PL228124B1

PL228124B1 - Sposób wytwarzania lepiszcza asfaltowego

Info

Publication number: PL228124B1
Application number: PL408012A
Authority: PL
Inventors: Piotr Radziszewski; Michał Sarnowski; Jan Król; Karol Kowalski; Jerzy Piłat; Krzysztof Gil; Peter Dirnberger; Mirosław Nawracaj; Igor Ruttmar
Original assignee: Politechnika Warszawska; Strabag Społka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością; Tpa Społka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2018-02-28
Also published as: PL408012A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania lepiszcza asfaltowego modyfikowanego gumą.

Asfalt drogowy jest tradycyjnie stosowanym materiałem wiążącym (lepiszczem) do mieszanek mineralno-asfaltowych przeznaczonych do budowy dróg. Zwykłe właściwości asfaltu drogowego nie zawsze są wystarczające, co wymusza modyfikację jego właściwości, zazwyczaj polimerami typu elastomerowego lub duroplastami. Jedną z metod modyfikacji asfaltu elastomerem jest modyfikacja asfaltu drogowego dodatkiem gumy pochodzącej z recyklingu np. opon samochodowych.

Tradycyjny sposób wytwarzania asfaltów modyfikowanych gumą znany jest z opisów patentowych US 3891585, US 4069182, US 4021393, US 4085078, US 3919148, US 3844668, a właściwości asfaltu modyfikowanego gumą ujęte są np. w wymaganiach normy ASTM D6114. Modyfikacja asfaltu gumą pochodzącą z recyklingu polega na dodaniu miału lub granulatu gumowego, w ilości od 5% do 20% masy, do lepiszcza asfaltowego o temperaturze od 180°C do 200°C. W tradycyjnym procesie mieszanina poddawana jest mieszaniu i dojrzewaniu w czasie od 30 minut do 2 godzin. W niektórych rozwiązaniach stosowane jest również mieszanie wysokoobrotowe ze ścinaniem. Modyfikacja asfaltu gumą pochodzącą z recyklingu zwiększa lepkość lepiszcza w wysokiej temperaturze, powoduje rozszerzenie zakresu lepkosprężystego i poprawia odporność na starzenie lepiszcza.

Znany z opisów patentowych US4068023, US4992492 i EP0305225, US5719215 i EP0677086A1, US 5959007A i EP0677086A1, US20090215930A1 i EP1873212A1 sposób modyfikacji asfaltu gumą polega na tym, że w procesie modyfikacji stosuje się plastyfikator, najczęściej olejowy. W wynalazku przedstawionym w opisie patentowym US4068023 proces modyfikacji polega na dodaniu oleju mineralnego i wygrzewaniu mieszaniny asfaltu, gumy i oleju w temperaturze powyżej 150°C, do uzyskania jednorodności. W rozwiązaniach ujawnionych w opisach patentowych US4992492 i EP0305225 jako plastyfikator zastosowano ciężki aromatyczny olej naftenowy, dodawany w ilości 3% do mieszaniny 80% asfaltu i od 15% do 16% sproszkowanej gumy, w obecności katalizatora w ilości od 0,5% do 1,5%. Z kolei w rozwiązaniach według opisów patentowych US5719215 i EP 0677086A1 cząstki gumy są najpierw mieszane z olejem węglowodorowym i następnie poddawane obróbce termicznej i mechanicznej. Mieszaninę zaktywizowanej olejem węglowodorowym gumy wprowadza się do asfaltu w płynnym nośniku np. aminach polibutylenu. Mieszaninę miesza się do uzyskania jednorodności w temperaturze od 180°C do 240°C, przez 2 godziny. W wynalazkach uznanych z opisów patentowych US 5959007A i EP 0677086A1 polimery są stosowane do poprawy stabilności asfaltu modyfikowanego gumą. Polimery rozprasza się w oleju naftenowym, który powoduje jego pęcznienie. W celu stabilizacji asfaltu modyfikowanego gumą spęczniały polimer w oleju naftenowym dodaje się do asfaltu modyfikowanego gumą i miesza w temperaturze około 200°C przez 2 godziny. Zgodnie z opisami patentowymi US20090215930A1 i EP1873212A1 stosuje się dwuetapowe mieszanie składników o różnej konsystencji i w różnych proporcjach w celu oszczędności energii i skrócenia czasu mieszania asfaltu z gumą z recyklingu do czasu od 5 min do 40 min. Wstępnie miesza się rozdrobnioną gumę z recyklingu w ilości od 60% do 98% z olejem aromatycznym w ilości od 2% do 40% i następnie tak otrzymaną mieszaninę łączy w ilości od 3% do 30% z asfaltem w ilości od 70% do 97%. Procesy mieszania prowadzi się w temperaturze od 140°C do 200°C.

