NL2002442C2

NL2002442C2 - Werkwijze voor het verjongen van een bitumen bevattende samenstelling.

Info

Publication number: NL2002442C2
Application number: NL2002442A
Authority: NL
Inventors: Jeroen Berend Venema; Antonius Caspar Johannes Eijkenboom; Koen Dimitri Weezenbeek; Sebastiaan Joannes Weezenbeek
Original assignee: Weezenbeek Specialties B V Van
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-07-26
Also published as: CN102292395B; BRPI1007561B8; CA2749024C; KR101743628B1; US20120017804A1; WO2010085140A8; DK2389415T3; EP2389415A1; CA2749024A1; KR20110124749A; JP5681117B2; CN102292395A; EP2389415B1; BRPI1007561A2; JP2012515829A; AU2010207062A1; ES2523498T3; BRPI1007561B1; AU2010207062B2; PL2389415T3

Description

P2971SNLOO/RR

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verjongen van een bitumen bevattende samenstelling. |

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het j verjongen van een bitumen bevattende samenstelling.

In de stand van de techniek zijn meerdere werkwijzen bekend voor het verjongen van j bitumen bevattende samenstellingen. Een voorbeeld daarvan is geopenbaard in R. Romera, 5 Project 1992-1993 / ISSN 0361-1981, Transportation Research Board of the National Academies, Spanje, “Rheological Aspects of the rejuvenation of aged bitumen”, 27 juni 2005. Hierin zijn de volgende verjongingstoevoegsels beproefd: aromatische commerciële olie, aromatische motor recycling olie, en Soft 150/200 Pentration Bitumen. Uit het onderzoek bleek dat de beste samenstelling 80% verouderde bitumen in combinatie met 10 20% motorolie bevatte. Er wordt geen cashewnotenolie genoemd.

Ook openbaart WO/2008/084014, t.n.v, Shell Internationale Research Maatschappij BV te Den Haag (NL), een verjongingsmiddel en een werkwijze voor het hergebruiken van asfalt. Hier wordt als verjongingsmiddel een samenstelling gebruikt, omvattende bitumen en palmolie.

15 Voorbeelden van andere bekende verjongingsmiddelen uit de stand van de techniek zijn paraffines en koolzaadolie etc. Deze middelen hebben echter net als palm olie het belangrijke nadeel dat deze het bitumen overmatig zacht maken, waardoor de viscositeit van de bitumenbevattende samenstelling, zoals bijvoorbeeld asfalt, eveneens overmatig laag wordt. Bij bijvoorbeeld asfalt neemt door deze middelen de hechting aan het aggregaat af 20 waardoor de duurzaamheid van het asfalt achteruit gaat. Ook zijn deze middelen slecht mengbaar met het bitumen.

Voorts bestaan er petrochemische harsen die ais verjongingsmiddelen voor bitumenbevattende samenstellingen kunnen worden toegepast, doch deze zijn zeer kostbaar.

25 In de stand van de techniek is het bekend om asfalt en andere bitumen bevattende samenstellingen te hergebruiken. Hiertoe worden de samenstellingen doorgaans gemalen en aan nieuwe te bereiden samenstellingen toegevoegd of worden deze als zodanig onder toevoeging van geschikte toevoegsels hergebruikt. Hierbij dient altijd eveneens nieuw vers bitumen aan de samenstelling te worden toegevoegd om de verwerkbaarheid en kwaliteit 30 (duurzaamheid, levensduur) van de samenstelling te waarborgen. Met andere woorden samenstellingen die uitsluitend bestaan uit hergebruikt bitumen bevattend materiaal met -2- goede eigenschapen voor gebruik in de praktijk zijn tot op heden onmogelijk gebleken. Weliswaar bestaan dergelijke samenstellingen doch worden deze toegepast daar waar de inferieure eigenschappen niet van belang zijn. Zo wordt freesasfalt zonder toevoeging van vers bitumen opnieuw gebruikt voor berm versterkingsranden naast wegen. Een dergelijk 5 materiaal is echter volledig ongeschikt om als nieuw wegdek te worden gebruikt.

