TWI627232B - 用於瀝青改質及再生之油凝膠 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種由特定苯乙烯類嵌段共聚物、生物型油或生物型油摻合物及抗氧化劑系統製成之瀝青再生劑。當在6.8/秒剪切速率下量測時,該生物型油或生物型油摻合物的閃點> 230℃,且該瀝青再生劑在180℃下之最大黏度為2000 cP (即

Description

用於瀝青改質及再生之油凝膠
本發明係關於一種瀝青再生劑(油凝膠),其包含苯乙烯類嵌段共聚物、能夠完全溶解苯乙烯類嵌段共聚物之生物型油或生物型油摻合物及適用於自再生瀝青路面改質及再生瀝青黏合劑之抗氧化劑系統。用於路面應用之瀝青較佳地來自再生瀝青路面(RAP)及/或再循環瀝青覆瓦(RAS)、原始瀝青(柏油及/或砂石/骨料)。瀝青再生劑呈現極低旋轉黏度,使其可能相比正常聚合物載入更高程度地併入至原始瀝青/RAP及/或RAS組合物中,同時保持瀝青再生劑在正常加工條件下可泵送。瀝青再生劑包括苯乙烯類嵌段共聚物,其含有高乙烯基二嵌段共聚物,及高乙烯基線性三嵌段共聚物、高乙烯基多臂嵌段共聚物抑或其混合物,二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂嵌段共聚物或其混合物之比率大於1比1,其中共聚物包含單烯基芳烴之至少一個嵌段及共軛二烯之至少一個嵌段。雖然瀝青再生劑可與原始瀝青一起使用,但與RAP及/或RAS以及原始瀝青混合物相比,其係不經濟的。 本發明的最廣泛範疇為由上述苯乙烯類嵌段共聚物及如將在稍後闡述之生物型油或生物型油摻合物及抗氧化劑系統製成的瀝青再生劑。本發明之另一實施例為RAP及/或RAS、原始瀝青及瀝青再生劑與其他任選成份(諸如,下文更詳細描述之交聯劑)的組合物。最後,本發明亦係關於一種製造包含與原始瀝青、RAP及/或RAS及視情況選用之交聯劑混合之瀝青再生劑之路面組合物的方法。 瀝青再生劑之另一適用應用為用於乳液應用,諸如,用於密封、塗佈及微表面修整以用於路面應用。乳液組合物具有如上文所描述之瀝青再生劑加其他額外成份,諸如,水、交聯劑及乳化劑。
Kluttz等人的且讓與Kraton Polymers LLC的美國專利7,728,074揭示用於均一地與地瀝青黏合劑混合用於熱混合瀝青鋪設應用的嵌段共聚物。嵌段共聚物為二嵌段及三嵌段苯乙烯類嵌段共聚物之混合物,其中二嵌段與三嵌段之比率大於1:1。此專利在此以引用之方式併入。 已知在先前技術組合物中使用20 wt.%至30 wt.%之再生瀝青。此等組合物用油再生RAP (再生瀝青路面)。Poncelet等人的且讓與Shell oil Company之美國專利8,133,316描述一種用於混合RAP與原始瀝青組合物的方法。經加熱RAP與至多10 wt.%之礦物或植物油(諸如,油菜籽或棕櫚油或動物油)混合。其後,將其與原始瀝青組合物(瀝青及礫石/砂石)混合。均未揭示生物型油及苯乙烯類嵌段共聚物。 St. Clair等人的且讓與Kraton Polymers LLC的美國專利7,560,503揭示由1份苯乙烯類嵌段共聚物與3至20份油之摻合物製成的凝膠。苯乙烯類嵌段共聚物可為高乙烯基二嵌段與高乙烯基三嵌段共聚物之組合。 Kluttz等人的且讓與Kraton Polymers LLC的美國專利9,115,296係關於地瀝青乳化液。苯乙烯類嵌段共聚物為二嵌段及三嵌段苯乙烯類嵌段共聚物之混合物,其中二嵌段與三嵌段之比率大於1:1。此專利在此以引用之方式併入。 已知使用新鮮瀝青摻合物中之SBS (苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)在高溫下改良永久變形、在中溫及低溫下改良抗破裂性及改良脆性抗老化性。儘管如此,行業不斷地尋求採用具有聚合物及油之再循環瀝青的瀝青路面,該再循環瀝青產生持久路面。
瀝青(亦稱為地瀝青、焦油或柏油)為一種與砂石及/或礫石骨料摻合之黏性、黑色及高黏稠液態或半固態石油(稱為柏油)。柏油可在天然沈積物中發現或可為來自石油底部餾出物之精煉產物。 再生瀝青路面(reclaimed asphalt pavement;RAP)係自舊路面再生且由骨料及老化黏合劑(黏合劑為柏油、焦油、瀝青)組成。再生瀝青屋頂覆瓦(reclaimed asphalt roofing shingle;RAS)係再生自含有瀝青之舊的老化屋頂覆瓦及極精細石材細粒及一般由玻璃纖維製成之三維網狀物。 瀝青再生劑為以下之摻合物:本文所描述之苯乙烯類嵌段共聚物;及生物型油或生物型油與至多10%且較佳不大於約5 wt.%,且更佳小於約3 wt.%的如下文解釋之其他油的摻合物;及抗氧化劑系統,該生物型油具有完全溶解至少40 wt.%之苯乙烯類嵌段共聚物之能力。對於生物型油及生物型油摻合物,如藉由Flash Point: AASHTO T48-06或ASTM D92-05a所測定,大於或等於230℃之高閃點溫度為適合的。 在最廣泛意義上,本發明為定義為由上述苯乙烯類嵌段共聚物、生物型油(或生物型油摻合物)及抗氧化劑系統製成之瀝青再生劑。 在最廣泛意義上,本發明之另一實施例為瀝青再生劑、原始瀝青(柏油及/或砂石/骨料)、RAP及/或RAS及視情況選用之交聯劑的路面組合物。 另外,在最廣泛意義上,本發明為一種製造路面組合物之方法,該方法包含摻合瀝青再生劑、原始瀝青、RAP及/或RAS及視情況選用之交聯劑。 瀝青再生劑具有必須滿足之三個要求,亦即:1)出於安全性及環境考慮,油必須具有高閃點(≥ 230℃),2)較高濃度之嵌段共聚物(總油凝膠組合物之40 wt.%至65 wt.%)以提供較高強度,及3)具有抗氧化劑系統之較低黏度瀝青再生劑(在製造瀝青再生劑時,當在6.8/秒剪切速率下量測時,在180℃下最大黏度為2000 cP,)以將其維持在可泵送狀態中。較佳地,路面組合物(不具有再生劑)含有約35 wt.%至約75 wt.%之RAP及/或RAS及75 wt.%至35 wt.%之原始瀝青(柏油及/或砂石/骨料)。更佳地,RAP及/或RAS之量為約40 wt.%至約50 wt.%,其中原始瀝青約為60 wt.%至約50 wt.%(共100 wt.%)。 最後,本發明亦關於一種包含瀝青再生劑、地瀝青、水、交聯劑及乳化劑之瀝青再生劑乳液。苯乙烯類嵌段共聚物之量根據瀝青再生劑而變化,但一般期望在瀝青再生劑及地瀝青之混合物中具有4 wt.%至9 wt.%的苯乙烯類嵌段共聚物。舉例而言,若瀝青再生劑為40 wt.%的苯乙烯類嵌段共聚物,則地瀝青/再生劑混合物中之瀝青再生劑之量為約16 wt.%至約36 wt.%,其餘部分為地瀝青。地瀝青/再生劑混合物係在約180℃至220℃之溫度下處理約30分鐘至約4小時。接著基於100 wt.%之地瀝青/瀝青再生劑添加約0.05 wt.%至約1.0 wt.%的交聯劑以交聯聚合物。接著用50 wt.%至34 wt.%的水/乳化劑來乳化約50 wt.%至66 wt.%之交聯地瀝青/再生劑。水/乳化劑含有約0.2 wt.%至約3.0 wt.%的乳化劑。
