PL175009B1

PL175009B1 - Sposób wytwarzania kompozycji bitumicznych oraz kompozycja bitumiczna

Info

Publication number: PL175009B1
Application number: PL93309612A
Authority: PL
Inventors: Zhi-Zhong Liang; Raymond T. Woodhams
Original assignee: Polyphalt Inc; Univ Toronto Innovation Found
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1998-10-30
Also published as: EP0677086B1; BR9307781A; ES2119159T3; KR960700308A; US5959007A; GB9227035D0; DE69319448D1; NO308664B1; WO1994014896A1; US5719215A; HU219733B; SK281445B6; FI953189A; DK0677086T3; PL309612A1; CA2152774C; FI953189A0; ATE167891T1; UA45951C2; HUT75013A

Abstract

1. Sposób wytwarzania kompozycji bitumicznych, znamienny tym, ze m iesza sie zwulkanizowane czastki gumowe z olejem weglowodorowym do zmiekczenia i specznienia czastek gumy, do zmiekczonych i specznionych czastek doprowadza sie energie cieplna i ene- rgie mechaniczna, dysocjujac co najmniej czesciowo siec wulkanizatu czastek gumy w stop- niu zapewniajacym brak dostrzegalnej fazy rozproszonych czastek gumy okreslany brakiem sedymentacji czastek gumy w kompozycji bitumicznej, i dysperguje sie poddana obróbce gume w bitumie zawierajacym co najmniej jeden wprowadzony srodek zapewniajacy kom- patybilnosc, wprowadzajac gume poddana obróbce do bitumu. 26. Kompozycja bitumiczna, znamienna tym, ze zawiera ciagla faze bitumu oraz roz- proszona faze obejmujaca gume poddana obróbce o co najmniej czesciowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu, zdysocjowanej w stopniu zapewniajacym brak dostrzegalnych zdyspergo- w anych czastek sum y okreslany brakiem sedymentacji czastek gumy. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji bitumicznych czyli sposób obróbki wulkanizowanej gumy, zwłaszcza gumy odpadowej z opon samochodowych, a także z innych źródeł, w celu przeprowadzenia częściowej lub daleko posuniętej dysocjacji sieci wulkanizowanej gumy i wprowadzeniu gumy poddanej takiej obróbce do stabilnych kompozycji bitumicznych, oraz kompozycja bitumiczna.

Opony pojazdów silnikowych stwarzają poważny problem z utylizacją, tak że usiłowano wykorzystać je, np. wprowadzając regenerowaną rozdrobnioną gumę uzyskaną z takich opon do różnych produktów, w tym do kompozycji asfaltowych na nawierzchnie dróg. Taką rozdrobnioną gumę często określa się jako “kruszonka gumowa” i takie określenie będzie użyte w opisie.

Regenerowana kruszonka gumowa zazwyczaj zawiera szereg polimerów kauczukowych, w tym kauczuk styrenowo-butadienowy, kauczuk naturalny i jego syntetyczny analog (cis-poliizopren), cis-polibutadien, kauczuk butylowy i kauczuk EPDM. Często taka regenerowana kruszonka' gumowa zawiera przede wszystkim kauczuk styrenowo-butadienowy.

Badania stanu techniki w zasobach Urzędu Patentowego i Znaków Towarowych Stanów Zjednoczonych umożliwiły ustalenie następujących patentów Stanów Zjednoczonych dotyczących regeneracji gumy z wulkanizowanych odpadów gumowych, w tym z opon samochodowych:

1313 952

645 817

896 059

146 .508

095 040

168 230 1 981 811

880 807

161 464 4 469 817

Patenty te dotyczą różnych sposobów obróbki mechanicznej, chemicznej i mieszanej mechaniczno-chemicznej.

Kruszonkę gumową stanowi zazwyczaj regenerowana guma rozdrobniona na proszek lub cząstki w wyniku mechanicznego ścinania lub rozdrabniania. Szereg sposobów zastosowano do regeneracji materiałów z rozdrobnionej odpadowej gumy, przy czymjednym z najczęściej stosowanych jest proces alkaliczny, w którym rozdrobnioną gumę poddaje się obróbce wodnym roztworem wodorotlenku sodowego w podwyższonej temperaturze. Do innych sposobów regeneracji należy obróbka rozdrobnionej gumy w olejach procesowych z wykorzystaniem różnych kombinacji wysokich temperatur i nadmiernego ścinania w celu uzyskania upłynnionych materiałów, które można zastosować przy produkcji nowych opon lub wykorzystywać bezpośrednio jako olej opałowy.

Dodatkowo zaproponowano wprowadzanie odpadowej kruszonki gumowej do asfaltowych materiałów na nawierzchnie dróg. Zazwyczaj kruszonkę gumową można wprowadzać dc asfaltowych materiałów na nawierzchnie dróg jednym z dwóch sposobów, a mianowicie w procesie mokrym lub w procesie suchym.

W procesie mokrym kruszonkę gumową miesza się ze spoiwem asfaltowym, stosując mieszanie periodyczne, w którym wytwarza się partie mieszanek kruszonki gumowej z asfaltem, mieszanie ciągłe w instalacji do produkcji ciągłej, albo mieszanie przed użyciem. Spoiwo asfaltowe zmodyfikowane kruszonką gumową nosi nazwę gumy asfaltowej. W procesie suchym kruszonkę gumową dodaje się do ogrzanego kruszywa, a nie do spoiwa asfaltowego, albo dc mieszanej na gorąco mieszanki asfaltowej w czasie jej wytwarzania.

175 009

W jednym z procesów mokrych gorący asfalt (o temperaturze około 190-220°C) miesza się z około 25-35% kruszonki i mieszankę rozcieńcza się naftą. W odmianie tego sposobu stosuje się około 22% kruszonki, a do rozcieńczania używa się oleju-wypełniacza. Uważa się, że mieszanie kruszonki gumowej z asfaltem w podwyższonej temperaturze może ułatwić ograniczone chemiczne wiązanie składników. Jednakże kompozycje takie wykazujątylko krótkotrwałą stabilność i z tego względu muszą być stosowane wkrótce po wytworzeniu.

Nowy wariant procesu mokrego ujawniono w patencie USA nr 4 992 492. Proces dotyczy mieszaniny asfaltu lub asfaltu poddanego obróbce siarką (81-86%), kruszonki gumowej (8-10%), oleju-wypełniacza (4-6%) i olefinowo nienasyconego syntetycznego kauczuku (2-3%), którą miesza się w 175-180°C przez około 2 godziny.

Sposób ten różni się od sposobu według wynalazku szeregiem istotnych cech. W cytowanym procesie rozdrobnioną kruszonkę gumową dysperguje się w bitumie, przy czym siatka wulkanizatu ulega przy tym co najwyżej ograniczonej dysocjacji. Takie kompozycje kruszonki gumowej byłyby nietrwałe bez wprowadzenia zastrzeżonego olefinowo nienasyconego syntetycznego kauczuku o wysokim ciężarze cząsteczkowym (MW > 100 000). Swobodnie solwatowane łańcuchy syntetycznego kauczuku o wysokim ciężarze cząsteczkowym prawdopodobnie działają w ten sposób, że ograniczają zmiany lepkości i temperatury mięknienia w okresie do 10 dni w “hermetycznie szczelnym pojemniku bez mieszania w temperaturze 160-165°C”.

