PL165031B1

PL165031B1 - Adhesion improving agent for paving asphalts of increased thermal resistance

Info

Publication number: PL165031B1
Application number: PL29081891A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Jerzykiewicz; Zenon Szczepaniak; Wojciech Misiurny; Marian Kozupa; Wladyslaw Pyplawiec; Kazimierz Zawieruszynski
Original assignee: Inst Ciezkiej Syntezy Orga
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1994-11-30
Also published as: PL290818A1

Abstract

Środek adhezyjny do asfaltów drogowych o podwyższonej odporności termicznej, zna mienny tym, że stanowi produkt reakcji niewyczerpującego czwartorzędowania diamin tłuszczowych typu N-(3-aminopropylo)-alkiloamin zawierających 14-22 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, chlorkiem metylu przy stosunku molowym diaminy do chlorku metylu jak 1:2-4.Bonding agent for road bitumens with increased thermal resistance, known alternatively, it is the reaction product of the non-exhaustive quaternization of fatty diamines of the N- (3-aminopropyl) -alkylamines type containing 14-22 carbon atoms in the alkyl chain with methyl chloride with a diamine to methyl chloride molar ratio of 1: 2-4.

Description

Przedmiotem wynalazku jest środek adhezyjny do asfaltów drogowych o podwyższonej odporności termicznej.The subject of the invention is an adhesive for road asphalts with increased thermal resistance.

W celu podwyższenia przyczepności lepiszcza do kruszywa stosuje się różne dodatki. Wprowadzenie do asfaltu środka adhezyjnego powoduje otrzymanie mieszanki mineralno-bitumicznej charakteiyzującej się wyższą wodo- i mrozoodpornością oraz zmniejszoną nasiąkliwością.Various additives are used to increase the adhesion of the binder to the aggregate. The introduction of an adhesive to the asphalt results in a mineral-bituminous mix characterized by higher water and frost resistance and reduced water absorption.

Nawierzchnie drogowe wykonane z mieszanki mineralno-bitumicznej z dodatkiem środka adhezyjnego wykazują w porównaniu z mieszanką standardową trwałość większą o co najmniej 20%. Przez stosowanie środków adhezyjnych w procesie wytwarzania i wbudowywania mieszanki mineralno asfaltowej uzyskuje się ponadto szereg innych efektów np. zmniejszenie zużycia asfaltu, skrócenie czasu mieszania kruszywa z asfaltem, łatwiejsze zagęszczenie warstwy nawierzchni a przez to skrócenie czasu wałowania. Jako środki adhezyjne stosuje się niektóre związki z grupy aminy tłuszczowych.Road pavements made of a mineral-bituminous mixture with the addition of an adhesive agent have at least 20% greater durability than the standard mixture. By using adhesives in the process of producing and embedding the asphalt mix, a number of other effects are also obtained, e.g. reduction of asphalt consumption, shorter mixing time of aggregate with asphalt, easier compaction of the pavement layer and thus shorter rolling time. Some compounds from the group of fatty amines are used as adhesives.

Właściwości adhezyjne diamin tłuszczowych typu N-(3-aminopropylo)alkiloamin zostały przedstawione w publikacji „Diaminy tłuszczowe jako emulgator i środek adhezyjny do asfaltu. Przemysł Chemiczny 1990, 3. 115.The adhesive properties of fatty diamines of the N- (3-aminopropyl) alkylamines type are presented in the publication "Fatty diamines as an emulsifier and asphalt adhesive. Chemical Industry 1990, 3.115.

Z polskiego opisu patentowego nr 154 111 znane jest również stosowanie jako środka adhezyjnego chlorków alkilometylodi(polioksyetyleno)amoniowych.The use of alkylmethyldi (polyoxyethylene) ammonium chlorides as an adhesive is also known from Polish patent specification No. 154 111.