本文中所闡述之範圍意欲不僅包括各範圍之終止數,而且包括其間的每一可設想數字,如其為範圍之真正定義。 用於上文提及之本發明之瀝青再生劑中之嵌段共聚物組合物包含: (i) 二嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之一個嵌段及共軛二烯之一個嵌段,具有約30,000至約78,000之峰值分子量及按共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之約35至約80莫耳百分比之乙烯基含量,及 (ii) 一或多種嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之至少兩個嵌段及共軛二烯之至少一個嵌段,該等嵌段共聚物選自具有為二嵌段共聚物(i)之峰值分子量之約1.5至約3.0倍之峰值分子量及按共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之約35至約80莫耳百分比的乙烯基含量的線性三嵌段共聚物、具有為二嵌段共聚物(i)之峰值分子量之約1.5至約9.0倍之峰值分子量及按共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之約35至約80莫耳百分比之乙烯基含量的多臂偶合嵌段共聚物及其混合物,且i與ii之比率大於1:1。 雖然在此項技術中熟知嵌段共聚物之氫化,但本發明之嵌段共聚物實質上呈未氫化的形式。避免經氫化之苯乙烯類嵌段共聚物。 在本發明之一個較佳實施例中,二嵌段共聚物具有式A-B,線性三嵌段共聚物具有式A-B-A且多臂偶合嵌段共聚物具有式(A-B)n X,使得A為單烯基芳烴嵌段,B為共軛二烯嵌段,n為2至6之整數且X為偶合劑之殘基。當利用式(A-B)n X之多臂偶合嵌段共聚物時,n將較佳地為2至4之整數,其中2為最佳的。 雖然單烯基芳烴嵌段可為已知用於製備嵌段共聚物之任何單乙烯基芳族烴,諸如,苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、對第三丁基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基甲苯及乙烯基二甲苯或其混合物,但用於本發明之最佳單乙烯基芳族烴為苯乙烯,該苯乙烯以實質上純單體形式或以具有微量比例(亦即,至多10重量%之比例)之其他結構上相關的乙烯基芳族單體(諸如,鄰甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、對第三丁基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基萘、乙烯基甲苯及乙烯基二甲苯)之混合物中之主要組份的形式使用。使用實質上純苯乙烯之在本發明中為最佳的。 類似地,共軛二烯嵌段可為已知用於製備嵌段共聚物之任何共軛二烯,其限制條件為共軛二烯具有四至八個碳原子。較佳地,用於製備共軛二烯嵌段之共軛二烯為丁二烯單體或異戊二烯單體,其為實質純單體或含有微量比例(至多10 重量%)之結構上相關的共軛二烯,諸如,2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯及1,3-己二烯。較佳地,使用實質上純丁二烯或實質上純異戊二烯以製備共軛二烯嵌段,其中實質上純丁二烯為最佳的。應注意,共軛二烯嵌段亦可包含丁二烯與異戊二烯單體之混合物。 如本文關於本發明之嵌段共聚物所使用,術語「分子量」係指聚合物或共聚物之嵌段之真實分子量(以g/mol為單位)。本說明書及申請專利範圍中所提及之分子量可使用聚苯乙烯校準標準藉由凝膠滲透層析法(GPC)來量測,諸如根據ASTM 3536來進行。GPC為一種熟知方法,其中根據分子大小來分離聚合物,最大分子首先溶離。使用可商購的聚苯乙烯分子量標準來校準層析儀。使用GPC來量測聚合物之分子量,因此校準苯乙烯等效分子量。當已知聚合物之苯乙烯含量及二烯片段之乙烯基含量時,苯乙烯等效分子量可轉換成真實分子量。所用偵測器較佳為組合紫外輻射及折射率偵測器。本文中表示之分子量係在GPC跡線之峰處量測,其經轉換成真實分子量,且通常稱作「峰值分子量」。 各單烯基芳烴嵌段之峰值分子量為約10,000至約25,000,較佳地約12,000至約20,000。在替代實施例中,峰值分子量為約14,000至約18,000。 用於本發明之各二嵌段共聚物將具有約30,000至約78,000之峰值分子量,較佳地約48,000至約78,000。線性三嵌段共聚物及/或多臂偶合嵌段共聚物(ii)之峰值分子量取決於所利用之二嵌段共聚物(i)之峰值分子量。更具體言之,三嵌段共聚物(ii)之峰值分子量應在二嵌段共聚物(i)之峰值分子量之約1.5至約3.0倍的範圍內。較佳地,在其中嵌段共聚物(ii)為線性三嵌段共聚物之彼等實施例中,線性三嵌段共聚物之峰值分子量應在二嵌段共聚物(i)之峰值分子量之約1.8至約2.5倍的範圍內。多臂偶合嵌段共聚物(ii)之峰值分子量應在二嵌段共聚物(i)之峰值分子量之約1.5至約9.0倍的範圍內。在其中嵌段共聚物(ii)為多臂偶合嵌段共聚物之彼等實施例中,峰值分子量將較佳地在二嵌段共聚物(i)之峰值分子量之約1.8至約5.0倍的範圍內。 應瞭解,術語「乙烯基含量」已用於描述當經由1,2-加成機制來聚合1,3-丁二烯時所製成之聚合物產物。所得為附掛於該聚合物主鏈之單取代烯烴基團,乙烯基。就異戊二烯之陰離子聚合而言,經由3,4-加成機制插入異戊二烯得到附掛於聚合物主鏈之偕位二烷基C=C部分。異戊二烯之3,4-加成聚合對於嵌段共聚物之最終性質之作用將類似於來自丁二烯之1,2-加成之彼等作用。當提及使用丁二烯作為共軛二烯單體時,較佳的係,聚合物嵌段中之約35至約80莫耳百分比之縮合丁二烯單元具有1,2-加成組態。較佳地,約46莫耳百分比至約70莫耳百分比之縮合丁二烯單元應具有1,2-加成組態,甚至更佳地約50至約65莫耳百分比莫耳百分比之丁二烯單元應具有1,2-加成組態,且仍甚至更佳地約52莫耳百分比至約65莫耳百分比之丁二烯單元應具有1,2-加成組態。當提及使用異戊二烯作為共軛二烯時,亦較佳的係,嵌段中之約35至80莫耳百分比之縮合異戊二烯單元具有3,4-加成組態。較佳地,嵌段中之約46莫耳百分比至約70莫耳百分比之縮合異戊二烯單元具有3,4-加成組態,甚至更佳地約50莫耳百分比至約65莫耳百分比之異戊二烯單元應具有3,4-加成組態,且仍甚至更佳地約52莫耳百分比至約65莫耳百分比之丁二烯單元應具有1,2-加成組態。 嵌段共聚物(在本案中就各個別二嵌段共聚物、線性三嵌段共聚物或多臂偶合嵌段共聚物情況而言)之單烯基芳烴含量適合地為按總嵌段共聚物計之約10重量%至約55重量%。較佳地,共聚物之單烯基芳烴之含量應為按共聚物之總重量計之約15重量%至約45重量%,更佳地約22重量%至約37重量%,且最佳地約25重量%至約35重量%。 本發明之苯乙烯類嵌段共聚物組合物應具有大於15 g/10 min之熔體流動速率或熔融指數。出於此等實施例之所利用嵌段共聚物之目的,術語「熔融指數」為根據ASTM D 1238在條件G下在200℃下在5 kg負載量下之聚合物之熔體流動之量測值。其以10分鐘內穿過孔之聚合物熔體之公克數為單位來表示。廣泛地,本發明之嵌段共聚物組合物具有大於15公克/10分鐘之熔融指數。較佳地,熔融指數之範圍將自大於15公克/10分鐘至約50 公克/10分鐘,更佳地自約16公克/10分鐘至約35公克/10分鐘。 如上文所提及,用於本發明之嵌段共聚物組合物可包含二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物之混合物。較佳地,使用二嵌段共聚物及多臂偶合嵌段共聚物之組合。當嵌段共聚物組合物包含二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物之混合物時,二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物之比率應為大於約1:1,較佳地等於或大於約3:2。