファルトと表面疎水化処理セルロース1の混合)
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部に対し、製造例2で調製した表面疎水化処理セルロース1を0.3部投入し、製造例1と同じ条件で撹拌した。
(ストレートアスファルトと表面疎水化処理セルロース2の混合)
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部に対し、製造例3で調製した表面疎水化処理セルロース2を3部投入し、製造例1と同じ条件で撹拌した。
(ストレートアスファルトと表面疎水化処理セルロース3の混合)
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部に対し、製造例4で調製した表面疎水化処理セルロース2を3部投入し、製造例1と同じ条件で撹拌した。
(ストレートアスファルトと表面疎水化処理セルロース4の混合)
予め180℃に加熱したストレートアスファルト100部に対し、製造例5で調製した表面疎水化処理セルロース2を3部投入し、製造例1と同じ条件で撹拌した。
非晶化セルロースを投入しない以外は実施例1と同じ条件で撹拌した。
非晶化セルロースを投入しない以外は実施例2と同じ条件で撹拌した。
(ポリマー改質アスファルトと結晶性セルロースの混合)
製造例3で調製したポリマー改質アスファルト100部に対し、結晶性セルロース(日本製紙株式会社製、「KCフロックW-50GK」、結晶化指数:62%、メジアン径:45μm)を3部投入し、実施例1と同じ条件で撹拌した。
原料セルロースとして、製造例1の裁断処理で製造したチップを、更にコーヒーミルで繊維状に粉砕し、次に、遊星ボールミル(フリッチュ製のP-6型、φ10mmのアルミナボール100個を媒体とし、粉砕物の合計が40g)を用い、回転数250rpm、50min粉砕、10min停止を24サイクル繰り返して粉砕処理を行ったものを用いて、実施例1と同じ条件で撹拌した。
G*/sinδの値が大きいほど、塑性流動抵抗性が大きいことから、該アスファルト組成物により、耐わだち掘れ性に優れるアスファルト舗装が提供できると評価される。
また、G*sinδの値が小さいほど、疲労ひび割れ抵抗性が大きいことから、該アスファルト組成物により、耐疲労ひび割れ性に優れるアスファルト舗装が提供できると評価される。
Claims (12)
- アスファルト及びセルロースを含有し、
セルロースの含有量が、アスファルト100質量部に対して0.01質量部以上10質量部以下であり、
セルロースの結晶化指数が50%以下であり、
前記セルロースのメジアン径が5μm以上200μm以下である、アスファルト組成物。 - 前記アスファルトが、ストレートアスファルト及びポリマー改質アスファルトから選択される、請求項1に記載のアスファルト組成物。
- 前記アスファルトが、極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーを含有するポリマー改質アスファルトである、請求項1又は2に記載のアスファルト組成物。
- 前記極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーが、無水マレイン酸で変性されたポリプロピレン又は無水マレイン酸で変性されたポリエチレンである、請求項3に記載のアスファルト組成物。
- 前記セルロースが表面疎水化処理されたセルロースである、請求項1~4のいずれかに記載のアスファルト組成物。
- 表面疎水化剤による処理量が、未処理のセルロース100質量部に対して、1質量部以上、100質量部以下である、請求項5に記載のアスファルト組成物。
- 前記表面疎水化処理されたセルロースが、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、及び極性基とポリオレフィン鎖とを有するポリマーから選択される少なくとも1つの表面疎水化剤で表面処理されたセルロースである、請求項5又は6に記載のアスファルト組成物。
- アスファルトがポリマー改質アスファルトであり、ストレートアスファルトに添加する改質剤の量が、ストレートアスファルト100質量部に対して、0.1質量部以上、20質量部以下である、請求項2~7いずれかに記載のアスファルト組成物。
- 道路舗装用である、請求項1~8のいずれかに記載のアスファルト組成物。
- アスファルトと結晶化指数が50%以下であるセルロースとを混合する工程を有する、請求項1~9のいずれかに記載のアスファルト組成物の製造方法。
- 前記セルロースが表面疎水化処理されたセルロースであり、
該表面疎水化処理されたセルロースが、結晶化指数が50%を超えるセルロースに表面疎水化剤を添加して混合粉砕し、結晶化指数を50%以下にする工程により製造された、
請求項10に記載のアスファルト組成物の製造方法。 - 結晶化指数が50%以下であるセルロースからなり、前記セルロースのメジアン径が5μm以上200μm以下である、アスファルト用添加剤。
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