Wadą stosowania diamin tłuszczowych i chlorków alkilometylodi(polioksyetyleno)amoniowych jako środków adhezyjnych jest ich stosunkowo niska odporność termiczna. W temperaturze 160°C związki te rozkładają się w stosunkowo krótkim czasie tracąc właściwości adhezyjne.The disadvantage of using fatty diamines and alkylmethyldi (polyoxyethylene) ammonium chlorides as adhesives is their relatively low thermal resistance. At the temperature of 160 ° C, these compounds decompose in a relatively short time, losing their adhesive properties.

Celem wynalazku było opracowanie termostabilnego środka adhezyjnego do asfaltu.The object of the invention was to provide a thermostable asphalt adhesive.

Środek według wynalazku stanowi produkt reakcji niewyczerpującego czwartorzędowania diamin tłuszczowych typu N-(3-aminopropylo)alkiloamin zawierających 14-22 atomów węgla w łańcuchu alkilowym, chlorkiem metylu przy stosunku molowym diaminy do chlorku metylu jak 1:2-4.The agent according to the invention is the reaction product of the non-exhaustive quaternization of fatty diamines of the N- (3-aminopropyl) alkyl amine type with 14-22 carbon atoms in the alkyl chain with methyl chloride with a molar ratio of diamine to methyl chloride of 1: 2-4.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że produkt reakcji niewyczerpującego czwartorzędowania diamin tłuszczowych chlorkiem metylu okazał się bardzo dobrym środkiem adhezyjnym o podwyższonej odporności termicznej w stosunku do znanych środków takich jak diaminy tłuszczowe i chlorki alkilometylodi(polioksyetyleno)amoniowe. Synteza środka adhezyjnego do asfaltu według wynalazku polega na przeprowadzeniu reakcji diamin tłuszczowych z chlorkiem metylu przy stosunku molowym diaminy do chlorku metylu wynoszącym 1:2,4, w temperaturze 90-110°C pod ciśnieniem 0,2-05 MPa w ciągu 1,5-3 godzin. Reakcję korzystnie jest prowadzić w rozpuszczalniku stanowiącym produkt destylacji ropy naftowej o temperaturze wrzenia powyżej 300°C zawierającego głównie węglowodory aromatyczne wielopierścieniowe. Przy stosunku wagowym diaminy do rozpuszczalnika wynoszącym 1: 1 otrzymuje się korzystną, półpłynną konsytencję środka. Dodatek do asfaltu 0,5% wagowych środka w przeliczeniu na substancję aktywną zwiększa przyczepność asfaltu do kruszyw mineralnych z 50 do 100%, do wapienia z 60 do 100%, do żwiru z 65 do 100% i do granitu z 40 do 90%. Poprawę właściwości adhezyjnych uzyskuje się także w temperaturze powyżej 140°C. Badanie asfaltu po teście odparowalności w cienkiej warstwie w temperaturzeSurprisingly, it was found that the reaction product of non-exhaustive quaternization of fatty diamines with methyl chloride turned out to be a very good adhesive with improved thermal resistance compared to known agents such as fatty diamines and alkylmethyldi (polyoxyethylene) ammonium chlorides. The synthesis of the asphalt adhesive according to the invention consists in reacting fatty diamines with methyl chloride at a molar ratio of diamine to methyl chloride of 1: 2.4, at a temperature of 90-110 ° C and a pressure of 0.2-05 MPa for 1.5 -3 hours. The reaction is preferably carried out in a crude oil distillation solvent with a boiling point above 300 ° C containing mainly polycyclic aromatic hydrocarbons. With a 1: 1 weight ratio of diamine to solvent, a favorable, semi-fluid consistency is obtained. The addition of 0.5% by weight of the agent to asphalt, based on the active substance, increases the asphalt adhesion to mineral aggregates from 50 to 100%, to limestone from 60 to 100%, to gravel from 65 to 100% and to granite from 40 to 90%. The improvement of adhesive properties is also achieved at temperatures above 140 ° C. Testing of bitumen after the test of evaporation in a thin layer at temperature

165 031 3165 031 3

160°C i 180°C pozwala stwierdzić, że dodany do asfaltu środek adhezyjny nie uległ rozkładowi i dalej skutecznie poprawie właściwości adhezyjne asfaltu.160 ° C and 180 ° C shows that the adhesive added to the asphalt did not decompose and further effectively improves the adhesive properties of the asphalt.