W ostatnio opublikowanym opisie WO 93/17076 cząstki kruszonki gumowej silnie utlenia się, zwłaszcza na powierzchni, za pomocą powietrza wdmuchiwanego pod ciśnieniem w wysokiej temperaturze (220-260°C), w sposób zbliżony do stosowanego zazwyczaj do wytwarzania utlenionego lub “dmuchanego” asfaltu, stosowanego jako asfalt dachowy. Taka obróbka in situ drobnych cząstek gumy poprawia pożądaną dyspergowalność i kompatybilność gumy, z tym że może również spowodować niepożądaną kruchość matrycy asfaltowej.

W europejskim opisie patentowym EP 439 232 ujawniono sposób wytwarzania bitumu gumowego w bardzo szczególnym procesie. Według tego sposobu, jak pokazano na fig. 1, bitum, cząstki gumy i olej poddaje się wstępnemu mieszaniu przy wysokim ścinaniu, w celu homogenizacji składników. Mieszanie to prowadzi się w mikserze 1 o wysokim ścinaniu w ciągu 15 do 30 minut. Mieszaninę następnie przesyła się do bębna mieszającego 2, w którym podgrzewa się jąza pomocą wymiennika ciepła 20 w procesie starzenia w ciągu 8 do 12 godzin. Sposób według tego opisu patentowego nie zapewnia bitumu gumowego wolnego od sedymentacji cząstek gumy. Jedyny konkretny przykład w europejskim opisie patentowym EP 439 232 nie opisuje żadnego konkretnego bitumu, granulowanej gumy lub oleju jakie należy użyć w tym procesie. Chociaż przykład z opisu patentowego EP 439 232 opisuje mieszanie składników w temperaturze 170°C w ciągu 0,5 godziny w warunkach wysokiego ścinania, nie podano również żadnej konkretnej wartości ścinania. Postępując zgodnie ze sposobem postępowania według opisu patentowego Ep 439 232, przy wykazaniu najwyższej staranności, z powodu braków odpowiednich informacji w tym opisie nie udało się osiągnąć znacznej degradacji gruzełkowatych cząstek gumy ani zapewnić trwałej dyspersji rozdrobnionej gumy i sadzy w bitumie. W przeciwieństwie do powyższego sposób według wynalazku, w którym stosuje się środek zapewniający kompatybilność, zapewnia trwałą dyspersję rozdrobnionych cząstek gumy i sadzy w bitumie. Opis patentowy EP 439 232 nie sugeruje stosowania środka zapewniającego kompatybilność, lub oleju węglowodorowego powodującego zmiękczenie i spęcznienie cząstek gumy w stopniu, w którym nie ma dostrzegalnej fazy stałej, jak to ma miejsce w sposobie i kompozycji według wynalazku. Nie ma w tym opisie również sugestii stosowania niskocząsteczkowego polibutadienu lub butadienu z grupami funkcyjnymi jako środka zapewniającego kompatybilność.

Z europejskiego opisu patentowego EP 174 795 znany jest sposób wprowadzania do bitumu kopolimerów butadienowo-styrenowych. Nie dotyczy on jednak wprowadzania do kompozycji bitumicznej zwulkanizowanej gumy

Europejski opis patentowy EP 463 724 dotyczy wprowadzania do kompozycji bitumicznej winylobutadienu o dużej zawartości winylu a nie zwulkanizowanej gumy.

175 009

Francuski opis patentowy FR 7919680 (2462459) opisuje wprowadzanie do bitumu drobno rozdrobnionych cząstek gumy, nie ujawnia jednak stosowania procesu mieszania przy wysokim ścinaniu w celu wywołania dewulkanizacji cząstek gumy, i stosowania środka zapewniającego kompatybilność w celu wprowadzenia poddanej obróbce gumy do bitumu. W szczególności, nie ujawnia on przeprowadzenia dewulkanizacji cząstek gumy w takim stopniu, aby nie było dostrzegalnych cząstek gumy, o czym świadczyłby brak sedymentacji.

Niemiecki opis patentowy DE 3630132 opisuje wytworzenie materiału gumowo-bitumicznego, w którym cząstki gumy nie są w żaden sposób dewulkanizowane i znajdują się w postaci rozproszonych rozdrobnionych cząstek. Wynika to jasno z wymogu sieciowania kompozycji. W opisie tym nie sugeruje się stosowania środka zapewniającego kompatybilność, zwłaszcza środka niskocząsteczkowego, a już z pewnością butadienu z grupami funkcyjnymi.

Polski opis patentowy 97435 dotyczy wykorzystania odpadów gumowych przez ogrzewanie ich z asfaltem naftowym w obecności oleju mineralnego w temperaturze 250-400°C. Nie ujawnia on stosowania środków technicznych, koniecznych do przeprowadzenia sposobu według wynalazku, a więc dewulkanizacji zwulkanizowanych cząstek gumy pod wpływem energii mechanicznej w stopniu zapewniającym brak dostrzegalnej fazy rozproszonej cząstek gumy, stosowania środka zapewniającego kompatybilność, ani też zmiękczania i spęczniania cząstek gumy przed ich częściową dewulkanizacją i dyspergowaniem w bitumie.

Podobnie, polski opis patentowy nr 117 832 dotyczy sposobu wytwarzania elastycznego, samoprzylepnego materiału bitumicznego, polegającego na mieszaniu miewa gumowego z olejem, dodaniu do mieszaniny łupka odpadowego i/lub cementu jako dodatku mineralnego, i mieszaniu otrzymanej mieszaniny z odpornym na działanie zimna przemysłowym bitumem dmuchanym. Oprócz stosowania innych środków technicznych (np. konieczny dodatek mineralny), opis ten nie ujawnia ani nie sugeruje dewulkanizacji gumy w odpowiednim stopniu pod wpływem wysokich sił ścinających i stosowania środka zapewniającego kompatybilność.

Wprowadzenie kruszonki gumowej z regenerowanych opon samochodowych i innych do bitumu lub asfaltu jest korzystne z uwagi na uzyskiwaną w ten sposób poprawę właściwości kompozycji, a także z uwagi na to, że ponownie wykorzystuje się w ten sposób odpadową gumę.

Według wynalazku przeprowadza się częściową lub daleko posuniętą dysocjację sieci kruszonki gumowej, zwłaszcza kruszonki gumowej z regenerowanych opon samochodowych lub innych źródeł gumy odpadowej i wprowadza się produkty takiej obróbki gumy do bitumu uzyskując stabilne materiały bitumiczne przydatne w wielu zastosowaniach, jak to szczegółowo opisano poniżej, dzięki czemu wprowadza się wyjściową gumę odpadową do użytecznych produktów. W szczególności materiał gumowy w postaci cząstek można zdyspergować w bitumie w taki sposób zapewniający odporność na oddzielanie się trwale zdyspergowanej fazy rozdrobnionej gumy, zwłaszcza w przypadku stosowania kruszonki gumowej z regenerowanych opon samochodowych.