Znane jest również stosowanie olejów roślinnych jako dodatków do asfaltów modyfikowanych gumą. I tak, w opisie europejskiego zgłoszenia patentowego EP1357155A1 jest przedstawiony sposób wytwarzania modyfikowanego asfaltu, zgodnie z którym do granulowanych odpadów gumowych dodaje się olej roślinny jako środek dyspergujący, miesza się w temperaturze 90-1500°C, a następnie dodaje się tę mieszaninę do gorącego asfaltu. Do tak zmodyfikowanego asfaltu dodaje się pierwszy aktywator w celu uzyskania zdewulkanizowanej i stabilnej mieszanki asfaltowej. Ten aktywator zawiera kwas, taki jak kwas Lewisa oraz śladowe ilości siarki. Korzystne jest dodanie drugiego aktywatora, poprawiającego elastyczność produktu. W opisywanej metodzie konieczne jest jednak stosowanie wysokiej temperatury podczas etapu tworzenia dyspersji odpadów gumowych w oleju roślinnym, co wiąże się z wysokim zużyciem energii. Ponadto niezbędny jest dodatek co najmniej jednego aktywatora dla nadania produktowi oczekiwanych parametrów użytkowych.

Z opisu międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2009019684 znany jest sposób przygotowania surowca z odpadów gumowych, w którym do surowca gumowego w postaci granulatu lub proszku dodaje się odpadowe oleje aromatyczne lub roślinne jako czynnik powodujący dewulkanizację gumy. Zgodnie z tym znanym wynalazkiem odpadowe (czyli przetworzone) oleje roślinne zawierają

PL 228 124 B1 dużą ilość kwasów tłuszczowych, które pełnią funkcję czynnika powodującego destrukcję wiązań siarkowych, nie niszcząc przy tym łańcucha polimerowego. Do mieszaniny dodaje się również inhibitor reakcji (bis-fenol), pozwalający na regulację osiąganych parametrów surowca. W celu zapoczątkowania interakcji pomiędzy odpadami gumowymi i przetworzonymi, odpadowymi olejami utrzymuje się temperaturę mieszaniny w zakresie 150-300°C, a proces prowadzi się przy wysokim ciśnieniu (100-500 at.). Otrzymany produkt poddaje się procesowi formowania, np. w postać granulatu. Tak wytworzony surowiec może znaleźć zastosowanie w różnych aplikacjach, w tym jako dodatek do asfaltu.

Z wykorzystaniem gumy jako dodatku do asfaltu drogowego wiąże się problem dewulkanizacji odpadów gumowych. Jak wynika z wyżej opisanego stanu techniki, podczas wprowadzania odpadów gumowych do asfaltu utrzymuje się wysoką temperaturę i, ewentualnie, wysokie ciśnienie, w celu osiągnięcia oczekiwanego stopnia dewulkanizacji. Są to więc sposoby wymagające technologicznie i wątpliwe z punktu widzenia zużycia energii, a ponadto, jak opisano w W O2009019684, powodują niekontrolowaną destrukcję łańcucha polimerowego, przez co właściwości użytkowe odpadowej gumy ulegają pogorszeniu. Celem wynalazku było opracowanie sposobu, który przebiega w znacznie łagodniejszych warunkach, pozwalającego na otrzymanie asfaltu modyfikowanego odpadami gumowymi o wysokich parametrach użytkowych w sposób kontrolowany.