Badanie odporności termicznej w grubej warstwie wykazały, że można dopuścić okres przechowywania asfaltu z dodatkiem czwartorzędowanej diaminy w temperaturze 140°C przez 20 dób w temperaturze 160°C przez 9 dób, zaś w temperaturze 180°C przez 3 do 4 dób. Dla porównania dopuszczalne okresy magazynowania asfaltu z -diaminami tłuszczowymi przy użyciu ich w ilości 0,5% wagowego wynoszą odpowiednio w temperaturze 140°C - 5 dób, w temperaturze 160°C -1,5 doby a asfaltu z dodatkiem chlorków alkilometylodi(polioksyetyleno)amoniowych (również w ilości 0,5% wagowego w stosunku do asfaltu) w temperaturze 160°C - 5 godzin.The thick layer thermal resistance test showed that the asphalt with quaternary diamine addition could be stored for 20 days at 140 ° C for 9 days and at 180 ° C for 3 to 4 days. For comparison, the acceptable storage periods of bitumen with fatty diamines when using them in the amount of 0.5% by weight are, respectively, at a temperature of 140 ° C - 5 days, at a temperature of 160 ° C -1.5 days, and for bitumen with addition of alkylmethyldi (polyoxyethylene) chlorides. ammonium (also in the amount of 0.5% by weight with respect to the asphalt) at the temperature of 160 ° C - 5 hours.

Dla asfaltu zawierającego dodatek diamin tłuszczowych, chlorków alkilometylodi(polioksyetyleno)amoniowych lub produktów pełnej kwaternizacji diamin tłuszczowych otrzymanych w wyniku reakcji 1 mola diaminy z 5 molami chlorku metylu stosowanie temperatur powyżej 160°C jest zabronione z uwagi na gwałtowny rozkład tych związków i znaczne pogorszenie właściwości adhezyjnych asfaltu.For asphalt containing the addition of fatty diamines, alkylmethyldi (polyoxyethylene) ammonium chlorides or full quaternization products of fatty diamines obtained by reacting 1 mole of diamine with 5 moles of methyl chloride, the use of temperatures above 160 ° C is prohibited due to the rapid decomposition of these compounds and significant deterioration of properties asphalt adhesives.

Optymalny dodatek środka według wynalazku do asfaltu wynosi 0,2 - 0,6% wagowego w przeliczeniu na substancję aktywną. Odporność na starzenie mieszanek mineralno-bitumicznych ze środkiem adhezyjnym według wynalazku określana wytrzymałością na rozciąganie jest znacznie wyższa niż w przypadku mieszanek nie zawierających środka adhezyjnego. Stosunek wytrzymałości próbek poddanych cyklom zamrażania do próbek przechowywanych na powietrzu będący miarą odporności na starzenie jest wyższy dla próbek ze środkiem adhezyjnym według wynalazku w porównaniu do próbek bez dodatku środka. Następuje poprawa wytrzymałości próbek o 44%. Stwierdzono również, że dodatek adhezyjny według wynalazku zwiększa odporność mieszanki mineralno-asfaltowej na koleinowanie.The optimum addition of the agent according to the invention to asphalt is 0.2 - 0.6% by weight, based on the active ingredient. The aging resistance of the bituminous mixtures with the adhesive according to the invention, determined by the tensile strength, is significantly higher than that of mixtures without adhesives. The ratio of the strength of the samples subjected to freezing cycles to the samples stored in air as a measure of the resistance to aging is higher for the samples with the adhesive of the invention compared to the samples without the addition of the agent. The strength of the samples is improved by 44%. It has also been found that the adhesive additive according to the invention increases the rutting resistance of the asphalt.

