PT97707B

PT97707B - Processo para a preparacao de misturas asfalto-polimero estaveis

Info

Publication number: PT97707B
Application number: PT97707A
Authority: PT
Inventors: Giuseppe Mancini; Paolo Italia
Original assignee: Euron Spa
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1998-08-31
Also published as: DK0458386T3; CS144591A3; FI912399A0; HRP921349A2; CZ283507B6; ES2067844T3; YU86091A; NO911841D0; SI9110860A; NO179146B; HU209932B; GR3015113T3; NO911841L; DE69106216D1; PL171076B1; FI912399L; PL290242A1; RO105974B1; SI9110860B; ATE116348T1

Description

PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE MISTURAS ASFALTO-POLÍMERO ESTÁVEIS

A presente invenção diz respeito a um processo para a preparação de misturas asfalto-polímero estáveis que consiste em submeter os dois componentes a um tratamento a quente durante um tempo suficientemente- longo.

A modificação de asfalto com polímeros e, em particular, com borrachas termoplásticas é um procedimento que foi primeiro realizado durante os anos 1970 com o objectivo de melhorar as características práticas dos asfaltos e, em particular, a sua flexibilidade, as suas propriedades elásticas a baixa temperatura, a sua resistência à deformação a temperatura elevada, as suas características de aderência e de coesão e o seu tempo de vida. Estas misturas são preparadas misturando os dois componentes um com o outro, a uma temperatura que, por um lado, deve ser tal que assegure a fluidez suficiente da mistura mas, por outro lado, deverá ser o mais baixa possível com o objectivo de não favorecer o início dos processos de degradação do polímero. Por este motivo, o tratamento e efectuado apenas durante um tempo mínimo requerido para obter uma dispersão homogénea. As misturas asfalto-polímero obtidas deste modo têm características muito melhores do que os asfaltos propriamente ditos mas, em contrapartida, apresentam o inconveniente de uma certa incompatibilidade física entre os dois componentes que se manifesta sob condições de fluidez suficiente, tal como durante a armazenagem a quente, originando a formação de um sistema bifãsico, no qual a fase superior ê rica em polímero e a fase inferior ê rica em asfalto.

Este problema não pode ser resolvido mediante a utilização de dispersantes convencionais, mas pode obter-se uma melhoria parcial utilizando polímeros de baixo peso molecular.

No entanto, para se obter o mesmo efeito que com um polímero de alto peso molecular é necessário utilizar uma percentagem muito mais elevada de elastómero de baixo peso molecular, com a desvan tagem do custo que daí deriva. Na patente de invenção WO 86/06736 descrevem-se composições asfalto-elastómero com característícas de amortecimento das vibrações, que contêm 70% a 95% em peso de um asfalto com um índice de penetração compreendido entre +1 e +7 e contêm 5% a 30% em peso de um elastómero, isto ê, um copolí mero de bloco elastomérico. As composições obtêm-se dissolvendo ou dispersando o polímero no asfalto, a uma temperatura, de preferência, próxima de 200° C, para evitar a deterioração das característícas da composição, estando o tempo da mistura compreendido entre 1 e 3 horas e sendo de preferência igual a 2 horas. Descobriu-se agora um processo para a preparação de misturas asfalto-polímero estáveis nas quais o polímero ê um copolímero /

Ír de bloco de peso molecular elevado obtido a partir de monómeros de estireno e de butadieno, que consiste, surpreendentemente, em prolongar o tempo de mistura a quente dos dois componentes muito para além dos tempos que na técnica anterior são considerados como limite para o perigo da degradação do polímero.

-3As misturas asfalto-polímero obtidas pelo tratamento de acordo com a presente invenção são estabilizadas e, portanto, quando sob condições de fluidez, tais como as que se utilizam durante a armazenagem a quente, não se verifica a estratificação ou a formação de zonas heterogéneas, mesmo após longos períodos de armazenagem.

