JPH07500141A - アスファルト組成物およびその製造方法 - Google Patents

アスファルト組成物およびその製造方法

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ドゥオン、 コック ディン
ボイスヴェール、 レアル
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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】 アスファルト組成物およびその製造方法失森圀1 本発明は、アスファルト(もしくはビチューメン)組成物およびその製造方法に 関するものである。
免肌葛11 使用済みタイヤの廃棄は世界中で益々困難な問題となっている。この問題の重要 性に関する例として200゜000トン以上の廃棄タイヤおよびチューブが毎年 カナダ国で生じている。米国において、その量は4,000゜000トンに近い 。
たとえばタイヤもしくはチューブのような廃棄ゴム物品をアスファルト(もしく はビチューメン)組成物中に使用する可能性を考えることも極めて魅力的である が、このような使用に関しては顕著な多くの障害が存在する。
廃棄タイヤは種々異なる種類の加硫ゴム、たとえばポリイソプレン、ポリブタジ ェン、スチレン−ブタジェン、ブチル、エチレン−プロピレン−ジエン、並びに 充填剤、可塑剤、界面活性剤などを含有する。しばしば、タイヤは31種までの 異なるエラストマーを含有する。磨砕ゴムもしくは層ゴムは、硫黄による加硫工 程によって生ずる高分子材料の架橋のため容易には崩壊しない。この加硫に際し 形成される化学結合はさらに熱ビチューメンに対するポリマーの完全溶解を不可 能にし、したがって材料の安定性および貯蔵の問題を生ぜしめる。さらに、この 種の混合物は均質でなく異なる密度の2つの相を形成し、これらは互いに部分的 に分散し合う。この系はデカントするとポリマーで構成される低密度を有する上 層をもたらす傾向を有し、高密度を有する下層はビチューメン物質で構成される 。
高温度にて従来のアスファルト組成物(すなわちASTM−D−946−74も しくはASTM−D−3381−83の規格に合致する舗装に使用するためのア スファルトセメント)は流動性かつ粘着性となって凝集体の変形もしくはラッチ ング(rutting )を生ずる一方、低温度においては脆くなりかつ容易に 亀裂を起こす。アスファルト組成物の強靭性および耐久性は、応力の作用下での 変形に対するアスファルトの耐性に正比例する。
DE 3819931号公報はビチューメンをオレフィンと混合してなるポリマ ー改質のビチューメン組成物を開示しており、オレフィンはビチューメンと混合 する前に酸化される。これら組成物は、たとえば舗装のような熱混合アスファル トにおける結合剤になると言われる。一般に有用であるが、これら組成物は極め て高価である。何故なら、未使用オレフィンが使用され、すなわち従来法して使 用されていなかった新規な合成オレフィンを使用するからである。
CA−1,109,191号;CA−1,209,295号;CA−1,137 ,242号;およびCA −1゜137.243号(US4,145,322号 : U S 4゜554.313号、US4,567.222号、 U S 4 ゜242.246号;およびUS4,330,449号に対応)は、加硫された 未使用オレフィンを慣用のビチューメンと混合することからなるアスファルト組 成物の製造方法を開示している。加硫は硫黄または高分子硫黄誘導体を用いて行 なわれる。上記に説明したように、この種の組成物は、未使用オレフィンを使用 するため極めてコスト高である。
US4,992,492号公報は、道路を表面処理するためのビチューメンおよ び再生ゴム粉末の結合剤を開示している。しかしながら、この材料およびその製 造方法は、再生ゴムの粒子寸法により制限される。粒子の寸法が重要であり過ぎ れば、得られる混合物(すなわち結合剤)は極めて不安定かつ非均質となり、貯 蔵することができない。さらに、再生ゴムの粒子が小さくなる程、そのコストは 高くなることも明らかである。
