SE429135B - Forfarande for framstellning av utflytningsmedel modifierade kompositioner av bitumen och polymerer - Google Patents

Description

7905k46-6 ' 2 das ut vid överdragnings~ eller beläggningsarbeten, om man använder dem som sådana och arbetar med de ramper av konventionell typ, som ingår i neläggningsapparaturen. Följaktligen måste man g a) modifiera beläggningsapparaturen, t.ex. genom att utrusta rampen med en cirkulationsanordning för upphettningsbar olja, m.a.o. anlita en komnïcerad, till den nya produkttypen anpassad apparatur, eller b) fastställa vid vilka betingelser produkten kan emulgeras och breda ut produkten i form av vattenemulsion, med ty åtföljande risk att betingelserna för överförandet till emulsionsform visar sig vara olika för olika bitumen-polymer-kompositioner och blir svårbemästra- de i praktiken, eller __ nu 7 c) överföra produkten medelst ett petroleumlösningsmedel till ut- flytbar form med lämplig viskositet; men detta nödvändiggör anordnan- det av ett extrasteg och noggrann, mödosam inreglering av de relativa proportioner viskös produkt och lösningsmedel, som måste tillföras blandaranordningen. _l 2 Föreliggande uppfinning har till ändamål att i stor utsträck- ning avhjälpa dessa olägenheter, och enligt uppfinningen föreslås ett förfarande för framställning av nya, med utflytníngsmedel modi- fierade kompositioner av bitumenflykopplade kemisN;till polymerer, varvid dessa kompositioner duger för direkt användning med konven- tionell beläggningsapparatur.

Uppfinningen avser ett förfarande för framställning av med ut- flytningsmedel modifierade preparat av bitumen och polymer, varvid det för förfarandet utmärkande är att man vid en temperatur mellan l50°C och 25000 bringar 85 - 95 viktprocent av ett bitumen med en penetration av mellan 20 och 220 i kontakt med 5-15 viktprocent av en utgångslösning bildad av 75-80 viktprocent av en petroleumfraktion, l7O-22000, som bru- kar användas för bildning av "cut backs" (bitumener med utflytnings- medel), 20-25 viktprocent tvåsegments-styrenbutadiensampolymerer med meaelmoiekyivixt 50.000 - 3oo.ooo. i 0,5 - 1,5 viktprocnet svavel, som användes såsom reagens, och att den sålunda erhållna blandningen hålles under omrörning under minst 15 minuter.

För beredning av de enligt uppfinningen avsedda, med utflyt- ningsmedel modifierade preparaten av bitumener och polymerer kan man 7905446-6 använda alla slags naturliga och syntetiska bitumener, eventuellt blåsta med luft eller vattenånga.

I Förutom den som utflytningsmedel fungerande petroleumfraktionen innehåller utgångslösningen således polymeren och svavlet, vilket användes som reagens vid sammanblandningen med bitumenet. Utgångslös- ningen tillredes på sådant sätt att blandningens homogenitet blir utomordentligt god.

Temperaturen ligger vanligen mellan SOOC och 16000. Det bör be- aktas, att polymeren löser sig snabbare och lättare i petroleumfrak- tionen än i själva bitumenet vid direkt upplösning i bitumenet.

Tids- och energibalansen är positiv i jämförelse med operatio- nerna vid direkt homogenisering av elaster i bitumener. Steget för efterföljande behandling av bitumen-polymerprodukten elimineras, enär man erhåller ett med utflytningsmedel modifierat preparat, vilket tillfredsställer de krav beträffande viskositeten, som måste vara uppfyllda i och för erhållande av goda beläggningsbetingelser d.v.s. utspridnings- eller utbredningsbetingelser.

Vid förfarandet enligt uppfinningen kan man för beredning av ut- gångslösningen använda sampflymerer, som utgöres av antingen två- eller tresegmentpolymerareller också statistiska sampolymerer. Dessa sampolymerer är välkända för fackmän inom hithörande tekniska område; i vissa fall har de redan lanserats som handelsprodukter. En mera detaljerad beskrivning av dessa material måste därför här anses vara överflödig. Dock kan nämnas, att exempelvis tvâ- eller tresegment- polymererna på basis av styren och butadien i regel uppvisar en bu- tadienhalt uppgående till 60-85 viktprocent och en styrenhalt upp- gående till 40-15 viktprocent.