De hoeveelheid beschikbaar geschikt bitumen neemt de taatste jaren aanzienlijk af. Een en ander is het gevolg van het feit dat aardolie bij steeds hogere temperaturen wordt gedestilleerd waardoor steeds minder zware fractie overblijft. Voorts worden steeds meer zware fracties opgewerkt om meer bruikbare en dus waardevolle producten te verkrijgen. De 10 hoeveelheid beschikbaar bitumen neemt hierdoor niet alleen af doch de kwaliteit wordt eveneens steeds slechter. Tegenwoordig wordt er daarom zelfs speciaal bitumen uit andere chemische materialen dan aardolie bereid.

Bitumen bevattende samenstellingen zijn zeer gevoelig voor veroudering en dienen daarom na verloop van tijd te worden vervangen omdat de eigenschappen in de tijd 15 verslechteren. Veroudering van bitumenbevattende samenstellingen kan door verschillende mechanismen worden veroorzaakt, waaronder oxidatie, verdamping van stoffen, UV-aantasting, exudatie en oriëntatie. Bij dit proces worden deels mattenen omgezet in asfaltenen, waardoor het materiaal brosser wordt. Door veroudering nemen voor de verwerking en toepassing geschikte eigenschappen in kwaliteit af. De samenstellingen 20 worden veelal harder, brosser, minder flexibel, en in de tijd steeds minder herbruikbaar.

Bitumen wordt voor het grootste gedeelte gebruikt in asfalt voor de wegenbouw. Door slijtage en weersinvloeden veroudert asfalt relatief snel en doorgaans dient asfalt binnen tien jaar te worden vernieuwd. Hiertoe wordt het asfalt van het wegdek verwijderd en door frezen verkleind. Dit freesproduct wordt bij nieuwe asfaltbereiding in een geringe hoeveelheid 25 hergebruikt. Werkelijk hergebruik van dergelijk freesasfalt met behoud van goede asfalteigenschappen is tegenwoordig alleen mogelijk met zeer hoge kosten door bijvoorbeeld het toevoegen van speciale chemische stoffen of vers bitumen.

Er bestaat in de stand van de techniek derhalve een vraag naar een werkwijze voor het verjongen van bitumen, zodat oude bitumen bevattende samenstellingen kunnen worden 30 hergebruikt. Tot op heden is dat niet of slechts op zeer kostbare wijze mogelijk gebleken.

De onderhavige uitvinding beoogt in genoemde vraag te voldoen en verschaft daartoe een werkwijze voor het verjongen van een bitumen bevattende samenstelling, welke werkwijze het aan de bitumen bevattende samenstelling toevoegen van een destillatieresidu van cashewnotenschillenhars (CNSL) omvat, waarbij het destillatieresidu is verkregen door 35 destillatie van cashewnotenschillenhars tot een temperatuur tussen 250 en 350 *0, bij voorkeur tot een temperatuur tussen 300 en 340 SC, en met de meeste voorkeur tot een temperatuur tussen 310 en 320 °C.

-3- ί

Verrassenderwijs is gebleken dat door het toevoegen van een betrekkelijk geringe hoeveelheid van dit specifieke destillatieresidu van CNSL het bitumen in de samenstelling zodanig wordt verjongd dat de eigenschappen ervan worden verbeterd en het bitumen opnieuw geschikt wordt gemaakt voor de gangbare toepassingen ervan. In sommige 5 gevallen is het verjongde bitumen voor wat betreft bepaalde eigenschappen zelfs superieur aan vers bereid bitumen.

Het toe te voegen destillatieresidu van CNSL is niet irriterend zodat dit geschikt zonder nadelige gevolgen voor de verwerker kan worden verwerkt. Dit is in het bijzonder van voordeel in bijvoorbeeld de wegenbouw waarbij asfalt bij verhoogde temperatuur wordt 10 gelegd. Voorts is CNSL een natuurproduct, hetgeen zeer grote milieutechnische voordelen heeft.

CNSL is een hars die wordt gewonnen uit de schillen van cashewnoten en is in grote hoeveelheden beschikbaar. Deze hars bestaat nagenoeg volledig uit fenolische verbindingen met een keteniengte van in hoofdzaak 15 C-atomen met variërende 15 onverzadigingsgraden, meta-gesubstitueerd in de fenolring.