US4,437.896号は、ギルツナイトとトール油と石油ピッチとからなる 合成ビチューメン組成物に関するものである。この場合も、この米国特許の方法 に使用しうる再生ゴム粒子の寸法は850μmを越えることができず、重要な欠 点となる。
US4,609,696号公開は、再生ゴムを含有するアスファルトエマルジョ ンを教示している。この方法に関与する粒子も850μm1好ましくは300μ mの寸法に限定される。
したがって、低温における良好な耐衝撃性と優秀な流動学的および機械的性質と を有するアスファルト組成物を得ることが極めて望ましい。広範囲の温度にわた りこれら性質を改善すれば、舗装における優秀な耐荷重能力が得られると共に地 面の動きまたは他の応力に抵抗する一層良好な能力が得られる。たとえば廃棄タ イヤおよびチューブのような廃棄ゴムが好ましくはこの組成物に使用される。こ の種のアスファルト組成物は融通のきくかつ安価なプロセスによって得られるこ とが好ましい。この種のアスファルト組成物のコストをさらに低減させるには、 できるだけ大きい寸法のゴム粒子を用いて作成する必要がある。
免五立l孟 本発明によれば、加硫剤で架橋した合成もしくは天然ゴムを含む舗装、屋根葺き などに適するアスファルト組成物が提供される。より詳細には本発明は:60〜 99重量%のアスファルト(もしくはビチューメン)と、 アスファルト中に溶解させた1〜40重量%の合成もしくは天然ゴムと、 0.01〜3重量%の加硫剤と からなるアスファルト組成物に関する。
さらに本発明は: (a)アスファルトを高温度で合成もしくは天然ゴムと混合して懸濁状態のゴム 粒子を得; (b)工程(a)の混合物に空気を高圧下で注入し;(C)混合物を分散装置で ホモゲナイズし;(d)加硫剤を混入することにより混合物を安定化させ(f) アスファルト組成物を回収する ことからなる上記アスファルト組成物の製造方法にも関する。
好適具体例において、ゴムは廃棄タイヤもしくはチューブである。
本発明による方法の第2面において、工程(a)の混合物は反応器中に1〜15 時間の範囲にわたり保持され、使用ゴムが廃棄タイヤもしくはチューブであれば 空気を注入する。廃棄タイヤもしくはチューブの長時間の脱硫を必要とすれば好 ましくは第1反応器に隣接して第2反応器をシステム内で一体化することができ る。
11立且1 第1図は本発明の方法を実施するのに適した装置の第1実施例を示し、 第2図は本発明の方法を実施するのに適した装置の第2実施例を示し、 第3図は本発明の方法を実施するのに適した装置の第3実施例を示す。
eの一層な!U 上記したように本発明は、アスファルトをそこに溶解された合成もしくは天然ゴ ムおよび加硫剤と混合したアスファルト組成物を提供する。古タイヤから得られ る廃棄ゴムが、明らかに経済的理由で好適な出発材料である。
環境に対する一般的問題に鑑み、本発明は古タイヤもしくはチューブから生ずる 廃棄ゴムの再生を可能にするので重要な進歩を示す。さらに、得られるアスファ ルト組成物は製造が簡単であると共に、出発材料のコストおよび作業手順が顕著 に削減される。
タイヤおよびチューブの製造に用いるゴムは加硫され、すなわち高分子鎖中に硫 黄結合が導入される結果、処理された材料の物理的性質が向上すると共にその弾 力性も維持されることは一般的知識である。本発明の目的に適するためには、こ の種の廃棄ゴムを加圧下および高温度で注入される空気により処理して脱水素化 により脱硫させる。得られた脱硫ゴムに次いで加硫剤を添加する。適する加硫剤 の例はセレン元素もしくは有機セレン、たとえばアナケミア社により製造販売さ れるAC−8111もしくはUN−2658、或いはフラング・ミネラルス・イ ンコーポレーション社により製造販売される精製セレンガラスガーデ;硫黄元素 もしくは有機硫黄、たとえばUS4,554,313号に記載されたものを包含 する。
