JPH05503543A - 重合体とアスファルトとの反応方法及び重合体結合アスファルト生成物 - Google Patents
重合体とアスファルトとの反応方法及び重合体結合アスファルト生成物Info
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- C10C3/026—Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction with organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
重合体とアスファルトとの反応方法
び重ム ムアスファルト
11鷹1■1
本出願は、1989年12月29日に出願された米国特許出願5erial N
o、459,151のarpであり、その全ての記載は参考のためここに入れで
ある。
本発明は、アスファルトと重合体とを反応させて改良された重合体結合アスファ
ルト生成物を生成させる反応に関する。特に本発明は、エポキシド含有重合体を
アスファルトに結合して、独特の性質を有するポリエポキシ重合体結合アスファ
ルト組成物を形成させる反応及び得られた結合に間する。改良された重合体結合
アスファルト生成物は特に道路舗装及び屋根の用途に有用である。
アスファルト(瀝青炭)への添加物として重合体を使用することは当分野でよく
知られている6例えば5米国特許第4,650,820号及び第4,451,5
98号明細書を参照されたい、そこでは、エチレン、アルキルアクリレート及び
無水マレイン酸から誘導された三元重合体が瀝青炭と混合されている。
オルツム(ORKEM)による商業パンフレットにも、エチレン、アルキルアク
リレート及び無水マレイン酸又はグリシジルメタクリレートから製造された三元
重合体を瀝青炭及びタールの強化添加物として用いることか記載されている。
米国特許第3,324,041号明細書には、ポリエポキシド含有アスファルト
エマルジョンが記載されており、その場合ポリアミド/11青炭エマルジヨンを
ポリエポキシド/非イオン性表面活性剤エマルジョンと混合して組成物を形成し
、その組成物は後でポリアミドとポリエポキシドとの相互作用により実質的に固
化される。二つのエマルジョンは、別々にして置くと長い時間安定である。しか
し、それらを混合すると、最終的エマルジョンは21℃で約16時間のポット寿
命を有する。エマルジョンの各々を別々に保存し、使用する少し前にそれらを混
合する必要がある。ジオレフィンから誘導されたエポキシド化重合体及び共重合
体が記載されている。
オーストラリア特許出願第88307743号には、約7重量%以下のアスファ
ルテンを有するアスファルト、及び酢酸ビニル、アルキルアクリレート又はメタ
クリレートからなる群から選択された少なくとも一種類の化合物と工が教示され
ている。その特許は、アスファルトが重合体と混合される特別な条件は、重要で
はないことを教示している。残念ながら、アスファルテンの含有量が7%より少
ないアスファルトは殆どなく、従ってこの改良アスファルト組成物は、限られた
利用性しかもたない。
米国特許第4.839,404号明細書には、舗装用及び池の種類のアスファル
トに有用なものとして、エチレンアクリル酸共重合体及びその塩が記載されてい
る。この特許は、少量の成るα−オレフィン/カルボン酸共重合体を混合物中に
配合することにより骨材と瀝青炭との接着が改良できることが記載されている。
好ましい組成物は、更にα−オレフィン/エステル共重合体を実質的に含まない
ことを特徴としている。
英国特許出願第2,022.597号には、グリシジルアクリレート及びメタク
リレートを含めた不飽和酸のエステルの如き不飽和反応物をエチレン共重合体に
グラフトさせることが記載されている。これらのグラフト共重合体は、種々の接
着剤組成物への用途を含めた多くの用途、例えば、密封用しっくい、被覆組成物
、粘稠化用樹脂、ワックス、可塑化剤、瀝青炭、アスファルト、タール、希釈用
重合体、充填剤、安定化剤等の用途を有することが教示されている。
重合体変性アスファルトは知られているが、改良アスファルトに関する需要が依
然としてアスファルト工業には存在している。一つには、これは現在知られてい
る重合体変性アスファルトが多くの欠点を有するからである。
これらの欠点には、曲げ疲労、永久的変形(ffiの跡)、水分損傷(表面剥離
)、及び低温で熱的に菅き起こされた亀裂3受は易いことが含まれる。
重合体変性アスファルトの別の問題は、深存安定性が悪く1重合体とアスファル
トとの均一性が悪いことである。保存安定性が悪いことは、保存中の粘度の増大
及び生成物のゲル化によって証明されるが、均一性の悪さは相分離によって証明
される。種々の高速道路行政機関により、種々の気候条件下で舗装道路の有効寿
命を延ばすように、新しい性能基準が発展し続けており、改良されたアスファル
ト生成物を開発する必要がある。
本発明の一つの目的は、特に低い重合体濃度で、向上した性能特性な有する改良
されたアスファルト含有生成物を与えることである。
本発明の別の目的は、アスファルトの粗製原料には実質的に影響を受けない向上
した性能特性を有する改良されたアスファルト含有生成物を与えることである。
他の目的は、本明細書を読むことにより当業者には容易に明らかになるであろう
。
本発明により、独特の驚くべき性質を有する熱可塑性重合体結合アスファルト組
成物が、アスファルトとエポキシ含有重合体の反応により製造される。
成る重合体はアスファルトと反応し、結合することができることが発見された。
得られる反応生成物は、独特の驚くべき性質を有する新規な重合体結合アスファ
