WO2002094939A1 - Composición emulsificante para preparar emulsiones de asfalto en agua - Google Patents
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Definitions
- Emulsifying composition for preparing asphalt emulsions in water Emulsifying composition for preparing asphalt emulsions in water.
- the present invention relates to the preparation of asphalt emulsions in water, of medium breaking, slow and super-stable, for use in cold-dense mixtures, open mixes, recycling of pavements, asphalt mortars or slurry, micro-folders and other similar uses, said emulsions having excellent stability and susceptibility to be mixed with aggregates, and using to prepare said emulsions different types of asphalt, including hard asphalts, such as some AC-20 type asphalts with penetration values at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5, 60 to 65 tenths of a millimeter, available in some regions of Mexico.
- hard asphalts such as some AC-20 type asphalts with penetration values at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5, 60 to 65 tenths of a millimeter, available in some regions of Mexico.
- Bituminous materials such as asphalts obtained from petroleum distillation
- Bituminous materials have been widely used for a long time, in applications such as: paving roads, highways, streets and roads; sealing and waterproofing of roofs and roofs; and some others.
- its handling due to its appearance and physical properties at room temperature, its handling as such is very difficult, so some methods or ways of use have been put into practice, such as: heating of the asphalt at a temperature such that the be fluid and allow its handling; use of solvents mixed with asphalt, so that the resulting mixture, commonly called asphalt recess, is fluid and allows its handling; or the preparation of asphalt emulsions in water, commonly called asphalt emulsions, through the use of surfactants, commonly called emulsifiers, and mechanical energy to disperse the asphalt in water, usually provided by a colloid mill, or some appropriate mechanical device.
- surfactants commonly called emulsifiers
- asphalt emulsions there are many types of asphalt emulsions, depending on the different particular applications; for example, in construction and / or maintenance of roads or highways, asphalt emulsions are used, which are generally classified as: fast breaking, medium breaking, and slow breaking; there are also superstable emulsions, that in some occasions they are handled as a separate classification, and in some others they are included in those of slow breaking. This classification is based on the breaking time of the emulsion; this being the breaking time, the time in which the emulsion breaks, after coming into contact with the stone material or stone aggregate.
- the breaking of the emulsion consists in the separation of the water that is the dispersing phase, and the asphalt that is the dispersed phase, which is deposited on the surface of the aggregate, forming the asphalt-aggregate mixture that will constitute the asphaltic binder, or seal layer or surface treatment, as appropriate.
- the aggregate-asphalt mixture commonly called asphalt mixture, may have additional components, depending on the case and the specific application.
- Each of these types of asphalt emulsions is used for one or more specific uses, for example those of rapid breaking are used in seals or gravel watering, sand seals, and other surface treatments, in which the emulsion is deposited, in a thin layer, on the surface to be sealed, and then a layer of the aggregate (gravel, sand, etc., as the case may be) is deposited on it, and the emulsion must break very quickly, after contact with the added, to be able to open to traffic.
- Those of medium break allow a few minutes before breaking, after mixing with the stone aggregate, in the preparation of asphalt mixtures with some clean aggregates or equivalent of high sand.
- the slow-breaking ones allow a longer mixing time, after mixing with the stone aggregate, in the preparation of dense or open asphalt mixtures, or in the preparation of some types of surface treatments, such as asphalt mortars or slurry, and the micro folder.
- the superstable emulsions allow a mixing time with even longer stone aggregates, which allows them to be used in dense asphalt mixtures with more difficult or dirty materials, of lower equivalent sand, made on site or in the plant; also in asphalt mortars at high ambient temperatures.
- Some emulsions of this type are used in mixtures to waterproof, since they allow the incorporation of charges, without breaking.
- Asphalt emulsions can also be classified according to the ionic nature of the emulsifier used, and can be: cationic, ammonic, non-ionic and amphoteric.
- the cationic ones are the most used in the application of roads and highways, especially in those of rapid breaking, since by the positive charge that the emulsifier confers on the asphalt globule, the asphalt is attracted to the surface of the aggregate, resulting in a better adhesion, and in a greater resistance of the asphalt mixture.