Jednym z przedmiotów wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji bitumicznej, polegający na tym, że miesza się cząstki wulkanizatu gumowego z olejem węglowodorowym w celu zmiękczenia i spęcznienia cząstek gumy, doprowadza się energię cieplną i energię mechaniczną do zmiękczonych i spęcznionych cząstek w celu przeprowadzenia co najmniej częściowej dysocjacji sieci wulkanizatu, dysperguje się co najmniej częściowo upłynnione cząstki kauczuku w bitumie, przy czym bitum zawiera co najmniej jeden środek zapewniający kompatybilność umożliwiającą wprowadzenie poddanej obróbce gumy z co najmniej częściowo zdysocjowanych wulkanizatów gumowych do bitumu oraz, w razie potrzeby sieciuje się środek zapewniający kompatybilność, bitum i poddaną obróbce gumę zawierającą ewentualnie resztki cząstek gumy, w celu zapewnienia stabilności resztek cząstek gumy i zapobieżenia ich oddzielaniu się od bitumu w wyniku sedymentacji.

Przedmiotem wynalazku jest również kompozycja bitumiczna obejmująca ciągłą fazę bitumu oraz zdyspergowaną fazę zawierającą wulkanizat gumowy ze zdysocjowaną siatką. Kompozycja taka może stanowić nośnik do wytwarzania kompozycji bitumicznej zawierającej fazę zdyspergowaną, w tym cząstki gumy, które mogą być częściowo zdysocjowane, jak to opisano

175 009 powyżej, albo cząstki poliolefin, przy czym w tym przypadku cząstki stabilizuje się przed oddzielaniem się z bitumu w wyniku sieciowania.

Zgodnie z kolejnym wykonaniem wynalazku wulkanizat gumowy o co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci można stosować jako steryczny stabilizator zapobiegający wydzielaniu się zdyspergowanej fazy poliolefinowej z gorącego ciekłego asfaltu.

Określenie “bitum” użyte jest w opisie w zwykłym technicznym znaczeniu i obejmuje grupę czarnych lub ciemno zabarwionych (stałych, półstałych lub lepkich) substancji wiążących, naturalnych lub wytwarzanych, złożonych głównie z węglowodorów o wysokim ciężarze cząsteczkowym, których typowe przykłady stanowiąasfalty, smoły, paki i asfaltyty. Określenie “asfalt” użyte jest w opisie w zwykłym technicznym znaczeniu i obejmuje ciemny, brunatny lub czarny materiał wiążący, o konsystencji stałej lub półstałej, którego głównym składnikiem jest bitum, występujący jako taki w przyrodzie lub uzyskany jako pozostałość w rafinacji ropy naftowej. Stosowany materiał bitumiczny może pochodzić z różnych źródeł, takich jak pozostałość po destylacji zwykłej lub próżniowej, mieszaniny pozostałości próżniowych z różnymi rozcieńczalnikami takimi jak olej z próżniowych wież płuczkowych, destylat parafinowy oraz oleje aromatyczne i naftenowe. Stosować można również inne materiały asfaltowe takie jak asfalt skalny, asfalt naturalny i pak węglowy.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku stosować można dowolny produkt gumowy, syntetyczny lub naturalny, wulkanizowany lub niewulkanizowany, a ponadto można stosować zarówno jednoskładnikowe materiały gumowe jak i mieszaniny dwóch lub więcej gum. Ze względów ekonomicznych wynalazek jest szczególnie przydatny w odniesieniu do kruszonki gumowej z regenerowanych opon samochodowych, pochodzącej z różnych źródeł, w tym z całych opon, zarówno dla samochodów osobowych jak i ciężarowych, z bieżników opon, z boków opon, a także z innych technicznych lub handlowych odpadów gumowych.

Wielkość cząstek kruszonki gumowej poddawanej obróbce sposobem, według wynalazku może zmieniać się w szerokim zakresie, np. od około 1,27 cm (1/2 cala) do około 74 pm (200 mesh). Do wykorzystania zgodnie ze sposobem według wynalazku z kruszonki z zużytych opon samochodowych można dogodnie wyodrębnić frakcję w zakresie od około 2,00 mm (10 mesh) do około 0,177 mm (80 mesh). Korzystnie w sposobie według wynalazku wykorzystuje się kruszonkę gumową pochodzącą z regenerowanych opon samochodowych, w związku z czym może ona zawierać znaczne ilości wulkanizowanego syntetycznego kauczuku-butadienowego.

Kruszonkę gumową miesza się z asfaltem zawierającym olej węglowodorowy jako środek spęczniający oraz syntetyczny ciekły kauczukjako środek zapewniający kompatybilność. Przedmiotem wynalazku sątrzy różne, choć zbliżone rozwiązania. Każde z rozwiązań można zrealizować dwoma sposobami, z których jeden jest korzystniejszy niż drugi. W korzystniejszym wariancie cały proces przeprowadza się w bitumie, podczas gdy w mniej korzystnym wariancie kruszonkę gumową poddaje się obróbce osobno, bez udziału bitumu i dopiero po takiej obróbce uzyskane produkty wprowadza się do bitumu.

W wariancie, w którym obróbkę kruszonki przeprowadza się w bitumie, już sam bitum może zawierać olej węglowodorowy w ilości wystarczającej do spowodowania miękczenia i spęcznienia, tak że nie potrzeba wprowadzać dodatkowego oleju węglowodorowego. Zazwyczaj według wynalazku jako oleje węglowodorowe stosuje się oleje pochodzące z ropy naftowej lub smoły węglowej, kompatybilne z produktami dysocjacji. Przydatny olej węglowodorowy można różnie określać, jako olej naftenowy, aromatyczny lub parafinowy, w zależności od przeważającej struktury oleju. Korzystnie stosowany olej węglowodorowy charakteryzuje się wysoką aromatycznością, gdyż taka cecha ułatwia penetrację oleju w powierzchnię cząstek kruszonki gumowej oraz zmiękczanie i spęcznianie struktury. Do konkretnych olejów aromatycznych, które można zastosować, należą oleje dostępne pod nazwami handlowymi “SUNTEX” 790 i 780T oraz “HYDROLENE” 80T, 90 i 125.

Kruszonkę kauczukową wprowadza się do bitumu zawierającego olej węglowodorowy w szerokim zakresie stężeń, zazwyczaj od około 5 do 75% wag., przy czym całą kruszonkę gumową

175 009 można dodać od razu, albo też możnająwprowadzać porcjami w czasie obróbki. Zazwyczaj przy dyspergowaniu kruszonki gumowej w mieszaninie bitumu z olejem węglowodorowym w podwyższonej temperaturze, część oleju zostanie pochłonięta przez kruszonkę gumową w miarę postępowania penetracji kruszonki gumowej przez olej. Ilość kruszonki gumowej, którą można na wstępie wymieszać z olejem, powinna być taka, aby po wstępnym wymieszaniu pozostała ciągła faza olejowa. Ilość oleju węglowodorowego w mieszance oleju węglowodorowego z bitumem może zmieniać się w zależności od szeregu czynników takich jak poziom oleju występującego w bitumie, pożądana charakterystyka użytkowa oraz ilość kruszonki gumowej poddawanej obróbce.

