PT1311619E - Uso de uma composição de betume /cera - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "USO DE UMA COMPOSIÇÃO DE BETUME/CERA" A presente invenção refere-se a uma composição betume, em particular, a uma composição que contém cera. É conhecida a utilização de composições betuminosas como pavimentos e revestimentos para vários tipos de superfícies, por exemplo, estradas e aeroportos. Tais composições compreendem misturas de agregados e betume em proporções específicas, e são geralmente acamadas e compactadas enquanto quentes para desenvolverem uma superfície densa e duradoura.

Para numerosas aplicações, o betume (conhecido nos Estados Unidos como "asfalto") constitui um agente ligante suficientemente adesivo e duradouro para o agregado. No entanto, para aplicações de grandes cargas, podem ser adicionados aditivos ao betume no sentido de melhorar as suas propriedades mecânicas. Têm sido divulgados vários aditivos para este propósito, incluindo polímeros tais como os copolímeros de etileno e acetato de vinilo, copolímeros em bloco ou ocasionais de estireno e dienos conjugados (e.g. copolímeros SBS). Mais recentemente, foram também utilizadas as ceras sintéticas compreendendo misturas de hidrocarbonetos alifáticos sintéticos em misturas betume (WO 99/11 737). Tais misturas tendem a ser mais resistentes à deformação sob cargas maiores em comparação com as suas contrapartes correspondentes isentas de cera.

Os combustíveis, tais como o gasóleo e a gasolina possuem um efeito prejudicial sobre o betume. Estes combustíveis 2 tendem a dissolver ou amolecer o componente betume das superfícies betuminosas. Consequentemente, com o uso prolongado, os componentes agregado de tais superfícies tendem a ficar menos bem ligados, de forma que a superfície tem tendência para se desintegrar.

Surpreendentemente, nós verificámos agora que podem ser utilizadas ceras para melhorar a resistência do betume aos combustíveis.

De acordo, a presente invenção desenvolve o uso de uma cera como um agente resistente a hidrocarbonetos, preferencialmente um aditivo para um betume resistente a combustíveis ou a óleos lubrificantes.

As ceras adequadas incluem ceras à base de petróleo e ceras sintéticas, e particularmente, as ceras que possuem um ponto de amolecimento ou ponto de fusão maior do que 50 °C, preferencialmente, entre 60 °C a 150 °C, e mais preferencialmente entre 60 °C a 120 °C. Os exemplos de ceras à base de petróleo incluem a cera parafina e cera microcristalina. Tais ceras são bem conhecidas (ver e.g. Kirk-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Techonology, 3a Edição, Volume 24, págs. 473 - 476, a qual é aqui incorporada como referência) e são geralmente obtidas a partir de crude e/ou de destilados de crude através de técnicas conhecidas. As ceras parafina são produtos macrocristalinos, os quais são habitualmente sólidos à temperatura ambiente (25 °C) . As ceras microcristalinas tendem também a ser sólidas à temperatura ambiente. No entanto, apesar destas ceras poderem ser obtidas a partir de destilados de petróleo, estas ceras podem também ocorrer naturalmente, por exemplo, como ozocerite. A cera ozocerite 3 pode ser refinada e lixiviada para produzir cera cerasina, a qual é também adequada para utilização como um aditivo resistente a combustíveis.

As ceras sintéticas adequadas incluem ceras à base de hidrocarbonetos, por exemplo, ceras polietileno, e preferencialmente, ceras Fischer Tropsch. Podem também ser utilizadas ceras com grupos funcionais, por exemplo, ceras à base de hidrocarbonetos quimicamente modificados, e ésteres e amidas cerosos. Estas ceras sintéticas são bem conhecidas e encontram-se descritas em detalhe na Kirk-Othmer, Encyclopaedia of Chemical Techonology, 3a Edição, Volume 24, págs. 477 - 479.