在尤佳實施例中,二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物之比率應為約3:2至約10:1,其中最佳的比率為約4:1至約7:3。換言之,在本發明之最廣泛意義上,當嵌段共聚物組合物包含二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物時,線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物將始終以小於二嵌段共聚物之量存在(例如,嵌段共聚物組合物中之線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物應以至多49.9重量%之量存在,較佳地至多40重量%)。 在本發明之又另一實施例中,目標為製造以下聚合物:其中二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物之比率等於或大於3:2;各共聚物之乙烯基含量為按共聚物之共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之約35莫耳百分比至約80莫耳百分比,且二嵌段及線性三嵌段共聚物、多臂偶合嵌段共聚物或其混合物之峰值分子量為使得二嵌段共聚物及其他嵌段共聚物之加權平均分子量小於100,000。以含有二嵌段共聚物(A-B)及多臂偶合嵌段共聚物((A-B)2 X)之組合物為例,該組合物中二嵌段共聚物與多臂偶合嵌段共聚物之比率為3:2。當二嵌段之峰值分子量為55,000時,多臂偶合嵌段共聚物之峰值分子量將為110,000。因此,嵌段共聚物組合物應包含60%二嵌段共聚物及40%多臂偶合嵌段共聚物。因此,55,000×0.60等於33,000,而110,000×0.40等於44,000。33,000與44,000之總和給出嵌段共聚物組合物之加權平均分子量。在此特定實例中,加權平均分子量為77,000,小於100,000。 如貫穿本說明書所使用,術語「二嵌段共聚物」參考所應用之嵌段共聚物組合物中最終存在之游離二嵌段之該比例。應瞭解,當經由完全依序聚合來製備嵌段共聚物組合物時,將不會出現材料可偵測量之未反應組份。在此情況下,可調整二嵌段之最終需要量以達成為本發明所需之二嵌段的量。因此,在本發明中,當嵌段共聚物組合物包含藉由完全依序聚合製成之二嵌段共聚物與線性三嵌段共聚物組合時,可調整在製備嵌段共聚物之最終步驟中添加之單烯基芳烴的量以限制三嵌段共聚物之總量或替代例中之總量,可將足夠量之二嵌段共聚物添加至完全聚合的線性三嵌段共聚物以達成所需比率。 當經由中間物活性二嵌段共聚物(其隨後藉助於多價偶合劑來偶合)之初始製備來製備嵌段共聚物時,應藉由偶合效率來測定初始二嵌段含量。正常地,在大部分嵌段共聚物之製備中,需要在80 wt.%至97 wt.%之範圍內之偶合效率。此意謂,未偶合二嵌段及/或未反應之組份分別包含20 wt.%至3 wt.%。由於未偶合二嵌段一般為空間中之象形物,由於其構成最大wt.%,在下文中此組份應僅稱作未偶合二嵌段,儘管其可具有少量未反應組份。 在本發明中,有可能利用具有至多50%之偶合效率之聚合物。較佳地,存在甚至更低程度之偶合(等於或低於40%偶合效率)。出於本發明之目的,片語「偶合效率」係指偶合二嵌段共聚物之分子數目除以偶合聚合物之分子數目加上未偶合聚合物之分子數目。舉例而言,若偶合效率為80 wt.%,則聚合物將含有20 wt.%的二嵌段共聚物及諸如單體或聚合物之任何未反應組份。此為一般熟習此項技術者所熟知。 可藉由此項技術中已知之任何方法來製備用於本發明之嵌段共聚物組合物,該方法包括視情況與再引發組合之熟知全連續聚合法及如例如美國專利第3,231,635號、美國專利第3,251,905號、美國專利第3,390,207號、美國專利第3,598,887號、美國專利第4,219,627號、 EP 0413294 A2、EP 0387671 B1、EP 0636654 A1及WO 94/22931中所說明之偶合方法,各者以其全文引用之方式併入本文中。 因此,可例如藉由將至少兩個二嵌段共聚物分子偶合在一起來製備嵌段共聚物。偶合劑可為此項技術中已知之任何二官能或多官能偶合劑,例如,二溴乙烷、己二酸二乙酯、二乙烯苯、二甲基二氯矽烷、甲基二氯矽烷、四氯化矽及烷氧基矽烷(美國專利第3,244,664號、美國專利第3,692,874號、美國專利第4,076,915號、美國專利第5,075,377號、美國專利第5,272,214號及美國專利第5,681,895號)、聚環氧化物、多異氰酸酯、聚亞胺、聚醛、聚酮、聚酸酐、聚酯、聚鹵化物(美國專利第3,281,383號)、二酯(美國專利第3,594,452號)、甲氧基矽烷(美國專利第3,880,954號)、二乙烯基苯(美國專利第3,985,830號)、1,3,5-苯三甲酸三氯化物(美國專利第4,104,332號)、縮水甘油氧基三甲氧基矽烷(美國專利第4,185,042號)及氧基二丙基雙(三甲氧基矽烷) (美國專利第4,379,891號)。 一般而言,可藉由在約-150℃至約300℃內之溫度下(較佳地在約0℃至約100℃之範圍之溫度下)在合適的溶劑中使一或多個單體與含有機鹼金屬化合物接觸來製備適用於本發明之聚合物。特定言之,有效聚合起始劑為具有通式RLi之有機鋰化合物,其中R為具有1至20個碳原子之脂族、環脂族、經烷基取代之環脂族、芳族或經烷基取代之芳族烴基團,其中第二丁基為較佳的。合適的溶劑包括適用於聚合物之溶液聚合之彼等溶劑,且包括脂族、環脂族、經烷基取代之環脂族、芳族及經烷基取代之芳族烴、醚及其混合物。因此,合適的溶劑包括:脂族烴,諸如,丁烷、戊烷、己烷及庚烷;環脂族烴,諸如,環戊烷、環己烷及環庚烷;經烷基取代之環脂族烴,諸如,甲基環己烷及甲基環庚烷;芳族烴,諸如,苯,及經烷基取代之烴,諸如,甲苯及二甲苯;及醚,諸如,四氫呋喃、二乙醚及二-正丁基醚。較佳的溶劑為環戊烷或環己烷。 提高共軛二烯部分之乙烯基含量之技術係熟知的,且可涉及使用極性化合物,諸如,醚、胺及其他路易斯鹼(Lewis base)且更特定言之選自由二醇之二烷基醚組成之群的彼等者。最佳的改質劑係選自乙二醇之二烷基醚,其含有相同或不同末端烷氧基且視情況在伸乙基上帶有烷基取代基,諸如,乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基丙烷、1-乙氧基-2,2-第三丁氧基乙烷,其中1,2-二乙氧基丙烷為最佳的。 瀝青再生劑為上文所描述之苯乙烯類嵌段共聚物、能夠負載(完全溶解)所有上文所提及之苯乙烯類嵌段共聚物(至少40 wt.%苯乙烯類嵌段共聚物、約1 wt.%至2 wt.%抗氧化劑及其餘生物型油)之生物型油或油摻合物的摻合物,且滿足下文闡述之黏度要求及閃點要求。生物型油為例如亞麻子油、橄欖油、花生油、玉米油、棕櫚油、或菜籽油、或大豆油或松油。較佳的油為亞麻子油(另外稱為亞麻籽油)或亞麻子油摻合物,其為至少約90 wt.%的亞麻子油且更佳地95 wt.%的亞麻子油,且至多約5 wt.%至約10 wt.%的其他油)。出於清晰性之目的,亞麻子油具有大於50 wt.%之該ω-3脂肪酸且各自具有約10 wt.%至約20 wt.%的 ω-6及ω-9脂肪酸。應理解,亞麻子油含有約6 wt.%至約9 wt.%的飽和脂肪酸、約10 wt.%至約22 wt.%的單飽和脂肪酸、約68 wt.%至約89 wt.%的多不飽和脂肪酸,其中約56 wt.%至約71 wt.