Przykład I. Do reaktora o pojemności 1,5dm3 zaopatrzonego w termometr, manometr, mieszadło, dozownik chlorku metylu oraz zawór spustowy wprowadzono 400 g (1,2 mola) N-(3aminopropylo)-alkiloamin zawierających łańcuch alkilowy roślinny (C ie-C 22), 400 g rozpuszczalnika będącego produktem destylacji ropy naftowej o temperaturze wrzenia powyżej 300°C zawierającego głównie węglowodory aromatyczne wielopierścieniowe. Całość zawartości reaktora podgrzano do temperatury 90°C. Następnie wprowadzono do reaktora 200 g (4 mole) chlorku metylu. Reakcję prowadzono w temperaturze 90-110°C przez 1,5 godziny, pod ciśnieniem 0,3 MPa. Przydatność produktu jako środka adhezyjnego do asfaltu określono poprzez oznaczenie przyczepności do czterech kruszyw, bazaltu, wapienia, żwiru, granitu. W tabeli 12, 3 określono przyczepność asfaltu z dodatkiem 0,5% środka (otrzymanego według powyżej opisanego sposobu) do kruszyw przed i po wygrzewaniu w cienkiej warstwie o grubości (około 3 mm) i w grubej warstwie (około 50 mm), w temperaturze 160°C i 180^oC.Example I. 400 g (1.2 moles) of N- (3-aminopropyl) -alkylamines containing a vegetable alkyl chain (CIE-C 22) were introduced into a 1.5 dm3 reactor equipped with a thermometer, manometer, stirrer, methyl chloride feeder and drain valve ), 400 g of a petroleum distillation solvent with a boiling point above 300 ° C containing mainly polycyclic aromatic hydrocarbons. The entire content of the reactor was heated to a temperature of 90 ° C. Then 200 g (4 mol) of methyl chloride were introduced into the reactor. The reaction was carried out at the temperature of 90-110 ° C for 1.5 hours under the pressure of 0.3 MPa. The suitability of the product as an asphalt adhesive was determined by determining the adhesion to four aggregates, basalt, limestone, gravel, granite. Table 12, 3 shows the adhesion of asphalt with the addition of 0.5% of the agent (obtained according to the above-described method) to aggregates before and after annealing in a thin layer (about 3 mm) and in a thick layer (about 50 mm) at a temperature of 160 ° C and 180 ^o C.

Ocenę własności adhezyjnych przeprowadzono przed i po ogrzewaniu metodą gotowania (5 minut).The evaluation of the adhesive properties was carried out before and after heating by cooking (5 minutes).

Analiza tabeli I wskazuje, że produkt niewyczerpującej kwaternizacji diaminy, zsyntetyzowany przy stosunku molowym reagentów diamina:chlorek metylu 1:1,33, użyty jako środek adhezyjny w ilości 0,5% substancji aktywnej w temperaturze 140°C zwiększa przyczepność asfaltu do kruszyw mineralnych bazaltu, wapienia, żwiru, granitu odpowiednio z 50 do 100%, z 60 do 98%, z 65 do 100% i z 40 do 95%. Poprawione właściwości adhezyjne środka utrzymują się również w podwyższonej temperaturze tj. w 160°C i 180°C. Badania odporności termicznej w grubej warstwie (tabela nr II) wykazały, że można dopuścić okres przechowywania asfaltu z dodatkiem środka adhezyjnego w temperaturze 160°C przez okres 9 dób, zaś w temperaturze 180°C przez 3-4 dób. Przyczepność asfaltu do kruszyw wynosi bowiem powyżej 90%.The analysis of Table I shows that the product of non-exhaustive diamine quaternization, synthesized at the molar ratio of diamine: methyl chloride reagents 1: 1.33, used as an adhesive in the amount of 0.5% of the active substance at 140 ° C increases the adhesion of asphalt to basalt mineral aggregates , limestone, gravel, granite from 50 to 100%, from 60 to 98%, from 65 to 100% and from 40 to 95% respectively. The improved adhesive properties of the agent are also maintained at elevated temperatures, i.e. at 160 ° C and 180 ° C. The tests of thermal resistance in a thick layer (Table II) showed that the storage period of bitumen with the addition of an adhesive agent can be allowed at a temperature of 160 ° C for 9 days, and at a temperature of 180 ° C for 3-4 days. The asphalt adhesion to aggregates is over 90%.