Het destillatieresidu van CNSL toegepast volgens de uitvinding bestaat grotendeels uit een mengsel van polymerisatieproducten van 3-pentadecenylfenol en 3-pentadecadienylresorcinol, in de vorm van een aikylfenolhars die vloeibaar is bij kamertemperatuur, De ketenlengte is ongeveer 13-16 koolstofatomen, 20 Met het verjongen van bitumen wordt bedoeld dat de eigenschappen van gebruikt bitumen worden verbeterd zodat het bitumen opnieuw eigenschappen verkrijgt die beter zijn dan die van het gebruikte bitumen, met voordeel vergelijkbaar zijn met die van vers bitumen, en in het bijzonder beter zijn dan die van vers bitumen.

Het destillatieresidu heeft voordeligerwijs een viscositeit die ligt tussen 1.000 en 25 30.000 mPa.s'1, bij voorkeur tussen 1.000 en 10.000 mPa.s'1, met meer voorkeur tussen 1.000 en 2.500 mPa.s'1, en is de viscositeit met de meeste voorkeur in hoofdzaak 1.500 mPa.s'1. Een destillatieresidu met een dergelijke viscositeit is in het bijzonder geschikt voor het verjongen van bitumen.

Bij een bijzondere uitvoering van de uitvinding heeft het destillatieresidu een 30 gemiddelde verzadigingsfactor van 1 tot 5, en bij voorkeur 1,2 tot 1,3.

Met voordeel is de bitumen bevattende samenstelling gekozen uit: bitumen, asfalt, dakbedekking, isolatiemateriaal, oeverbekledingsmateriaal en anti-drum platen.

Al deze bitumenbevattende samenstellingen kunnen door toevoeging van het specifieke destillatieresidu van CNSL volgens de uitvinding zodanig worden verjongd dat 35 deze geschikt worden voor hergebruik zonder toevoeging van vers bitumen, hoewel deze toevoeging vanzelfsprekend niet wordt uitgesloten.

-4-

Om de eigenschappen van de verjongde bitumen bevattende samenstelling nog verder te verbeteren kan de bitumen bevattende samenstelling voorts worden aangevuld met een of meer van de volgende materialen: al dan niet plantaardige hars, al dan niet plantaardige olie, paraffines, polymeren zoals EVA, SBS, APP, PE metallocenen en 5 synthetische wassen

De uitvinding verschaft voorts een bitumen bevattende samenstelling die Is verjongd door toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding.

Bij voorkeur is de verjongde bitumen bevattende samenstelling gekozen uit: asfalt, isolatiemateriaal, dakbedekking, oeverbekledingsmateriaal, anti-drum platen 10 In het navolgende zal de uitvinding nader worden toegeticht aan de hand van een aantal voorbeeld werkwijzen voor het verjongen van bitumenbevattende samenstellingen.

Voorbeeld 1 :

Werkwijze voor het verjongen van bitumenbevattende gerecyclede dakshingles.

15 De gebruikte dakshingles waren dakbanen die gedurende ongeveer 20 jaar op verschillende plaatsen in Nederland op daken hadden gelegen. De herkomst van de dakbitumen was variërend aangezien het hier naast renovatie-afval ook sloopafval betrof. Deze verouderde bitumen dakbedekking bestond uit 50 gew.% bitumen met atadisch polypropyleen (APP) (polymeergemodificeerde bitumen) en voor het overige uit vulstoffen en 20 splitmateriaal. Deze shingles werden mechanisch verkleind.

Vervolgens werd van de shingles een mengselreeks gemaakt onder toevoeging van verschillende hoeveelheden CNSL destillatieresidu dat was verkregen door cashewnotenschillenhars te destilleren tot een temperatuur van 315 °C, (zie Tabel 1). Van deze reeks werden monsters onderworpen aan een versnelde veroudering bij 80 °C 25 gedurende een week en bij 70 °C gedurende 12 weken. Beide verouderingen werden uitgevoerd volgens de standaard kunstmatige verouderingsmethode zoals beschreven in NEN-EN 495-5 en tevens in NEN-EN 1296 -5- I' *" .....~J ........ ............... -- ι

ΙΛ CJiDOr^ 22 o Q o I

ij g o 3 vrv £ £ 2 & j > φ s [ > 1

S

Q) Tj cl I

p g ¥ g

i fe "Ο π E ! Ο I tnsf ιλ ° ° Ά Ο O

! g q 3 " TVT 3 £ ? Ϊ S

S fc S \ ! <u v "2 c I I a ! - ? ψ * l| ill !i> to \

\ > I

OJ I

|i φ "Ξ c I

1 1 I I = 11 III

> fcj “ > T“ 1 _ tu Ι i Φ tu Ή c i

,£1 ·π S ,, £ I

« ” J S 3 1/1 ΓΛ^Τ So m O 5 ! |— 5 O Q -3 1 Oin T- ni 00 ! 5 is 5 !