ルトである。ここで用いられる用語「重合体結合アスファル1〜」とは、一つ以
上の共有結合によって重合体がアスファルトに実質的に共有結合している重合体
−アスファルド組成物を指す。本発明の生成物である重合体結合アスファルトは
1次のことを含めた数多くの重要な性能特性を与える
永久的変形(轍の跡)に対する改良された抵抗性:・曲げ疲労に対する改良され
た抵抗性。
低温で熱的に起こされる亀裂に対する改良された抵抗性;及び
・水分損傷(表面剥離)に対する改良された抵抗性。
反応物アスファルト及び重合体、反応条件、及び得られた重合体結合アスファル
ト生成物について下に記述する。
全ての種類のアスファルト(瀝青炭)が、それらが天然のものであっても、合成
品であっても、本発明で有用である。代表的アスファルトには、天然岩石、レイ
キアスファルト、石油アスファルト、空気吹き付はアスファルト、分解又は残渣
アスファルト、が含まれる。7重量%より多いアスファルテン、典型的には10
重量%より多いアスファルテンを含有するアスファルトを含めた広い範囲のアス
ファルテン含有アスファルトを用いることができる。
好ましいアスファルトは、60℃で!00〜zo 、 oooポアズ、好ましく
は200〜10,000ポアズ、一層好ましくは300〜4.000ポアズ、更
に一層好ましくは400〜1,500ポアズの粘度分有する。
は次の式によって表すことができる・
〇
一般に、本発明で有用な反応物エポキシ箸有重合本は、01〜2000、好まし
くは05〜500、一層好ましくは1〜100の範囲のメルト フローインデy
クスを有するであろう、一般に反応物重合体は、反応物重合体の全重量%に基つ
いて、 0.01重量%以上のエポキシド部分、好ましくは004重量%より多
いエポキシド部分金含有するであろう。一層好ましくは反応物重合体は、反応物
重合体の全重量%に基づいて、0.05〜10重量%のエポキシド部分。
更に一層好ましくは0,1〜5重量%のエポキシド部分を含有するであろう。
反応物重合体は、二種類以上の単量体(例えば、四元重合体)、好ましくは二種
類の単量体(三元重合体)、最も好ましくは二種類の単量体から誘導された共重
合体である。
池の反応物エポキシ含有重合体には、エポキシ千化アクリレートゴム(例えば、
グリシジルメタクリレートで官能化されたエチル及びブチルアクリレート共重合
体)、エポキシ廿化ネオブレン、エボキシキ化ポリイソプレン、エポキシド化油
(例えば、大豆油)、エポキシは化スチレン・ブタジェンゴム、エポキシ≠化ブ
タジェン樹脂、エポキシ葬化三元重合体(例えば、EPDM>、エポキシ事化ポ
リノルボルネン、及びエポキシ下化ブタジェンアクリロニトリルゴムが含まれる
。
しい群の一つは、グリシジル含有重合体である。本発明で有用なグリシジル含有
エチレン共重合体及び変性共重合体は重合体の分野でよく知られており、米国特
許第4゜070.532号及びPCT出願85,223,367号(それらの全
ての記載は参考のためここに入れである)に従って、直接共重合させることによ
り容易に製造することができる。
一般に有用なグリシジル含有反応物重合体は、反応物重合体の全重量に基づき0
.02重量%以上のグリシジル部分、一層好ましくは0.08重量%以上のグリ
シジル部分を含むであろう、グリシジル部分は、次の式によって表すこと一層好
ましくは、本発明の重合体は、反応物重合体の全重量に基づき0.1〜20重量
%のグリシジル部分、更に一層好ましくは0.2〜10重量%のグリシジル部分
を含むであろう。
本発明で有用な特に好ましい反応物共重合体は、式E/X/Y/Z、〔式中、E
はエチレンから誘導された共重合体単位、−(CH2−CH2)−であり、Xは
共重合体単位−(CH2CR,R2)−であり、ここでR2は水素、メチル、又
はエチルであり、R3は1〜10個の炭素原子のカルボアルコキシ、アシロキシ
、又はアルコキシであり、(又は、例えばアルキルアクリレート、アルキルメタ
クリレート、ビニルエステル、アルキルビニルエステルから誘導される)、Yは
共重合体単位、 (C)(2CRx R、)−であり、ここでR1は水素又はメ
チルであり、R1はカルボグリシドキシ又はグリシドキシである(Yは、例えば
、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、又はグリシジルビニル
エーテルから誘導される)〕によって表すことができる。付加的コモノマー(共
単量体)、Zには、−酸化炭素、二酸化硫黄、アクリロニトリル、又は他の単量
体が含まれる。
本発明の好ましいR櫟の場合、E/X/Y/Z共重合体単位の有用な重量比はX
が0〜50%、Yが0,5〜15%、Zが0〜15%、残りがEである。
更に好ましい反応物共重合体は、E/X/Yであり、ここでYの重量%は、0%
〜40%の範囲であり、Yの%は1%〜10%の範囲であり、残りがEである。
特に好ましい共重合体はE/Yであり、ここでYの重量%は1%〜10%の範囲
であり、残りがEである。
エポキシド含有単量体、一層好ましくはグリシジル含有重合体は、直接共重合す
ることにより反応物重合体中へ組み込まれ、グラフト重合により、その反応物重
合体へグラフトされるのではないのが好ましい。
〔反応条件〕
アスファルト及び反応物重合体と、そのアスファルトへ反応物重合体を反応させ
て結合するのに適した条件下で一緒にする。適当な条件は、選択された特定のア
スファルト及び反応物重合体、及び生成物重合体結合アスファルトの希望の性質
により、大きく変化するであろう。反応が行われる条件、即ち時間、温度、各反
応物の種顕及び量は、経験的に決定することができる。
驚いたことに、反応物重合体とアスファルトだけの混合は、得られるアスファル