%為ω-3脂肪酸,約12 wt.%至約18 wt.%為ω-6脂肪酸且約10 wt.%至約22 wt.%為ω-9脂肪酸。亞麻子油具有在300℃至320℃之範圍內之閃點。亞麻子油與一或多種其他生物型油(諸如,橄欖油、花生油、玉米油、棕櫚油、或菜籽油、或大豆油或松油)之摻合物係在本發明之範疇內,只要當在6.8/秒之剪切速率下量測時(其製造之時),如藉由ASTM D4402或ASHTO T 316所測定,該等油之摻合物的閃點≥ 230℃,且瀝青再生劑在180℃下之最大黏度為2000 cP,且該摻合物與苯乙烯類嵌段共聚物相容,其中瀝青再生劑中之油完全溶解按100 wt.%再生劑計之至少約40 wt.%苯乙烯類嵌段共聚物。再生劑之主要功能之一為軟化來自RAP之高度經氧化且脆性的瀝青。若再生劑自身變得過度黏稠,則添加再生劑違背了該目的。一些生物型油並不能夠獨立地負載40 wt.%至65 wt.%之上文所提及之苯乙烯類嵌段共聚物。舉例而言,當未採用其他生物型油時,玉米油及大豆油均不能負載40 wt.%之上述聚合物摻合物。然而,其與亞麻子油例如以摻合物形式使用係合適的。 當不考慮抗氧化劑時,瀝青再生劑通常在至少40 wt.%至約65 wt.%的苯乙烯類嵌段共聚物及60 wt.%至約35 wt.%的油之範圍內。因為抗氧化劑之量僅約1 wt.%至2 wt.%,即使當考慮瀝青再生劑之所有組份時,此等百分比僅稍微改變。 可在油與苯乙烯類嵌段共聚物混合期間或之後添加抗氧化劑系統以降低氧化速率。其儘可能地將再生劑性質維持在接近於原始。其亦防止油凝膠過度聚合,從而使得在高溫下製造及儲存油凝膠成為可能。抗氧化劑係以按所有瀝青再生劑組份之總重量計之約0.1 wt.%至約5 wt.%的量存在,且較佳地0.3 wt.%至2 wt.%且更佳地1 wt.%至2 wt.%。一級抗氧化劑、二級抗氧化劑及碳自由基清除劑為本發明中之一般所需組份,但碳自由基清除劑並不為必選的。大部分抗氧化劑屬於初級及二級抗氧化劑之類別且歸因於不同的化學結構而具有不同功能。一級抗氧化劑通常為受阻酚或芳基胺。一級抗氧化劑清除烷氧基及過氧基。與苯乙烯類嵌段共聚物相容之許多一級抗氧化劑可併入至本發明之組合物中。在來自BASF之商品名Irganox下銷售之一級抗氧化劑可為合適的,諸如,來自Albemarle Co.之1010、1076、及1330或Ethanox 330 及來自Vanderbilt Chemicals LLC之Vanox 1001與1081。丁基化羥基甲苯(C15 H24 O)亦為可接受的一級抗氧化劑。其可根據商品名Tenox購自Eastman Chemical Co.或可購自Cayman Chemical Co.。以0.3 wt.%至1.5 wt.%且較佳地0.5 wt.%至1 wt.%來採用此等一級抗氧化劑。 二級抗氧化劑亦可與一級抗氧化劑一起使用。二級抗氧化劑通常為亞磷酸酯及硫代增效劑。二級抗氧化劑清除在暴露於熱量及氧之聚合物之自氧化循環期間產生之氫過氧化物。在商品名Irgafos下銷售之各種組合物可為合適的且同樣由BASF製造。Irgafos 168及其類似者適合於本發明。以0.5 wt.%至2.5 wt.%且較佳地0.5 wt.%至2 wt.%來採用此等二級抗氧化劑。 將碳自由基清除劑考視為抗氧化劑之第三類別。另外,可使用(例如)藉由Sumitomo Chemical生產之商品名Sumilizer下之碳自由基清除劑。 RAP及/或RAS比原始瀝青(柏油及/或砂石/骨料)為至少1重量份RAP/RAS及2重量份原始瀝青,且較佳地1重量份RAP/RAS比1重量份原始瀝青,且甚至1重量份原始瀝青比2.5重量份RAP/RAS。 碾碎且篩選RAP至適當鋪設分級。通常,碾碎且篩選RAP以提供滿足AASHTO熱混合瀝青(HMA)分級要求之最終混合層次。 原始瀝青為地瀝青與骨料(粗糙的、精細的及填料)之混合物。對於鋪設組合物,其一般為遵循所建立規範之混合物。各組份之量視供應商及進行鋪設組合物之位置及交通負載及溫度範圍以及鋪設層之厚度而變化。通常,原始瀝青包含約4 wt.%至約7 wt.%的地瀝青及約96 wt.%至約93 wt.%的骨料。 通常,鋪設組合物之骨料大小遵循AASHTO M 43-05 (2013) 「Sizes of Aggregate for Road and Bridge Construction」 (其提供用於視標稱骨料大小而定之粗糙骨料之詳細範圍)及AASHTO M 29-12 「Fine Aggregate for Bituminous Paving Mixtures」 (其涵蓋用於地瀝青鋪設材料之精細骨料)中詳述之規範。另外,AASHTO M17-11 (2015) 「Mineral Filler for Bituminous Paving Mixtures」詳述添加作為用於地瀝青鋪設混合物之單獨成份的無機填料。 可在本發明之處理期間添加其他任選成份,該等成份包括(但不限於),再循環瀝青覆瓦(RAS)、交聯劑、樹脂、穩定劑、填料(諸如,滑石、碳酸鈣及碳黑)、聚磷酸、阻燃劑及廢舊橡膠輪胎。此類所添加的任選成份之量可在按所有組份(亦即,瀝青再生劑、原始瀝青、RAP及/或RAS及其他任選成份)之總重量計之0重量%之至約10重量%之範圍內。 已出於在將組合物與RAP摻合之前「固化」或「交聯」瀝青再生劑(苯乙烯類嵌段共聚物、油及抗氧化劑系統)及原始地瀝青之目的而使用廣泛範圍之添加劑。此等添加劑包括已知硫交聯劑及含硫交聯劑。長期以來,已知將硫添加至經聚合物改質之地瀝青(瀝青)以加強且促進聚合物-瀝青結合及固化過程。參見例如美國專利第4,145,322號及美國專利第4,242,246號。雖然硫自身為相對安全的,但硫、瀝青再生劑及原始瀝青之間的反應產生極其危險的硫化氫(H2 S)。當添加交聯劑作為任選成份時,其可在原始瀝青及再生劑之總重量之0.005 wt.%至2.0 wt.%之範圍內,且較佳地0.05 wt.%至0.15 wt.%,同時將該等成份(瀝青再生劑及原始瀝青)在約180℃攪拌在一起約3至4小時。硫為較佳的合適交聯劑,係因為其為充分可獲得的且與其他交聯劑相比相對廉價。 自環境及安全性觀點,存在一些消除硫及輔助鋪設組合物之固化的含硫交聯劑之需要。另一交聯方法為加熱經延長時間以使瀝青再生劑中之聚合物及油與原始瀝青交聯。舉例而言,將瀝青再生劑及原始瀝青在約200℃下攪拌在一起約10至30小時亦使原始瀝青與瀝青再生劑交聯。儘管此過程不含硫交聯劑,但其耗費較多時間且處於可使瀝青再生劑中之苯乙烯類嵌段共聚物降解的較高溫度下。 再生瀝青通常為當地方政府(或其轉包商)在路面之不良部分上軋製以鋪設新瀝青或RAP及/或RAS之摻合物及新原始瀝青時所獲得的地方產品。RAP/RAS之組合物隨地方政府而變化,且視地瀝青來自何處(例如來自焦油坑或來自石油底部)及最初所採用之砂石或礫石骨料之類型而定。但任何類型的RAP/RAS均適合用於本發明。 再生瀝青覆瓦(RAS)通常為自處理廢品製造材料之覆瓦製造商或自舊屋頂獲得之地方產品。RAS通常由硬的經氧化柏油、玻璃纖維墊及精細骨料組成。少量RAS,諸如約RAS/RAP之總重量之10 wt.%且更佳約5 wt.%或更少之RAS/RAP為合適的。 製造本發明之合適產品所需之瀝青再生劑之量視RAP之使用壽命及諸如RAP在其壽命期間暴露於之溫度之條件而定。來自太陽之U.V.射線及歸因於溫度暴露之RAP之氧化使得RAP為脆性的且易於開裂。RAP材料應含有極少水分以確保快速且均一加熱材料。RAP材料通常經由來自組合物之原始骨料/瀝青部分之熱傳遞而以分批或連續生產方式間接加熱。