- Ammonia and not Ionic are more commonly used in waterproofing mixtures, since there is no attraction between the surface of the fillers, or of the aggregates, and the asphalt globules, which allows the stability of emulsion mixtures with fillers.
- asphalt emulsions are obtained that meet all the quality specifications and properties mentioned above, such as stability, viscosity, mixing time with stone aggregates, ease of controlling the breaking time, adhesion from asphalt to aggregate and resistance and durability of the asphalt mix in the pavement; with most available asphalts; however, with some asphalts that can be called hard, and that are characterized by penetration values, at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5, from 60 to 65 tenths of a millimeter or less, they have emulsion stability problems, reflected in 5-day high settlement, greater than 5.0%, sometimes up to 20.0% or more; in Storage Stability at 24 hours high, greater than 1.0%, sometimes up to 4.0% or more; and also in Viscosity at 25 ° C low, under 20.0 seconds Saybolt-Furol, between 15.0 and 19.0, depending on the conditions; and when doing asphalt mixtures with some stone aggregates, mixing and covering the aggregate by asphalt is not so
- asphalt including hard asphalts such as some AC-20 type asphalts, with penetration values of 60 to 65 tenths of a millimeter, at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5, available in some regions of Mexico.
- the present invention focused on solving the problem of the difficulty of preparing asphalt emulsions in water, of medium breaking, slow and super-stable, with hard asphalts, such as some of the AC-20 type asphalts, which are characterized by having values penetration, at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5, from 60 to 65 tenths of a millimeter, available in some regions of Mexico; in such a way that one can have emulsifying compositions with which the type of emulsions in question can be prepared, with all available asphalts, and fulfilling all the aforementioned requirements.
- hard asphalts such as some of the AC-20 type asphalts, which are characterized by having values penetration, at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5, from 60 to 65 tenths of a millimeter, available in some regions of Mexico; in such a way that one can have emulsifying compositions with which the type of emulsions in question can be prepared, with all available asphalts, and
- emulsifying compositions can be prepared, with which asphalt emulsions can be prepared that meet all of the aforementioned requirements, such as: mixing well with different types of aggregates, allowing sufficient mixing time ; that once the mixture has been broken it breaks well and that it has good adhesion with the aggregate, and that it results in an asphalt mixture with good strength and good coverage; in addition that this emulsion has good stability, during its transportation and storage, so that it does not break before being used, and allows its handling; meeting the respective quality specifications, such as those established by the Ministry of Communications and Transportation of Mexico (SCT); by the American Society for Testing and Materials (ASTM); and by the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO); especially for the Viscosity parameters at 25 ° C, in seconds Saybolt Furol, of 20.0 minimum for slow breaking emulsions RL-2K, RL-3K (SCT), CSS-1 and CSS-lh (ASTM and AASHTO); Viscosity at 50 ° C, in seconds
- emulsifying compositions consist of the following components: (A) a cationic surfactant or emulsifier, (B) a polyphenolic compound or a carbohydrate, (C) an inorganic acid; and in addition, one or more of the following components: (D) a wetting or dispersing compound, (E) a stabilizing compound, (F) an organic acid and (G) an anionic polymeric dispersant or hydroxycarboxylic acid; and water as dispersant.
- A a cationic surfactant or emulsifier
- B a polyphenolic compound or a carbohydrate
- C an inorganic acid
- D a wetting or dispersing compound
- E a stabilizing compound
- F an organic acid
- G an anionic polymeric dispersant or hydroxycarboxylic acid
- the cationic surfactant (A) has the basic function of emulsifying, that is, reducing the asphalt-water interfacial tension, and giving the particle electrical charge, so that the asphalt can form small blood cells and disperse in the water.
- the component (A) in the emulsifying composition of the present invention may be one, or a mixture of two or more members of the group consisting of: aliphatic amines represented by the following formula: Ri ⁇ N- (A-NR 3 ) p - R4 /
- R 2 where Rj represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group, containing 8 to 22 carbon atoms, R 2 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group, containing 8 to 22 carbon atoms, a hydrogen atom, or a group represented by the formula: (AO) m -H, where AO represents an alkylene oxide group containing 2 or 3 carbon atoms, and m is a number from 1 to 30; R 3 is a hydrogen atom, or a group represented by the formula: (AO) m -H, already defined above; t is an atom of hydrogen, or a group represented by the formula: (AO) m -H, already defined above; A is an ethylene or propylene group, and p is an integer between 0 and 5; imidazolines, containing one or two hydrocarbon groups, saturated or unsaturated, of 7 or more carbon atoms each, preferably 8 to 22 carbon atoms each; amidoamines containing a saturated or unsaturated hydrocarbon group of 7 or more carbon
- the component (A) in the emulsifying composition of the present invention is preferably used in a ratio of 1 to 50 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 10 to 30 parts, per 100 parts of the emulsifying composition .