Estas misturas estabilizadas apresentam flexibilidade, elasticidade, ductibilidade, ponto de escoamento e características de longa duração das misturas preparadas pelos processos da técnica anterior e podem ser convenientemente utilizadas como ligantes para conglomerados de estrada.

A requerente descobriu agora que é também possível conseguir o mesmo resultado e, assim, obter misturas de asfalto-polímero estáveis com tempos de mistura mais curtos, desde que a mistura seja efectuada a temperaturas muito superiores às utilizadas na técnica anterior e que quando excedidas davam origem ao perigo da degradação do polímero.

Por outras palavras, descobriu-se agora que, de acordo com a presente invenção, existe um tempo mínimo de aquecimento correspondente a cada temperatura de aquecimento da mistura de asfalto e de polímero de bloco, requerido para obter as características pretendidas para a mesma mistura. Nestas condições, a presente invenção proporciona um processo para a preparação de misturas asfalto-polímero q.ue são estáveis sob condições de fluidez e são utilizáveis para a construção de estradas, que consiste em misturar a uma temperatura compreendida entre cerca de 200° C e cerca de 250° C e durante um determinado intervalo de tempo, função da temperatura, e compreendido entre 15 horas e 45 minutos :

85% a 98% em peso de um asfalto com um valor de penetração compreendido entre 30 e 220 dmm, um ponto de amolecimento compreendido entre 35° C e 55° C e um índice de penetração compreendido entre -1,5 e +1,5; e

15% a 2% em peso de um copolímero de bloco estireno-butadieno-estireno, com uma estrutura em estrela ou linear. Em particular, para se obter uma estabilização com um tratamento térmico â temperatura de 200° C, este tratamento deve ser prolongado durante cerca de 11 a 15 horas, tendo uma duração menor no caso de se utilizarem temperaturas mais elevadas. Assim, em particular no caso de se tratar a mistura asfalto-polímero ã temperatura de 240° C são necessários 110 a 130 minutos para se obter a estabi/ ί

-5-f lização, enquanto à temperatura de 230° C são necessários 240 a 260 minutos. Os asfaltos preferidos, utilizados na presente invenção, são do tipo convencional, isto é, contendo asfaltenos, que podem ser precipitados com n-heptano, sendo as fracções resinas, aromáticos e compostos saturados separáveis de acordo com um método ASTM 2007. Estes asfaltos são caracterizados por um valor de penetração compreendido entre 30 e 220 dmm, de preferência entre 60 e 200 dmm; por um ponto de amolecimento compreendido entre 35° C e 55° C e de preferência entre 40° C e 50° C e por um índice de penetração compreendido entre -1,5 e +1,5 e de preferência entre -1 e +1. No entanto, podem também utilizar-se asfaltos fluxados, asfaltos provenientes da viscorredução (visbreaking”) e asfaltos obtidos misturando uns com os outros diversos componentes, geralmente de origem petrolífera. Um exemplo destes últimos ê o asfalto que contêm asfalto precipitado com propano proveniente de resíduos da destilação de vácuo do petróleo bruto e aromáticos extraídos com solventes em processos de refinação.

Os copolímeros estireno-butadieno-estireno utilizáveis no processo de acordo com a presente invenção têm geralmente um peso molecular médio Mw compreendido entre cerca de 100 000 e cerca de 250 000. Numa variante preferida, estes copolímeros têm uma relação estireno-butadieno de 30/70 em peso.

As misturas preferidas de acordo com a presente invenção contêm uma quantidade de asfalto compreendida entre 92X e 97£ em peso e uma quantidade de copollmero de estirenobutadieno-estireno compreendida entre 8% e 3% em peso.

Tal como se referiu antes, existe um tempo mínimo de aquecimento, que corresponde a cada temperatura de tratamento das misturas de asfalto-copolímeros, dentro de um intervalo considerado , requerido para proporcionar a estabilidade às mesmas misturas.

