NO178701B - Veibeleggsammensetning og fremstilling av en bitumen/- polybutadien-blanding for denne - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en veibeléggsammensetning og fremstilling av en biturnen/polylmtadien-blanding for denne.

Det er kjent å fremstille blandinger inneholdene en hoved-andel av bitumen og en mindre mengde polymer. Forskjellige polymerer har blitt foreslått for dette formål, inkludert homopolymerer og kopolymerer av butadien. Polybutadien kan polymeriseres slik at butadienmolekylene hovedsakelig forbinder seg med hverandre hode-til-hale til oppnåelse av polymerer inneholdene høye andeler av cis- eller trans-isomerer (høytrans-polybutadien og høycis-polybutadien). Polybutadien kan også polymeriseres til oppnåelse av en polymer med en høy andel av vinylgrupper som er pendante fra hovedpolymerkjeden (høyvinyl-polybutadien). Høycis- og høytrans-polymerer er mer utbredt tilgjengelige enn høyvinyl-polymerer.

Generelt er det ønskelig å tverrbinde polymeren i bitumen/ polymer-blandingen for å oppnå forbedrede fysikalske egenskaper. Dette tverrbindingstrinnet utføres ved blanding av bitumen med polymer som ikke har blitt tverrbundet og med et tverrbindingsmiddel slik som en svovelforbindelse eller et peroksyd. Bruken av peroksyd- og svoveltverrbindingsmidler anses nå som uønsket av miljømessige grunner.

Det er et behov for tilveiebringelse av bitumenbaserte veibeleggsammensetninger som har gode fysikalse egenskaper, men som ikke benytter uønskede tilsatte svovel- eller peroksydherdemidler.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en veibeléggsammensetning på basis av en biturnen/polybutadien-blanding, og denne sammensetningen er kjennetegnet ved at den innbefatter en blanding av

a) bitumen med følgende egenskaper, nemlig

en penetrasjon i området 15-450 mm/10,

et mykningspunkt i området 30-80'C, og

en penetrasjonsindeks fra - 2 til +2, og

b) et høyvinyl-polybutadien med et innhold av 1,2-polybutadien på minst 10 vekt-#, og som ikke inneholder mer enn 50

vekt-# enheter avledet fra en komonomer, idet mengden av polymer er i området 0,5-20 vekt-# av den totale blanding, hvor blandingen er vesentlig fri for tilsatte svovel-eller peroksyd-tverrbindingsmidler, og har en elastisk gjenvinning på over 50 %.

Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en bitumen/polybutadien-blanding for veibelegg, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved

a) smelting av bitumen som har følgende egenskaper:

en penetrasjon i området 15-450 mm/10,

et mykningspunkt i området 30-80°C, og

en penetrasjonsindeks fra -2 til +2,

b) tilsetning til den smeltede bitumen av et høyvinyl-polybutadien med et innhold av 1,2-polybutadien på minst

10 vekt-#, hvilket polybutadien ikke inneholder mer enn 50

vekt-# enheter avledet fra en komonomer, i en mengde i området 0,5-20 $ basert på vekten av blandingen for oppnåelse av en blanding som er vesentlig fri for tilsatt

svovel- og peroksydherdemiddel,

c) utsettelse av blandingen av bitumen og polymer for tilstrekkelig omrøring ved en temperatur i området 160-1800C for å dispergere polymeren i blandingen, d) herding av polymeren ved hjelp av omrøring av den smeltede blanding i nærvær av luft ved en temperatur på over 190°C

i en tid som er tilstrekkelig til å gi en elastisk gjenvinning på over 50 K>.

Den i foreliggende sammenheng angitte penetrasjon er bestemt ifølge BS 4691, mykningspunktet er bestemt ifølge BS 4692 og den elastiske gjennvinning (duktilitet) er bestemt ifølge en modifikasjon av ASTMS D113, som angitt mer detaljert i det nedenstående.

Foretrukne bitumener for bruk i oppfinnelsen er de som har en penetrasjon i området 35-300. mm/10, og et mykningspunkt i området 30-65°C.

Polybutadienet som anvendes i foreliggende oppfinnelse er et høyvinyl-polybutadien og med dette menes, slik det fremgår i det ovenstående, en polymer med et innhold av 1,2-polybutadien på minst 10 vekt-#, og mer foretrukket minst 50 vekt-#. 1,2-polybutadieninnholdet kan bestemmes ved C<1>^ NMR.