- the polyphenolic compound or the carbohydrate (B) has the function of forming a protective colloid and retarding the breaking of the emulsion once mixed with the stone aggregate, in addition to improving the asphalt-aggregate adhesion, and increasing the resistance of the asphalt mixture resulting.
- the component (B) in the emulsifying composition of the present invention may be at least one polyphenolic compound, selected from the group consisting of: tannin compounds, tannic acid, hydroquinone, catechol, resorcinol, pyrogallol, galvanic acid, gallic acid, quebracho, mimosa, acacia, scallop; and / or a carbohydrate, selected from the group consisting of: glucose, sucrose, melase, fructose.
- the component (B) in the emulsifying composition of the present invention is preferably used in a ratio of 1 to 50 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 10 to 40 parts, per 100 parts of the emulsifying composition .
- Inorganic acid (C) has the function of neutralizing the emulsifier (A), thus producing the cationic surfactant itself, as well as allowing its dispersion in the emulsifying composition.
- the component (C) in the emulsifying composition of the present invention may be an acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid.
- the component (C) in the emulsifying composition of the present invention is preferably used in a ratio of 1 to 50 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 5 to 30 parts, per 100 parts of the emulsifying composition .
- the wetting or dispersing compound (D) has the function of helping the dispersion of the surfactant (A) in the emulsifying composition, in addition to improving the ability of the emulsion to mix with the stone material.
- the component (D) in the emulsifying composition of the present invention is a wetting or dispersing compound selected from the group consisting of: monoethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, polyglycol of molecular weight from 200 to 10,000, sorbitol, glycerol, isopropyl alcohol.
- the component (D) in the emulsifying composition of the present invention is preferably used in a ratio of 0 to 30 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 1 to 10 parts, per 100 parts of the emulsifying composition .
- the stabilizing compound (E), and organic acid (F), have the function of stabilizing the emulsion, improving its properties as viscosity, settling.
- the component (E) in the emulsifying composition of the present invention is a stabilizing compound selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose.
- the component (F) in the emulsifying composition of the present invention is an organic acid, selected from the group consisting of: formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, hexoic acid, 2 Ethyl Hexoic acid, oxalic acid , citric acid.
- the component (E) in the emulsifying composition of the present invention is preferably used in a ratio of 0 to 10 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 0.1 to 2 parts, per 100 parts of the emulsifying composition .
- the component (F) in the emulsifying composition of the present invention is preferably used in a ratio of 0 to 30 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 1 to 15 parts, per 100 parts of the emulsifying composition .
- the anionic polymeric dispersant or hydroxycarboxylic acid (G) has the function of dispersing inorganic materials; which helps to improve the ability of the emulsion to mix with stone aggregates that contain very fine materials or clays, or when fillers or fillers such as calcium carbonate, cement, etc .; It also serves for the emulsion to pass the Miscibility test with Portland Cement, which may be included in the applicable specifications.
- the component (G) in the emulsifying composition of the present invention is an anionic or hydroxycarboxylic polymer dispersant compound selected from the group consisting of: copolymers of polycarboxylic acids and their soluble salts, ligninsulfonic acids and their soluble salts, and / or gluconic acid and its soluble salts, citric acid and its soluble salts. Its soluble salts means sodium salt or the like.
- the component (G) in the emulsifying composition of the The present invention is preferably used in a ratio of 0 to 10 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, and more preferably 0.05 to 2 parts, per 100 parts of the emulsifying composition.
- the water used in the emulsifying composition of the present invention has the function of dissolving or dispersing the different components thereof; and is preferably used in a ratio of 20 to 60 parts, per 100 parts of the emulsifying composition, more preferably 30 to 50 parts, per 100 parts of the emulsifying composition.