含有RAP、原始瀝青及再生劑之最終組份應達到足以用於適當鋪設之溫度,通常約150℃至約175℃。 通常在RAP用瀝青再生劑再循環之前,碾碎且篩分RAP。瀝青再生劑再生所篩分RAP,從而允許經良好摻合之均一的一致產品。 在製備本發明之鋪設組合物中,藉由將苯乙烯類嵌段共聚物、亞麻子油或亞麻子油摻合物及抗氧化劑系統摻合來製備瀝青再生劑。重要的係,應首先製造瀝青再生劑,且其不係藉由添加油、苯乙烯類嵌段共聚物及抗氧化劑系統至熱原始瀝青原位製成的。接著將約15 wt.%至約25 wt.%瀝青再生劑與約75 wt.%至約85 wt.%原始柏油摻合。通常,在引入瀝青再生劑之前,原始瀝青約為160℃至約190℃,且更佳180℃至200℃。原始瀝青在經加熱貯槽中,且將瀝青再生劑引入至經加熱貯槽中並良好混合。一旦此混合物為實質上組成均一的,則其藉由添加硫或硫化合物,或藉由增加溫度且在約200℃下攪拌10至30小時來交聯。在混合物交聯之後,接著將其與原始骨料及RAP混合。接著使其在表面上擴散且如在路面生產中通常已知來壓實。 本發明亦涵蓋路面之熱原地再循環,其中路面經軋製、加熱、與原始熱混合瀝青、瀝青再生劑混合且在一個連續操作中將其放回道路上。接著在將其置放於道路上之不久後,將其壓實。在現場連續操作期間,可將瀝青再生劑原位添加至再循環混合物中,其與添加至再循環混合物之原始熱混合瀝青一起載運以校正分級或經由再生乳液載運。 本發明亦提供具有與其他已知地瀝青乳化液相比儲存穩定性程度增加的地瀝青乳化液。本發明之地瀝青乳化液尤其適用於各種道路及鋪設應用,包括霧封層、再生劑封層、擦洗封層、底塗層、黏著塗層、碎片封層、漿液封層、微表面修整,及適用於總動力廠或原地再循環(冷原地再循環、冷總動力廠再循環、完全深度回收及熱原地再循環)。就本發明而言,較佳地,地瀝青乳化液將用作用於密封及修補道路、車道、停車場及其他黑色加蓋表面之路面表面處理以及用於再循環應用中。如貫穿本說明書所使用,片語「地瀝青乳化液」亦意欲包括地瀝青分散液。 本發明之地瀝青乳化液包含可為任何天然存在之地瀝青或衍生自石油之地瀝青組份。另外,藉由裂化過程獲得石油柏油,且煤焦油可用作地瀝青組份以及各種地瀝青材料之摻合物。合適的組份之實例包括(但不限於)蒸餾或「直餾地瀝青」、沈澱地瀝青(例如,丙烷地瀝青)、吹塑地瀝青(例如,催化吹塑地瀝青)、多級油(multigrade)及其混合物。其他合適地瀝青組份包括(但不限於)此等地瀝青中之一或多者與諸如石油提取物(例如,芳族提取物、餾出物或殘餘物)之增充劑(焊劑)或與油的混合物。合適的地瀝青組份(「直餾地瀝青」或「經焊劑處理地瀝青」)為具有在25℃下之約25個單位至約400個單位之範圍內之滲透度的彼等分;因此,可使用約60個單位至約70個單位之滲透度之非常硬的地瀝青,但一般具有約110個單位至約250個單位之滲透度之直餾或蒸餾地瀝青將最便於使用。 用於本發明之乳化液之水較佳地為去礦物質水,因為其他類型之水中之礦物質可與乳液系統不利地反應。 除地瀝青、水及聚合物以外,向本發明之乳液添加一或多種乳化劑系統。如本文所使用,片語「乳化劑系統」包括僅含有一或多種乳化劑、與無機酸組合之一或多種乳化劑或與鹼組合之一或多種乳化劑的系統。視所需乳液之類型(陽離子、陰離子或非離子)而定,乳化劑將選自:(a)對於陽離子乳液,脂肪胺之鹽、醯胺基胺及咪唑啉(或選自包含針對陽離子乳液所提及之兩個或更多個家族之成員的混合物,或在針對陽離子乳化液所提及之各家族內之兩種或更多種乳化劑的混合物),其中醯胺基胺,諸如Redicote® E9 (可購自Akzo Nobel)及Dinoram S (可購自Ceca (來自France))為最佳的;及(b)對於陰離子乳化液,脂肪酸之鹽、松香酸、木質素磺酸鹽、膨潤土及黏土(或選自包含針對陰離子乳液所提及之兩個或更多個家庭之成員的混合物,或針對陰離子乳液所提及之各家族內之兩種或更多種乳化劑的混合物),其中油酸為最佳的。就陽離子乳液而言,當利用醯胺基胺時,其必須與無機酸(例如,鹽酸、硝酸、磷酸或硫酸)混合並反應以達到水溶性。另外,就陰離子乳液而言,通常使用諸如氫氧化鈉之鹼以達到水溶性。 可使用此項技術中已知之用於製造地瀝青乳液之方法中之任一者(諸如,藉由在連續處理中使用膠體磨或較高剪切混合器)來製造本發明之地瀝青乳液。可藉由將地瀝青組份與含有一或多種乳化劑系統之乳化劑溶液混合來製備本發明之乳液。藉由將地瀝青與本發明之嵌段共聚物組合物摻合來製備地瀝青組份。最終乳液之成功並不取決於用以製備本發明之地瀝青組份之貯槽(或容器)之類型。因此,可使用用於製備地瀝青組合物之任何已知貯槽或容器,其限制條件為此類貯槽或容器具有攪拌(攪動)及加熱能力。如在本發明的範疇內所使用,片語「攪拌貯槽」係指具有攪拌(攪動)及加熱手段的此類貯槽及容器。合適的攪拌或攪動包括(但不限於)豎直葉輪、側臂葉輪及循環泵循環。在進行該處理方面,通常將地瀝青組份置放於攪拌貯槽中且逐漸加熱至所需溫度。就本發明而言,將通常將地瀝青加熱至約145℃至約220℃之溫度,較佳地約165℃至約185℃。通常在此加熱階段期間攪拌或攪動地瀝青組份。雖然空氣之存在並不對本發明之方法有害(亦即,使用打開的空氣容器而引起混合物之表面與空氣接觸),但空氣之有意引入(如在空氣固化或吹塑地瀝青之情況下)並不為本發明之方法所必需的且實際上係不被許可的,係因為此類添加將最可能引起地瀝青組份之硬化。 一旦地瀝青組份已達到所需溫度,則添加瀝青再生劑同時攪拌地瀝青/再生劑混合物以便形成均質混合物。地瀝青/再生劑混合物係在約180℃至220℃之溫度下處理約30分鐘至約4小時。接著基於100 wt.%之地瀝青/瀝青再生劑添加約0.05 wt.%至約1.0 wt.%的交聯劑以交聯聚合物。接著用50 wt.%至28 wt.%的水/乳化劑來乳化約50 wt.%至72 wt.%之交聯地瀝青/再生劑。水/乳化劑含有約0.1 wt.%至約3 wt.%的乳化劑。 可藉由僅向水添加一或多種乳化系統組份(在陽離子乳液之情況下為乳化劑及無機酸,且在陰離子乳液之情況下為乳化劑及鹼)並加熱混合物以允許溶解來製備乳化劑溶液。一旦製備地瀝青交聯再生劑組份及乳化劑/水溶液,則例如藉由單獨但同時饋送至膠體磨來將其混合在一起。地瀝青組份及乳化劑溶液之溫度將視乳液中之地瀝青之等級及百分比、乳化劑之類型等而變化。大體而言,在添加之後,地瀝青組份之溫度將為約120℃至約160℃,較佳地約135℃至約150℃,甚至更佳地約145℃,但當使用較高含量之聚合物時,可能需要使用稍微較高溫度。在添加至混合物之後,乳化劑/水溶液之溫度通常將為約30℃至約60℃,較佳地約45℃至約50℃。將兩個相(地瀝青/交聯再生劑組份及乳化劑/水溶液)例如在其經受強烈剪切力(其引起地瀝青分解為小球體)之膠體磨中混合在一起。接著用(在陰離子或陽離子乳化劑之情況下)為液滴之表面給予電荷之乳化劑塗佈個別小球體,且所得靜電力防止小球體聚結。雖然瀝青再生劑乳液歸因於其黏度特性具有許多用途,但某些應用(諸如,霧封層)需要可噴塗液體組合物。此等應用通常用水稀釋乳液,諸如,瀝青再生劑乳液比水混合物為1:1。亦可進一步用水稀釋本發明。此外,首先可用更多水來製成本發明之瀝青再生劑乳液。 大體而言,本發明之地瀝青乳液含有約50重量%至約75重量%,較佳地55重量%至70重量%的分散相,亦即,地瀝青加再生劑(加任何其他添加劑,如交聯劑,及50重量%至25重量%,較佳地30重量%至45重量%的水或水相,亦即,水加乳化劑系統及任何其他添加劑(該等量按分散相加水相之總100%計)。為如上文所提及覆蓋霧封層應用,可加倍水相之量,例如超出本文中所提及之量。 