JPWO2018221322A1 - アスファルト改質剤、アスファルト組成物、及び道路舗装用アスファルト混合物 - Google Patents

Abstract

エチレンに由来するモノマー単位及びエポキシ基を有するモノマー単位を含むポリオレフィン系共重合体を含有するアスファルト改質剤が開示される。エポキシ基を有するモノマー単位の含有量が、ポリオレフィン系共重合体の質量を基準として１３質量％以上である。

Description

本発明は、アスファルト改質剤、アスファルト組成物、及び道路舗装用アスファルト混合物に関する。

アスファルトの耐熱性向上及び剥離抑制等を目的として、アスファルトがポリオレフィン系樹脂を含む改質剤で改質されることがある（例えば、特許文献１。）。道路舗装に用いられるアスファルト組成物の場合、アスファルトの剥離を抑制することは、剥離に由来する道路の損傷を低減する上で重要である。また、一般に道路表面は高温（例えば５６℃以上）に達することがあるため、アスファルト組成物が高い耐熱性（高い軟化点）を有することも求められる。

特開２００４−３５８３９号公報

本発明の一側面は、良好な耐熱性を有するとともに、剥離抵抗性、及びタフネスの点で更に改善された特性を示すアスファルト組成物を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、エチレンに由来するモノマー単位及びエポキシ基を有するモノマー単位を含むポリオレフィン系共重合体を含有するアスファルト改質剤に関する。エポキシ基を有するモノマー単位の含有量が、ポリオレフィン系共重合体の質量を基準として１３質量％以上である。本発明はまた、上記ポリオレフィン共重合体のアスファルト組成物を改質するための使用又は応用、及び、上記ポリオレフィン共重合体のアスファルト組成物を製造するための使用又は応用に関する。

上記本発明に係るアスファルト改質剤は、良好な耐熱性を有するとともに、剥離抵抗性、及びタフネスの点で更に改善された特性を示すアスファルト組成物を与えることができる。

ポリオレフィン系共重合体のメルトフローレートが３００ｇ／１０分以下であってもよい。これにより、アスファルト組成物の耐熱性が更に向上する。

上記アスファルト改質剤は、スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体を更に含有していてもよい。上記ポリオレフィン系共重合体とスチレンブタジエンスチレンブロック共重合体との組み合わせによって、耐熱性及び剥離抵抗性の点でより一層優れた特性を示すアスファルト組成物が得られ得る。

本発明の別の一側面は、上記アスファルト改質剤とアスファルトとを含有する原料混合物の溶融混練物である、アスファルト組成物を提供する。このアスファルト組成物は、良好な耐熱性を有するとともに、剥離抵抗性、及びタフネスの点で更に改善された特性を示すことができる。

上記原料混合物におけるポリオレフィン系共重合体の含有量が、上記原料混合物の質量を基準として０．０１〜３質量％であってもよい。このような比較的小さい含有量であっても、改質剤による十分な改質効果を得ることができる。

本発明の更に別の側面は、上記アスファルト組成物と、骨材と、を含有する、道路舗装用アスファルト混合物を提供する。

本発明によれば、良好な耐熱性を有するとともに、剥離抵抗性、及びタフネスの点で更に改善された特性を示すアスファルト組成物及びアスファルト混合物、並びにこれらを得るための改質剤が提供される。

剥離抵抗性試験後のアスファルト被覆サンプルの例を示す写真である。

以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

一実施形態に係るアスファルト組成物は、アスファルトと、エチレンに由来するモノマー単位及びエポキシ基を有するモノマー単位を含むポリオレフィン系共重合体を含有するアスファルト改質剤とを含有する原料混合物の溶融混練物である。

アスファルト組成物、又はこれを形成するための原料混合物に含まれるアスファルトは、特に制限されないが、例えば、舗装用ストレートアスファルト、レークアスファルトなどの天然アスファルト、セミブローンアスファルト、ブローンアスファルトで変性されたストレートアスファルト、タール変性されたストレートアスファルト、又はこれらの組み合わせであることができる。

アスファルト改質剤中のポリオレフィン系共重合体は、エポキシ基を有するモノマー単位を、ポリオレフィン系共重合体の質量を基準として１３質量％以上含む。エポキシ基を有するモノマー単位の含有量が多いことで、アスファルト組成物が十分な剥離抵抗性及びタフネスを有することができる。同様の観点から、エポキシ基を有するモノマー単位の含有量は、１５質量％以上、又は１７質量％以上であってもよい。ポリオレフィン系共重合体中のエポキシ基の量が過度に多いと、アスファルト及び改質剤を含む原料混合物がゲル化し、混練が実施できない、又は困難になる可能性がある。そのため、エポキシ基を有するモノマー単位の含有量は、ポリオレフィン系共重合体の質量を基準として２５質量％以下、又は２０質量％以下であってもよい。