Flytende polybutadiener vil ha lavere molekylvekter og det vil derfor være nødvendig å benytte større mengder og/eller høyere grader av tverrbinding. Polybutadienet er derfor fortrinnsvis et fast polybutadien ved omgivelsestemperatur (20°C). Det har fortrinnsvis en vektmolekylvekt på minst 100.000. Den eneste øvre grensen på molekylvekten er at den ikke bør være så høy at polymerens evne til å dispergere i polymeren blir uheldig påvirket.

Polymeren og bitumenmaterialet blandes sammen ved tilsetning av polymeren, fortrinnsvis oppdelt i relativt små stykker, til smeltet bitumen. Temperaturen til bitumenmaterialet er tilstrekkelig til å oppløse eller dispergere polymeren, men ikke så høy at den fremkaller tverrbinding av polymeren hvilket ville forstyrre blandingen av polymeren med nevnte bitumen, eller herding av bitumenmateriale ved reaksjon med luft, hvilket ville endre egenskapene til bitumenmaterialet. Eksempler på egnede temperaturer er de i området 160-180°C. Blandingen utføres fortrinnsvis ved bruk av en høyskjær-blander i tider i området 1-4 timer.

Luftherdetrinnet kan utføres ved oppvarming av blandingen av bitumen og polymer i en åpen beholder. Blandingen underkastes fortrinnsvis forsiktig mekanisk omrøring for å hindre "skinning". Alternativt kan luft blåses gjennom bitumen/ polymer-blandingen ved regulert hastighet.

Den benyttede temperatur er høyere enn den som anvendes for blandetrinnet. Temperaturen ex fortrinnsvis over 200°C, for eksempel 205°C, men temperaturer som er tilstrekkelig høye til å forårsake herding eller dekomponering av bitumenmateriale må unngås. Det er således foretrukket å unngå temperaturer over 220° .

Varigheten av luftherdetrinnet vil avhenge av den temperatur og den grad av herding som er ønsket, men kan for eksempel være i området 0,75-2 timer.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningene hvor: Figur 1 er et planriss av en form for fremstilling av en testprøve og

Figur 2 er et sideriss av formen,

og under henvisning til følgende forsøk hvor sammenlignings-forsøk, som ikke er ifølge oppfinnelsen, er identifisert med bokstaver og eksemplene ifølge oppfinnelsen er identifisert med tall.

EKSEMPEL 1

En blanding av polybutadien og bitumen inneholdene 1,5 vekt-# polymer basert på vekten av polymer og bitumen ble tilberedt som følger.

Nevnte bitumen var et bitumenmateriale med en penetrasjon på 85 som bestemt ved UK standardtest i IP 4 9 eller BS 4691.

Polybutadienet var et høyvinyl-polybutadien med en vektmidlere molekylvekt på ca 200.000 og inneholdene ca 70 vekt-# 1,2-polybutadien, kommersielt tilgjenngelig under varebetegnelsen "Intolene 80". Bitumen (85 Pen) ble forvarmet til ca 160°C i en ovn. En kjent vekt av bitumen ble overført til et begerglass. Begerglasset ble plassert på en varm plate og temperaturen holdt ved 160-170°C ved å varierer energitil-førselen. En høyskjærblander (Silverson-blander) ble senket ned 1 bitumenmaterialet og dette materialet ble omrørt ved høy hastighet. Tilstrekkelig polymer til å gi 1,5 vekt-# polymer i den totale blanding ble oppdelt i små stykker som var ca 3 mm terninger. Terningene ble tilsatt til det omrørte bitumenmaterialet over en periode på 15 minutter.

Viskositeten til bitumenmaterialet øket etterhvert som polymeren ble dispergert deri og temperaturstigningen som ville ha resultert fra forøket energiinntak på grunn av omrøringsanordingen ble utbalansert ved en reduksjon i varmeinntak fra den varme platen.

Etter ca 2 timers omrøring hadde all polymeren dispergert i bitumenmaterialet som vist ved fraværet av klumper av polymer som festet seg til omrøringsanordningen og begerglassets vegger.

Etter at blandingen hadde blitt fremstilt så ble den oppvarmet til ca 205° C i 1 time i en åpen beholder med forsiktig omrøring med en mekanisk omrøringsanordning for å hindre "skinning".

Blandingen fikk avkjøles og dens egenskaper ble deretter testet.

Penetrasjonen ved 25°C ble bestemt ifølge B 4691, mykningspunktet ble bestemt ifølge BS 4692. Duktilitetsgjennvinningen (elastisk gjennvinning) ved 25" C ble bestemt ifølge en tilpasning av ASTMS D113.