さらに、加硫促進剤も本発明の方法に含ませることができる。これら促進剤は有 利には加硫の時間を減少させると共に架橋度を増大させ、しかも最終製品の性質 に影響を与えない。これらは、組成物中に存在するゴムまたは廃棄ゴムの量に対 し0.01〜3重量%の範囲の量で混入することができる。この種の促進剤の例 はチアゾールもしくはチウラム誘導体、たとえば二硫化テトラメチルジウラムま たは酸化亜鉛とステアリン酸との慣用の混合物を包含する。この組成物は2種以 上の促進剤を含有することもできる。促進剤の好適混合物は2:2:1の比にお ける二硫化テトラメチルジウラム二酸化亜鉛ニステアリン酸である。
図面を参照して、第1図は本発明のアスファルト組成物を製造するのに適したシ ステム10と称する第1実施例の図面である。詳細には、ゴム粒子をコンベヤ1 6によりディスペンサ14からミキサ12に搬入する一方、アスファルト(ビチ ューメン)をパイプ18によりタンク15からミキサ12中に搬入する。ミキサ 12における混合物の温度を160〜200℃に維持すると共に、混合物をゴム 粒子が均一に懸濁されるまで攪拌下に保つ。
次いで、得られた配合物をパイプ22を介し交換器20中へ搬送し、ここで温度 をさらに約230℃まで上昇させる。加熱された配合物をアスファルト組成物の 使用目的に応じて反応器24内に約1〜12時間の範囲の時間にわたり保持し、 その間に空気を好ましくは底部から約10〜約50psi(1平方インチ当りの ポンド数)の圧力にて反応器中に注入する。圧力は反応器の高さに応じ、より高 くしうることも注目すべきである。反応器24で生じた気体を好ましくはエアフ ィルタまたは浄化器26により精製した後、大気中に排出する。
次いで配合物をパイプ30を介し分散装置28中に移送して、配合物をホモゲナ イズする。加圧空気をパイプ30における穴を介して注入し、脱水素化反応を完 結させる。分散装置28は3600RPMで回転する1対の歯付円盤で構成され 、これは均質化を可能にすると共に脱水素化反応を加速させる。好ましくは、添 加剤を配合物に添加した後にホモゲナイズする。液体組成物をホモゲナイズして 貯蔵問題を排除することが重要である。次いで上記の加硫剤をホモゲナイズされ た組成物に添加し、次いで静的ミキサ32に通過させた後に回収し、容器34に 貯蔵する。容器34における貯蔵温度は好ましくは約150〜175℃である。
第1図に示したシステム10および対応の工程は舗装、屋根葺き或いはアスファ ルトの他の任意の工業的もしくは家庭用途に適するアスファルト組成物を与える 。しかしながら、アスファルト組成物の使用目的および使用した加硫剤に応じ、 たとえば温度、圧力、反応器内の許容時間などに関し僅かな実験的調整が必要で ある。これら調整は全て当業者に明らかである。
第2図に示したシステム11は第1図に示したものと同様であるが、ただし反応 器24は省略されている。アスファルトをより軟質にする必要があるためこのよ うな組成物では一層短い反応時間が必要となり、このシステムは舗装に使用する アスファルト組成物を製造するのに適している。
第3図に示したシステム17も第1図のシステム10と同様であるが、第2の反 応器36がシステム内に組込まれている。このシステムは、より硬質かつ強靭性 のアスファルトを必要とする屋根葺き製品の作製に好適である。先のシステムよ りも高価であるが、システム17は所定の時間内に充分量のアスファルトを製造 することを可能にする。
本発明による方法の重要な工程は配合物への空気の注入に続く分散装置における 均質化であり、これは特にゴム粒子が上記の廃棄タイヤから得られる場合である 。この特定の状況において空気を注入しなければ、配合物を分散装置28中に移 送した後に均質な組成物を得ることができず、その結果として品質および安定性 が劣る材料となる。