Os valores típicos tempos de tratamento mínimos

Temperatura (°G)

200

210

220

230

240

250 da temperatura e os correspondentes indicam-se no Quadro seguinte :

Tempo (minutos)

680

500

340

220

120

Na figura em anexo apresenta-se a correlação tempo/temperatura, representando as abeissas a temperatura de aquecimento (°C) da mistura e representando as ordenadas os tempos de aquecimento correspondentes (minutos), requeridos para dar a necessária estabilidade à mesma mistura.

-⁷- /

Α referida correlação entre o tempo e a temperatura pode também ser representada pela seguinte equação :

T = 0,00007t² - 0,12616t + 255,1274 em que T =» temperatura (°C) t = tempo (minutos)..,

Na prática, utilizam-se valores de tempo de aquecimento mais elevados do que os valores mínimos indicados antes, como se verifica a partir dos exemplos experimentais, isto por motivos de precaução.

A correlação tempo/temperatura referida antes pode sofrer pequenas variações devidas ao tipo de asfalto utilizado e também ao tipo de polímeros utilizados. 0 processo para a estabilização da mistura asfalto-polímero de acordo com a presente invenção é efectuado adicionando o polímero, por exemplo sob a forma de pó ou de grânulos, ao asfalto e mantendo a mistura resultante sob agitação â temperatura escolhida e durante o tempo pretendido, de preferência sob atmosfera inerte, por exemplo sob atmosfera de azoto.

Eventualmente, o passo de estabilização efectiva pode ser precedido de uma mistura inicial dos componentes e o passo de homogeneização da mistura ser realizado a uma temperatura (

-8compreendida entre 160° C e 190° C e com agitação muito rápida, por exemplo por meio de uma turbina.

A estabilidade da mistura asfalto-polímero é avaliada armazenando uma amostra da mistura durante o tempo pretendido num tubo cilíndrico mantido a uma temperatura compreendida entre 165° C e 170° C, separando as extremidades do cilindro, após arrefecimento deste último, e medindo depois a diferença entre os pontos de amolecimento das amostras retiradas das extremidades.

Uma variante vantajosa da presente invenção consiste em misturar o asfalto com uma quantidade compreendida entre 82 e 202 em peso de polímero e, num segundo passo, diluir a mistura asfalto-polímero obtida só com asfalto, sem aditivos, até se obter a concentração de polímero pretendida. A mistura asfalto-polímero obtida deste modo tem a mesma estabilidade durante a armazenagem que a obtida mediante tratamento térmico do asfalto e de polimero directamente, na relação em peso pretendida para a mistura inicial. Nesta variante particular, pode ser conveniente utilizar para a preparação da mistura concentrada um asfalto fluxado com fracções de refinação de petróleo, tais como extractos aromáticos.

Após submeter a mistura concentrada a um tratamento de estabilização pode ser apropriado diluí-la com um asfalto diferente do utilizado para preparar a referida mistura concentrada.

/

-9Este processo, no qual se efectua o tratamento com um volume menor de mistura asfáltica, proporciona uma economia de energia considerável.

processo de acordo com a presente invenção pode também ser aplicado a misturas asfalto-polímero que contêm igual mente outros tipos de aditivos, tais como antioxidantes.

EXEMPLO 1

Neste exemplo, utiliza-se um asfalto com as seguintes características :

penetração a 25° C 197 dmm ponto de amolecimento (P.A.) 41° C índice de penetração 0,34 ponto de Fraass -18° C viscosidade a 60° C 535 poises composição (ASTM 2007 modif.) insolúvel em n-heptano 6,5 7.

insolúvel em n-pentano 7,8 % resinas

70,1 7 aromáticos saturados

8,4 Z

7,2 Z

-10Durante 20 minutos mantêm-se sob agitação com uma turbina, à temperatura de 190° C, uma mistura constituída por 94 Z deste asfalto e 6Z do polímero. 0 polímero utilizado é do tipo SBS e apresenta uma relação estireno/butadieno de 30/70 e um peso molecular médio Mw de 230 000.