Dla porównania dopuszczalny okres magazynowania asfaltu z diaminami tłuszczowymi (0,5% wagowego substancji aktywnej) wynosi w temperaturze 160°C - 1,5 doby, a asfaltu z dodatkiem chlorków alkilometylodi(polioksyetyleno)amoniowych w temperaturze 160°C 5 godzin. Stosowanie diamin tłuszczowych i chlorków alkilometylodi (polioksyetyleno)amoniowych w temperaturze powyżej 160°C jest zabronione z uwagi na gwałtowny rozkład tych związków i znaczne pogorszenie właściwości adhezyjnych asfaltu.For comparison, the acceptable storage period of bitumen with fatty diamines (0.5% by weight of active substance) at 160 ° C is 1.5 days, and for bitumen with addition of alkylmethyldi (polyoxyethylene) ammonium chlorides at 160 ° C - 5 hours. The use of fatty diamines and alkylmethyldi (polyoxyethylene) ammonium chlorides at temperatures above 160 ° C is prohibited due to the rapid decomposition of these compounds and a significant deterioration of the adhesive properties of the asphalt.

165 031165 031

Przykład II. Określono własności adhezyjne produktu otrzymanego według sposobu opisanego w przykładzie I, lecz przy użyciu reagentów w stosunku molowym diaminy do chlorku metylu jak 1:4. Dodatek tego środka adhezyjnego do asfaltu w ilości 0,2% wagowego substancji aktywnej w temperaturze 140°C zwiększa przyczepność asfaltu do kruszyw mineralnych bazaltu wapienia, żwiru, granitu odpowiednio z 50 do 95%, z 60 do 90%, z 65% do 95% i z 40 do 85%. Badania odporności termicznej w grubej warstwie wykazały, że można dopuścić okres przechowywania asfaltu z dodatkiem środka adhezyjnego (średnia przyczepność do kruszyw powyżej 80%) w temperaturze 160°C przez około 5 dób, zaś w temperaturze 180°C przez około 1,5 doby.Example II. The adhesive properties of the product obtained according to the procedure described in Example 1, but with the reagents in a molar ratio of diamine to methyl chloride of 1: 4, were determined. The addition of this adhesive to asphalt in the amount of 0.2% by weight of the active substance at a temperature of 140 ° C increases the adhesion of the asphalt to the mineral aggregates of basalt, limestone, gravel, granite, respectively from 50 to 95%, from 60 to 90%, from 65% to 95 % and from 40 to 85%. The tests of thermal resistance in a thick layer showed that the storage period of asphalt with the addition of an adhesive agent (average adhesion to aggregates above 80%) can be allowed at 160 ° C for about 5 days, and at 180 ° C for about 1.5 days.

Przykład III. Określono własności adhezyjne produktu otrzymanego według sposobu opisanego w przykładzie I, lecz przy użyciu reagentów w stosunku molowym diaminy do chlorku metylu jak 1:2. Dodatek otrzymanego środka adhezyjnego do asfaltu w ilości 0,8% wagowych substancji aktywnej w temperaturze 140°C zwiększa przyczepność asfaltu do kruszyw mineralnych bazaltu, wapienia, żwiru, granitu odpowiednio z 50 do 100%, z 60 do 100%, z 65 do 100% i z 40 do 100%. Badania odporności termicznej w grubej warstwie wykazały, że średnia przyczepność do kruszyw powyżej 80% zostaje zachowana w temperaturze 160°C przez około 20 dób, zaś w temperaturze 180°C przez 8 dób.Example III. The adhesive properties of the product obtained according to the procedure described in Example 1, but with the reagents in a molar ratio of diamine to methyl chloride of 1: 2, were determined. The addition of the obtained asphalt adhesive in the amount of 0.8% by weight of the active substance at a temperature of 140 ° C increases the adhesion of the asphalt to mineral aggregates of basalt, limestone, gravel, granite, respectively, from 50 to 100%, from 60 to 100%, from 65 to 100 % and from 40 to 100%. The tests of thermal resistance in a thick layer showed that the average adhesion to aggregates above 80% is maintained at 160 ° C for about 20 days, and at 180 ° C for 8 days.