Et testprøvestykke ble fremstilt fra sammensetningen i formen vist på figurene 1 og 2 som ved anbringelse på en underlags-plate avgrenset et hulrom med halvkuleformede ender og et smalt liv. Under henvisning til bokstavene som er vist på tegningene så er A avstanden mellom sentrene for to hull, som er beregnet for å passe over plugger på underlagsplatent

(ikke vist) og er i området 11,5-113, 5 mm. Den totale lengden på hulrommet og såle.des til det støpte teststykket (eller briketten) er 74,5-75,5 mm. Dimensjonen C, som representerer forskjellen mellom posisjonen dersom klemmer benyttes i testen er 29,7-30,3 mm. Skulderen D har en lengde på 6,8-7,2 mm. Radiusen E til de halvkuleformede delene er 15,75-16,25 mm, og bredden ved minimum tverrsnitt (F) er 9,1-10,1 mm. Bredden på gapet til klemmen (G) er 19,8-20,2 mm. Avstanden mellom radiusenes (H) sentere er 42,9-43,1 mm. Diameteren til hullene for mottak av plugger (I) er 9,9-10,1 mm, og tykkelsen (J) er 9,9-10 mm.

Når området for verdier er gitt så representerer disse akseptable toleranser for fremstilling av formen.

En prøve av den smeltede bitumen/polymer-blanding ble helt i en form som definert ovenfor og fikk avkjøles til romtempera-tur i 30-40 minutter. Den ble deretter plassert i et vannbad ved 25"C. Overskudd bitumen ble skåret av fra formen slik at den ble plan og full. Prøven ble satt tilbake i vannbadet i ytterligere 85-95 minutter. Formen ble deretter fjernet fra underlagsplaten og sideveggene fjernet for å frigjøre bitumen/polymer-prøven (briketten), som umiddelbart ble testet. De halvkuleformede endestykkene ble festet til bakkene på et duktilometer og ble trukket fra hverandre på jevn måte i en hastighet på 5 cm/minutt i 20 cm. Brikettens sentrum ble deretter umiddelbart gitt et kutt og trådretrak-sjonen ble målt etter 1 time. Den elastiske gjennvinning %

(duktilitetsgjennvinning) ble angitt som:

Resultatene er angitt i nedenstående tabell.

SAMMENLIGNIGSTEST A

Det ble utført et forsøk som i eksempel 1, men med følgende forskjell. Polybutadienet var ikke et høyvinyl-polybutadien, men inneholdt 90 vekt-# 1,4-polybutadien med et vektforhold av cis- til trans-strukturer på ca 1:1. Den hadde en vektmidlere molekylvekt på ca 200.000 og var kommersielt tilgjengelig under varebetegnelsen "Intene 50".

Blandingen ble testet som i eksempel 1 og resultatene er angitt i nedenstående tabell.

SAMMENLIGNINGSTEST B

Det ble utført et forsøk som i eksempel 1, men med følgende forskjell. Polybutadienet var ikke et høyvinyl-polybutadien, men inneholdt 98 vekt-# cis-1,4-polybutadien. Den hadde en molekylvekt på ca 200.000 og var kommersielt tilgjengelig under varebetegnelsen "Europrene neo cis". Denne polymeren krevde en 4 timers blandetid.

Blandingen ble testet som i eksempel 1 og resultatene er vist i tabellen.

EKSEMPEL 2

En blanding av bitumen og polybutadien ble tilberedt som i eksempel 1 med unntagelse av at det benyttede bitumen var en bitumen som skrev seg fra Australia under betegnelsen Kwinana 170 og hadde en penetrasjon på 70 mm/10 som bestemt ifølge BS 4691, og et mykningspunkt på 46,0 som bestemt ifølge BS 1462. Den ble klassifisert som et klasse 170 bitumen som indikert ved dens viskositet.

Resultatene er vist i nedenstående tabell.

SAMMENLIGNINGSTEST C

Det ble utført et forsøk som 1 eksempel 2, men med følgende forskjeller. Polybutadienet var det som benyttet i sammenligningstest A ("Intene 50"). Etter at polymeren hadde blitt innblandet i bitumenmaterialet etter ca 4 timers høyskjær-omrøring så ble et peroksydherdemiddel (dicumyl peroksyd) inkorporert i blandingen for oppnåelse av 16,7 vekt-# herdemiddel basert på vekten av polymeren.

Etter at blandingen hadde blitt tilberedt så ble den oppvarmet til ca 180 °C i 1 time i en åpen beholder med forsiktig mekanisk omrøring for å herde den. Testresultatene er angitt i nedenstående tabell.

SAMMENLIGNINGSTEST D

Det ble utført et forsøk som i test C med unntagelse for at et annet herdemiddel ble benyttet. I stedet for peroksyd ble elementært svovel tilsatt under fremstillingen av blandingen i en mengde som ga 16,7 vekt-# svovel basert på vekten av polymeren. Blandingen ble herdet som i test C. Resultatene er angitt i nedenstående tabell.