As ceras à base de polietilenos particularmente adequadas para uso da presente invenção incluem aquelas que possuem pesos moleculares inferiores a 10.000, preferencialmente menores do que 5.000. Tais ceras podem ser utilizadas isoladamente, ou sob a forma de misturas, por exemplo, com uma ou mais ceras à base de petróleo, acima mencionadas. Tais ceras polietileno podem ser preparadas mediante uma qualquer técnica convencional, por exemplo, por polimerização a alta pressaõ ou a baixa pressão, ou mediante degradação térmica controlada de polietilenos de elevado peso molecular. Em adição aos homopolímeros de etileno, podem também ser utilizados, copolímeros de etileno, propileno, butadieno e ácido acrílico.

As ceras Fischer Tropsch são geralmente preparadas fazendo-se reagir monóxido de carbono com hidrogénio, tipicamente, a pressões altas, sobre um catalisador metálico, para produzir hidrocarbonetos. As ceras produzidas podem compreender uma mistura de diferentes compostos, incluindo 4 por exemplo, polimetileno. Tais ceras podem possuir pontos de fusão compreendidos entre 65 °C e 105 °C, por exemplo, 68 °C a 105 °C. As ceras Fischer Tropsch preferidas estão descritas na WO 99/11737. As ceras descritas neste documento compreendem mais do que 90% de n-parafinas. O restante das ceras compreende tipicamente iso-alcanos. O comprimento médio das cadeias de carbono da cera pode ser de 30 a 105, preferencialmente, de 60 a 100, mais preferencialmente, de 60 a 90, por exemplo 80. Tais ceras podem ser parcial ou completamente oxidadas. As ceras oxidadas podem ser utilizadas como aditivos resistentes a combustíveis isoladamente, ou sob a forma de misturas com, por exemplo ceras Fischer Tropsch não oxidadas. Um exemplo preferido de uma cera Fischer Tropsch é a cera comercializada sob a marca registada Sasobit® (Schumann Sassol). Esta cera funde a aproximadamente 100 °C.

Ceras à base de hidrocarbonetos quimicamente modificados incluem ceras quimicamente modificadas das classes microcristalinas, polietileno e polimetileno. Por exmplo, tais ceras podem ser oxidadas ao ar em presença ou na ausência de um catalisador. Em alternativa, tais ceras podem reagir com um ácido policarboxílico, tal como o ácido maleico, a, por exemplo, elevadas temperaturas. Assim modificada, a cera pode ainda ser modificada, por exemplo, mediante saponificação e/ou esterificação.

As amidas cerosas podem ser produzidas mediante amidação dos ácidos gordos. Os ácidos gordos adequados são os que possuem 8 a 24, preferencialmente, 12 a 22 átomos de carbono. Um exemplo preferido é a N,N'-distearoiletileno-diamina. Este composto possui um ponto de fusão de aproximadamente 140 °C, um número ácido de aproximadamente 5 7, e uma baixa viscosidade de fusão. As ceras acima descritas podem ser utilizadas para aperfeiçoar a resistência aos combustíveis de qualquer betume. Os betumes adequados incluem os betumes de origem natural, betumes produzidos e betumes sintéticos. Os betumes produzidos podem ser preparados mediante várias técnicas conhecidas, por exemplo, por destilação convencional ou a vácuo do crude. Em alternativa, o betume pode ser produzido por desaslfatação com um solvente, ou por sopro de ar através de, por exemplo, resíduos a vácuo. 0 último método envolve sopro de ar através, por exemplo, de um betume crude de asfalto duro ou de um betume de grau macio. Este processo pode ser opcionalmente levado a cabo em presença de um catalisador, para produzir um betume cataliticamente oxidado. Os catalisadores adequados incluem óxido férrico e ácidos fosfóricos. Os betumes à base de polímeros modificados podem também ser utilizados. Os polímeros adequados incluem copolímeros de etileno e acetato de vinilo, copolímeros ocasionais ou em bloco de estireno e dienos conjugados (e.g. copolímeros SBS). Misturas de tipos diferentes de betumes podem também ser adequadas. Esta última pode ser ligeiramente colorida para facilitar a pigmentação para propósitos decorativos.