考慮すべき他の重要な点は、廃棄タイヤもしくはチューブのゴム組成がしばしば 製造業者毎に顕著に相違する点である。したがって、廃棄タイヤもしくはチュー ブを含有するアスファルト組成物の処理性および性質を証明すべく多くの試料を 試験した。その結果が示したところでは、任意の種類の使用済みタイヤを本発明 のアスファルト組成物中1三満足しうる結果を以て混入することができる。
本発明の他の重要な面は、使用しうる廃棄ゴムの粒子の寸法である。典型的には 、粒子は厚さ1/2インチまでの寸法とすることができる。この種の粒子は、現 在用いられている粒子よりも約10倍大きい寸法である。
当業者には明かとなるよううに、加硫されてない廃棄ゴムも本発明のアスファル ト組成物の製造に使用することができる。
廃棄ゴム物質を含有するアスファルトの組成は、その使用目的に従う特定要件に 依存する。各成分の範囲は次の通りである: 60〜99重量%、好ましくは80〜95%のアスファルト; 1〜40重量%、好ましくは5〜20重量%のゴム;および 0.01〜3重量%(好適濃度は0.1〜0.3重量%)の加硫剤。
脱硫された廃棄ゴムの代わりに使用しうる合成ゴムの例としてはスチレン−ブタ ジェン−スチレンゴム(SBS)、スチレン−ブタジェンゴム(SBR)、ポリ エチレン、ポリイソプレン、ポリブチレン、ポリクロロプレン(ネオブレン)、 ニトリルゴム(アクリロニトリルブタジェン)、ブチルゴム(イソブチレンとイ ソプレンとのコポリマー)、ポリアクリロニトリルなどを挙げることができる。
廃棄タイヤの価格は特に大きい粒子では比較的安いので、本発明のアスファルト 組成物の製造にががる経費は従来のアスファルト組成物を製造するコストに比べ 極めて減少する。したがって、廃棄タイヤもしくはチューブの使用は本発明の最 も好適な具体例を示すことが明らかとなる。削減コストの他に、本発明はタイヤ 廃棄場所の環境を汚染するような使用済みタイヤおよびチューブの再生を可能に する。
アスファルトの堅牢性は、石油の蒸留から得られる軽質もしくは中質サイクル油 として記載しつるいわゆる石油フラクションで改質することができる。シェル・ オイル社により製造販売されるこの種の製品、たとえばり。
C,O,(ライト・サイクル・オイル)は石油精製に関与する全ての会社から容 易に人手することができ、ゴム粒子と一緒に混合物に混入される。アスファルト 組成物におけるこの石油フラクションの濃度は、所要の機械的性質に応じ最終組 成物の2〜20重量%の範囲で変化する。
好ましくは、脱水素化は約200〜約260℃の温度で行なわれる。この種の脱 水素化工程は当業界で周知され、第1〜3図に示した任意のシステム或いは工業 的脱水素化目的で慣用の他の任意のシステムにて行なうことかできる。加硫剤を 添加した後、混合物を出発物質およびアスファルト組成物に要する性質に応じ3 0分間〜3時間の範囲の時間にわたり160〜180℃の温度で攪拌する。
たとえばスチレン−ブタジェン−スチレン(SBS)、スチレン−ブタジェン− ゴム(SBR)などの高分子添加剤を最終アスファルト組成物に対し0〜5重量 %の濃度で添加することかできる。これら添加剤はアスファルトの伸び特性およ び弾力性を向上させる。この場合も、これら添加剤の濃度はアスファルト組成物 の所望の仕様に依存する。
本発明の方法は現存する従来法よりも効率的かつ特に経済的である。反応の時間 が著しく短縮され、その結果として組成物中に存在する材料の劣化が極めて減少 する。
さらに本発明の方法は液体もしくは固体の廃棄物を生成せず、向上した生産能力 を有する。
後記の実施例に示しかつ第1表および第2表に詳細に示す本発明によるアスファ ルト組成物の流動学的および機械的性質は次の通りである: PVN :針入度および粘度数(CA N CG S B −2)163−M− 90; 針入度は標準法NQ−2300−270またはASTM−D−5により測定され る; 軟化点は環球法ASTM−D−36により測定される粘度はNQ−2300−6 00もしくはA S TM−D−21−70により測定される: 脆性点はZP80−53により測定される;貯蔵安定性はDGA−5−5610 −4により測定される; 弾力性、弾性および延性の試験については、A S T M委員会により決定さ れた現在の標準法の下で行なった。