Tabela ITable I.

Przyczepność w % powierzchni nie odmytej asfaltu z dodatkiem środka adhezyjnego w ilości 0,5% wagowych przed i po wygrzewaniu w cienkiej warstwie (3 mm) w temperaturze 160°C i 180°C.Adhesion in% of the surface of unwashed asphalt with the addition of an adhesive in the amount of 0.5% by weight before and after heating in a thin layer (3 mm) at 160 ° C and 180 ° C.

Przyczepność (w %) przed wygrzewaniem w 140°CAdhesion (in%) before heating at 140 ° C

Rodzaj kruszywa _Type of aggregate _

Przyczepność (w %), po wygrzewaniu z dodatkiem adhezyjnym w cienkiej warstwie przez 5 godzin w temperaturze asfalt bez dodatku asfalt z 0,5% wag. _ środka adhezyjnego środka adhezyjnego 160°C 180°CAdhesion (in%), after heating with the adhesive additive in a thin layer for 5 hours at the temperature asphalt without addition asphalt with 0.5 wt. _ adhesive of the adhesive 160 ° C 180 ° C

Bazalt 50 100 100 95Basalt 50 100 100 95

Wapień 60 98 98 95Limestone 60 98 98 95

Żwir 65 100 100 95Gravel 65 100 100 95

Granit 40 95 80 80Granite 40 95 80 80

Tabela IITable II

Przyczepność w % powierzchni nie odmytej asfaltu z dodatkiem środka adhezyjnego w ilości 0,5% wagowych przed i po wygrzaniu w cienkiej warstwie (około 50 mm) w temperaturze 160°C.Adhesion in% of the surface of unwashed asphalt with the addition of an adhesive in an amount of 0.5% by weight before and after heating in a thin layer (about 50 mm) at 160 ° C.

Asfalt wygrzewany z dodatkiem adhezyjnymAsphalt annealed with an adhesive additive

Rodzaj kruszywa Type of aggregate Asfalt niewygrzewany bez dodatku _ środka adhezyjnego Unannealed asphalt without additive _ adhesive czas przechowywania storage time 0 0 3 doby 3 days 6 dób 6 days 9 dób 9 days 12 dób 12 days 15 dób 15 days Bazalt Basalt 50 50 100 100 95 95 95 95 90 90 85 85 80 80 Wapień Limestone 60 60 98 98 95 95 90 90 85 85 85 85 80 80 Żwir Gravel 65 65 100 100 95 95 95 95 90 90 80 80 80 80 Granit Granite 40 40 95 95 90 90 85 85 80 80 60 60 60 60

Tabela IIITable III

Przyczepność w % powierzchni nie odmytej asfaltu z dodatkiem środka adhezyjnego w ilości 0,5% wagowych przed i po wygrzewaniu w grubej warstwie (około 50 mm) w temperaturze 180°C.Adhesion in% of the surface of unwashed asphalt with the addition of an adhesive in the amount of 0.5% by weight before and after heating in a thick layer (approx. 50 mm) at 180 ° C.

Rodzaj kruszywa Type of aggregate Asfalt niewygrzewany bez dodatku adhezyjnego Unheated asphalt without adhesive additive 0 0 2 dob 2 days czas przechowywania y 4 doby storage time y 4 days 6 dób 6 days 7 dób 7 days Bazalt Basalt 50 50 100 100 95 95 95 95 75 75 65 65 Wapień Limestone 60 60 98 98 90 90 80 80 75 75 65 65 Żwir Gravel 65 65 100 100 90 90 80 80 80 80 70 70 Granit Granite 40 40 95 95 85 85 80 80 75 75 50 50

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price: PLN 10,000

Claims

Patent claim

An adhesive for road bitumens with increased thermal resistance, characterized by the fact that it is a reaction product of the non-exhaustive quaternization of fatty diamines of the N- (3-aminopropyl) -alkylamines type containing 14-22 carbon atoms in the alkyl chain, with methyl chloride with a molar ratio of diamine to methyl chloride like 1: 2-4.