Os betumes utilizados incluem os que possuem penetrações no intervalo de 10 a 450 mm/10, como determinado de acordo com a EN 1426. O ponto de amolecimento dos betumes adequados pode variar entre 30 °C a 110 °C, preferencialmente entre 50 °C e 100 °C, por exemplo, 65 °C e 75 °C, como determinado de acordo com a EN 1427. O Index de penetração dos betumes adequados pode variar entre +9 e -1. A viscosidade a 60 °C pode ser de 10 a 20.000 pas. 6

As ceras resistentes a combustíveis acima descritas podem ser adicionadas a betumes numa quantidade de 0,1 a 20% em peso, preferencialmente, 0,5 a 10% em peso, mais preferencialmente, 1 a 7,5% em peso, sendo preferencialmente de 2,5 a 6% em peso, por exemplo, 4 a 5% da mistura cera/betume resultante. A cera pode ser misturada com o betume utilizando qualquer método conhecido. Por exemplo, a cera pode ser adicionada sob a forma de partículas (e.g. sob a forma de peletes ou pó) a um betume. O betume pode estar no estado fundido, o qual está a uma temperatura suficiente para dissolver ou dispersar a cera. As temperaturas adequadas estão compreendidas entre 120 °C a 200 °C, preferencialmente, 160 °C e 180 °C. Como alternativa, a cera pode ser misturada com o betume, mediante: a) preparação de uma emulsão de cera e água b) preparação de uma emulsão de betume e água c) mistura das emulsões formadas nos passos a) e b).

As misturas preparadas no passo c) podem então ser misturadas com o agregado, o agente de enchimento e/ou areia. A mistura resultante pode então ser aplicada a uma superfície de estrada. É também possível adicionar uma ou ambas emulsões preparadas nos passos a) e b) com o agregado, o agente de enchimento e/ou areia, antes do passo c). A mistura resultante pode então ser aplicada a uma superfície de estrada.

Pode ser possível adicionar cera suficiente ao betume para produzir uma mistura cera/betume com a concentração final 7 desejada. Em certas aplicações, no entanto, pode ser desejável produzir uma mistura concentrada ou "mistura padrão" de cera e betume, a qual pode ser misturada com betumes isentos de cera ou com misturas de betume com baixo teor em cera para produzir misturas de com a composição final desejada. Adequadamente, a mistura padrão pode compreender a cera numa concentração de 10 a 30% em peso.

As misturas de cera/betume produzidas como acima descrito podem ser utilizadas como um agente ligante para composições betuminosas com agregados. Os agregados utilizados em tais composições incluem agregados convencionais, tal como granito. Opcionalmente, agentes de enchimento de, por exemplo, calcário e celulose, podem também ser incluídos na composição betuminosa. Podem também estar presentes areia e pó.

Quando a mistura cera/betume é utilizada como agente ligante para uma composição betuminosa com agregados, a mistura cera/betume deve representar entre 1 a 20% em peso, preferencialmente, 2 a 15% em peso, mais preferencialmente, 5 a 10% em peso, sendo preferencialmente de 6 a 8% em peso da composição total. O teor em agregado da composição total pode ser maior do que 50% em peso, preferencialmente maior do que 60% em peso, e mais preferencialmente maior do que 70% em peso, por exemplo, entre 75 a 90% em peso. O resto da composição pode compreender areia, celulose e/ou calcário. A quando da preparação da composição total, pode ser possível adicionar a cera ao betume, em presença dos agregados e/ou agentes de enchimento. É também possível misturar a cera com o betume antes da adição do agregado 8 e/ou agentes de enchimento. As composições betuminosas compreendendo as misturas cera/betume acima descritas podem ser utilizadas como pavimentos e revestimentos para várias superfícies, particularmente para aquelas que estão em contacto com combustíveis, por exemplo, mediante derrame. Tais superfícies incluem superfícies de elevada carga, tais como parques de pesados, superfícies de estradas e aeroportos. A composição betuminosa é também adequada para superfícies de baixa e média carga, onde o tráfico de veículos comerciais pesados é baixo. Exemplos de tais aplicações incluem: estradas urbanas, parques de estações de serviço, parques de estacionamento, corredores de táxis e estradas. De acordo com um segundo aspecto da presente invenção são desenvolvidas estradas urbanas, parques de estação de serviço, estradas, parques de estacionamento ou corredores para táxis compreendendo a pavimentação e/ou revestimento compreendendo uma composição betuminosa, a qual compreende uma mistura de cera e betume.