SAMMENLIGNINGSTEST E

Det ble utført et forsøk som i test C (ved bruk av et peroksyd-herdemiddel), men ved anvendelse av en 98 5& cis-1,4-polybutadien solgt under varebetegnelsen "Austrapol 1252". Resultatene er angitt i nedenstående tabell.

En sammenligning av resultatene for eksempel 2 med for testene C, D og E viser at bruken av en luftherdet høyvinyl-polybutadien gir akseptable resultater for penetrasjon og mykningspunkt sammenlignet med andre typer av polybutadien herdet med svovel- eller peroksydherdemidler, men gir mye bedre resultater for duktilitetsgjennvinning.

En sammenligning av resultatene for eksempel 1 med de for testene A og B viser at bruken av høyvinyl-polybutadienet gir en akseptabel penetrasjon, et noe høyere mykningspunkt, men en sterkt forbedret verdi for duktilitetsgjennvinning sammenlignet med andre polybutadiener i luftherdesystemer, det vil si når ingen herdemidler tilsettes til blandingen. Høy duktilitetsgjennvinning er en viktig egenskap for bitumenblandinger som er beregnet for bruk som veibelegg.

Claims (14)

1. Veibeléggsammensetning på basis av en bitumen/polybutadien-blanding, karakterisert ved at den innbefatter en blanding av a) bitumen med følgende egenskaper, nemlig en penetrasjon i området 15-450 mm/10, et mykningspunkt i området 30-80°C, og en penetrasjonsindeks fra -2 til +2, og b) et høyvinyl-polybutadien med et innhold av 1,2-polybutadien på minst 10 vekt-#, og som ikke inneholder mer enn 50 vekt-# enheter avledet fra en komonomer, idet mengden av polymer er i området 0,5-20 vekt-# av den totale blanding, hvor blandingen er vesentlig fri for tilsatte svovel-eller peroksyd-tverrbindingsmidler, og har en elastisk gjenvinning på over 50 %.

2. Veibeléggsammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte bitumen har en penetrasjon i området 35-300 mm/10 og et mykningspunkt i området 30-65°C.

3. Veibeléggsammensetning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at høyvinyl-polybutadienet har et innhold av 1,2-polybutadien på minst 50 vekt-#.

4 . Veibeléggsammensetning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at polybutadienet er et fast stoff ved 20°C.

5. Veibeléggsammensetning ifølge krav 4, karakterisert ved at polybutadienet har en vektmidlere molekylvekt på minst 100.000.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av en bitumen/polybutadien-blanding for veibelegg, karakterisert ved a) smelting av bitumen som har følgende egenskaper: en penetrasjon i området 15-450 mm/10, et mykningspunkt i området 30-80°C, og en penetrasjonsindeks fra -2 til +2, b) tilsetning til den smeltede bitumen av et høyvinyl-polybutadien med et innhold av 1,2-polybutadien på minst 10 vekt-#, hvilket polybutadien ikke inneholder mer enn 50 vekt-# enheter avledet fra en komonomer, i en mengde i området 0,5-20 # basert på vekten av blandingen for oppnåelse av en blanding som er vesentlig fri for tilsatt svovel- og peroksydherdemiddel, c) utsettelse av blandingen av bitumen og polymer for tilstrekkelig omrøring ved en temperatur i området 160-180'C for å dispergere polymeren i blandingen, d) herding av polymeren ved hjelp av omrøring av den smeltede blanding i nærvær av luft ved en temperatur på over 190°C i en tid som er tilstrekkelig til å gi en elastisk gjenvinning på over 50 %.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte bitumen har en penetrasjon i området 35-300 mm/10 og et mykningspunkt i området 30-65°C.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at høyvinyl-polybutadienet har et innhold av 1,2-polybutadien på minst 50 vekt-#.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at polybutadienet er et fast stoff ved 20°C.

10. Fremgangsmåte ifølge krav .9, karakterisert ved at polybutadienet har en vektmidlere molekylvekt på minst 100.000.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-10, karakterisert ved at polymeren tilsettes til smeltet bitumen, hvorved nevnte bitumen har en temperatur i området 160-180°C.

12 . Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-11, karakterisert ved at blandingen av polymeren og bitumen utføres i fra 1 til 4 timer.

13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-12, karakterisert ved at polymeren herdes ved oppvarming ved en temperatur på over 200°C og under 220°C.

14 . Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-13, karakterisert ved at varigheten av herdetrinnet er i området 0,75-2 timer.