Cząstki kruszonki gumowej poddaje się następnie działaniu energii cieplnej i mechanicznej, aby zainicjować pękanie cząstek wulkanizowanego kauczuku w wyniku pękania wiązań siarka-siarka i usieciowań między cząsteczkami polimeru. Proces ten powoduje zwiększenie rozpuszczalności i kompatybilności co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu gumowego w fazie bitumicznej, a także ułatwia chemiczne łączenie się in situ rozpuszczonych wolnych łańcuchów ciekłego kauczuku dodawanego jako środek zapewniający kompatybilność, z co najmniej częściowo zdysocjowaną siecią wulkanizatu gumowego. Warunki dysocjacji cząstek wulkanizatu gumowego zależą od szeregu czynników, które przedstawiono poniżej. W szczególności temperatura może zmieniać się w zakresie od około 100 do około 300°C, przy energii mechanicznej doprowadzanej w wyniku ścinania, przy czym szybkość ścinania może zmieniać się znacznie w zależności od innych parametrów obróbki. Tak np. obróbka rozdrobnionej kruszonki gumowej w niższych temperaturach może wymagać użycia wyższych szybkości ścinania, podczas gdy niższe szybkości ścinania można będzie zastosować w wyższych temperaturach. Okres czasu, w którym doprowadza się energię cieplną i mechaniczną, może zmieniać się w szerokim zakresie, od około 15 minut do około 8 godzin lub więcej, w zależności od stosowanych składników, parametrów obróbki oraz pożądanego charakteru produktu.

Zasadniczo sposób według wynalazku przeprowadzenia co najmniej częściowej dysocjacji sieci wulkanizatu kruszonki gumowej reguluje się szeregiem zmiennych czynników, do których należy rodzaj oleju węglowodorowego, wyjściowe stężenie oleju w bitumie, warunki obróbki takie jak rodzaj urządzenia, szybkość ścinania, temperatura i wzajemna zależność między szybkością ścinania i temperaturą, zastosowanie dodatkowych środków dewulkanizujących, przebieg wprowadzania kruszonki gumowej, stopień i szybkość wprowadzania, ilość i przebieg czasowy wprowadzania środka sieciującego, jak to przedstawiono poniżej, a także ciężar cząsteczkowy i rodzaj ciekłego kauczuku, a także funkcyjność kauczuku, zależnie od możliwości. Wykorzystując taką kombinację parametrów regulować można stopień dysocjacji kruszonki gumowej, tak aby uzyskać różne produkty, jak to opisano poniżej.

Składnik w postaci ciekłego kauczuku stosowany zgodnie ze sposobem według wynalazku jest dobrze rozpuszczalny lub wysoce kompatybilny z ciekłymi kompozycjami bitumicznymi w typowych warunkach obróbki, to znaczy w temperaturze od około 100 do 300°C, a korzystnie od około 150 do około 220°C. Taki ciekły kauczuk może służyć do zapewnienia kompatybilności bitumu z rozdrobnioną gumą, a także wykazuje skłonność do penetrowania do kruszonki gumowej spęcznionej olejem ułatwiając w ten sposób jej mieszanie z asfaltem, dzięki czemu następuje ułatwione wiązanie chemiczne in situ ciekłego kauczuku z co najmniej częściowo zdysocjowaną siecią wulkanizatu gumowego w wyniku wolnorodnikowej reakcji przenoszenia łańcucha.

Taki ciekły kauczuk może być funkcjonalizowany lub niefunkcjonalizowany, jego ciężar cząsteczkowy wynosi korzystnie od około 300 do około 60 000, a ponadto korzystnie jest on zbliżony pod względem struktury cząsteczkowej (będąc polibutadienem, poliizoprenem lub odpowiednim ich kopolimerem styrenowym) do kruszonki gumowej, tak aby ułatwić fizyczne i/lub chemiczne wprowadzenie co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu gumowego do bitumu.

Jeśli stosuje się funkcjonalizowany ciekły kauczuk, to grupę funkcyjną może stanowić amina, diol, bezwodnik maleinowy, cyjanek, kwas karboksylowy lub sulfonian. Spośród takich grup funkcyjnych korzystne są aminy, gdyż grupy takie z uwagi na swoją zasadowość, mogą działać jako katalizator przyspieszający proces dysocjacji, a ponadto odgrywają rolę w reakcji

175 009 sprzęgania niezbędnej do połączenia innych zdyspergowanych cząstek polimeru, takich jak poliolefiny, a korzystnie polietylen, jeśli takie cząstki znajdują się w kompozycji bitumicznej.

Gdy proces prowadzi się w bitumie o niskiej zawartości oleju węglowodorowego, to korzystne jest rozpuszczenie ciekłego kauczuku w bitumie na początku procesu, choć ciekły kauczuk dodawać można w dowolnym odpowiednim stadium obróbki kompozycji bitumu z cząstkami gumy. Gdy proces prowadzi się w oleju węglowodorowym, a następnie co najmniej częściowo zdysocjowaną sieć wulkanizatu gumowego dodaje się do bitumu, to ciekły kauczuk zazwyczaj również dodaje się do bitumu w tym samym czasie. Zazwyczaj ciekły kauczuk stosuje w ilości od około 0,01 do około 10, a korzystnie od około 0,1 do około 3% wag. w stosunku do bitumu.

Doprowadzenie energii cieplnej i mechanicznej do zdyspergowanych, spęcznionych cząstek kruszonki gumowej w bitumie powoduje dysocjację sieci wulkanizatu gumowego oraz ciągłe zmniejszanie się wielkości cząstek wulkanizatu gumowego, przy czym stopień zmniejszenia wielkości cząstek zależy, oprócz innych parametrów obróbki przedstawionych powyżej, od okresu czasu doprowadzania energii cieplnej i mechanicznej do kompozycji. Jeśli taką obróbkę prowadzi się wystarczająco długo, wszystkie cząstki gumy ulegną dysocjacji, tak że w kompozycji nie pozostaną żadne dające się odróżnić cząstki.

Jednakże jeśli taka obróbka prowadzona będzie wystarczająco długo bez odpowiedniego kontrolowania, czy siatka wulkanizatu gumowego została silnie zdysocjowana, uzyska się olejopodobny upłynniony materiał, który może nie nadawać się do zastosowań takich jak nawierzchnie dróg i pokrycia dachów. Takie olejopodobne upłynnione' materiały mogą być bardziej przydatne do stosowania jako rozcieńczalniki asfaltu oraz jako bezasfaltowe powłoki i szczeliwa.

Kruszonka gumowa z opon samochodowych zazwyczaj zawiera znaczne ilości sadzy. Zastosowany sposób dysocjacji według wynalazku może powodować uwolnienie cząstek sadzy·. Zazwyczaj takie cząstki sadzy mogąoddzielać się od ciągłej fazy bitumu w wyniku sedymentacji.

Według wynalazku stabilność uwolnionej sadzy poprawia się w wyniku powierzchniowego szczepienia ciekłego kauczuku i co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu gumowego na tych cząstkach w wyniku wolnorodnikowej reakcji przenoszenia łańcucha.

Zasadniczo silnie zdysocjowany materiał może być zdyspergowany w bitumie i pozostawać w fazie ciekłej wyłącznie dzięki zastosowaniu składnika w postaci ciekłego kauczuku. Jednakże w stadiach pośrednich pomiędzy początkiem dysocjacji i uzyskaniem silnie zdysocjowanego materiału, gdy w dalszym ciągu występują zdyspergowane cząstki zdegradowanej gumy, w celu zapewnienia stabilności dyspersji takich cząstek zdegradowanej gumy w bitumie, konieczne jest wywołanie reakcji sieciowania ciekłego kauczuku, tak aby zapewnić stabilizację cząstek zdegradowanej gumy i zapobiec jej sedymentacji z bitumu.