- One of the research findings that gave rise to the present invention is the effect of unsaturations of the hydrocarbon group of the surfactant (A), on the stability of the emulsions, specifically on its viscosity and settlement, so that the best results were obtained with amines, amidoamines and / or imidazolines whose hydrocarbon groups are mixtures derived from natural oils and fats, such as: beef tallow, soybean oil, hydrogenated beef tallow, tall oil , coconut oil, etc.
- the process for the manufacture of the emulsifying composition of the present invention consists in the sequential addition of each of the components to the required amount of water, always under stirring, and giving sufficient time to achieve homogenization.
- the temperature to be maintained during the process can be from room temperature to 90 ° C, and preferably from 40 ° C to 70 ° C.
- the sequence of addition of the basic components (A), (B), (C), is preferably: ACB, BCA, CAB or CBA.
- the addition of the optional component (D) is preferably done together with the component (A), by pre-mixing with it.
- the addition of the optional component (E) is preferably done before the addition of any other component.
- the optional component (F) is added interchangeably before or after any of the basic components (A), (B) or (C).
- the addition of the optional component (G) is done at the end, after dilution in a suitable portion of the total water.
- the asphalt emulsion of the present invention comprises asphalt, water, the emulsifying composition of the present invention, and optionally some other component, such as: a natural or synthetic polymer, previously mixed with the asphalt, or incorporated as an emulsion, during the process of preparing the emulsion; a natural or synthetic polymer, previously mixed with the asphalt, or incorporated as an emulsion, during the process of preparing the emulsion; a natural or synthetic polymer, previously mixed with the asphalt, or incorporated as an emulsion, during the process of preparing the emulsion; a natural or synthetic polymer, previously mixed with the asphalt, or incorporated as an emulsion, during the process of preparing the emulsion; a natural or synthetic polymer, previously mixed with the asphalt, or incorporated as an emulsion, during the process of preparing the emulsion; a natural or synthetic
- a stabilizing compound such as carboxymethyl cellulose
- an asphalt modifying additive previously mixed with asphalt, such as diesel, naphtha, kerosene, mineral or vegetable oil or grease or some derivative thereof, which serves to facilitate the emulsification of asphalt, and improve the viscosity of the emulsion and penetration of the distillation residue thereof.
- Water used in the asphalt emulsion of the present invention is raw water with a maximum hardness of 1000 ppm as calcium carbonate, and preferably softened water; and is preferably used in a ratio of 10 to 65 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion, more preferably 20 to 50 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion.
- the asphalt used in the asphalt emulsion of the present invention is any typical asphalt
- the emulsifying composition used in the asphalt emulsion of the present invention is the emulsifying composition object of this invention, and already described previously; and is preferably used in a ratio of 0.1 to 20 parts of the emulsifying composition per 100 parts of the asphalt emulsion, more preferably 0.5 to 5 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion.
- the emulsion are: natural rubber latex or synthetic polymer, preferably SBR, SBS, EVA and is preferably used in a ratio of 0 to 10 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion, more preferably 1 to 5 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion.
- Another of the optional components that the asphalt emulsion may contain is a salt, preferably calcium chloride; and is preferably used in a ratio of 0 to
- One more of the optional components that the asphalt emulsion may contain is a stabilizing compound, preferably carboxymethyl cellulose; and is preferably used in a ratio of 0 to 10 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion, more preferably 0.01 to parts, per 100 parts of the asphalt emulsion.
- Another one of the optional components that the asphalt emulsion may contain is an asphalt modifying additive such as diesel, naphtha, kerosene, mineral or vegetable oil or grease or some derivative thereof; and is preferably used in a ratio of 0 to 20 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion, more preferably 0.5 to 5 parts, per 100 parts of the asphalt emulsion.
- an asphalt modifying additive such as diesel, naphtha, kerosene, mineral or vegetable oil or grease or some derivative thereof.