Det svavel, som vid föreliggande förfarande användes för bild- ning av utgångslösníngen, kan utgöras av svavelblomma eller av kris- talliserat ortorombiskt svavel, känt som "a-svavel".

Man föredrar användning av kristalliserat a-svavel framför an- vändningen av svavelblomma. Det har nämligen observerats att a-svav- lets lösliggörande i den använda petroleumfraktionen uppnås vid av- sevärt lägre temperatur än lösliggörandet av svavelblomma. Svavlet tillsättes i rätt liten mängd, i regel mellan 0,1-3 viktprocent, företrädesvis mellan 0,5 och 1,5 viktprocent, räknat på lösningsmedlet.

Den använda petroleumfraktionen har vid atmosfärstryck ett de- stillationsintervall av mellan l50°C och 25000, företrädesvis mellan rtfiio°c och 23o°c, på så satt att löeningsmeaiet blir å. ena sidan tiil- '?_905¿:-l:»6-6 4 räckligt "tungt" för begränsning av avdunstningen i det ögonblick, då utgångslösningen sättes till bitumenet, och å andra sidan till- räckligt "lätt" för att utflytningsmedlet i största möjliga utsträck- ning skall elimineras efter bindemedlets utbredning, så att man' snabbt återfår de mekaniska egenskaper, som det av bitumen och poly- mer sammansatta bindemedlet skulle ha åstadkommit före behandlingen med utflytningsmedlet. gu Sedan utgångslösningen satts till bitumenet upprätthålles bland- ningens omrörning tillräckligt länge för att medge kemisk pâympning av polymeren på bitumenet med tillhjälp av svavlets benägenhet att verka både som kopplingsmedel mellan polymeren och bitumenets asfalte- ner och som bryggbildningsmedel mellan polymerkedjorna inbördes.

Svavlets verkan kan aktiveras genom närvaron av en vulknings- accelerator av typen 2-merkaptobenstiazol, o-tolylguanidin eller aktivatortyp såsom t. ex. zinkstearat; dock erhålles vid föreliggande förfarande utmärkta resultat redan utan inkorporering av dylika acce- leratorer. Det är således icke nödvändigt att använda acceleratorer, vilket innebär ytterligare en fördel och förenkling.

Föreliggande uppfinning omfattar icke blott förfarandet för fram- ställning av bitumen-polymer-kompositionerna med förbättrade meka- niska egenskaper utan även de speciellt lätta betingelserna vid an- vändandet av produkterna. D Uppfinningen åskådliggöres ytterligare i nedanstående exempel.

Dessa är emellertid icke i något hänseende begränsanàaför uppfin- ningens ram.

Exempel 1: Exempel på utgångslösningens framställning I en 500 lit. reaktionsbehållare av rostfritt stål, utrustad med omrörare och dubbelmantel, som kan upphettas medelst ett värme- medium, införes 230 kg petroleumfraktion av naften-paraffintyp med följande egenskaper: ° 0 begynnelsedestillationspunkt enligt ASTM uppgående till 16200, elnelig aeetilleeienepreaukc enligt ASTM uppgående till 233°c, båda dessa uppmätta enligt ASTM D 8 667, flempunkt 58°c matt enligt Lueneire Nr T 60 105, densitet vid 15°c = 0,785 natt enligt Asmm D 1657-64.

Petroleumfraktionen upphettas under omrörning ända till en tem- peratur av lOOoC É 05 C. vid denna temperatur tillsätter man först 2,4 kg kristalliserat ortorombiskt svavel och sedan 62 kg pulver- formig styren-butadiensegmentpolymer med två segment, vilken poly- 5 7905lrlr6-6 mer har homogeniserats (antimottê) med 2% kiseldioxid, har en medel- molekylvikt av 75000 och har ett viktförhållande butadien :styren uppgående till 75:25. 8 Efter 1 timmes omrörning vid samma temperatur erhåller man en lösning, som uppvisar homogenitet och utflytbarhet vid vanlig tempe- ratur och som har följande fysikaliska egenskaper: kinematisk viskositet mätt vid 50°C uppgående till 1207 oentistoke kinematisk viskositet mätt vid lOO°C uppgående till 292 centistoke, varvid båda dessa viskositetsmätningar har verkställts enligt NFT_60lOO.