Preferencialmente, a cera é escolhida de entre uma das ceras acima descritas. A cera utilizada na presente invenção pode ser utilizada para conferir propriedades de resistência aos combustíveis contra qualquer combustível ou lubrificante que contenha hidrocarbonetos. Exemplos de tais combustíveis incluem combustíveis para veículos e combustíveis para avião, tais como: gasolina, gasóleo, gasóleo para avião e carboreactores.

Exemplos

Exemplo 1 9

Uma composição betuminosa foi preparada mediante mistura de agregado de granito, um enchimento de calcário, fibras de celulose e um agente ligante, nas proporções abaixo apresentadas:

Constituinte % da mistura total Agregado 14 mm (granito) 44, 0 Agregado 10 mm (granito) 28,1 Agregado fino(granito) 12, 1 Agente de enchimento 9, 4 Fibras (celulose) 0,3 Agente ligante 6,1 0 agente ligante utilizado foi um betume com uma penetração de 40 mm/10, modificado com cera Sasobit® (FRB1) 4% em peso.

Esta composição foi então compactada para obter uma amostra cilíndrica (10 mm [diâmetro] por 65 mm [altura]) utilizando um compactador giratório "Gyropac". Uma vez compactada, a amostra foi pesada e imersa em gasóleo a 20 °C. A massa da amostra foi determinada a intervalos diários, e a % de perda de peso foi calculada. Os resultados são apresentados na Tabela 1.

Exemplo Comparativo A O Exemplo 1 foi repetido utilizando um betume com uma penetração de 55 mm/10 como ligante. Tal como pode ser observado a partir dos resultados da Tabela 1, a perda de peso observada no Exemplo 1 é menor do que a observada com o Exemplo Comparativo A. 10

Tabela 1

Dias em gasóleo a 20 aC

1 2 3 4 5 6 7 % média de perda de peso Ex. Comp. A 2,0 3,8 1 O LO 6, 4 7,3 \—1 OO OO co FRB1 LO O O \—1 1,8 oo CM 3,3 3,7 CM

Exemplo 2

Foi preparada uma composição betuminosa mediante mistura dos seguintes componentes, conjuntamente:

Constituinte % da mistura preparada Aqreqado 10 mm (qranito) 62,3 Aqreqado 6 mm (qranito) 6,3 Aqreqado fino(qranito) 15, 0 Aqente de enchimento 9,6 Fibras (celulose) 0,3 Aqente liqante 6,5

Foram testados três agentes ligantes diferentes: a) um betume com uma penetração de 40 mm/10, modificado com cera Sasobit®, 4% em peso (FRB1); b) Um betume elastomérico modificado com cera

Sasobit® 4% em peso, resultando numa composição betume com uma penetração de 41 mm/10 (FRB2); c) um betume com uma penetração de 55 mm/10 (50 pen) .