- the process for preparing the asphalt emulsion of the present invention consists of the following: the required amount of asphalt is preferably heated to a temperature of 110 ° C to 190 ° C, more preferably to a temperature of 135 ° C to 145 ° C; separately a solution is prepared with the amount of water required and the amount of the emulsifying composition required, stirring long enough to obtain a homogeneous dispersion, and maintaining a temperature between 30 ° C and 60 ° C, preferably between 35 ° C and 45 ° C. To this solution, if necessary, the pH (hydrogen potential) is adjusted so that its value is between 1.0 and 5.0, preferably between 1.5 and 3.0.
- an inorganic acid preferably 30% hydrochloric acid
- a suitable device which provides the required mechanical energy, preferably a colloid mill or homogenizer.
- the emulsion contains a natural or synthetic polymer
- it is previously mixed to the hot asphalt, or added as an emulsion to the aqueous solution of the emulsifying composition.
- the emulsion contains a salt, and / or a stabilizing compound, these are dissolved in the aqueous solution of the emulsifying composition.
- the emulsion contains an asphalt modifying additive, it is previously mixed to the hot asphalt. The emulsion thus obtained is allowed to cool to room temperature and then the quality parameters and their use are analyzed. Examples
- Example No. 0 is given as a reference, and corresponds to an emulsion prepared, according to the invention disclosed in the Kao Corporation patent referred to in the State of the Art section, and using an AC-20 asphalt from Salamanca, with penetration value between 60 and 65 tenths of a millimeter, at 25 ° C, 100 g and 5 sec, measured according to ASTM D5.
- Examples from No.l to No.10 they correspond to emulsions prepared in accordance with what is described in the present invention, and in all cases the emulsifying composition was prepared first, and then the emulsion was prepared, according to the processes to prepare the emulsifying composition and the asphalt emulsion, described previously. in the detailed description of the invention. Once the emulsions were prepared, they were allowed to cool to room temperature, and then they were tested for quality, and mixed with different types of aggregates. Table 1 reports the compositions of the emulsions, including the different components of the emulsifying composition; and in Table 2 some results of the quality tests and mixing with aggregates of these emulsions are summarized.
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Abstract
Preparación de emulsiones de asfalto en agua, de rompimiento medio, lento y superestables para usarse en mezclas densas en frío, mezclas abriertas, reciclado de pavimentos, morteros asfálticos, microcarpetas y otros usos similares; carasterizándose dichas emulsiones por: tener buena estabilidad al almacenamiento y transportación; cumplir las especificaciones de calidad respectivas, como son Viscosidad a 25 °C de 20 ssf mínimo y Asentamiento a 5 días de 5.0 por ciento máximo; poder mezclarse con diferentes tipos de agregados, dando suficiente tiempo de mezclado, buen rompimiento y buena adherencia con el agregado, resultando en una mezcla asfáltica con buena resistencia y buen cubrimiento; usando para preparar dichas emulsiones asfalto de diferentes tipos, incluyendo los duros con valores de penetración de 60 a 65, y composiciones emulsificantes constituidas por: (A) un surfactante o emulsificante catiónico, (B) un compuesto polifenólico o un glúcido, (C) un ácido inorg¶nico; y o m¶s de los siguientes componentes: (D) un compuesto humectante o dispersante, (E) un compuesto estabilizador, (F) un ácido orgánico y (G) un dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico.