エポキシ基を有するモノマー単位は、例えば、不飽和カルボン酸グリシジルエステルに由来するモノマー単位、又は不飽和基を有するグリシジルエーテルに由来するモノマー単位であってもよい。

不飽和カルボン酸グリシジルエステルは、下記式（１）で表される化合物であってもよい。式（１）中、Ｒ^５は、１以上の置換基を有していてもよい炭素原子数２〜１８のアルケニル基を示す。式（１）で表される化合物としては、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及びイタコン酸グリシジルエステルが挙げられる。

不飽和基を有するグリシジルエーテルは、下記式（２）で表される化合物であってもよい。式（２）中、Ｒ^６は、１以上の置換基を有していてもよい炭素原子数２〜１８のアルケニル基を示し、ＸはＣＨ₂−Ｏ又は酸素原子を示す。式（２）で表される化合物としては、例えば、アリルグリシジルエーテル、２−メチルアリルグリシジルエーテル及びスチレン−ｐ−グリシジルエーテルが挙げられる。

ポリオレフィン系共重合体は、エチレンとエポキシ基を有するモノマーとから構成される２元の共重合体であってもよいし、その他のモノマーを更に含む３元以上の共重合体であってもよい。ただし、エチレン及びエポキシ基を有するモノマー以外のその他のモノマーに由来するモノマー単位の含有量は、ポリオレフィン系共重合体の質量を基準として、通常、３５質量％以下である。ポリオレフィン系共重合体は、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。

ポリオレフィン系共重合体のメルトフローレートが３００ｇ／１０分以下であってもよい。メルトフローレートが３００ｇ／１０分以下であることは、ポリオレフィン系共重合体の分子量がある程度大きいことを意味する。ポリオレフィン系共重合体の分子量が大きいと、アスファルト組成物の耐熱性が更に向上する。同様の観点から、ポリオレフィン系共重合体のメルトフローレートが２００ｇ／１０分以下、１００ｇ／１０分以下、又は５０ｇ／１０分以下であってもよい。溶融混練時にアスファルトと同等な粘度を有することで分散効率を改善するという観点から、ポリオレフィン系共重合体のメルトフローレートは、３ｇ／１０分以上、又は５ｇ／１０分以上であってもよい。ここでのポリオレフィン系共重合体のメルトフローレートは、ＪＩＳ７２１０−１：２０１４に基づき、９０℃、荷重２．１６ｋｇの条件下で、Ａ法（所定の時間で生じた押出物の重量から、１０分間当たりのグラム数単位（ｇ／１０分）として、押出速度を計算する方法）で測定される値である。

アスファルト組成物を形成するための原料混合物におけるポリオレフィン系共重合体の含有量は、原料混合物の質量を基準として０．０１〜３質量％であってもよい。このような比較的小さい含有量であっても、改質剤による十分な改質効果を得ることができる。ポリオレフィン系共重合体の含有量は、耐熱性及びタフネス等の観点から、１．０質量％以上であってもよい。ポリオレフィン系共重合体の含有量は、経済的な観点から、２．５質量％以下、又は２．０質量％以下であってもよい。

一実施形態に係るアスファルト改質剤は、他の樹脂成分、例えばスチレンブタジエンスチレンブロック共重合体（以下「ＳＢＳ共重合体」ということがある。）を更に含有していてもよい。上記ポリオレフィン系共重合体とスチレンブタジエンスチレンブロック共重合体との組み合わせによって、耐熱性及び剥離抵抗性の点でより一層優れた特性を示すアスファルト組成物が得られ得る。ポリオレフィン系共重合体及びＳＢＳ共重合体の組み合わせを改質剤として用いる場合、ポリオレフィン系共重合体及びＳＢＳ共重合体それぞれをアスファルトと混合してもよいし、ポリオレフィン系共重合体及びＳＢＳ共重合体を含有する改質剤を予め準備し、これをアスファルトと混合してもよい。

アスファルト組成物を形成するための原料混合物におけるＳＢＳ共重合体の含有量は、例えば、原料混合物の質量を基準として０．５質量％以上、１．０質量％以上、又は２．０質量％以上であってもよく、１０質量％以下、８質量％以下、又は５質量％以下であってもよい。

一実施形態に係るアスファルト組成物、又はこれを形成するための原料混合物は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、アスファルト及び改質剤以外のその他の成分を必要により更に含有することができる。原料混合物におけるアスファルト及びアスファルト改質剤の合計の含有量は、原料混合物の質量を基準として、通常、９０〜１００質量％、又は９５〜１００質量％である。