乳液之分散相通常將含有約88 wt.%至約75 wt.%、較佳地約83 wt.%至約77 wt.%之地瀝青,及約11 wt.%至約24 wt.%、較佳地約16 wt.%至約22 wt.%之瀝青再生劑,及約0.05 wt.%至約1 wt.%之交聯劑,較佳地約0.4 wt.%至約0.6 wt.%之交聯劑。 乳液之水或水相將含有約0.1 wt.%至3 wt.%、較佳地約0.2重量%至約2.5重量%之一或多種如上文所定義之乳化劑系統,及約0.35重量%至約0.6重量%、較佳地約0.45重量%至約0.55重量%之無機酸或鹼,及其餘的水(約96.4 wt.%至約99.5 wt.%水,該等量按乳化劑系統、無機酸或鹼及水之總100%計)。 用以生產交聯聚合物/地瀝青組合物的硫供體交聯劑可由選自由元素硫形成之基團、烴基多硫醚、硫供體硫化加速劑之產物或此類產物與一種另一加速劑及/或與不為硫供體的硫化加速劑之混合物組成。特定言之,硫供體偶合劑係選自以下各者:產物M,其含有0重量%至100重量%之由一或多種硫供體硫化加速劑組成的組份CA及100重量%至0重量%之由選自元素硫及烴基多硫醚之一或多種硫化劑組成的組份CB;及產物N,其含有由一或多種並不為硫供體之硫化加速劑組成的組份CC;及產物M,組份CC與產物M之按重量計之比率範圍為0.01至1且較佳地為0.05至0.5。 能夠用於部分地或完全構成偶合劑之元素硫有利地為花型硫,且較佳地為以斜方晶形式結晶之硫,且以α-硫之名稱為所知的。 當偶合劑含有硫供體硫化加速劑時,後者可尤其自雙甲硫羰醯胺多硫醚選擇。此類硫化加速劑之實例為以下化合物:二戊亞甲基雙甲硫羰醯胺二硫化物、二戊亞甲基雙甲硫羰醯胺四硫化物、二戊亞甲基雙甲硫羰醯胺六硫化物、四丁基雙甲硫羰醯胺二硫化物、四乙基雙甲硫羰醯胺二硫化物及四甲基雙甲硫羰醯胺二硫化物。 表示上文所描述之苯乙烯類嵌段共聚物之重量之0.05 wt.%至20 wt.%且較佳地0.1 wt.%至10 wt.%的游離硫之量用於製備藉由硫偶合劑交聯之聚合物/地瀝青組合物。實例 實例 1 黏度 分佈 圖1表示自以60 wt.%之各種油及40 wt.%之本文所描述之苯乙烯類嵌段共聚物製成之相容的油凝膠調配物的黏度分佈。在低剪切模式下在180℃下經大致1小時之時段來製備調配物。基於石油之油 Hydrolene油及Raffene油均衍生自石油。Raffene油凝膠已展示比Hydrolene油凝膠更高的對溫度之敏感性。此結果係預期的,係因為Raffene為環烷油而Hydrolene為鏈烷烴油。環烷油具有較低黏度指數,從而使得其對溫度改變更敏感。此等油並不為適合於本發明的油。生物型油 試圖用玉米油、大豆油、原始亞麻子油及兩種專用植物油調配油凝膠。試圖將40 wt.%之本文所描述之苯乙烯類嵌段共聚物完全溶解在各種生物型油(60 wt.%)中。 原始亞麻子油及兩種專用植物型油為在40%聚合物負載下產生與苯乙烯類嵌段共聚物均質且相容的摻合物的唯一油。玉米油及大豆油在40%下均不相容。亦在20%聚合物負載下測試玉米油,且產生不相容摻合物。 圖1為說明所測試之各種瀝青再生劑(油凝膠)之黏度(以厘泊為單位)對於溫度(以℃為單位)的曲線圖。實例 2 已測定,油中之40 wt.%苯乙烯類嵌段共聚物為基於合適的黏度及易於製備性的最佳濃度。此為最小量。 藉由在高溫下(~180℃)將聚合物摻合至油中來製備油凝膠。另外,其可以其液態運送及/或引入至瀝青中,其需要材料仍為熱的。因此,知道油凝膠在以其液體形式保持經延長時間段時係如何表現係必需的。 所熟知的係,生物型油(諸如,原始亞麻子油)含有大量之不飽和碳雙鍵。將生物型油暴露於高溫長時間段引起油之硬挺及隨後聚合。 生物型油聚合具有油凝膠之熱儲存穩定性之負面效應。以下實例展示抗氧化劑封裝對熱儲存油凝膠之旋轉黏度之正面效應。引入抗氧化劑封裝 將表1 (具有不含抗氧化劑之瀝青組合物)與含有抗氧化劑之表2組合物進行比較。兩種組合物之相同苯乙烯類嵌段共聚物為本文所描述之該苯乙烯類嵌段共聚物。為延遲油凝膠中之聚合物或油之氧化,引入兩種抗氧化劑(參見表2),其各以油凝膠總重量之1%置換2重量%油亞麻子油: · Irgafos 168 · Ethanox 330 藉由在180℃下將聚合物低剪切摻合至亞麻子油中2小時來製備摻合物。 表1 表2 在高溫下保持油凝膠對其流變性之效應 在2小時,表1及2之摻合物為完全均質的。彼時,其保持在180℃下摻合額外13小時。參見圖2。在所選擇時間處,取樣摻合物以量測複數黏度改變。 所獲得資料證實,抗氧化劑封裝已成功地遲延複數黏度之堆積,因此,延長呈熔體形式之材料之壽命。 除減緩複數黏度之潛變以外,抗氧化劑封裝亦防止油凝膠變黃。 隨後最佳化油凝膠抗氧化劑封裝。發現可藉由其延遲在熱儲存油凝膠樣本之表面上之聚合之能力來量化抗氧化劑封裝之效應。使用小罐式蓋作為油凝膠之老化容器。各蓋裝有一種大致4公克之含有不同抗氧化劑封裝之油凝膠者。各油凝膠具有三個樣本。接著將此等樣本置於180℃之熱烘箱10 min、40 min及60 min,以便捕獲表層在其期間形成於表面上之時間段。 表層堆積在於所有樣本上老化40分鐘之後變得可見。樣本409-64具有大部分表層堆積及大部分變色特徵,隨後為409-62及409-63。對於調節60 min之諸樣本重複該模式。變得顯而易見的係,表層形成之量很大程度上與如觸覺所感測的黏性之損失相關聯。 接著使用探針黏性測試儀PT-1000量測在各種老化時間下之表層形成之黏性。 另外,抗氧化劑封裝最佳化產生一級抗氧化劑及二級抗氧化劑之以下組合作為保持樣本上之黏性且因此延遲老化的最有效試劑。參見圖3。黏性值愈高,則封裝對在不同調節時間延遲老化愈有效。基於測試,最有效一級抗氧化劑為Ethanox 330、Vanox 1081及Irganox 1010。最有效二級抗氧化劑為Irgafos 168。實例 3 引入油凝膠至地瀝青中 隨後將具有抗氧化劑封裝之油凝膠摻合至PG64-22地瀝青中以遞送具有7.5%如本文所描述之苯乙烯類嵌段共聚物之摻合物。以總摻合物重量之18.75%添加油凝膠。參見下表3。油凝膠方塊(約1.5”×1.5”×1.5”)在180℃下溶解耗費約10分鐘。接著用0.1%硫在180℃下將聚合物固化4小時。 表3展示摻合物中除硫之外的組份之分解。 表3 地瀝青改質之流變影響 經油凝膠改質之PG64-22如圖4中所展示及如下分級(應注意,自此後,經油凝膠改質PG64-22將稱作PG64-40): PG64-22真實等級: PG 64.9 - 24.7 PG64-40 (343-111)真實等級: PG 68.6 - 42.5 使用指數資料擬合來評估高溫等級,而低溫PG等級被m-值限制且使用線性資料擬合來評估。 已展示所評價油凝膠: · 足夠穩定以致能其製造及後續黏合劑改質 · 將PG64-22鹼黏合劑之低溫PG等級降低3個等級 · 保持且稍微提高高溫PG等級 · 不引起任何異常物理硬化行為。實例 4 為測定任何瀝青再生劑之適合性,應注意,採用三個測試以證明其益處,亦即:1)在50℃下進行之漢堡車輪追蹤測試,2)在25℃及15℃下進行之撓曲疲勞測試及3)在負18℃下進行之盤緊密拉伸測試(Disc Compact Tension Test)。一種通過此等測試之組合物將衝擊在熱及冷路面條件下之性質之平衡。壓緊熱 混合瀝青 (HMA) AASHTO T 324 漢堡車輪追蹤測試 研發於德國的漢堡車輪追蹤裝置(HWTD)可用於評價車轍及剝離潛能。參見圖5。HWTD追蹤直接在HMA樣本上來回之負載鋼車輪。