Description
Composición emulsificante para preparar emulsiones de asfalto en agua. Campo Técnico
La presente invención se refiere a la preparación de emulsiones de asfalto en agua, de rompimiento medio, lento y superestables, para usarse en mezclas densas en frío, mezclas abiertas, reciclado de pavimentos, morteros asfálticos o slurry seáis, microcarpetas y otros usos similares, teniendo dichas emulsiones excelente estabilidad y susceptibilidad de mezclarse con agregados, y usando para preparar dichas emulsiones diferentes tipos de asfalto, incluyendo asfaltos duros, como algunos asfaltos tipo AC-20 con valores de penetración a 25°C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5, de 60 a 65 décimas de milímetro, disponibles en algunas regiones de México. Estado de la Técnica
Los materiales bituminosos, tales como los asfaltos obtenidos de la destilación del petróleo, son ampliamente usados desde hace mucho tiempo, en aplicaciones tales como: pavimentación de caminos, carreteras, calles y vialidades; sellado e impermeabilizado de techos y azoteas; y algunas otras. Sin embargo, debido a su apariencia y propiedades físicas a temperatura ambiente, su manejo como tal es muy difícil, por lo que se han venido poniendo en práctica algunos métodos o maneras de uso, como son: calentamiento del asfalto a una temperatura tal que el mismo sea fluido y permita su manejo; uso de solventes mezclados con el asfalto, de manera tal que la mezcla resultante, comúnmente denominada rebajado asfáltico, sea fluida y permita su manejo; o la preparación de emulsiones de asfalto en agua, comúnmente denominadas emulsiones asfálticas, mediante el uso de surfactantes, comúnmente denominados emulsifϊcantes, y energía mecánica para dispersar el asfalto en el agua, normalmente proporcionada mediante un molino coloidal, o algún dispositivo mecánico apropiado. Este último método ofrece ventajas sobre los dos anteriores, en el sentido de que, al momento de la aplicación, la emulsión se puede manejar a temperatura ambiente, y mantenerse fluida, siendo su manejo mucho más conveniente que el del asfalto a altas temperaturas; y además, que no se usan solventes, lo cual es muy conveniente desde el punto de vista de costo, y de protección y control de la contaminación ambiental, ya que dichos solventes finalmente se evaporan y se emiten a la atmósfera. Existen muchos tipos de emulsiones asfálticas, dependiendo de las diferentes aplicaciones particulares; por ejemplo, en construcción y/o mantenimiento de carreteras o vialidades, se usan emulsiones asfálticas que en general se clasifican como: de rompimiento rápido, de rompimiento medio, y de rompimiento lento; existen también las emulsiones superestables,
que en algunas ocasiones se manejan como una clasificación aparte, y en algunas otras se incluyen en las de rompimiento lento. Esta clasificación se basa en el tiempo de rompimiento de la emulsión; siendo éste tiempo de rompimiento, el tiempo en que la emulsión rompe, después de entrar en contacto con el material pétreo o agregado pétreo. El rompimiento de la emulsión consiste en la separación del agua que es la fase dispersante, y el asfalto que es la fase dispersa, el cual se deposita sobre la superficie del agregado, formando la mezcla asfalto-agregado que constituirá la carpeta asfáltica, o la capa del sello o tratamiento superficial, de que se trate según sea el caso. La mezcla agregado-asfalto, comúnmente denominada mezcla asfáltica, puede tener componentes adicionales, dependiendo del caso y de la aplicación específica. Cada uno de éstos tipos de emulsiones asfálticas se utiliza para uno o más usos específicos, por ejemplo las de rompimiento rápido se usan en sellos o riegos de gravilla, sellos de arena, y otros tratamientos superficiales, en los cuales la emulsión se deposita, en una capa delgada, sobre la superficie a sellar, y acto seguido se deposita sobre la misma, una capa del agregado (gravilla, arena, etc., según sea el caso), y la emulsión debe romper muy rápido, después del contacto con el agregado, para poder abrir al tráfico. Las de rompimiento medio, permiten unos minutos antes de romper, después de mezclarse con el agregado pétreo, en la preparación de mezclas asfálticas con algunos agregados limpios o de equivalente de arena altos. Las de rompimiento lento, permiten un tiempo mas largo de mezclado, después de mezclarse con el agregado pétreo, en la preparación de mezclas asfálticas densas o abiertas, o en la preparación de algunos tipos de tratamientos superficiales, como los morteros asfálticos o slurry seáis, y la microcarpeta. Las emulsiones superestables permiten un tiempo de mezclado con agregados pétreos todavía mas largo, lo que permite usarlas en mezclas asfálticas densas con materiales más difíciles o sucios, de equivalente de