Istotną cechą sposobu według wynalazkujest możliwość regulowania stopnia lub poziomu dysocjacji sieci wulkanizatu gumowego. Materiały o pewnych poziomach zdysocjowania można stosować niezależnie lub dogodnie łączyć ze sobą.

Silnie zdysocjowaną sieć wulkanizatu gumowego, która została rozpuszczona lub uległa kompatybilizacji w bitumie można następnie ponownie zwulkanizować in situ wykorzystując powszechnie stosowane środki sieciujące. Taki ponownie zwulkanizowany modyfikowany bitum wykazuje zwiększoną elastyczność i sztywność w wyniku nieodwracalnego wiązania chemicznego w bitumie, bez obawy wystąpienia rozdziału faz.

Takie sieciowanie i/lub szczepienie można przeprowadzić stosując dowolny odpowiedni środek sieciujący taki jak siarka, donor siarki, z dodatkiem lub bez przyspieszaczy, a także inne inicjatory wolnorodnikowe takie jak nadtlenek wodoru. Zazwyczaj środek sieciujący stosuje się w ilości od około 0,05 do około 5%. a korzystnie od około 0,2 do około 3% wag. w stosunku do bitumu. Środek sieciujący dodać można w dowolnym odpowiednim stadium obróbki.

W innym wykonaniu według wynalazku cząstki zwulkanizowanej kruszonki gumowej można dodać i wprowadzić do wyżej opisanej kompozycji asfaltu z silnie zdysocjowaną gumą. W takich kompozycjach co najmniej częściowo zdysocjowana siatka gumy może chemicznie wiązać się z powierzchnią cząstek wulkanizatu gumowego tworząc trwałe kompozycje.

170 909

Zgodnie z korzystnym sposobem według wynalazku wytwarza się stabilnąkompozycję bitumiczną, z której nie wydziela się faza resztek zdegradowanej kruszonki gumowej z opon samochodowych oraz sadzy uwolnionej z kruszonki gumowej w wyniku dewulkanizacji prowadzonej w podwyższonych temperaturach, zazwyczaj w zakresie od około 100 do około 300°C.

Stosować można wprowadzanie cząstek kruszonki gumowej porcjami w celu uzyskania bardzo wysokiego obciążenia wytwarzanej kompozycji bitumicznej zdyspergowaną, stabilizowaną gumą, zazwyczaj w zakresie od około 25 do około 80% wag. Taki stężony materiał lub przedmieszkę można rozcieńczyć bitumem uzyskując kompozycję o pożądanym stężeniu stabilizowanej kruszonki gumowej, zazwyczaj w zakresie od około 3 do około 40% wag., do wykorzystania w różnych zastosowaniach asfaltu takich jak wszelkiego rodzaju nawierzchnie, wstępnie uformowany klinkier drogowy, warstwy dachowe, gonty, impregnacyjne warstwy wodoodporne, szczeliwa, uszczelnienia, żywice do zalewania i wykończenia ochronne. Takie przedmieszki można również mieszać z wypełniaczami i/lub polimerami i wymieszaną kompozycję można pastylkować uzyskując kompozycję w postaci pastylek, które dodaje się następnie do kompozycji asfaltowych przeznaczonych do wymienionych zastosowań.

W publikowanym międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO 93/07219 (odpowiadającym zgłoszeniu USA nr 863 734 z 16 kwietnia 1992, które wprowadza się jako źródło literaturowe) opisano stabilne kompozycje, w których cząstki polietylenu utrzymywane są w postaci fazy rozproszonej w wyniku stabilizacji sterycznej. Jak to przedstawiono w tym opisie, bitum zawiera podstawową fazę ciągłą z kompozycji bitumicznej modyfikowanej polimerem oraz polimer zdyspergowany w bitumie w wyniku stabilizacji sterycznej zapewnianej przez pierwszy składnik związany z fazą polimeru i drugi składnik związany z pierwszym składnikiem, rozpuszczalny w bitumie.

Ponadto, jak to opisano w równocześnie badanym zgłoszeniu patentowym brytyjskim nr 9306517.5 z 29 marca 1993 w imieniu Polyphalt Ltd., do kompozycji bitumicznej wprowadzić można dodatkowe składniki w postaci homopolimeru lub kopolimeru, taki jak kopolimery styrenowe, kopolimery olefinowe i kauczuki etylenowo/propylenowe w postaci dyspersji cząstek, dyspersji pasm, roztworów i ich kombinacji, tak że dodatkowy składnik w postaci homopolimeru lub kopolimeru jest stabilizowany przed oddzieleniem się.

Co najmniej częściowo zdysocjowaną sieć wulkanizatu gumowego wytworzoną sposobem opisanym powyżej dodać można, samą lub w postaci stabilnej dyspersji w bitumie, do takich kompozycji bitumicznych, tak że resztkowe cząstki kruszonki gumowej będą stanowić część stabilnej zdyspergowanej fazy i mogą stanowić uzupełnienie lub częściowo zastępować cząstki polietylenu lub innego polimeru. Nienasycone składniki w postaci ciekłego kauczuku i takiej co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu gumowego można wykorzystać do całkowitego lub częściowego zastąpienia stabilizatora opartego na polibutadienie, jako steryczny stabilizator. Jeśli nienasycony kauczuk stosowany przy wytwarzaniu co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu gumowego jest funkcjonalizowany, to taki nienasycony kauczuk wykorzystać można do zastąpienia drugiego składnika związanego z pierwszym składnikiem i połączonego ze zdyspergowanym polimerem, jak to opisano powyżej.

Wytwarzanie stabilnych dyspersji kruszonki gumowej w bitumie sposobem według wynalazku można połączyć ze stabilizacjązdyspergowanego polietylenu i innych polimerów i kopolimerów olefmowych, jak to opisano powyżej, w celu poprawy ich właściwości. Materiały na nawierzchnie dróg zazwyczaj zawierają kruszywa takie jak pokruszony żwir, piasek itp., wraz z kompozycją bitumiczną. Stosować można również inne dodatki do kompozycji bitumicznych, zależnie od ostatecznego zastosowania takich kompozycji. Tak np. materiał dachowy wytworzyć można dodając odpowiednie wypełniacze takie jak azbest, węglany, krzemionkę, włókna drzewne, mikę, siarczany, gliny, pigmenty i/lub środki opóźniające palenie, takie jak chlorowane woski. Przy stosowaniu do wypełniania pęknięć z powodzeniem stosować można tlenek.

175 009

Przykłady

Przykład 1. W przykładzie tym zilustrowano obróbkę kruszonki gumowej w celu wytwarzania zdysocjowanej sieci wulkanizatu gumowego oraz wprowadzanie takiej gumy poddanej obróbce do kompozycji bitumicznej.

Kruszonkę gumową z opon samochodowych o rozmiarze cząstek 841 )jm (20 mesh) wymieszano z olejem aromatycznym “SUNTEX” 790. Właściwości fizyczne i chemiczne tego oleju podano poniżej w tabelach I i II.