通常在用線性揉和機壓緊至7百分比空隙率之10.2×12.6×1.6吋(260×320×40 mm)層板上進行測試(但可修改該測試以使用SGC壓緊樣本)。最常見的,使用158 lb (705 N)負載跨越浸沒(水下)樣本追蹤1.85吋(47 mm)寬車輪達20,000個循環(或直至出現20 mm之變形)。參見圖6。用一系列線性可變差動變壓器(LVDT)在樣本上連續量測車轍深度。AASHTO T 321 測定經受重複撓曲彎曲之壓緊熱混合瀝青 ( HMA ) 之疲勞壽命 製成小HMA樑(15×2×2.5吋(380×50×63 mm))且將其置放於4點裝載機中,其使樑經受重複負載。可在恆定應變位準下或在恆定壓力位準下進行測試。測試時間視針對測試所選擇之應變位準而定。可在數小時內完成高應變(400至800微應變)。較低應變測試(200至400微應變)可耗費數天。甚至更低應變位準(50至100微應變)可耗費一個月以上。通常使用8至10個樣本以開發用於任何混合之結果。因此,其可耗費數天至數週以開發足夠的疲勞資料以允許給定混合物之分析。在測試溫度(通常為68℉ (20℃))下調節樑兩小時。選擇將提供所評估10,000負載循環之應變位準,而後使初始硬度減少至50百分比或更少。當樑已達到硬度之50百分比減少時,應終止測試。參見圖7。盤壓緊 拉伸測試 在伊利諾伊州大學開發盤狀壓緊拉伸測試(DCT)。其測定瀝青-骨料混合物之斷裂能量(Gf)。測試幾何形狀為具有在拉伸中負載之單一邊緣凹口之圓形樣品。斷裂能量可用作描述瀝青混凝土之斷裂抗性的參數,其中更需要較高Gf值。可由150-mm回轉壓緊樣本或磁場鐵心來製備DCT測試樣品。樣本製備涉及鋸割及取心操作。首先,使用水冷石工用鋸產生50-mm寬樣品之扁平圓面。接著使用標記模板指示待鑽孔之1-吋載入孔之位置,且接著使用水冷鑽孔裝置製造載入孔。接下來,使用石工用鋸產生最終兩種切口:便於CMOD量規之放置之扁平面及凹口(其為基於真實斷裂機制測試之所需特徵)。已發現此幾何形狀產生對於具有在4.75 mm至19 mm範圍內之標稱最大骨料大小之瀝青混合物的令人滿意的結果。以裂縫嘴張開移位(CMOD)控制模式在1 mm/min之速率下進行DCT測試。此快速載入速率基本上去除混合物在測試期間之任何潛變行為。通常,樣品在1 mm至6 mm之CMOD行進範圍內在大致5分鐘測試時間之後完全失效。斷裂能量基本上在負載與CMOD曲線下之區域,且高Gf指示對熱開裂之較大抗性。實例 5 製備原始/RAP、瀝青再生劑組合物,其具有以下特性:骨料具有滿足AASHTO熱混合瀝青(HMA)分級要求之最終混合分級。對於某些道路類型,存在數種標準。舉例而言,用於州際道路之標準不同於用於輕便行進道路的標準。對於此實例,骨料分級展示於表4中。 表4 組合物含有大致6 wt.%原始及RAP瀝青及94 wt.%之骨料。一種典型標準係用於具有PG 52-34(對照)之組合物,且本發明之較佳組合物為PG 64-40 (意謂其分級為在64℃至負40℃下起作用)。一些州標準對在100%下之RAP之量計數,而其他州對在70%下之RAP之量計數。此意謂原始及RAP瀝青之50-50混合為組合物之5 wt.%,RAP瀝青計數100%或70%。當然,原始瀝青始終視為100%。因此,當RAP瀝青計數100%時,其為組合物之2.5wt.%,原始瀝青為組合物之2.5 wt.%,且骨料為95 wt.%。當RAP瀝青計數70%時,其實際上視為2.5 wt.%之0.7倍或1.75,且因此原始瀝青則必須構成差異以獲得組合物之5 wt.% (亦即,3.25 wt.%)。因此,在100%及70%下測試PG 52-34 (對照)及PG 64-40兩者。 對於漢堡車輪測試,結果闡述於圖6中。如可觀測到,在100%及70%兩者下之PG 64-40具有約2 mm或更少之優良平均車轍深度。在50℃之溫度下--剛好在兩種PG等級之範圍內進行測試。優良結果源於僅存在於PG 64-40等級中之瀝青再生劑組合物。 對於撓性樑測試,採用如上文所闡述之相同PG 52-34及PG 64-40組合物。在25℃及15℃下測試兩種組合物。結果闡述於表5至表7中,其中表5及表6包含25℃下之資料,且表7包含15℃下之資料。 表5 表6 表7 對於盤壓緊拉伸測試(在-18℃下測試),資料報告於表8中。應注意,PG 64-40等級優於PG 52-34對照。且在對照及PG 64-40等級兩者中,70%計數提供與100%計數相比更好的結果。 表8 總而言之,用於漢堡車輪測試及盤壓緊拉伸測試之兩種樣品指示兩種PG 64-40等級均優於對照,且PG 64-40之整體70%計數得到最佳性質平衡。參見表9。 表9 實例 6 下表10展示81.25% PG58-28+18.75%再生劑組合之黏度資料。此類組合含有7.5%聚合物,且歸因於低黏度可使用行業標準地瀝青乳化方法而容易地對該組合進行乳化。 表10 因此,顯而易見的係,已根據本發明提供用於製造供與RAP一起使用之油凝膠再生劑之組合物及含有完全滿足上述目標、目的及優點之再生劑之RAP組合物。此外,含有地瀝青、交聯劑、水及乳化劑之瀝青再生劑乳液亦為本發明之部分。雖然本發明已結合具體實施例來描述,但明顯的係,鑒於前文描述,許多替代、修改及變化將為熟習此項技術者所顯而易見的。因此,本發明意欲涵蓋屬於所附申請專利範圍之精神及寬廣範疇內的所有此類替代、修改及變化。
以下諸圖之描述僅意欲進一步說明本發明。 圖1為說明各種油凝膠黏度分佈之黏度(以厘泊為單位)對於溫度(以℃為單位)的曲線圖。 圖2為在具有或無抗氧化劑封裝之情況下的複數黏度增加(以Pa.s為單位)對於時間(以小時為單位)的曲線圖。 圖3為黏性(以牛頓為單位)對於在180℃下熱儲存10分鐘及90分鐘後之各種抗氧化劑之各種量的曲線圖。 圖4為說明在考慮具有或不具有瀝青再生劑之兩種典型鋪設級別瀝青之有效溫度(以℃為單位)的情況下的AASHTO SuperpaveTM 效能級別判定之效應的圖表。 圖5為藉由根據經壓實熱混合瀝青(HMA)之AASHTO T324漢堡車輪追蹤測試(Hamburg Wheel-Track Testing)繪製車轍深度(以毫米為單位)對於車輪通過之數目來說明路面之適合性的圖表。雖然該圖並不表示本發明之任何特定實例,但其適用於理解指示再循環瀝青路面組合物係先前技術之改良之測試的概念。 圖6為說明車轍深度(以毫米為單位)對於4種組合物之漢堡車輪測試之通過數目的圖表。 圖7為4種組合物降低50%硬度之循環的數目的撓性樑圖表。

Claims (21)

  1. 一種瀝青再生劑,其包含:33wt.%至59wt.%之生物型油或生物型油摻合物,其能夠完全溶解至少40wt.%之苯乙烯類嵌段共聚物,40wt.%至65wt.%之苯乙烯類嵌段共聚物,其包含以下之混合物:a)苯乙烯丁二烯二嵌段及b)苯乙烯丁二烯三嵌段及/或多臂嵌段共聚物,及1wt.%至2wt.%之抗氧化劑系統,其中,該生物型油或生物型油摻合物之閃點230℃,且該a)苯乙烯丁二烯二嵌段與該b)苯乙烯丁二烯三嵌段及/或多臂嵌段之比率大於1,且當在6.8/秒剪切速率下量測時,該瀝青再生劑在180℃下之黏度之最大值為2000cP。
  2. 如請求項1之瀝青再生劑,其中該抗氧化劑系統為一級抗氧化劑與二級抗氧化劑之組合。
  3. 如請求項2之瀝青再生劑,其中該一級抗氧化劑為受阻酚或芳胺,且該二級抗氧化劑為亞磷酸酯及/或硫代增效劑。
  4. 如請求項1之瀝青再生劑,其中該生物型油為亞麻子油或該生物型油摻合物為亞麻子油與一或多種其他油之摻合物。
  5. 如請求項4之瀝青再生劑,其中該亞麻子油具有約6wt.%至約9wt.%之飽和脂肪酸及約10wt.%至約22wt.%之單元不飽和脂肪酸。