! > j I

tu I 1 I

tu ~P c I I

o gj v Φ I (5 ·° » E Ο υ-,ΓΊ nt o Si ο O ° i

13 g q 3 j " " Si S 8 » I

-- qj ffl I

> I

III! ° ΐ ϊ V II III

> < a CT" hn M — © Ö £ ·= ë - CO ^ -£ -C — J& -g .y J| QJ Ü 1 Jï dj > e — L. i1 > 0 ^ CJ O ^ 11 +J>0 i c s 2 ^ £ £ Έ 2 °

! "in « S

i to = It £1 != ] C — ; *-> f_ i C- -, 'S y ic. -2 a .. 6- ! < 1 I ? cr % I ? = ? : I I V ΐ

li ^ S _ n ^ c K

!j S § z O' g ^ z 3 3 ;j aj 3 U H ^ ^ yi <y i ^ 3 M S 2 B ai -g

! £- ^ — ë -g w S

I <u <S oo a. $ ? i 5 ^ Φ C 4Ü -Ji g I r o £ ^ tu o j <u > £ -* ° T3 j "a £ ϊ > ΰ ; £ £ ω ι- m O ro JS {

; _j Z

-6-

Uit deze proeven bleek dat het verouderingsproces met de CNSL in verhouding trager verliep dan met shingle gebaseerd op nieuw bitumen (productie 2008).

Na deze proevenreeks werden van de monsters met 10% tot en met de 25% CNSL toevoeging proefvakken op een dak in Heerhugowaard (NL) aangebracht. Tijdens de 5 verwerking vertoonden de shingles met 10% en 15% CNSL toevoeging aan de hergebruikte verouderde dakbitumen minder goede verwerkingseigenschappen. De shingles waren bij een buitentemperatuur van 12 °C te stug bij verwerking. De shingles met een toevoeging van 20% vertoonden de beste verwerkingseigenschappen. Deze samenstelling lijkt het meest op die van een shingle gebaseerd op nieuw bitumen (productie 2008).

10

Voorbeeld 2:

Werkwijze voor het verjongen van een bitumenbevattende gerecyclede freesasfaltsamenstelling 15

Voor de asfaltproeven werden Theologie proeven uitgevoerd door de viscositeit bij verschillende temperaturen te meten van mengsels van verouderde wegenbouwbitumen en verouderde dakbitumen onder bijmengen van verschillende percentages CNSL residu, dat was verkregen door cashewnoienschillenhars te destilleren tot een temperatuur van 315 °C. 20 Zie Tabel 2 voor de resultaten.

Tabel 2

Verouderde Verouderde CNSL

v Viscositeit Viscositeit Viscositeit Viscositeit Viscositeit Viscositeit | Dak Wegenbouw Residu

5 bij too °C bij 120 °C bij 140 °C bij 160 °C bij 180¾ bij 200 "C

z Bitumen Bitumen EMC

1 20 75 5 40.000 7.000 1.450 650 250 100 1 40 50 10 49.000 7.800 1.850 750 350 105 3 60 25 15 57.000 8.700 2.900 85a 450 110 4 80 o 20 74.000 11.000 5.300 1.100 675 380 5 100 o o vast vast vast 8.000 6.300 4.850 70/100 - 4.800 1.000 600 300 100 80

Bij de rheologieproeven werden het dakbitumen en de CNSL in een vaste verhouding 25 gebruikt. De verhouding was 4 delen dakbitumen : 1 deel CNSL residu (op gewichtsbasis).

De oorsprong van het dakbitumen was gelijk aan de hierboven beschreven proeven. De verouderde wegenbouw bitumen was afkomstig van het frezen van verschillende asfaltwegen. Dit freesasfalt werd in een verwarmingstrommel verwarmd en gemengd met het -7- dakgranulaat. Het dakgranulaat werd eerst voorgemengd met het CNSL residu en vervolgens koud in de asfaltmenger toegevoegd aan de voorverwarmde mineralen en het freesasfalt. Dit geheel werd homogeen gemengd en werd aanvullend beproefd, zoals weergegeven in Tabel 3.