ト混合物の機能的性質を劇的に改良するのに充分な反応を生じないことが見出さ
t′LfS。
反応物重合体とアスファルトとの反応が起きる為には、上昇させた温度及び充分
な時間が必要である。このことは、重合体がアスファルトと実質的に反応しなく
ても、添加物として幾らかの重合体をアスファルトと混合していた多くの従来の
重合体変性アスファルトとは対照的である0本発明では重合体結合アスファルト
生成物は、反応物エポキシド含有重合体とアスファルトとの共有結合反応により
形成される。
一般に100℃より高く、好ましくは135℃より高い反応温度が、1時間より
長く、好ましくは5時間より長い反応時間と共に必要である。典型的には、反応
温度は、2〜300時間の範囲の反応時間で、125〜250 ’Cの範囲にあ
るであろう、好ましくは、反応温度は、3〜48時間の範囲の反応時間で、15
0〜230℃の範囲にあるであろう、更に一層好ましくは、反応温度は、4〜2
4時間の範囲の反応時間で、180〜220℃の範囲にあるであろう。
−最に反応は大気圧で行われるであろう。勿論、一層高い又は低い圧力を用いる
ことはできるが、一般に経済性が悪くなるであろう。また、反応物は一般に反応
中連続的に混合されるであろう。
反応物重合体及び反応物アスファルトは、反応物重合体が反応混合物の0.5〜
20重量%を占めるように一緒にされる。好瀘しくは反応物重合体は、反応混合
物の1〜10重量%3占め、一層好ましくは1〜5重i%、最も野放しくは1〜
3重量%を占める。
驚いたことに、反応物重合体の量と反応物重合体のエポキシド含有量は、上に記
載した範囲以内で、望ましい重合体結合アスファルト レオロジーを達成し、重
合体結合アスファルトのゲル化を避けるのに重要であることが見出された。エポ
キシド部分の実質的に全てが重合体結合アスファルト生成物内で反応しているよ
うに、反応物及び反応条件を選択するのが好ましいことが判明している。
本発明の更に別の驚くべき特徴は、エポキシド含有重合体とアスファルトとの反
応が水中油型エマルジョン内で行うことができることである。換言すれば、反応
が乳化粒子内で完結するまで行われた時、希望の重合体結合アスファルト生成物
が発達することができる。一般に、20℃〜100℃の範囲の通常のエマルジョ
ン貯蔵温度で反応を促進するのに、反応促進触媒が用いられるであろう。
エポキシド含有重合体/アスファルト混合物を乳化することの一つの利点は、未
反応状態で乳化が一層容易に達成されることである。高い粘度の反応しf、z@
合体結合アスファルトを乳化する場合よりも、低い粘度の未反応エポキシド含有
重合体/アスファルト混合物を乳化する方が容易である6第二の利点は、重合体
/アスファルト反応を乳化アスファルト粒子内で起きることができるようにする
ことにより、通常の舗装用アスファルトで実際的な水準よりも高い水準のエポキ
シド含有重合体を用いることができることである。このことは、水中油型エマル
ジョンの粘度が油相(例えば、重合体結合アスファルト相)粘度には依存しない
からである。
アスファルトエマルジョンは、舗装分野でよく知られている0本発明のこの態様
のエマルジョンは、水、アスファルト、エポキシド含有重合体、及び表面活性剤
からなる。一般にアスファルトとエポキシド含有重合体は、それらを乳化する直
前で、がなりの反応が起きる前に混合されるであろう。エポキシド含有重合体と
アスファルトとの反応は、エマルジョンの油相内で起きるであろう。
典型的なエマルジョンは次のものからなるであろう:(a ) 35〜80重量
%のアスファルト(好ましくは60〜75重厘%):
(b)0゜05〜20重量%のエポキシド含有重合体く好ましくは05〜5重量
%)、
(c ) 0.05〜5.0重量%の表面活性剤(好ましくは0,5〜2゜0)
重量%、及び
(d ) 100%にするための水。
表面活性剤は、舗装分野で用いられているよく知られたイオン性及び非イオン性
乳化剤のいずれでもよい、ρIえば、米国特許$4,822.427号(それら
の全ての記載は参考のためここに入れである)参照。脂肪酸又は第四アミンの塩
がよく知られたイオン性乳化剤である0通常のエマルジョン貯蔵温度で重合体結
合アスファルト反応を促進するのに、エマルジョン配合物中に触媒を含有させる
のが好ましい。
〔重合体結合アスファルト反応生成物〕本発明の反応生成物は、新規な熱可塑性
ポリエポキシ重合体結合アスファルトである。用語「ポリエポキシ重合体結合ア
スファルト」とは、反応物重合体中の一つ以上のエポキシド部分とアスファルト
との反応により形成された一つ以上の共有結合により、重合体がアスファルトに
実質的に共有結合的に結合されている重合体 アスファルト組成物を指す、用語
「熱可塑性」とは、重合体結合アスファルト生成物が、熱に曝されると軟化し、
冷却されると、その最初の状態に実質的に戻ることを意味する。
改良された重合体結合アスファルト生成物に影響を与える反応物重合体とアスフ
ァルトとの結合の正確な機構れたくないが、エポキシド部分がアスファルトの核
部位(例えば、カルボン酸、パイロリック(pyrollic)又はテノール系
官能基)と反応し、重合体とアスファルトとを共有結合的に結合するものと考え
られる。重合体をアスファルト中へ単に混合することは、アスファルト内に重合
体分子の絡まりによって弾力性構造を導入することはできるが、本発明で教示す
るように、アスファルト中に存在する分子上に重合体を反応させることにより、
重合体を一層有効に利用する結果になり、アスファルトの粘弾性に実質的に改良
を与える結果になる。
本発明の生成物であるポリエポキシ重合体結合アスファルトの形成は、反応物ア