Transferem-se para um balão de 500 ml, equipado com agitador, 400 g da dispersão assim obtida e mantem-se à temperatura de 210° C durante 10 horas sob uma pequena corrente de azoto No final deste tratamento, a mistura asfáltica apresenta as seguintes características :

penetração a 25° C 100 dmm ponto de amolecimento 100° C índice de penetração 8,7

Em seguida, submete-se esta mistura a um ensaio de armazenagem num recipiente cilíndrico à temperatura de 170° C durante 1, 5 e 10 dias sob atmosfera de azoto. No fim destes períodos, determinam-se os pontos de amolecimento das camadas do topo e da base, obtendo-se os seguintes resultados :

dias

5 10

Ponto de amolecimento (°C) :

topo fundo

95 99

95. 98

Além disso, determinam-se as seguintes caracteristicas na amostra da mistura que sofreu um tempo de armazenagem mais longo :

penetração a 25° C 104 dmm índice de penetração 8,8 ponto de Fraass (°C) - 24

EXEMPLO 2

Misturam-se um com o outro o asfalto e o polímero utilizados no Exemplo 1, de modo a obter-se uma mistura contendo 12Z de elastómero.

Mantém-se esta mistura sob agitação ã temperatura de 180° C durante 30 minutos para homogeneizar a distribuição de polímero no asfalto e, em seguida, aquece-se até à temperatura de 250° C durante 90 minutos, para se obter a estabilidade à armaze-12 nagem. Após tratamento, adiciona-se asfalto fresco de penetração

80/100 em uma quantidade tal que se ajuste a concentração de SBS para 6%, depois do que se agita a mistura â temperatura de 150° C durante 30 minutos. A mistura obtida tem as seguintes características :

penetração a 25° C (dmm) 94 ponto de amolecimento (°C) 96 índice de penetração 8,1 ponto de Fraass (°C) -20

Em seguida, armazena-se a mistura num recipiente cílin drico â temperatura de 170° G sob atmosfera de azoto. Decorridos 5 e 10 dias, determinam-se os pontos de amolecimento das camadas do topo e do fundo.

dias

10

Ponto de amolecimento (°C) :

98 topo fundo

Deste modo, é possível estabilizar uma mistura concentrada de asfalto-polímero e, em seguida, adicionar a esta mistura o asfalto necessário para se obter uma mistura mais diluída que é igualmente estável.

EXEMPLO 3

Adiciona-se um polímero SBS semelhante ao utilizado no Exemplo 1 a um asfalto proveniente de viscorredução (visbreaking) contendo 95,8 % de um asfalto 180/200 (penetração a 25° C: 212 dmm; ponto de amolecimento: 39° C; índice de penetração: -0,20) e 4,2 % de um asfalto 80/100 (penetração a 25° G: -.90 dmm; ponto de amolecimento: 46° C; índice de penetração: -0,73), para se obter uma mistura contendo 6 Z de elastómero.

Submete-se a mistura a um tratamento térmico à temperatura de 250° C durante 90 minutos.

No final do tratamento a mistura apresenta uma penetração a 25° C de 98 dmm. Em seguida, determina-se o ponto de

amolecimento da mistura a)	após um dia de armazenagem a	170°
b) após 5 dias e c) após 15	dias. Os resultados	obtidos	indi-
cam-se no Quadro seguinte.
Ponto de amolecimento (°C) :	a	b	c
	topo 78	76	74
	fundo 77	76	74

facto de os pontos de amolecimento serem menores do que nos casos precedentes pode ser atribuído a uma pior qualidade do asfalto utilizado; no entanto, mesmo neste caso, o tratamento térmico dá estabilidade à mistura asfalto-polimero.