Tabela I

Zakres lepkości		średnia
Właściwości fizyczne	Norma ASTM	790
Lepkość m²/s, 38°C (SUS, 100°F)	D 2161	7,68-10^-4 (3500)
Lepkość, m²/s, 99°C (SUS/210°F)	D 2161	4· Π)-⁶ (96,3)
Gęstość g/cm³, 16°C (API, 60°F)	D 287	0,9930(11,0)
Ciężar właściwy, 16°C (60°F)	D 1250	0,9979
Stała lepkościowo-ciężarowa	D 2501	0,954
Waga, kg/m'³ (funty/galon)	D 1250	990 (8,27)
Ciężar cząsteczkowy	' S 2502	398
Temperatura płynięcia, °C (°F)	D 97	21 (+70)
Części lotne-% wagowych w około 107°C (225°F)	D 972	-j 1,2
Temperatura zapłonu określona w przyrządzie Klevelanda (COC), °C (°F)	D 92	215,5 (420)
Współczynnik załamania światła	D 1747	15684
Punkt anilinowy	D 611	⁹⁷

Tabela II

Żel glinkowy, 5% wag.	D 2007
Asfalteny		0,1
Związki polarne		10,4
Aromaty		73,2
Aromaty łącznie		83,7
Składniki nasycone		16,3
Analiza typu węgla, %	D2140
Ca		37 '
Cn		28
^Cp		35

Po załadowaniu na wstępie 15% wag. kruszonki gumowej do oleju (to znaczy do uzyskania mieszanki 15% wag. kruszonki gumowej i 85% wag. oleju) mieszankę ogrzano do około 180°C w warunkach intensywnego ścinania stosując mieszarkę Brinkman Polytron z głowicą mieszającą45H, zapewniającą intensywne ścinanie. Najpierw lepkość kompozycji · wzrosła, a następnie zaczęła spadać po około 20 minutach, gdy rozpoczęła się dysocjacja sieci gumowej spęcznionej przez olej. W tym momencie do ciekłej masy dodano kolejne 10% gumy kontynu12

175 009 ując doprowadzanie ciepła i działanie sił ścinających. W czasie mieszania temperatura kompozycji wzrosła do wielkości w zakresie od około 200 do 250°C na skutek sił tarcia. Doprowadzanie ciepła i działanie sił ścinających kontynuowane przez około 3 godziny uzyskując wówczas wulkanizat gumowy silnie zdysocjowany i rozpuszczony w oleju. Dodano kolejnąporcję 10% gumy i procedurę powtórzono. Po upływie kolejnej 0,5 godziny uzyskano w znacznym stopniu rozpuszczonąmasę zawierającą35% wag. upłynnionej kruszonki gumowej i 65% oleju aromatycznego.

Kontynuowano taki sposób postępowania przy intensywnym ścinaniu dodając coraz więcej porcji kruszonki gumowej, aż do wprowadzenia 65% wag. kruszonki gumowej, która rozpuściła się tworząc roztwór w oleju aromatycznym, w ciągu około 6 godzin.

Do mieszanki gumy poddanej obróbce, zawierającej 65% rozpuszczonej kruszonki gumowej i 35% oleju aromatycznego dodano kauczuk polibutadienowy (Ricon 134, Colorado Chemical Specialities Inc.; mikrostruktura: 80% trans- i cis-1,4, 20% wiązań 1,^-winylowych, ciężar cząsteczkowy (MW) = 12 000) w ilości 3-5% w stosunku do kruszonki gumowej poddanej obróbce, oraz siarkę w ilości około 1% wag. w stosunku do kruszonki gumowej poddanej obróbce w oleju, po czym uzyskaną mieszankę ogrzewano przez około 1 godzinę w tej samej temperaturze uzyskując usieciowany materiał.

Uzyskany usieciowany materiał wymieszano z ciekłym asfaltem (Petro-Canada Bow River, penetracja 85/100 - właściwości podano poniżej w tabeli III) stosowanym w ilości 20-40% w stosunku do mieszanki, uzyskując kompatybilną kompozycję.

Mieszankę asfaltu z usieciowanym materiałem wymieszano ze stabilizowaną kompozycją asfaltową opisaną w WO 93/07219 i zgłoszeniu USA nr 863 734, opartą na asfalcie (Cold Lake, penetracja 300-400), zawierającą4% wag. zdyspergowanego sterycznie stabilizowanego polietylenu i 2% wag. polibutadienu, w podwyższonej temperaturze 160°C. Mieszankę asfaltu z usieciowanym materiałem dodano w ilości odpowiadającej 2,5% wag. poddanej obróbce kruszonki gumowej w usieciowanym materiale, tak że całkowita zawartość polimeru w kompozycji asfaltowej wynosiła 7,5% wag.

Przy badaniu uzyskanej kompozycji asfaltowej stwierdzono, że wielkość cząstek polietylenu zmniejszyła się, a dyspersja cząstek polietylenu była bardziej równomierna pod względem wielkości niż w przypadku kompozycji przed dodaniem mieszanki asfaltu z usieciowanym materiałem. Poprawiła się ponadto elastyczność kompozycji asfaltowej.

Przykład porównawczy 1. Przykład tenjest przykładem porównawczym, w którym przeprowadzono zwykłe etapy procesu mokrego.

W 1-litrowym zbiorniku mieszarki 84 części asfaltu (Petro-Canada Bow River, penetracja 85/100; właściwości - patrz tabela III, poniżej) ogrzano do 180°C. Do asfaltu dodano 10% wag. kruszonki gumowej (Baker Rubber Inc., (841 μτη (20 mesh) i 6 części oleju aromatycznego (Suntex 790; właściwości - patrz tabele I i II, powyżej) i całość dyspergowano w warunkach intensywnego ścinania (mieszarka Brinkman Polytron) przez 2 godziny w 180-240°C.

Tabela III

Właściwości	Norma ASTM	Bow River 85/100
Lepkość w 135, Pas(cP)	D4552	0,4(400)
Gęstość w 15°C	D1298	1026
Ciężar cząsteczkowy, g/mol	D2502	1200
Skład (%)	D2007
Asfalteny		10,3
Aromaty łącznie		71,1
Składniki nasycone		18,5

*

Bow River 85/100 - rodzaj asfaltu

175 009

Mieszankę wstawiono do suszarki w podwyższonej temperaturze (140°C) na 48 godzin bez mieszania. Oględziny mieszanki po zakończeniu tego okresu wykazały, że prawie cała kruszonka gumowa, która została zdyspergowana w asfalcie, osiadła w dolnej części pojemnika. Lepkość asfaltu w dolnej części pojemnika była znacznie większa niż w górnej. Taki szybki rozdział faz (lub sedymentacja kruszonki gumowej) potwierdzająwyniki testu stabilności przy przechowywaniu, podane poniżej w tabeli IV.