アスファルト組成物は、アスファルト及びアスファルト改質剤を含有する原料混合物を溶融混練する工程を含む方法によって得ることができる。溶融混練の温度は、アスファルト及びアスファルト改質剤が溶融する温度であればよいが、例えば１００〜２５０℃、又は１６０〜２００℃である。溶融混練の時間は、例えば１〜６時間である。

一実施形態に係る道路舗装用アスファルト混合物は、上記実施形態に係るアスファルト組成物と、骨材とを含有する。骨材の種類及びその含有量は、道路舗装の分野において一般に採用されている範囲で、適宜調整することができる。具体的には、骨材の含有量は、アスファルト組成物の質量を１００質量部として、例えば１０００〜１００００質量部であってもよい。アスファルト混合物は、フィラー等の他の成分を必要により含有することができる。

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

１．原材料
（１）アスファルト
・ストレートアスファルト（以下「ＳｔＡｓ」ということがある。）：ＳｔＡｓ、ＪＸＴＧエネルギー株式会社製、針入度：６０〜８０°
（２）改質剤
・スチレン系熱可塑性エラストマー（以下「ＳＢＳ共重合体」又は「ＳＢＳ」ということがある。）：Ｔ４３７Ｌ、及びＴ４３２Ｌ（旭化成株式会社製）
・エチレン／グリシジルメタクリレート共重合体（以下「Ｅ／ＧＭＡ共重合体」又は「Ｅ／ＧＭＡ」ということがある。）：ボンドファーストＥ（以下「ＢＦ−Ｅ」ということがある。）、ボンドファースト２０Ｃ（以下「ＢＦ−２０Ｃ」ということがある。）、及びボンドファーストＣＧ５００１（以下「ＣＧ５００１」ということがある。）（住友化学株式会社製）
・試作品Ａ（本試験のために準備した、グリシジルメタクリレートに由来するモノマー単位の含有量が１８質量％、メルトフローレートが３２ｇ／１０分のＥ／ＧＭＡ共重合体）
・試作品Ｂ（本試験のために準備した、グリシジルメタクリレートに由来するモノマー単位の含有量が２０質量％、メルトフローレートが７ｇ／１０分のＥ／ＧＭＡ共重合体）

２．アスファルト組成物の調製
表１に示す組成（質量％）を有する原料混合物から、実施例又は比較例のアスファルト組成物を以下の手順で調製した。まず、ＳｔＡｓを１６０℃のオーブン内に２時間放置した。流動性を持った状態のＳｔＡｓの所定量をアルミ缶内に入れ、室温まで冷却した。続いて、アルミ缶内のアスファルトに、改質剤としてのＳＢＳ共重合体又はＥ／ＧＭＡ共重合体を載せた。

アルミブロック恒温槽（タイテック株式会社製、ドライサーモユニットＤＴＵ−２ＣＮ）を１８０℃に設定した。アルミブロックの温度が設定温度に到達した後、そこにアスファルト及び改質剤が原料混合物として入っているアルミ缶を置き、３０〜４０分の予備加熱によって原料混合物を軟化させた。軟化した原料混合物に、ホモミクサーＭＡＲＫＩＩ２．５型の攪拌部を差し込み、攪拌部の回転数を徐々に上げながら原料混合物を攪拌した。回転数が７０００ｒｐｍに到達してから、回転数を維持しながら攪拌を継続した。加熱時間が予備加熱も含めて４時間となった時点で攪拌部を取り出し、アルミ缶をアルミブロックから取り出した。アルミ缶を１６０℃のオーブン内に３時間静置することで、アルミ缶内に形成されたアスファルト組成物から、気泡を取り除いた。流動性を維持しているアスファルト組成物から、各評価試験用のサンプルを分取した。

３．評価
（１）粘度
ＪＩＳ Ｚ８８０３：２０１１に規定される液体の粘度測定方法に準じた以下の手順で、アスファルト組成物の１７５℃における粘度を測定した。
アスファルト組成物のサンプルを、２７型スピンドルを装着したＢ型粘度計のサンプル収容冶具に入れた。アスファルト組成物を１７５℃に加熱しながら、スピンドルの回転速度５０ｒｐｍの条件で粘度を測定した。