スファルト粘度の増大によって測定することができるが、動的機械的分析(DM
A)を用いて生成物の性質を測定するのが一層好才しい。
アスファルトの粘性及び弾性は、重要な性能指標である。動的機械的分析特性は
、動的機械的分析器(DMA)、例えばレオメトリックス(Rheometri
cs)RD A −600と用いて決定される。この装置は、種々の温度及び剪
断速度で試験したアスファルト試料の粘性及び弾性を解析する。
DMAを用いて、正弦波歪みを平行板粘度計構造体中で試料に振動剪断力として
加える。加えた歪みに応答して試料を通って伝達されたトルクを決定することに
より応力の振幅を測定する。歪みの振幅及び周波数は、操作者により設定される
入力変数である。
特定の試験条件で試料の相対的粘弾性により、加えた正弦波剪断歪みに応答する
正弦波応力の位相がずれることがある。もしアスファルトが純粋に粘稠な液体(
弾力性をもたない)として挙動するならば、最大応力応答は、加えた正弦波剪断
歪みより90°遅延するであろう6例えば、アスファルトに結合する重合体から
得られる弾性応答が増大すると、最大応力応答は剪断歪みと同調して、増大する
ようになる。
DMAにより、最大応力及び最大歪みを決定する。最大応力対最大歪みに対する
比率は、モジュラス、又は複素剪断弾性率の絶対値、IG“1である。
1G”1=最大応力/最大歪み 式I
IG’″1の同位相成分、動的剪断貯蔵弾性率、G′は。
剪断歪みと同位相の応力を歪みにより割ったものに等しい、即ち、
G′=lG◆l cos (Δ) 式2Δは、加えた最大剪断歪みと最大剪断応
力との間の位相差角度である。
1G’″1の位相ずれ成分、動的剪断損失弾性率、G′は、剪断歪みと90゛位
相がずれた応力を歪みで割ったものに等しい、即ち、
G″=lG”1sin(Δ) 式3
IG”1.G′、及びG−の典型的な単位は、パスカル(SI)又はダイン/
cz2(Cgs )である。
アスファルトの重要な性能に関連した性質は、G″対G′の比である。これは損
失正接と呼ばれている。
損失正接= tan (Δ)=G7G′ 式4DMAの詳細な説明は、J、L、
グンドリッチ(Goodrich)による「アスファルト コンクリート混合物
の性能に関連したアスファルト及び重合体変性アスファルトの性質」(Asph
alt and Polymer Modified Asphalt pro
pertiesRelated to the Performance of
Asphalt ConcreteMixes)、Proc、 of the
As5ociation or Asphalt PavingTechno
logiests、 Vol、 58. (1988)で発表されている。
効果的な重合体結合によるアスファルトの弾性の増大は、DMAを用いて80℃
までの温度で維持された希望のレオロジー(低い損失正接)により示される6本
発明の効果的な重合体結合アスファルト生成物の第が無<、163℃で10日間
貯蔵する間にその生成物の粘度が4倍以上増大しないことを意味する。粘度は、
163℃で10日間貯蔵する間に2倍以上増大しないのが望ましい。
163℃で10日間貯蔵する間の粘度の増大は、25%より低いのが一層好まし
い。
アスファルトを貯蔵している間に粘度が実質的に増大することは、その生成物を
取扱いにくくする結果になり、販売及び使用時に生成物の規格を満足し、維持す
ることが出来にくくなるため望ましくない。
低い損失正接及び安定な貯蔵粘度の外に、本発明の効果的な重合体結合アスファ
ルト生成物の第三の指標は、均一性である0重合体結合アスファルト生成物の均
一性は、反応時間が完了した後、典型的には72〜96時間177’C(350
°F)で保存した試料中に相分離及び表面の「皮」の形成が観察されないことに
より証明される。
本発明の生成物の重合体結合アスファルトは、典型的には、次の損失正接、貯蔵
安定性、及び均一性を示すであろう:
表I
m−1迭1Jヨー 重合体含有量 貯蔵(重合体結合 安定性
60℃ 80℃ アスファルト 均一性も段113)
広い範囲 <50 <100 0.5−20 滑らが、分離なし、ゲル化せず
好ましい 0.01−20 0.01−50 1−10 滑らか、分離な範囲
し、ゲル化せず
一層好ま 0.01−10 0.01−20 1−5 滑らか、分離なしい範囲
し、ゲル化せず
最も好ま 0.01−5 0.0l−1o 1−3 滑らか、分離なしい範囲
し、ゲル化せず
〔重合体結合アスファルト反応生成物の使用〕本発明の熱可塑性重合体結合アス
ファルト反応生成物(ポリエポキシ重合体結合アスファルト)は、舗装、工業的
及び屋根用の用途を含めた種々の型のアスファルトの用途で有用である6反応生
成物は、そのまま又は乳化した形で用いることができる。アスファルトエマルジ
ョンは、舗装分野でよく知られており、水、アスファルト(本発明の重合体結合
アスファルトを含む)及び表面活性剤を含む。
特に好ましい用途は、アスファルト コンクリート混合物を形成するために熱い
重合体結合アスファルトと熱い鉱物骨材とと混合する道路舗装である2本発明の
重合体結合アスファルトは、反応物重合体の量が低い、一般に反応混合物の1〜
10重量%の範囲、好ましくは1〜5重量%の範囲、一層好ましくは1〜3重量
%の範囲の熱混合舗装用組成物に特に有効である。
触媒及び停止剤の如き反応制御剤を、反応混合物中のエポキシド部分の反応を促
進、減速、又は停止させるため、用いることができる。
エポキシド含有重合体/アスファルトの反応速度を増大するため、多くの触媒を
用いることができる0代表的な触媒は、トリー(Lee)及びに、ネビル(Ne
ville)による[エポキシ樹脂ハンドブックJ (Handbook of