Przykład porównawczy 2. Przykład 1 powtórzono, z tym, że zamiast 10 części kruszonki gumowej (841 μτη (20 mesh)) zastosowano 10 części kruszonki gumowej (420 pm (40 mesh)). Zastosowana silnie rozdrobniona guma oponowa w dalszym ciągu wykazywała skłonność do szybkiego wydzielania się lub sedymentacji, tworząc warstwę kruszonki gumowej na dnie naczynia. Wyniki podano w tabeli IV

Przykład2.W przykładzie tym zilustrowano wytwarzanie stabilnej kompozycji bitumu z rozdrobnioną gumą, sposobem według wynalazku.

części oleju aromatycznego (Suntex 790)wymieszano z 4 częściami asfaltu (Bow River 85/100) w 150°C. Do asfaltu dodano stopniowo kolejno 10 części kruszonki gumowej (841 pm (20 mesh)) i 0,8 części kauczuku polibutadienowego (Ricon 131, Colorado Chemical Specialities Inc.; mikrostruktura: 80% trans- i cis-1,4,20% wiązań 1,2-winylowych, ciężar cząsteczkowy (MW) = 5 500) i całość mieszano w warunkach intensywnego ścinania (w mieszarce Brinkman Polytron) w temperaturze 180-240°C przez 2 godziny. Do homogenizowanej mieszanki dodano dodatkowo 80 części asfaltu (Bow River 85/100) i uzyskaną mieszankę dalej mieszano w 180°C przez 0,5 godziny, uzyskując stabilną kompozycję asfaltu modyfikowanego rozdrobnioną gumą oponową. Po przechowywaniu przez 2 dni w 140°C nie stwierdzono znaczących zmian lepkości w stosunku do spoiwa przed przechowywaniem oraz nie stwierdzono zasadniczej różnicy między mieszanką na górze i na dnie naczynia, co świadczyło o tym, że upłynniona guma pozostała w postaci zdyspergowanej w bitumie. Wyniki testu podano w tabeli lV.

Przykład3. Przykład 2 powtórzono, z tym że na wstępie dodano do bitumu 6 części kruszonki gumowej wraz z olejem aromatycznym i polibutadienem, całość mieszano przez 2 godziny, po czym do mieszanki wprowadzono dodatkowo 4 części kruszonki gumowej i 0,2 części elementarnej siarki. Dodatkowe 80 części asfaltu dodano do mieszanki mieszanej w warunkach intensywnego ścinania po dyspergowaniu dodanej kruszonki gumowej przez 15-20 minut, gdy lepkość mieszanki zaczęła wyraźnie wzrastać. Część cząstek kruszonki gumowej pozostała w postaci zdyspergowanej w asfalcie, a uzyskana kompozycja asfaltowa zachowywała stabilność po przechowywaniu przez 2 dni w 140°C (patrz tabela IV).

Przykład 4. Powtórzono przykład 2, z tym że 1 część siarki dodano po 2 godzinach mieszania kruszonki gumowej stosowanej w przykładzie porównawczym 2 i całość mieszano przez 1 godzinę w 180°C uzyskując galaretowaty materiał, który jednak w dalszym ciągu dał się łatwo dyspergować i był kompatybilny z asfaltem tworząc stabilne spoiwo gumowo-asfaltowe o takim samym składzie jak w przykładzie 4. Uzyskany asfalt z gumą wykazywał zadawalającą stabilność w podwyższonej temperaturze (patrz tabela IV).

Przykład 5. Przykład 2 powtórzono, z tym że do mieszanki uzyskanej w przykładzie 2 dodano 1 część siarki i całość mieszano w podwyższonej temperaturze (około 180°C) przez 1 godzinę. Rozpuszczony i zdewulkanizowany kauczuk w kompozycji asfaltowej został ponownie zwulkanizowany in situ w wyniku reakcji sieciowania, tak że uzyskano gładką kompozycję asfaltową bez objawów rozdzielania faz. Uzyskana kompozycja wykazywała doskonałą stabilność (patrz tabela IV).

Przykładó.W przykładzie tym zilustrowano wprowadzanie polietylenu do stabilnej kompozycji asfaltu z kruszonką gumową.

Przykład 2 powtórzono, z tym że 0,8 części ciekłego polibutadienu zastąpiono 0,8 częściami poli(butadienu-co-akrylonitrylu) z końcowymi grupami aminowymi (10% akrylonitrylu, ciekły kauczuk, BP Goodrich, równoważnik aminowy 879 g/mol). Do uzyskanej mieszanki dodano najpierw 1 część polietylenu szczepionego bezwodnikiem maleinowym (Dupont, Fusabond D-110, gęstość w 25°C = 0,920 g/ml, wskaźnik płynięcia stopu = 40), a następnie 0,8 części

175 009 siarki, po czym całość mieszano w mieszarce Polytron zapewniającej intensywne ścinanie, przez 1 godzinę, w temperaturze 180°C. Z kolei w mieszance zdyspergowano w ciągu 30 minut przy stałym mieszaniu 4 części regenerowanego polietylenu (polietylen o małej gęstości, wskaźnik płynięcia stopu 5), uzyskując jednorodną kompozycję asfaltową. Regenerowany polietylen pozostawał w spoiwach asfaltowych modyfikowanych kruszonką gumową w podwyższonych temperaturach; nie stwierdzono wydzielania się z fazy bitumu ani zdyspergowanych cząstek polietylenu ani fazy kruszonki gumowej, co potwierdziły obserwacje mikroskopowe po przechowywaniu w 140°C przez 48 godzin.

Przykład porównawczy 3. Powtórzono przykład 6, z tym że nie dodano 10 części kruszonki gumowej, którą poddawano rozpuszczaniu lub dewulkanizacji w sposób opisany w przykładzie 2. Uzyskana kompozycja była niestabilna, gdyż polietylen ulegał koalescencji i wypadał z asfaltu w podwyższonych temperaturach, co potwierdziły obserwacje mikroskopowe przeprowadzone w sposób opisany w przykładzie 6.

Tabela IV

Przykład	2	3	4	5	6	7	8
Składnik, części wagowe
Asfalt (Bow River, 85/100)	84	84	84	84	84	84	84
Suntex 790	6	6	6	6	6	6	6
Kruszonka gumowa	10	10	10	10	10	10	10
Ciekły polibutadien	-	-	0,8	0,8	0,8	0,8
Siarka		-	-	0,2	1,0	1,0	0,8
Polietylen szczepiony bezwodnikiem maleinowym							— 1,0
Kauczuk ATBN	-	-	-	-	-		0,8
Regenerowany polietylen	-	-	-	-	-	-	4
Lepkość (Pa-s) Brookfield’a w 135°C, 20 obrotów/minutę
w części górnej	0,545	0,675	0,537.5	0,575	0,687,5	0,800	_-
przy dnie	2,975	3,100	0,555	0,650	0,675	0,837	-
Stabilność	brak	brak	BD	BD	BD	BD	BD

Uwaga: BD = bardzo dobra lepkości spoiw asfaltowych z kruszonką po przechowywaniu w 140°C przez 48 godzin.