Sposób wytwarzania lepiszcza asfaltowego według wynalazku polega na tym, że do rozdrobnionej gumy w ilości od 15% do 18% m/m dodaje się olej roślinny w ilości od 0,5% do 5% m/m i miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym mieszaninę pozostawia się w temperaturze od 15°C do 30°C w zamkniętym reaktorze na okres od 18 do 26 godzin. Po tym czasie mieszaninę o temperaturze od 15°C do 85°C dodaje się do asfaltu użytego w ilości od 70% do 90% m/m. Całość miesza się do ujednorodnienia, korzystnie w temperaturze od 180°C do 200°C.

Korzystnie stosuje się rozdrobnioną gumę o granulacji od 0,1 mm do 1,5 mm. Najkorzystniej stosuje się rozdrobnioną gumę pochodzącą z recyklingu opon samochodów osobowych o granulacji od 0,5 mm do 1,5 mm lub pochodzącą z recyklingu opon samochodów osobowych i ciężarowych mieszanych w równych proporcjach o granulacji od 0,1 mm do 1,0 mm.

Korzystnie jako olej roślinny stosuje się olej rzepakowy.

Sposób według wynalazku pozwala na przeprowadzenie procesu wytwarzania lepiszcza asfaltowego modyfikowanego odpadami gumowymi w temperaturze otoczenia. W procesie stosuje się świeże oleje roślinne, które charakteryzują się niższym udziałem kwasów tłuszczowych w porównaniu z olejami odpadowymi. Mimo tej obniżonej ilości kwasów i niskiej temperatury uzyskuje się lepiszcze o zakładanych parametrach. Łagodny proces dewulkanizacji wpływa pozytywnie na jakość dewulkanizowanej gumy, co w konsekwencji poprawia właściwości zmodyfikowanego asfaltu.

Sposób według wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach.

P r z y k ł a d 1

Plastyfikator - olej rzepakowy (2,0% m/m)

Rozdrobniona guma o granulacji 0,5/1,5 mm (15% m/m)

Asfalt drogowy 70/100 (83% m/m)

Plastyfikator olejowy w ilości 2,0% w przeliczeniu na masę lepiszcza gumowo-asfaltowego dodaje się do rozdrobnionej gumy o uziarnieniu 0,5/1,5 mm w ilości 15,0% w przeliczeniu na masę lepiszcza gumowo-asfaltowego. Całość miesza się do ujednorodnia. Mieszaninę rozdrobnionej gumy i plastyfikatora pozostawia się w zamkniętym pojemniku na 24 godziny, w temperaturze 20°C.

Asfalt drogowy 70/100 podgrzewa się w zamkniętym pojemniku do temperatury 190°C do upłynnienia. Oddzielnie mieszaninę gumy i plastyfikatora wygrzewa się w temperaturze 80°C przez 5 minut bezpośrednio przez dodaniem do asfaltu. Następnie do asfaltu (83% m/m) o temperaturze 190°C dodaje się podgrzaną mieszaninę gumy i plastyfikatora olejowego (17% m/m). Składniki miesza się przez 30 minut przy użyciu homogenizatora złożonego z głowicy rozdrabniającej o zakresie rozdrabniania 40-100 μm, przy prędkości obrotowej 4000 obr./min., w temperaturze 190°C. Po 30 minutach homogenizacji mieszaninę asfaltu, gumy i plastyfikatora miesza się przez 30 minut mieszadłem wolnoobrotowym z prędkością 200 obr./min. w temperaturze 190°C.

Właściwości otrzymanego asfaltu przedstawiono w tabeli 1 - kolumna 1.

P r z y k ł a d 2

Plastyfikator - olej rzepakowy (2,0% m/m)

Rozdrobniona guma o granulacji 0,5/1,5 mm (15% m/m)

Asfalt drogowy 70/100 (83% m/m)

PL 228 124 B1

Plastyfikator olejowy w ilości 2,0% w przeliczeniu na masę lepiszcza gumowo-asfaltowego dodaje się do rozdrobnionej gumy o uziarnieniu 0,5/1,5 mm w ilości 15,0% w przeliczeniu na masę lepiszcza gumowo-asfaltowego. Całość miesza się do ujednorodnia. Mieszaninę rozdrobnionej gumy i plastyfikatora pozostawia się w zamkniętym pojemniku na 24 godziny, w temperaturze 30°C.