Epoxy Re5ins)(Hell;raw−Hill出版社、ニューヨ
ーク、1967)及びトリー及びにネビルによるrエポキシ樹脂J (Epox
y Resins)(McGraw−Hill出版社、ニューヨーク、1957
) (それらの記載は参考のためここに入れである)に記載されて6Xる。
エポキシド含有反応物重合体とアスファルトとの反応を促進するため、特に低温
(例えば、20〜100℃の範囲)での反応を促進するために適した触媒には、
有機金属化合物及び第三アミン化合物が含まれる。有機金属触媒の例には、オク
タン酸鉛、ナフテン酸鉛、チタン酸テトラ5ec−ブチル、触媒陽イオン〈例え
ば、AI””、Cd”、Ca”、Cu”、Fe”、I n”’、M n”、s
b””、S n”、及びZn”)の源を与える炭化水素上ノー、又はジー、又は
ポリ−カルボン酸金属塩、例えば、オクタン酸第−錫、ステアリン酸亜鉛、ニラ
ウリン酸ニジブチル錫、が含まれる。第三アミン化合物の例には、α−メチルベ
ンジルジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ベンジルジメチ
ルアミン、ジメチルアミンメチルフェノール(D M P−10)、トリエタノ
ールアミン、トリ(ヒドロキシメチル)アミノメタン、醜−ジエチルアミノフェ
ノール、ベンジルジメチルアミン(BDMA)、トリス(ジメチルアミンメチル
)フェノール(DMP−30)、ポリ(エチレン/ジメチルアミノエチルメタク
リレ−))、s−トリアジン、トリアリルシアヌレート、ベンジルトリメチルア
ンモニウム ヒドロキシド、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールのトリ
ー2−エチルエキソエート塩が含まれる。
他の促進剤には、トリフェニルホスファイト、エチレンサルファイド、及び有機
ホスフィン(例えば、トリシクロへキシルホスフィン)が含まれる。
エポキシド官能性をもたない重合体を、本発明で用いられるエポキシド含有反応
物重合体の外にアスファルトに添加してもよい。これらの添加された重合体には
、組成E/X/Z (式中、Eはエチレンから誘導され、Xはアルキルアクリレ
ート、アルキルメタクリレート、ビニルエステル、又はアルキルビニルエーテル
から誘導される)を有する重合体が含まれるが、それに限定されるものではない
。任意にZは共重合体の一部分になっていてもよく、その場合、Zは一酸化炭素
、二酸化硫黄、又はアクリロニトリルから誘導される。これらの共重合体は、ア
スファルト反応性官能基をもたないが、Xが5%〜50%、Zが0〜15%、E
が残りである範囲のE/X/Z成分の重量比をもっていてもよい、好ましい比率
は、Xが15%〜40%、Zが0〜10%、Eが残りである。これらの非反応性
希釈剤重合体を、本発明のエポキシド含有共重合体反応物と共にアスファルトへ
添加してもよく、その場合、それらは最終重合体結合アスファルト組成物の0%
〜18%、好ましくは0〜15%、一層好ましくは0〜10%を占める。
本発明で用いられる好ましいE/X/Y/Z反応物共重合体を、アスファルトと
共に、又は付加的共反応−重合体と共に、主たる反応物として用いることができ
る。
この場合、好ましい反応物共重合体を用いてアスファルトに間接的に別の共重合
体を結合する。例えば、E/X/Y/Zを、アスファルトと1時間反応させ、次
に共反応物重合体E/X/N/Zを添加することができる。別の例として少量の
エポキシド含有重合体/アスファルト反応が行われた後、エポキシ含有重合体と
共反応物重合体とを互いに反応させることにより、有用な生成物を製造すること
ができる。そのような生成物は屋根用組成物に特に有用である。これらの共反応
物重合体は、E/X/Y/Zのエポキシ又はグリシジル部分と反応することがで
きる核官能性を有するのが好ましい。そのような核官能基には、酸、アルコール
、アミン及びチオールが含まれる。好ましい共反応物重合体、E/X/N/Zに
は、Nがアルキルアクリル酸、アクリル酸、アルキル無水物、又はモノアルキル
マレエートから誘された組成物が含まれる。共反応物としてのE/X/N/Zの
使用により、E/X/Y/Zアスファルト混合物の効果性を改良することができ
る。
E/X/Y/Z共重合体との共反応物として有用なE/X/N/Zの好ましい重
量比は、Xが0〜50%、Nが0.5〜25%、Zが0〜15%、残りがEであ
る。
本発明の利点は、次の実施例を考慮することにより容易に明らかになるであろう
、これらの実施例は、例示及び比較の為のみに与えられており、本発明の範囲を
限定するものでないことは分かるであろう。
実施例
下に記載する試料及び試験によるデーターは、表■〜■に示されている。
204℃(400°F)に加熱した40hのアスファルトに種々の重合体を添加
した。混合物を窒素中でプロペラ型撹拌器を用いて、温度を204℃に維持しな
がら2時間混合した。混合した混合物を、204℃の炉中に更に2時間保存し、
次に163〜177℃(325〜350°F)の炉に移し、4日間貯蔵した。
アスファルト、重合体アスファルト混合物、及び重合体結合アスファルトの動的
粘弾性を、回転薄膜炉(RTFO>からのエージングにかけた残留物に対しDM
At用いて測定した、ASTM D−2872゜種々の直径の平行板を用いて異
なった温度でのデータRTFO残留物 8tz −30℃から+10℃RTFO
残留物 25xx −10℃から+50℃RTFO残留5fllJ 40zz
+50℃から+100℃平行板間の試料片の厚さは1〜2.5zzであった。
歪みは低温で小さく(<0.5%)保たれ、高温で増大したが、全体的歪み曲線
で示して直線的粘弾性領域内に維持した。0、lウジ1フフ秒(0,0159)