Denna lösning är den utgångslösning, som användes för att modi- fiera ett givet bitumen vid lämpliga betingelser.

Exempel 2: Exempel på framställning av ett med utflytningsmedel modifierat bitumen-polymerpreparat.

I en 2,5 m3 behållare med omrörningsanordningar och upphettnings- anordningar (vattenångupphettning) inpumpas vid 17000 ett bitumen (2160 kg), som erhållits från direkt destillation och har följande fysikaliska begynnelseegenskaper: mjukningspunkt 4800, mätt enligt NFT 66008 medelst testet med kula och ring, brytpunkt enligt Fraass -l8,5°06 mätt enligt_IP 80/53,penetra- t1on'82, mätt 1 1/lo mm vid 25 c enligt NFT 66004, viskositet 170, matt 1 ceneistoke vid 16o°c enligt NFT 6o1oo.

Man tillsätter sedan under omrörning och vid samma temperatur 524,5 kg utgångslösning, framställd på ovan beskrivet sätt.

Efter 50 min. omrörning vid samma temperatur erhåller man ett modifierat bitumen-polymerpreparat, vilket har en vid l60°C uppmätt viskositet av 97 eentistoke - jämförbar med viskositeten hos ett bi- tumen tillhörande klassen 180-220 - och vilket kan bredas ut direkt medelst en konventionell, med medelhögt tryck arbetande applicerings- anordning.

Förutom att bindemedlet tack vare föreliggande förfarande får förbättrade användningsegenskaper åstadkommas en ytterligare fördel, nämligen den att bitumen-polymerpreparatet efter att ha bretts ut som beläggning och efter utflytningsmedlets avdunstning får fysika- liska och reologiska egenskaper, som är mycket bättre än de hos ut- gångsbitumenet; de är jämförbara med motsvarande egenskaper hos ett preparat som framställts utan utflytningsmedel och har_samma polymer- halt i förhållande till bítumenmängden. Ett sådant preparat skulle - för att efter lösningsmedlets avdunstning vara likvärdigt med prepa- “?9054¿s5~6 ratet enligt föreliggande utföringsexempel - ha krävt en total tid för homogenisering i bitumenet uppgående till minst 3 timmar, vid l90°C och med användning av samma omrörningsanordningar som de en- ligt ovan använda; och detta skulle icke vara den enda nackdelen, utan dessutom skulle produkten vid 16000 ha en viskositet av minst 360 centistoke. Även denna sistnämnda omständighet är ägñad att visa, att det finns ytterligare en fördel inneboende i förfarandet enligt -uppfinningen, nämligen i samband med produktens applieering: Produk- ten är lättare utbredningsbar.

I nedanstående tabell jämföras a) de förbättrade egenskaperna hos det enligt uppfinningen med utflytningsmedel modifierade bitumen- ~polymerpreparatet, efter avdunstning av utflytningsmedlet under 15 dygn vid 5000, med b) motsvarande egenskaper hos utgångsbitumenet och e) motsvarande egenskaper hos det ekvivalenta bitumen-polymer- preparatet utan utflytningsmedel, som behandlats på samma sätt som det enligt uppfinningen beredda preparatet. 7905446-6 wnflcfiwppopn u mm msflnfiwßflwzwwnß u mw mcwnmunosnwænø H mb wnflfiflmmmamxmæhu n mb m: Ooom øH> øwhw ma .mamfißø _|>m mpmaflmsmwcficmmfl how |mm awUwë.øuhHu»ø vmë pmhmmwhmhwëhaomflwëñuflm m>.m om ooom ufi> flwæw ma fimu :um Hwøwë.cnhHm@fi Gmvø pmammmhmnwëmflomcwëspflm _ ... ß.-.