Asfalt drogowy 70/100 podgrzewa się w zamkniętym pojemniku do temperatury 190°C do upłynnienia. Następnie do asfaltu (83% m/m) o temperaturze 190°C dodaje się mieszaninę gumy i plastyfikatora olejowego o temperaturze 30°C (17% m/m). Składniki miesza się przez 30 minut przy użyciu homogenizatora złożonego z głowicy rozdrabniającej o zakresie rozdrabniania 40-100 pm przy prędkości obrotowej 4000 obr./min. w temperaturze 190°C. Po 30 minutach homogenizacji mieszaninę asfaltu, gumy i plastyfikatora miesza się przez 30 minut mieszadłem wolnoobrotowym z prędkością 200 obr./min. w temperaturze 190°C.

Właściwości otrzymanego asfaltu przedstawiono w tabeli 1 - kolumna 2.

P r z y k ł a d 3 porównawczy

Plastyfikator - olej rzepakowy (2,0% m/m)

Rozdrobniona guma o granulacji 0,5/1,5 mm (15% m/m)

Asfalt drogowy 70/100 (83% m/m)

Plastyfikator olejowy o temperaturze 190°C w ilości 2,0% w przeliczeniu na masę lepiszcza gumowo-asfaltowego dodaje się do rozdrobnionej gumy o temperaturze 190°C, o uziarnieniu 0,5/1,5 mm w ilości 15,0% w przeliczeniu na masę lepiszcza gumowo-asfaltowego. Całość przez 5 minut miesza się do ujednorodnia.

Asfalt drogowy 70/100 podgrzewa się w zamkniętym pojemniku do temperatury 190°C do upłynnienia. Następnie do asfaltu (83% m/m) o temperaturze 190°C dodaje się mieszaninę gumy i plastyfikatora olejowego o temp. 190°C (17% m/m). Składniki miesza się przez 30 minut przy użyciu homogenizatora złożonego z głowicy rozdrabniającej o zakresie rozdrabniania 40-100 pm przy prędkości obrotowej 4000 obr./min. w temperaturze 190°C. Po 30 minutach homogenizacji mieszaninę asfaltu, gumy i plastyfikatora miesza się przez 30 minut mieszadłem wolnoobrotowym z prędkością 200 obr./min. w temperaturze 190°C.

Właściwości otrzymanego asfaltu przedstawiono w tabeli 1 - kolumna 3.

T a b e l a 1. Właściwości asfaltu

Właściwość	Numer przykładu
1	2	3 porównawczy
Penetracja w temperaturze 25°C,	0,1 mm	53	54	52
Temperatura mięknienia,	°C	56,6	55,8	57,2
Lepkość dynamiczna w temperaturze 135°C,	Pa-s	1,25	1,15	1,50

Claims

1. Sposób wytwarzania lepiszcza asfaltowego, zawierającego odpady gumowe, olej roślinny i asfalt, znamienny tym, że do rozdrobnionej gumy w ilości od 15% do 18% m/m dodaje się olej roślinny w ilości od 0,5% do 5% m/m i miesza się do uzyskania jednorodnej mieszaniny, po czym mieszaninę pozostawia się w temperaturze od 15°C do 30°C w zamkniętym reaktorze na okres od 18 do 26 godzin, a po tym czasie mieszaninę o temperaturze od 15°C do 85°C dodaje się do asfaltu użytego w ilości od 70% do 90% m/m, po czym całość miesza się do ujednorodnienia, korzystnie w temperaturze od 180°C do 200°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się rozdrobnioną gumę o granulacji od 0,1 mm do 1,5 mm.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się rozdrobnioną gumę pochodzącą z recyklingu opon samochodów osobowych o granulacji od 0,5 mm do 1,5 mm lub pochodzącą z recyklingu opon samochodów osobowych i ciężarowych mieszanych w równych proporcjach o granulacji od 0,1 mm do 1,0 mm.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako olej roślinny stosuje się olej rzepakowy.

Departament Wydawnictw UPRP