EXEMPLO 4

Durante 15 minutos agita-se à temperatura de 190° C o asfalto utilizado no Exemplo 1 juntamente com 6 % de SBS. Em primeiro lugar, trata-se a mistura obtida deste modo durante 90 minutos à temperatura de 250° C e depois armazena-se à temperatura de 170° C. No fim do período de armazenagem, obtêm-se os seguintes resultados :

dia 10 dias

Ponto de amolecimento (°C) :

topo 91 91 fundo 91 91

EXEMPLO 5 (comparação)

A um asfalto do tipo utilizado no Exemplo 1 adiciona-se 6 % de SBS com uma relação estireno/butadieno de 30/70 e um peso molecular médio Mw de 230 000 e mistura-se por meio de um agitador

-15de turbina durante 30 minutos à temperatura de 180° C e, em seguida, armazena-se à temperatura de 170° C durante 8 dias. Avalia-se a estabilidade do produto resultante, obtendo-se os seguintes resultados :

Ponto de amolecimento (°C) :

topo 113 fundo 55

Este produto, que não foi tratado nas condições ou durante o tempo descrito na presente invenção não é estável na armazenagem e após 8 dias está praticamente dissociado nos dois componentes, tal como se pode verificar pelos pontos de amolecimento das camadas do topo e do fundo.

EXEMPLO 6

Neste exemplo o polímero utilizado é um copolímero de bloco estireno-butadieno-estireno de tipo linear, com um peso molecular médio Mw de cerca de 100 000 e uma relação estireno-butadieno de 30/70.

Prepara-se uma mistura contendo 5,5 % em peso deste copolímero a partir de um asfalto contendo uma mistura a 1/1 de asfalto de 80/100 (penetração a 25° C: 90 dmm; ponto de amolecimento: 44,5° C? índice de penetração: -1,26) e asfalto 180/200

(penetração a 25° C: 196 dmm; ponto de amolecimento: 38° C; índice de penetração: -1,04).

Mantêm-se o copollmero sob agitação com o auxílio de um agitador de turbina à temperatura de 190° C e obtêm-se uma dispersão com as seguintes caracteristicas ·.

penetração a 25° C 72 dmm ponto de Fraass: -19° C viscosidade a 60° C 2777 Poises

Os pontos de amolecimento da mistura, após 22 horas de armazenagem a 165° C são os seguintes :

topo 93,6° G fundo 61° C

Submete-se a mesma mistura a um tratamento de estabili zação à temperatura de 250° C durante 90 minutos. Decorridos 5 dias de armazenagem a 165° C os pontos de amolecimento são os seguintes :

topo 76,1° C fundo 76° C.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Processo para.a preparação de misturas asfalto-polímero _r estáveis sob. condições, de fluidez, utilizáveis nas estradas, caracterizado pelo facto de se misturar, a uma feempe ratura compreendida entre cerca de 200°C-e cerca de 250°C, durante um período,. função da temperatura, compreendido entre 15 horas e 45 minutos:

- 85 a 98% em peso de asfalto, tendo uma penetração compreendida entre 30 e 220 dmm, um ponto de amolecimento compreendido entre 35° e 55°C e um índice de penetração compreendido entre cerca de -1,5 e +1,5; e

-15 a
2% em peso de um copolímero de bloco estireno-butadieno-estireno, com uma estrutura em estrela ou linear.

-182-- Processo de acordo com a reivindicação 1, carac terizado gelo facto de se escolher o asfalto entre os asfaltos que têm uma penetração compreendida entre 60 e 200 dmm; um ponto de· amolecimento compreendido entre 40° e 50°C e um índice de penetração compreendido entre -1 e +1.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 1, carac terizado pelo facto de o copolímero estireno-butadieno-estireno ter um peso molecular médio Mw compreendido entre cerca de

100 000 e cerca de 250 000 e, de preferência,.uma relação estireno/butadieno de 30/70 em peso.
4. - Processo de.acordo.com a reivindicação 1, carac terizado pelo facto de a mistura tratada conter 92 e 97% em peso de asfalto e 8 a 3% em peso de copolímero estireno-butadie— no-estireno.
5.- Processo de acordo com a reivindicação 1, carac terizado pelo facto de a.temperatura estar compreendida entre cerca de 200°C e cerca de 250°C., para um período mínimo, de acordo com a equação:

T = 0,00007t² - 0,12616t + 255,1274 na qual

T representa a temperatura (°C) e t representa o tempo (minutos).

5.- Processo de acordo com a reivindicação 1, carac terizado pelo facto de ser realizado sob atmosfera inerte.