©M~N om ooom UH> Qwmu ma .fipwGsø>m mumfiumëmwnflsmma hm» :mm HwuwE.QvhHm»5 Uwë ooH|øæ Qwëspflnmmømwub WU! EQ smß wo @m:fis\ss oom ~ooow + xnmmmmwwnfiflwmhm eeoH\H .uomm wfl> QÛHPMMQÜQQnw. . pmnmmwnm ämawxwflmwm

Claims (8)

57905446-6 P a t e n t k r a v

1. l. Förfarande fär framställning av med utflytningsmedel modi- fierade kompositioner av bitumen och polymerer, k ä non e t e c k - n a t a v att man vid en temperatur av 150 - 23000 bringar till kontakt med varandra dels 85-95 viktprocent av ett bitumen med pene- tration 20 - 220, dels 5-15 viktproeent utgångslösning, bildad genom att en polystyren-polydiensegmentpolymer med två eller flera seg- ment blandats med en petroleumfraktion och kemiskt icke-bundet sva- vel; varvid den sålunda erhâllna blandningen hålles under omrörning under minst I5 minuter.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att utgångslösningen beredes genom att man vid en temperatur av 80 - l60°C,företrädesvis 80 - l20°C, bringar till kontakt med varandra dels 75-85 viktproeent petroleumfraktion, dels 20-25 viktprocent polystyren-polydiensegmentpolymer med två eller flera segment, dels 0,5-1,5 viktprocent kemiskt icke-bundet svavel.

3. 5. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att den för bildning av utgângslösningen använda petroleum- fraktionen är en naften-paraffinpetroleumfraktion med destillations- temperaturintervall enligt ASTM uppgående till mellan 15000 och 25o°c.

4. Förfarande enligt krav l eller 2,k ä n n e t e c kln a t a v att polymeren som användes för bildning av utgångslösningen är en polystyren-polybutadien-tvåsegmentpolymer med en molekylvikt av 70.000 ~ 200.000.

5. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k nla t a v att det kemiskt icke-bundna svavlet, som användes i utgångs- lösningen, är ett 1 ortorombisk form kristalliserat svavel, d.v.s. d-svavel.

6. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att bitumenet, som användes, är ett blåst eller halvblàst bi- tumen från direktdestillation med ett begynnelsepenetrationstal av 20 - 220.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t a v att svavlet bringas att reagera i närvaro av en vulkningsaccele- rator vald bland merkaptobenstiazoler och di-ortotolylguanidiner, eller i närvaro av aktivatorer valda bland metallstearater, t.ex. zinkstearat. 7905446-6 9 . v .

8. Förfarande enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t a v att den med utflytningsmedel modifierade bitumen-po1ymerkompo- sitionen beredas genom att utgångslösningen sättes till det bitumen, som skall modifieras, och genom att man omrör blandningen under minst 15 minuter vid en temperatur av l}0°C - 230oC, företrädesvis 14000 - 18o°c. 7905411-6-6 S a m m a n d r a g Uppfinningen avser ett nytt förfarande för framställning av förbättrade bitumen-polymerkompositioner. Man bereder i ett första steg en utgångslösning genom att man med en petroleumfraktion (l60°C - 23000) under omrörning vid 80-12000 uppblandar dels en sampolymer sammansatt av styren- segment och diensegment, t. ex. styren~butadiensegmentpolymer med två eller flera segment och med en molekylvikt mellan 30.000 och 300.000, dels kristalliserat, kemiskt icke~bundet svavel. När homogenitet erhållits blandar man i ett andra steg en del av denna utgângslösning, under omrörning och vid 130 - 23000, med ett konventionellt bitumen (penetration 20 - 220); blandningen hål- les under omrörning i minst 15 minuter. Den enligt uppfinningen framställda, med utflytningsmedel modifierade bitumen-polymerkompositionen är en utmärkt produkt, som kan användas direkt för vägbeläggningsändamål, med tillhjälp av konventionell beläggningsapparatur.