以下、限定を意味するものでないが実施例により本発明をさらに説明する。実施 例中に示す「屑ゴム」と言う用語は廃棄タイヤもしくはチューブから得られたゴ ムを意味すると了解すべきである。
実JL例」2 8.37kgのアスファルト150/200ペン(pen)と0.80kgの石 油フラクションと0.80kgの屑ゴムとの混合物を250℃にて加熱し、脱水 素化搭にて加圧空気流の下で2時間攪拌した。次いで0.03kgのセレンを添 加し、得られた混合物を分散装置にて2時間にわたりホモゲナイズした。得られ たアスファルト組成物の物理的性質を第1表に示す。
友胤■遣 実施例1の手順にしたがったが、アスファルト150/200ベンの濃度を8. 27kgまで減少させると共に0.15kgのスチレン−ブタジェン−スチレン (SBS)を混入して別のアスファルト組成物を得た。この組成物の物理的性質 も第1表に示す。
第1表 第2表に示した結果は、現存する従来のアスファルト組成物と対比した本発明に よるアスファルト組成物の利点をさらに示す。
第2表 第2表(続き) 実Jflu 40トンの本発明によるアスファルト組成物を次のように作成した:89.9重 量%のアスファルト157ベンと10重量%の屑ゴム(粒子寸法=20メ・ノシ ュ)とからなる混合物を230℃にて0.5時間にわたり配合した。次いで空気 を圧力50psiにて毎分75立方フイート(CFM)で注入し、次いで配合物 を40トン/hrの能力を有する分散装置にて2時間にわたりホモゲナイズした 。次いで0.1%のセレン元素をホモゲナイズ生成物に導入し、さらに2〜3時 間にわたり攪拌した。
回収したアスファルト組成物は、何ら不安定性の問題なしに長時間にわたり貯蔵 することができた。この組成物の試験結果を第3表に示す。
第3表 第3表(続き) 註:TFOTは薄膜オーブン試験 (Thin Film 0ven Te5t )を示す。
及五且1 40トンの本発明によるアスファルト組成物を実施例3に示したと同じ条件下で 作成したが、ただし屑ゴムの粒子寸法を4メツシユ(約1/4インチ)まで増大 させた。この組成物の試験結果を第4表に示す。
第4表 第4表(続き) 註: TFOTは薄膜オーブン試験 (Thin Film 0ven Te5t )を示す。
実111互 アスファルト組成物を実施例1におけると同様に作成したが、ただしセレンの代 りに0,01kgの硫黄元素を使用し、混合物を160℃の温度にて4時間攪拌 した。
実JL阿」〜 アスファルト組成物を実施例5におけると同様ζ;作成したが、ただし元素硫黄 の代りに0.04kgの二硫化テトラメチルチウラムと0.04kgの酸化亜鉛 と0゜02kgのステアリン酸との混合物を用0、組成物を175℃にて4時間 攪拌した。
良五五ユ 加硫剤としてセレン元素を含む他の組成物を作成し、セレンの量を0.015k gとし、さら1こ混合物を185℃にて4時間攪拌した。この組成物は下表51 こ示すように実施例5および6の組成物と性質を比較するため作成した。
第5表 第5表に見られるように、使用した加硫剤は最終製品の性質に対し顕著な影響を 与えなかった。例7の組成物の物理的特性は実施例1の組成物とは若干相違し、 これはセレンを添加した後の攪拌の時間および温度における変化によって説明さ れる。
本発明のアスファルト組成物は、この組成物が均質かつ極めて安定であって安価 な方法により製造される点において使用済みタイヤもしくはチューブを含有する アスファルト組成物の製造に際し重大な欠点を解消する。
以上、本発明を特定実施例につき説明したが、本発明の思想および範囲を逸脱す ることなく本発明の範囲内で多くの改変をなしつることが当業者には了解されよ う。
t 聾 tq p 国際調査報告 。、711.。i/I’ll’111ff□フロントページの続 き (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IE、IT、LU、MC,NL、PT、SE) 、0A(BF、BJ、CF、CG、 CI、 CM、 GA、 GN、 ML、  MR,SN、 TD。