(z )から10ラジアン/秒(1,59Hz >の周波数について、周波数1
0当たり同じ5段階で各試験温度で掃引した。
種々の試料について20°C540℃、60℃、及び80°Cでの損失正接(G
″/G’)値を表■〜■に示す。
〔40°Cでの永久的変形に対するアスファルト コンクリートの抵抗性〕
アスファルトコンクリート(95%の鉱物骨材、5%の結合剤)の10.2cy
X20.3cz (4inX 8 in)の柱状試料を用いてクリープ測定を4
0℃で行った。試料の軸方向の荷重、172k P a (25ps i )を
、三軸セル内でかけた。アスファルト コンクリートを局限圧力を用いずに試験
した。試験円柱の真中10.2CJI (4in)部分の軸方向にクリープ変形
を測定した。変形は、60分の荷重印加時間及び30分の回復時間中、記録した
。
時間に対する変形を、時間に対するクリープモジュラスの勾配として表■中に表
しである。変形が大きくなる程(望ましくない状W5)、勾配は一層負になる。
クリープ測定で用いたアスファルト、重合体変性アスファルト、及び重合体結合
アスファルトの各々について、20℃、40℃、60℃、及び80℃での損失正
接(G″/G′)も表■に示しである。
表■のデーターは、本発明の重合体結合アスファルト、実験番号303及び30
4が、アスファルト コンクリート混合物で優れたクリープ変形抵抗を与えるこ
とを示してしする。実験番号300のアスファルト「A」は、高温で変形し易い
又は轍の跡が付き易いアスファルトである。実験番号301のアスファルトr3
Jは、轍の跡が一層付きにくい慣用的アスファルトの一つの例である。実験番号
303及び304の重合体結合アスファルト(アスファルト「A」と同様なアス
ファルトを用いた)は、「慣用的」アスファルト又は混合重合体変性アスファル
ト(実験番号302)のいずれよりも、クリープモジュラス対時間勾配により測
定して、変形に対し遥かに優れた抵抗性を有する。
〔25°Cでのアスファルト コンクリートのビーム(beam)疲労寿命〕
JL、グツドリッチによる「アスファルト コンクリート混合物の性能に関する
アスファルト及び重合体変性アスファルトの性質J 、Proc、 of th
e As5ociation or^5phalt Paving Techn
ologiests、Vol、58゜ (1988)、 サンテユシ(SanL
ucci)L、E及びシュミット(Sehmidt)R,Jによる「アスファル
ト舗装用混合物の疲労抵抗に対するアスファルト特性の影響J (The E[
ect of^5phaltProperties on the Fatig
ue Re5istance of AsphaltPavinFiMixtu
res)、Proe、 of the As5ociation of^5ph
alt PavingTechnologists、Vol、 38.pp、
65−97(1969)、及びヤオ(Yao)Z、及びモニスミス(Son i
sm i th )CL、による「カーボンブラック補強物とのアスファルト混
合物の挙動」(Behavior of As5ociation Mixtu
res withCarbon Black Re1nforce+menL)
+Proc、 of the As5ocia−tion of Asphal
t Paving Technologists、Vol、 55.pp564
−585 (1986)に記載されているように、四点荷重方式により、ビーム
疲労装置を用いて、制御された応力モードで操作し、曲げ疲労寿命を測定した。
荷重印加工程は、0.05秒の荷重パルスの後に0.55秒の休止期間からなっ
ていた(1分当たり100サイクル)。
曲げ荷重は、予め定められた初期歪みを生ずるように、調節された。報告された
歪みは、予め調整した200回荷重速用期間後に残った歪みである。疲労寿命デ
ーターは、表Vに示されている。曲げ疲労寿命実験で用いたアスファルト、重合
体変性アスファルト、及び重合体結合アスファルトの各々について、20℃、4
0℃、60℃、及び80℃での損失正接(G”/G′)も表Vに示しである。
表Vのデーターは、本発明の重合体結合アスファルトを用いて作られたアスファ
ルト コンクリート、実験番号403及び404は、実験番号400.401、
及び402に比較して、25℃で破損までのサイクル数により測定して、低い初
期歪みでの疲労亀裂に対し優れた抵抗を有することを示している。このことは、
実験番号403及び404の混合物の重合体含有量が低いことを考慮すると、特
に驚くべきことである。
疲労亀裂に対する良好な抵抗性は、表Vのデーターにより、試験温度で低い損失
正接を有する結合剤に関連して示されている。別々の動的結合剤モジュラスG′
(弾性成分)及びG′(粘性成分)の大きさは、疲労寿命に対し、G“/G′比
程里程重要ない、損失正接(G−/G′)は、複素粘度の大きさよりも、疲労寿
命に対し一屡大きな関係を有する。
〔湿潤及び乾燥条件でのアスファルト 骨材接着性〕湿潤条件でのアスファルト
・骨材結合の耐久性と、「引裂き抗張力」法、ASTM D−4867を用いて
測定した。
この方法では、アスファルト、重合体変性、又は重合体結合アスファルト、及び
緻密な種類の鉱物骨剤を用いて製造された円柱状アスファルト コンクリートに
、その試料片が裂けるまで直径方向に荷重をかけた。試料片に加えた最大薄型を
、混合物強度の尺度として記録した。
アスファルト コンクリート円柱の強度は、乾燥試料、及び60℃の水中で真空
飽和後の試料の両方として測定した。アスファルト、重合体変性アスファルト、
又は重合体結合アスファルトから製造したアスファルト コンクリート試料につ