As composições foram compactadas para obter uma amostra cilíndrica (100 mm [diâmetro] por 65 mm [altura]) utilizando um compactador giratório "Gyropac". As amostras foram então pesadas e imersas em gasóleo a 20 °C (± 0,5 °C). A massa da amostra foi então determinada a intervalos diários, e a % de perda de peso foi calculada. Os resultados são apresentados na tabela abaixo. 11

Dias em gasóleo a 20 SC % de perda de peso 50 pen FRB1 FRB2 1 1,5 0,3 0,0 2 2,6 0,4 0,1 3 3,2 0,6 0,2 4 3,7 O 00 0,2 5 4,6 1,2 0,3 6 5,6 1,4 0,3 7 6,2 1,6 0,4 8 8,5 1,9 0,5 9 9,4 2,0 - 10 10,1 2,3 0,6

Exemplo 3

Foi preparada uma composição betuminosa mediante mistura dos seguintes componentes, conjuntamente:

Constituinte mistura preparada % (p/p mistura total) Agregado 14 mm 23,6 Agregado 6 mm 22,0 Mistura areia/pó 27,4 Areia grossa 18,3 Enchimento calcário 3,4 Agentes ligantes 5, 3

Foram testados quatro agentes ligantes diferentes: a) um betume com uma penetração de 66 mm/10, modificado com cera Sasobit®, 4% em peso (FRB3); b) Um betume elastomérico modificado com cera Sasobit® 4% em peso, resultando numa composição betume com uma penetração de 41 mm/10 (FRB4); c) um betume com uma penetração de 55 mm/10 (50 pen). d) um betume com uma penetração de 103 mm/10 (100 pen) .

As composições foram compactadas para obter uma amostra cilíndrica (101 mm [diâmetro] por 63,5 mm [altura]) utilizando um compactador Marshall Hammer. As amostras foram então pesadas e imersas em gasóleo para avião (ATK) a 12 20 °C (± 0,5 °C). A massa da amostra foi então determinada a intervalos diários, e a % de perda de peso foi calculada. Os resultados são apresentados na tabela abaixo.

Dias em gasóleo a 20 ac % média de perda de peso 100 pen 50 FRB3 FRB4 1 6,9 6, 4 0,2 0,0 2 10,7 9,6 0,7 0,2 3 15,0 12,6 1,4 0,3 4 17,6 15,2 1,8 0,4 5 21,2 18,1 2,5 0,8 6 26,1 23,7 3,6 1,2 7 32,3 28,8 4,6 1,5 8 38,0 33,4 5,6 1,8 9 45,6 39,4 6,5 1,8 10 50,2 43,5 7,9 2,2 11 54,9 49,1 8,8 2,8 12 59,6 53,9 9,8 3,1 13 64,8 59,3 10,8 3,4 14 67,6 62,5 11,2 3,8

Lisboa, 8 de Novembro de 2006 1

REIVINDICAÇÕES 1. Uso de uma cera como agente resistente a hidrocarbonetos, preferencialmente como aditivo resistente a combustíveis para um betume. 2. Uso de acordo com a reivindicação 1, em que a cera é uma cera sintética ou à base de petróleo, a qual possui um ponto de amolecimento de cerca de 50 °C. 3. Uso de acordo com a reivindicação precedente, em que a cera é uma cera de polietileno sintética. 4. Uso de acordo com a reivindicação 3, em que a cera é uma cera Fischer Tropsch. 5. Uso de acordo com a reivindicação 4, em que a cera é obtida por reacção de monóxido de carbono com hidrogénio a altas pressões, sobre um catalisador metálico. 6. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o betume possui uma penetração no intervalo de 10 a 450 mm/10, como determinado de acordo com a EN 1426. 7. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o betume é um betume de polímero modificado. 8. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a cera é adicionada ao betume numa quantidade compreendida entre 0,1 a 20% em peso da mistura cera/betume resultante. 2 9. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a cera é adicionada ao betume para formar um agente ligante, o qual é misturado com um agente de agregação. 10. Uso de acordo com a reivindicação 8, em que a cera e o betume são misturados em presença de um agente agregante, ou em que a cera é misturada com o betume antes da adição do agente agregante. 11. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, como um aditivo resistente a gasolina, gasóleo, combustível para avião e/ou carboreactores.

Lisboa, 8 de Novembro de 2006