TG)、 AU、 BB、 BG、 BR,CA、 FI、 HU。
J P、 KP、 KR,LK、 MG、 MN、 MW、 No、 NZ、  PL、 PT、 RO,RU、 SD、 UA、 US(72)発明者 ボイス ヴエール、 レアルカナダ国 エイチ2エイチ 1エイチ6ケベツク州 モント リオール アパートメント 8 ギルフォード 2210

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.均質アスファルト組成物を製造するに際し:(a)アスファルトを160〜 200℃の温度にて合成もしくは天然ゴムの粒子と混合してアスファルトにおけ る懸濁物としての粒子を得; (b)温度を約220〜260℃まで上昇させ;(c)空気を高圧下で注入し; (d)混合物をホモゲナイズし; (e)加硫剤を混入すると共に撹拌し;(f)均質アスファルト組成物を回収す ることを特徴とする均質アスファルト組成物の製造方法。 2.ゴム粒子を廃棄タイヤもしくはチューブから得る請求項1に記載の方法。 3.加硫剤をセレン元素、有機セレン、セレン塩、硫黄元素、有機硫黄および硫 黄塩よりなる群から選択する請求項1に記載の方法。 4.工程(b)の後に混合物を少なくとも1つの反応器内で1〜15時間の範囲 の時間にわたり静置させた後、空気を注入する請求項1に記載の方法。 5.空気を反応器の底部から注入する請求項4に記載の方法。 6.混合物を分散装置によりホモゲナイズする請求項1に記載の方法。 7.ゴム粒子を廃棄タイヤもしくはチューブから得ると共に厚さ1/2インチま でとする請求項1に記載の方法。 8.促進剤を加硫剤に混入する請求項1に記載の方法。 9.空気を約10〜50psiの圧力にて注入する請求項1に記載の方法。 10.石油フラクションを工程(a)の混合物に混入する請求項1に記載の方法 。 11.均質アスファルト組成物を製造するに際し:(a)60〜99重量%のア スファルトを廃棄タイヤもしくはチューブから得られた1〜40重量%のゴム粒 子と160〜200℃の温度で混合してアスファルトにおける懸濁物として粒子 を得; (b)混合物を約230〜250℃の温度にて加熱し;(c)空気を高圧下で注 入し; (d)混合物を分散装置でホモゲナイズし;(e)0.01〜3重量%の加硫剤 を混入すると共に約0.5〜5時間にわたり撹拌し; (f)均質アスファルト組成物を回収することを特徴とする均質アスファルト組 成物の製造方法。 12.60〜99重量%のアスファルトと、このアスファルトに溶解された1〜 40重量%の合成もしくは天然ゴムと、 0.01〜3重量%の加硫剤と からなるアスファルト組成物。 13.80〜95重量%のアスファルトと、5〜20重量%の合成もしくは天然 ゴムと、0.1〜0.3重量%のセレン元素から選択される加硫剤と からなる請求項12に記載のアスファルト組成物。 14.ゴムが廃棄タイヤもしくはチューブから得られる請求項12に記載のアス ファルト組成物。 15.2〜20重量%の石油フラクションおよび/または0.01〜3重量%の 促進剤をさらに含む請求項12項に記載のアスファルト組成物。 16.スチレンーブタジエンースチレン(SBS)およびスチレンーブタジエン ーゴム(SBR)よりなる群から選択される1種もしくはそれ以上の添加剤をさ らに含む請求項12に記載のアスファルト組成物。 17.89.9重量%のアスファルトと、10.0重量%の廃棄タイヤもしくは チューブから得られるゴム(このゴムはビチューメンに溶解させる)と、0.1 重量%のセレン元素と からなるアスファルト組成物。
JP5514415A 1992-02-25 1993-02-23 アスファルト組成物およびその製造方法 Pending JPH07500141A (ja)

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