いてのデーターは、各試料片について湿潤処理した後に維持された引裂き抗張力
の%と共に表■に示されている。
本発明の重合体結合アスファルトを用いた実験番号505.506、及び507
の混合物は、水浸漬後に、実験番号500及び501の対照アスファルトの場合
よりも一層良い乾燥強度を維持していることを示している。このことは、変性ア
スファルトの凝集力の水に対する抵抗性が改良されていることを示しているか、
又はポリエポキシ重合体結合アスファルトにより与えられる付加的化学的官能性
/極性が、アスファルト・骨材結合の湿潤強度を改良することも示している。ど
ちらの場合て゛も、データーは、混合物が本発明の重合体結合アスファルトから
の利点な得ていることを示している。
エヤキッド反応−の1合体結合アスファルトに対する影響表■ 重合体結合アス
ファルトに対す6重合tk 7スフTルトIINびエポキシド★盲量の胴響要約
書
熱可塑性重合体結合アスファルト及び熱可塑性重合体結合アスファルトの製造方
法が開示されている。特に、エポキシド含有重合体をアスファルトに結合するた
めの反応方法が開示されている。改良された熱可塑性重合体結合アスファルト生
成物は、道路舗装及び屋根用の用途に特に有用である。
国際調査報告
””””’−’ ”画一 ” PCTAIS90107605m114Mjll
l+jl^帥+□+a+−osweTX”TA+conノ凸フrハ電に1八JS
90107605
Claims (42)
- 1.60℃で50より小さく、80℃で100より小さい損失正接を有する熱可 塑性ポリエポキシ重合体結合アスファルト組成物。
- 2.重合体結合アスファルト組成物の重合体含有量が、組成物の0.05〜20 重量%である請求項1に記載の組成物。
- 3.重合体結合アスファルト組成物が安定な貯蔵粘度を有し、均一である請求項 2に記載の組成物。
- 4.重合体結合アスファルト組成物が、60℃で0.01〜20、80℃で0. 01〜50の損失正接を有し、前記重合体結合アスファルトの重合体含有量が前 記組成物の1〜10重量%である請求項1に記載の組成物。
- 5.重合体結合アスファルト組成物が安定な貯蔵粘度を有し、均一である請求項 4に記載の組成物。
- 6.重合体結合アスファルト組成物が、60℃で0.01〜10、80℃で0. 01〜20の損失正接を有し、前記重合体結合アスファルトの重合体含有量が前 記組成物の1〜5重量%である請求項1に記載の組成物。
- 7.重合体結合アスファルト組成物が安定な貯蔵粘度を有し、均一である請求項 6に記載の組成物。
- 8.重合体結合アスファルト組成物が、60℃で0.01〜5、80℃で0.0 1〜10の損失正接を有し、前記重合体結合アスファルトの重合体含有量が前記 組成物の1〜3重量%である請求項1に記載の組成物。
- 9.重合体結合アスファルト組成物が安定な貯蔵粘度を有し、均一である請求項 8に記載の組成物。
- 10.水と、請求項8に記載の組成物からなる道路舗装用エマルジョン。
- 11.水と、請求項9に記載の組成物からなる道路舗装用エマルジョン。
- 12.鉱物骨材と、請求項8に記載の組成物からなるアスファルト コンクリー ト。
- 13.熱可塑性で均一な貯蔵安定性ポリエポキシ重合体結合アスファルトからな る組成物。
- 14.163℃で10日間の貯蔵中、粘度の増大が25%より小さい請求項13 に記載の組成物。
- 15.アスファルトとエポキシド含有反応物重合体とを熱可塑性ポリエポキシ重 合体結合アスファルトを形成するのに充分な反応条件で混合し、反応させること により製造された熱可塑性ポリエポキシ重合体結合アスファルト反応生成物から なる組成物。
- 16.反応条件が、60℃で100〜20,000ポアズの範囲の粘度を有する アスファルト80〜99.5重量%及び0.1〜2000の範囲のメルト フロ ーインデックスを有するエポキシド含有反応物重合体0.5〜20重量%からな る反応混合物を含み、前記反応物重合体がグリシジル含有反応物共重合体からな り、前記共重合体中のグリシジル部分が前記反応物重合体の全重量に基づき0. 1〜20重量%の範囲にある請求項15に記載の組成物。
- 17.反応物共重合体が、エチレン、アルキルアクリレート、及びグリシジルア クリレートおよびグリシジルメタクリレートからなる群から選択されたグリシジ ルエステルの直接重合から製造された三元重合体である請求項16に記載の組成 物。
- 18.反応物重合体が、エチレン、直鎖ブチルアクリレート、及びグリシジルア クリレートおよびグリシジルメタクリレートからなる群から選択されたグリシジ ルエステルの直接重合から製造された三元重合体である請求項16に記載の組成 物。
- 19.反応物共重合体が、エチレン、酢酸ビニル、及びグリシジルアクリレート およびグリシジルメタクリレートからなる群から選択されたグリシジルエステル の直接重合から製造された三元重合体である請求項16に記載の組成物。
- 20.反応物重合体が、エチレンとグリシジルアクリレート及びグリシジルメタ クリレートからなる群から選択されたグリシジルエステルとの直接重合から製造 された共重合体である請求項16に記載の組成物。
- 21.共重合体中のグリシジル部分が、反応物重合体の全重量に基づき0.2〜 10重量%の範囲にある請求項20に記載の組成物。
- 22.反応条件が100℃より高い反応温度及び1時間より長い反応時間を含む 請求項21に記載の組成物。
- 23.反応条件が125〜250℃の範囲の反応温度及び3〜48時間の範囲の 反応時間を含む請求項22に記載の組成物。