Podsumowując ujawnienie można stwierdzić, że wynalazek dostarcza nowego sposobu co najmniej częściowej dysocjacji siatki wulkanizatu kruszonki gumowej, w tym z opon samochodowych, oraz wprowadzania gumy poddanej takiej obróbce do stabilnych kompozycji bitumicznych. Co najmniej częściowo zdysocjowaną siatkę wulkanizatu gumowego można stosować niezależnie jako modyfikator bitumu lub jako środek stabilizujący dyspersje rozdrobnionego wulkanizatu gumowego w bitumie, albo jako steryczny stabilizator dyspersji poliolefin w bitumie. Materiały z co najmniej częściowo zdysocjowaną siatką wulkanizatu gumowego można wytwarzać in situ w bitumie, albo też wytwarzać osobno i następnie wprowadzać do bitumu, a uzyskane kompozycje bitumiczne stanowią użyteczne materiały do różnych zastosowań. Modyfikacje są możliwe w ramach zakresu wynalazku.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania kompozycji bitumicznych, znamienny tym, że miesza się zwulkanizowane cząstki gumowe z olejem węglowodorowym do zmiękczenia i spęcznienia cząstek gumy, do zmiękczonych i spęcznionych cząstek doprowadza się energię cieplmąi energię mechaniczną, dysocjując co najmniej częściowo sieć wulkanizatu cząstek gumy w stopniu zapewniającym brak dostrzegalnej fazy rozproszonych cząstek gumy określany brakiem sedymentacji cząstek gumy w kompozycji bitumicznej, i dysperguje się poddaną obróbce gumę w bitumie zawierającym co najmniej jeden wprowadzony środek zapewniający kompatybilność, wprowadzając gumę poddaną obróbce do bitumu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po doprowadzeniu energii cieplnej i mechanicznej do zmiękczonych i spęcznionych cząstek gumy dodaje się jedną lub więcej odrębnych porcji zwulkanizowanych cząstek gumy, i po każdym dodaniu odrębnej porcji cząstek doprowadza się energię termiczną i mechaniczną, rozrywając co najmniej częściowo sieć wulkanizatu cząstek gumy.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dodaje się jedną lub więcej odrębnych porcji zwulkanizowanych cząstek gumy, w ilości zapewniającej stopień obciążenia gumą poddaną obróbce od 25 do 80% wagowych kompozycji bitumicznej.
4. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że jako środek zapewniający kompatybilność stosuje się ciekły kauczuk wykazujący kompatybilność z bitumem i gumąpoddaną obróbce w warunkach obróbki bitumu, w temperaturze od 100 do 300°C.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się ciekły kauczuk o masie cząsteczkowej od około 300 do około 60 000.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako ciekły kauczuk stosuje się polibutadien lub kopolimery oparte na polibutadienie.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako polibutadien stosuje się polibutadien z aminowymi grupami funkcyjnymi.
8. Sposób według zastrz. 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że ciekły kauczuk stosuje się w ilości od 0,01 do 10% wagowych w stosunku do kompozycji bitumicznej.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że ciekły kauczuk stosuje się w ilości od 0,1 do 3% wagowych kompozycji bitumicznej.
10. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że następnie sieciuje się środkiem sieciującym środek zapewniający kompatybilność, bitum i poddaną obróbce gumę, stabilizując wszelkie pozostałe cząstki gumy w gumie poddanej obróbce dla zapobieżenia oddzielania się ich od bitumu przez sedymentację.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że jako środek sieciujący stosuje się siarkę, donor siarki lub siarkę i przyspieszacz.
12. Sposób według zastrz. 10, albo 11, znamienny tym, że środek sieciujący stosuje się w ilości od 0,05 do 0,5% wagowych kompozycji bitumicznej.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że środek sieciujący stosuje się w ilości od 0,2 do 3% wagowych kompozycji bitumicznej.
14. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, znamienny tym, że jako olej węglowodorowy stosuje się olej o wysokiej aromatyczności.
15. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, znamienny tym, że do bitumu dodaje się zwulkanizowane cząstki gumy, gdzie miesza się je z olejem węglowodorowym i doprowadza do nich energię termiczną i mechaniczną.

175 009
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że olej węglowodorowy dostarcza się za pomocą składników zawartych w bitumie.
17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że do bitumu daje się olej węglowodorowy.
18. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, znamienny tym, że jako zwulkanizowane cząstki gumy stosuje się cząstki kruszonki gumowej z opon samochodowych.
19. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 18, znamienny tym, że do otrzymanej kompozycji bitumicznej dodaje się dodatkowe zwulkanizowane cząstki gumy i ewentualnie przeprowadza się sieciowanie dla stabilizowania dodatkowych zwulkanizowanych cząstek gumy, z ich ewentualnie czesciowądysocjacją w kompozycji bitumicznej, przed oddzielaniem się od bitumu.
20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że etap doprowadzania energii prowadzi się, zapewniając częściowe zdysocjowanie cząstek dodatkowego wulkanizatu gumowego, a etap sieciowania prowadzi się stabilizując zdysocjowane dodatkowe cząstki wulkanizatu gumowego przed oddzielaniem się od bitumu.
21. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11; albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 18, albo 19, albo 20, znamienny tym, że w otrzymanej kompozycji bitumicznej dysperguje się poliolefinę, przy czym rozproszone cząstki poliolefiny stabilizuje się przed ich oddzielaniem się na drodze postępującej koalescencji przez steryczną stabilizację gumy poddanej obróbce.
22. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 18, albo 19, albo 20, albo 21, znamienny tym, że energię cieplną lub mechaniczną doprowadza się w ciągu okresu czasu wystarczającego do spowodowania, że wszelkie cząstki sadzy uwolnione z cząstek gumy pozostają zdyspergowane i są odporne na sedymentację.
23. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10,albo 11,albo 12,albo 13,albo 14, albo 15,albo 16,albo 17,albo 18,albo 19, albo 20, albo 21, albo 22, znamienny tym, że prowadzi się go do uzyskania kompozycji zawierającej od około 25 do około 80% zdyspergowanej, stabilizowanej gumy, stosowanej jako przedmieszka do rozcieńczania kolejną ilością bitumu z wytworzeniem kompozycji bitumicznej do różnych zastosowań asfaltu.
24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że przedmieszkę miesza się ze składnikami kompozycji bitumicznej, obejmującej wypełniacze i polimery, a wymieszaną kompozycję pastylkuje się do postaci pastylkowanej kompozycji.
25. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10,albo 11,albo 12,albo 13,albo 14,albo 15,albo 16,albo 17,albo 18,albo 19, albo 20, albo 21, albo 22, albo 23, albo 24, znamienny tym, że do bitumu wprowadza się monomer funkcjonalizowany.
26. Kompozycja bitumiczna, znamienna tym, że zawiera ciągłą fazę bitumu oraz rozproszoną fazę obejmującą gumę poddaną obróbce o co najmniej częściowo zdysocjowanej sieci wulkanizatu, zdysocjowanej w stopniu zapewniającym brak dostrzegalnych zdyspergowanych cząstek gumy określany brakiem sedymentacji cząstek gumy.
27. Kompozycja według zastrz. 26, znamienna tym, że ponadto zawiera ciekły kauczuk i cząstki gumy rozproszone w fazie bitumu, stabilizowane przed oddzielaniem się od fazy bitumu na drodze sedymentacji przez usieciowanie pomiędzy ciekłym kauczukiem, bitumem i gumą poddaną obróbce.
28. Kompozycja według zastrz. 27, znamienna tym, że rozproszone cząstki gumy mająco najmniej częściowo zdysocjowanąsieć wulkanizatu gumowego.
29. Kompozycja według zastrz. 26, znamienna tym, że zawiera ponadto ciekły kauczuk i cząstki poliolefiny rozproszone w bitumie i stabilizowane przed oddzielaniem się od fazy bitumu

175 009 na skutek postępującej koalescencji przez usieciowanie pomiędzy ciekłym kauczukiem, bitumem i gumą poddaną obróbce.
30. Kompozycja według zastrz. 26, albo 27, albo 28, albo 29, znamienna tym, że jako ciekły kauczuk zawiera polibutadien o masie cząsteczkowej od 300 do 60 000.
31. Kompozycja według zastrz. 30, znamienna tym, że jako polibutadien zawiera polibutadien z aminowymi grupami końcowymi.