5

Tabel 3 IKSfusfinvusisitn: " ïïmwmkww:: .....:::::- - | en frees Dakgranulaat Dakgranulaat en frees en frees

Samenstelling % % % 11/16 2.1,81 21,81 21,81 8/11 9,54 7,05 9,54

Zand 12,76 8,57 12,76

Vulstof (kalk) 3,01 3,01

Freesmateriaa! DAB 49,9° 49,9° 49,9°

Dakgranulaat 12,11

Dakganulaat bitumen 2,42

Bitumen 40/60 3,01 CNSL Residue 0,59 0,59

Totaal 100,0 100,0 100,0

Serie 1 Serie 2 Serie3

Marshall Stabiliteit 7370 8320 7710

Marshall Quotient 1391 1631 1402

Marshall Vloei 5,3 5,1 5,5

Van mengsel 2 werd op een bedrijventerrein in Breda, in juni 2008, een proefvak 10 asfalt aangebracht met een breedte van 3 m en een lengte van 25 m. De verwerking werd op gangbare wijze uitgevoerd met een standaard asfalt spreidmachine en het asfalt werd op gangbare wijze met een stalen wals verdicht. De verwerking van dit asfalt mengsel was identiek aan een normale DAB 0/16. Ook de eigenschappen van het asfalt vielen binnen de productie parameters voor DAB 0/16 (zie bovenstaande tabel).

15 Verklaring van de grondstoffen:

-8- I

i

Dakgranulaat: dit was een mengsel van verschillende bitumineuze dakbedekkingen afkomstig van sloopwerkzaamheden en van dakdekkerbedrijven bij het vervangen van oude bitumineuze daken. Dit sloopafval werd gemalen en gehomogeniseerd. Het bestond in hoofdzaak uit bitumen dat APP gemodificeerd was met mineralen en glasvezel versterking.

5 Bij het vermalen verkreeg men een granulaat dat in grootte kon variëren van 0,5 mm tot 15 mm.

Freesasfalt: dit was asfaltgranaat verkregen door het affrezen van een verouderde of beschadigde asfaltweg. Het frezen geschiedde selectief zodat men de verschillende kwaliteiten gescheiden hield in bv. DAB, STAB, ZOAB e.d. Na het frezen werd het granulaat 10 door middel van zeven op grootte geclassificeerd.

CNSL residu: dit was een restproduct van de ruwe Cashew Notenschiilen Hars destillatie die plaats vond tot 315 °C

Alle hoofdcomponenten van het DAB 0/16 waren producten die van reststromen afkomstig waren en door het mengen in de beschreven verhoudingen ontstond een 15 asfaltsamenstelling die overeenkwam met asfalt gebaseerd op nieuwe grondstoffen.

Claims

1. Werkwijze voor het verjongen van een bitumen bevattende samenstelling, welke werkwijze het aan de bitumen bevattende samenstelling toevoegen van een destiliatieresidu van cashewnotenschillenhars (CNSL) omvat, waarbij het destiliatieresidu is verkregen door destillatie van cashewnotenschillenhars tot een temperatuur tussen 250 en 350 °C. 5

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het destiliatieresidu een viscositeit heeft die ligt tussen 1.000 en 30,000 mPa.s'1, bij voorkeur tussen 1.000 en 10.000 mPa.s'1, met meer voorkeur tussen 1.000 en 2.500 mPa.s'1, en met de meeste voorkeur in hoofdzaak 1.500 mPa.s'1. 10

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het destiliatieresidu een gemiddelde verzadigingsfactor van 1 tot 5, en bij voorkeur 1,2 tot 1,3 heeft.

4. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, 15 dat de bitumen bevattende samenstelling is gekozen uit: bitumen, asfalt, dakbedekking, isolatiemateriaal, oeverbekledingsmateriaa! en anti-drum platen.

5. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bitumen bevattende samenstelling voorts wordt aangevuld met een of meer van de 20 volgende materialen: al dan niet plantaardige hars, ai dan niet plantaardige olie, paraffines, polymere3n, zoals EVA, SBS, APP, PE, metallocenen en synthetische wassen.

6. Bitumen bevattende samenstelling die is verjongd door toepassing van een werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies. 25

7. Bitumen bevattende samenstelling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de verjongde bitumen bevattende samenstelling is gekozen uit: asfalt, isolatiemateriaal, dakbedekking, oeverbekSedingsmateriaal en anti-drum platen.