- 24.重合体結合アスファルトが、60℃で0.01〜20、80℃で0.01 〜50の損失正接を有し、前記重合体結合アスファルトの重合体含有量が前記組 成物の1〜10重量%である請求項23に記載の組成物。
- 25.重合体結合アスファルト組成物が、60℃で0.01〜10、80℃で0 .01〜20の損失正接を有し、前記重合体結合アスファルトの重合体含有量が 前記組成物の1〜5重量%である請求項23に記載の組成物。
- 26.重合体結合アスファルト組成物が、60℃で0.01〜5、80℃で0. 01〜10の損失正接を有し、前記重合体結合アスファルトの重合体含有量が前 記組成物の1〜3重量%である請求項23に記載の組成物。
- 27.反応条件が180〜220℃の範囲の反応温度及び4〜24時間の反応時 間を含む請求項26に記載の組成物。
- 28.エポキシド含有反応物重合体及びアスファルトからなる反応混合物を形成 し、前記反応混合物を100℃より高い上昇させた温度へ1時間より長い時間加 熱することからなる熱可塑性ポリエポキシ重合体結合アスファルトを製造する方 法。
- 29.反応混合物が、 (a)60℃で100〜20,000ポアズの範囲の粘度を有するアスファルト 80〜99.5重量%、及び(b)式: E/X/Y/Z 〔式中、Eは共重合体単位: −(CH2−CH2)− であり、エチレン共重合体を20〜99.5重量%含み、Xは共重合体単位: ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R1は水素、メチル、又はエチルであり、R2は1〜10個の炭素原子 を有するカルボアルコキシ、アシロキシ、又はアルコキシである) であり、Xは0〜50重量%のエチレン共重合体を含み、そして Yは、共重合体単位: ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R3は水素又はメチル、R4はカルボグリシドキシ又はグリシドキシで ある) であり、Yは0.5〜15重量%のエチレン共重合体を含み、Zは一酸化炭素、 二酸化硫黄、又はアクリロニトリルから形成された共重合体単位であり、Zは0 〜15重量%のエチレン共重合体を含む〕 のエチレン共重合体0.5〜20重量%、からなる請求項28に記載の方法。
- 30.エチレン共重合体がE/X/Y(式中、Xは0〜40重量%であり、Yは 1〜10重量%であり、残りがEである)である請求項29に記載の方法。
- 31.反応条件が125〜250℃の範囲の反応温度及び3〜48時間の範囲の 反応時間を含む請求項30に記載の方法。
- 32.R1が水素又はメチルであり、R2がカルボアルコキシ又はアシロキシで あり、R3がメチルであり、R4がカルボグリシドキシである請求項31に記載 の方法。
- 33.エチレン共重合体がE/Y(式中、Yは1〜10重量%であり、残りがE である)である請求項31に記載の方法。
- 34.R3がメチルであり、R4がカルボグリシドキシである請求項33に記載 の方法。
- 35.熱可塑性ポリエポキシ重合体結合アスファルトを形成するのに充分な反応 条件下で、 (a)60℃で100〜20,000ポアズの範囲の粘度を有するアスファルト 80〜99.5重量%、及び(b)式: E/X/Y/Z 〔式中、Eは共重合体単位: −(CH2−CH2)− であり、20〜99.5重量%のエチレン共重合体を含み、Xは共重合体単位: ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R1は水素、メチル、又はエチルであり、R2は1〜10個の炭素原子 を有するカルボアルコキシ、アシロキシ、又はアルコキシである) であり、Xは0〜50重量%のエチレン共重合体を含み、そして Yは、共重合体単位: ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R3は水素又はメチルであり、R4はカルボグリシドキシ又はグリシド キシである) であり、Yは0.5〜15重量%のエチレン共重合体を含み、Zは一酸化炭素、 二酸化硫黄、又はアクリロニトリルから形成された共重合体単位であり、Zは0 〜15重量%のエチレン共重合体を含む〕 のエチレン共重合体0.5〜20重量%を混合することにより製造された熱可塑 性ポリエポキシ重合体結合アスファルト反応生成物からなる組成物。
- 36.エチレン共重合体がE/X/Y(式中、Xは0〜40重量%であり、Yは 1〜10重量%であり、残りがEである)である請求項35に記載の組成物。
- 37.反応条件が125〜250℃の範囲の反応温度及び3〜48時間の範囲の 反応時間を含む請求項36に記載の組成物。
- 38.R1が水素又はメチルであり、R2がカルボアルコキシ又はアシロキシで あり、R3がメチルであり、R4がカルボグリシドキシである請求項37に記載 の組成物。
- 39.エチレン共重合体がE/Y(式中、Yは1〜10重量%であり、残りがE である)である請求項37に記載の組成物。
- 40.R3がメチルであり、R4がカルボグリシドキシである請求項39に記載 の組成物。
- 41.(a)35〜80重量%のアスファルト、(b)0.05〜20重量%の エポキシド含有重合体、(c)0.05〜5.0重量%の表面活性剤、及び(d )100%にするための水、 からなるエマルジョン。
- 42.エポキシド含有反応物重合体及びアスファルトからなる反応混合物を形成 し、前記反応混合物を20℃より高い温度で、触媒の存在下で、熱可塑性ポリエ ポキシ重合体結合アスファルトを形成するのに充分な時間反応させることからな る熱可塑性ポリエポキシ重合体結合アスファルトの製造方法。
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