（２）針入度
ＪＩＳ Ｋ２２０７に従った試験によって、各アスファルト組成物の針入度を測定した。針入度が大きいことは、アスファルトが柔らかいことを意味する。

（３）軟化点
ＪＩＳ Ｋ２２０７に従った試験によって、アスファルト組成物の軟化点を測定した。

（４）剥離抵抗性
ＪＰＩ−５Ｓ−２７−８６「アスファルト被膜のはく離性試験方法」に準じた以下の試験によって、アスファルト組成物の剥離抵抗性を評価した。
６号砕石の中から、１３ｍｍ及び１０ｍｍの篩を用いた分級により、粒径１０〜１３ｍｍの骨材を準備した。骨材は、水洗してから、１５０℃に設定した熱風乾燥器中で、一定の重量になるまで乾燥した。乾燥した骨材に、アスファルト組成物の軟化点より８０℃高い温度よりも低い温度に加熱したアスファルト組成物を塗布し、骨材の表面をアスファルト組成物で完全に被覆した。骨材１００ｇに対するアスファルト組成物の比率を５．５±０．２ｇとした。得られたアスファルト被覆サンプルをガラス板上に広げ、８０℃の温水（ｐＨ７付近）、８０℃の酸性の水（ｐＨ５）、又は８０℃の塩基性の水（ｐＨ１０）に１週間浸漬した。浸漬後、アスファルト組成物が剥離していない部分の面積の割合を測定した。図１は、８０℃の温水（ｐＨ７付近）に浸漬後のサンプルの例を示す写真である。比較例のアスファルト被覆サンプル２０では、アスファルト組成物の剥離が多く観察された。これに対して、実施例のアスファルト被覆サンプル１０では、アスファルト組成物の剥離は非常に少なかった。

（５）タフネス
タフネス・テナシティ用の試験治具の試験カップに、アスファルト組成物のサンプルを５０ｇ分取した。サンプルが入った試験カップの位置を、テンションヘッド治具の金属半球の平面部がサンプルの液面と同じ高さになるように調整して、テンションヘッド冶具の金属半球をサンプルに接触させた。その状態で、サンプルを２３℃、湿度５０％の環境下で１晩静置した。その後、引張試験器（株式会社島津製作所製）を用い、５００ｍｍ／分の速度でテンションヘッド冶具を上方に移動させることで、サンプルを伸長方向へ引っ張った。サンプルが変位３０ｃｍまで伸びる間の荷重を測定し、荷重変位線図を得た。得られた荷重変位線図の下側の面積、すなわち荷重×変位の積算値（Ｊ）を、アスファルト組成物のタフネス（把握力）として記録した。

表１は、評価結果を示す。表１には、各共重合体のメルトフローレート（ＭＦＲ）、及びＥ／ＧＭＡ共重合体におけるグリシジルメタクリレートに由来するモノマー単位の含有量（ＧＭＡ率）も示した。改質剤としてＳＢＳ共重合体を用いた比較例２〜４のアスファルト組成物は、剥離抵抗性の点で十分でなかった。グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）に由来するモノマー単位の含有量が１３質量％未満であるＥ／ＧＭＡ共重合体を単独で改質剤として用いた比較例５のアスファルト組成物は、軟化点がやや低く、また、剥離抵抗性及びタフネスも含めて総合的に判断すると、必ずしも十分な特性を示さなかった。ＧＭＡに由来するモノマー単位の含有量が１３質量％未満であるＥ／ＧＭＡ共重合体とＳＢＳ共重合体を併用した比較例６のアスファルト組成物は、低い剥離抵抗性を示した。ＧＭＡに由来するモノマー単位の含有量が１３質量％以上であるＥ／ＧＭＡ共重合体を含む改質剤を用いた実施例のアスファルト組成物は、比較的高い軟化点を示すとともに、剥離抵抗性及びタフネスの点でも優れた特性を示した。更に、Ｅ／ＧＭＡ共重合体のＭＦＲが３００以下である実施例２〜１１のアスファルト組成物は、５６℃以上の高い軟化点を示し、耐熱性の点で特に優れた特性を示した。

１０…実施例のアスファルト被覆サンプル、２０…比較例のアスファルト被覆サンプル。

Claims (6)

1. エチレンに由来するモノマー単位及びエポキシ基を有するモノマー単位を含むポリオレフィン系共重合体を含有し、前記エポキシ基を有するモノマー単位の含有量が、前記ポリオレフィン系共重合体の質量を基準として１３質量％以上である、アスファルト改質剤。
2. 前記ポリオレフィン系共重合体のメルトフローレートが３００ｇ／１０分以下である、請求項１に記載のアスファルト改質剤。
3. スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体を更に含有する、請求項１又は２に記載のアスファルト改質剤。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のアスファルト改質剤とアスファルトとを含有する原料混合物の溶融混練物である、アスファルト組成物。
5. 前記原料混合物における前記ポリオレフィン系共重合体の含有量が、前記原料混合物の質量を基準として０．０１〜３質量％である、請求項４に記載のアスファルト組成物。
6. 請求項４又は５に記載のアスファルト組成物と、骨材と、を含有する、道路舗装用アスファルト混合物。