  6. 如請求項1之瀝青再生劑,其中該苯乙烯類嵌段共聚物另包含:(i)二嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之一個嵌段及共軛二烯之一個嵌段,具有30,000至78,000之峰值分子量及按該共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之35莫耳百分比至80莫耳百分比之乙烯基含量,及(ii)嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之至少兩個嵌段及共軛二烯之至少一個嵌段,該嵌段共聚物選自由以下組成之群:峰值分子量為該二嵌段共聚物之峰值分子量之1.5至3.0倍的線性三嵌段共聚物;峰值分子量為該二嵌段共聚物之峰值分子量之1.5至9.0倍的多臂偶合嵌段共聚物;及其混合物,其中各嵌段共聚物具有按該共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之35莫耳百分比至80莫耳百分比的乙烯基含量,其中藉由ASTM D-1238在條件G:200℃,在5kg負載量下所測定,該苯乙烯類嵌段共聚物之熔融指數為約20g/10min至約35g/10min,且其中該苯乙烯類嵌段共聚物中之(i)與(ii)之比率大於1。
  7. 一種再循環瀝青路面組合物,其包含:瀝青再生劑、原始瀝青及RAP及/或RAS,其中該瀝青再生劑包含33wt.%至59wt.%之能夠負載至少40wt.%之苯乙烯丁二烯嵌段共聚物的生物型油或生物型油摻合物、40wt.%至65wt.%之苯乙烯丁二烯嵌段共聚物及1wt.%至2wt.%之抗氧化劑 系統,該苯乙烯丁二烯嵌段共聚物包含:(i)二嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之一個嵌段及共軛二烯之一個嵌段,具有30,000至78,000之峰值分子量及按該共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之35莫耳百分比至80莫耳百分比的乙烯基含量,及(ii)嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之至少兩個嵌段及共軛二烯之至少一個嵌段,該嵌段共聚物選自由以下組成之群:峰值分子量為該二嵌段共聚物之峰值分子量之1.5至3.0倍的線性三嵌段共聚物;峰值分子量為該二嵌段共聚物之峰值分子量之1.5至9.0倍的多臂偶合嵌段共聚物;及其混合物,其中各嵌段共聚物具有按該共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之35莫耳百分比至80莫耳百分比的乙烯基含量,其中藉由ASTM D-1238在條件G:200℃,在5kg負載量下所測定,該苯乙烯丁二烯嵌段共聚物之熔融指數為約15g/10min至約50g/10min,且其中該苯乙烯丁二烯嵌段共聚物中之(i)與(ii)之比率大於1。
  8. 如請求項7之再循環瀝青路面組合物,其中該抗氧化劑系統為一級抗氧化劑與二級抗氧化劑之組合。
  9. 如請求項7之再循環瀝青路面組合物,其中該生物型油或生物型油摻合物為具有閃點230℃之亞麻子油或亞麻子油摻合物。
  10. 如請求項7之再循環瀝青路面組合物,其中當在6.8/秒剪切速率下量 測時,該瀝青再生劑在180℃下之最大黏度為2000cP。
  11. 如請求項7之再循環瀝青路面組合物,其進一步包括交聯劑。
  12. 如請求項11之再循環瀝青路面組合物,其中該交聯劑為硫或基於硫。
  13. 如請求項7之再循環瀝青路面組合物,基於該原始瀝青及RAP及/或RAS之總重量之100%計,該再循環瀝青路面組合物含有約35wt.%至約65wt.%之該RAP及/或RAS,及35wt.%至65wt.%之該原始瀝青。
  14. 如請求項7之再循環瀝青路面組合物,其含有與約75wt.%至約85wt.%之該原始瀝青及RAP及/或RAS摻合之約15wt.%至約25wt.%之瀝青再生劑。
  15. 一種製造再循環瀝青路面組合物之方法,該方法包含:藉由均一地摻合33wt.%至59wt.%之生物型油或生物型油摻合物、40wt.%至65wt.%之苯乙烯丁二烯嵌段共聚物及1wt.%至2wt.%之抗氧化劑系統來製備瀝青再生劑,其中該生物型油或生物型油摻合物具有>230℃的閃點且可負載40wt.%之苯乙烯丁二烯嵌段共聚物,且當在6.8/秒剪切速率下量測時,該瀝青再生劑在180℃下之最大黏度為<2000cp,且該苯乙烯丁二烯嵌段共聚物包含:(i)二嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之一個嵌段及共軛二烯之 一個嵌段,具有30,000至78,000之峰值分子量及按該共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之35莫耳百分比至80莫耳百分比之乙烯基含量,及(ii)嵌段共聚物,其包含單烯基芳烴之至少兩個嵌段及共軛二烯之至少一個嵌段,該嵌段共聚物選自由以下組成之群:峰值分子量為該二嵌段共聚物之峰值分子量之1.5至3.0倍的線性三嵌段共聚物;峰值分子量為該二嵌段共聚物之峰值分子量之1.5至9.0倍的多臂偶合嵌段共聚物;及其混合物,其中各嵌段共聚物具有按該共軛二烯嵌段中之重複單體單元之數目計之35莫耳百分比至80莫耳百分比的乙烯基含量,其中藉由ASTM D-1238在條件G:200℃,在5kg負載量下所測定,該苯乙烯丁二烯嵌段共聚物之熔融指數為約15g/10min至約50g/10min,且其中該苯乙烯丁二烯嵌段共聚物中之(i)與(ii)之比率大於1;及將該瀝青再生劑與經加熱之原始瀝青及RAP及/或RAS摻合之步驟。
  16. 如請求項15之方法,其中分別基於瀝青之總量,該RAP之範圍為約1重量份至約2重量份,而該原始瀝青之範圍為約2重量份至約1重量份。
  17. 如請求項15之方法,其中該摻合之步驟包括將約15wt.%至約25wt.%之該瀝青再生劑與約75wt.%至約85wt.%之經加熱之該原始瀝青及RAP及/或RAS摻合。
  18. 如請求項15之方法,其中該摻合步驟包含將該瀝青再生劑與該原始瀝青摻合,且接著摻合在該RAP及/或RAS中。
  19. 一種使用熱原位再生路面之連續方法,該方法包含以下步驟:碾磨老化路面,加熱該經碾磨的老化路面,將該經加熱、經碾磨的老化路面與原始熱混合瀝青及如請求項1之瀝青再生劑混合,及在一個連續操作中將該經加熱、經碾磨的老化路面與原始熱混合瀝青及瀝青再生劑置放回該道路上,該瀝青再生劑在現場之該連續操作期間原位混合至該經加熱、經碾磨的老化路面中,與添加至該經加熱、經碾磨的老化路面之原始熱混合瀝青一起載運以校正分級或直接混合為瀝青再生劑乳液。
  20. 一種乳液,其包含:約50wt.%至約75wt.%之分散組份,及約25wt.%至約50wt.%之乳化組份,基於該分散組份之100wt.%計,該分散組份含有約11wt.%至約24wt.%之如請求項1之瀝青再生劑,及約0.05wt.%至約1.0wt.%交聯劑及其餘部分為地瀝青,且基於該乳化組份之100wt.%計,該乳化組份含有0.1wt.%至約3.0wt.%之乳化劑及其餘部分為水。
  21. 如請求項20之乳液,其中該乳液可用額外水稀釋。
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