arena mas bajo, hechas en el lugar o en planta; también en morteros asfálticos a temperaturas ambientes altas. Algunas emulsiones de éste tipo se usan en mezclas para impermeabilizar, ya que permiten la incorporación de cargas, sin romper. Las emulsiones asfálticas también se pueden clasificar según la naturaleza iónica del emulsificante utilizado, y pueden ser: catiónicas, amónicas, no iónicas y anfotéricas. Las catiónicas son las mas utilizadas en la aplicación de carreteras y vialidades, sobre todo en las de rompimiento rápido, ya que por la carga positiva que le confiere el emulsificante al glóbulo de asfalto, el asfalto es atraído a la superficie del agregado, resultando en una mejor adherencia, y en una mayor resistencia de la mezcla asfáltica. Las amónicas y las no
iónicas son mas utilizadas en mezclas impermeabilizantes, ya que no hay atracción entre la superficie de las cargas o fillers, o de los agregados, y los glóbulos de asfalto, lo que permite la estabilidad de las mezclas de emulsión con cargas. Cuando se usan éste tipo de emulsiones en mezclas asfálticas para carreteras o vialidades, permiten buen tiempo de mezclado, pero la adherencia es mala y la resistencia de la mezcla también; incluso en condiciones ambientales de humedad alta y baja temperatura, pueden no romper en tiempos largos, dificultando la terminación de la obra y la apertura al tráfico. Es decir, es difícil tener una emulsión asfáltica de rompimiento medio, lento o superestable, que cumpla todos los requisitos para preparar mezclas asfálticas, como son: que mezcle bien con diferentes tipos de agregados, permitiendo suficiente tiempo de mezclado; que una vez hecha la mezcla rompa bien y que tenga buena adherencia con el agregado, y que resulte en una mezcla asfáltica con buena resistencia y buen cubrimiento; además ésta emulsión debe tener buena estabilidad, durante su transportación y almacenamiento, de tal manera que no rompa antes de usarse, y permita su manejo; y cumplir las especificaciones de calidad respectivas, como son las establecidas por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes de México (SCT); por la American Society for Testing and Materials (ASTM); y por la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO); especialmente para los parámetros de Viscosidad a 25°C, en segundos Saybolt Furol, de 20.0 mínimo para emulsiones de rompimiento lento RL-2K, RL-3K (SCT), CSS-1 y CSS- lh (ASTM y AASHTO); Asentamiento a 5 días, en por ciento, de 5.0 máximo para emulsiones de rompimiento lento RL-2K y RL-3K (SCT); y Estabilidad al Almacenamiento a 24 horas, en por ciento, de 1.0 máximo para emulsiones de rompimiento lento CSS-1 y CSS-lh (ASTM y AASHTO); medidos según los métodos de ASTM D 244. Existen varios métodos propuestos para mejorar la estabilidad de las emulsiones para ser usadas en mezclas asfálticas, y para mejorar los tiempos de mezclado y la adherencia del asfalto al agregado y la resistencia de la mezcla final. En la patente MX 199,965 y USP 5,928,418 de Kao Corporation se divulga la preparación de una emulsión asfáltica, usando un emulsificante catiónico, un compuesto polifenólico, un dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, y un sacárido, alcohol de azúcar o alcohol polihídrico; que tiene una excelente estabilidad al almacenamiento y que permite muy buenos tiempos de mezclado con agregados pétreos, en la preparación de mezclas asfálticas, con muy buena adherencia entre asfalto y agregado, resultando en mezclas asfálticas con muy buena
resistencia. Siguiendo los métodos propuestos en dicha patente para la preparación de emulsiones, se obtienen emulsiones asfálticas que cumplen todas las especificaciones de calidad y propiedades mencionadas antes, como estabilidad, viscosidad, tiempo de mezclado con agregados pétreos, facilidad para controlar el tiempo de rompimiento, adherencia del asfalto al agregado y resistencia y durabilidad de la mezcla asfáltica en el pavimento; con la mayoría de los asfaltos disponibles; sin embargo con algunos asfaltos de los que se pueden llamar duros, y que se caracterizan por tener valores de penetración, a 25°C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5, de 60 a 65 décimas de milímetro o menores, se tienen problemas de estabilidad de la emulsión, reflejada en Asentamiento a 5 días alto, mayor de 5.0 %, algunas veces hasta 20.0 % o más; en Estabilidad al Almacenamiento a 24 horas alto, mayor de 1.0 %, algunas veces hasta 4.0 % o más; y también en Viscosidad a 25 °C baja, menores de 20.0 segundos Saybolt-Furol, entre 15.0 y 19.0, dependiendo de las condiciones; y al hacer las mezclas asfálticas con algunos agregados pétreos, el mezclado y cubrimiento del agregado por el asfalto no es tan bueno; por lo que en algunos lugares, donde la disponibilidad de éste tipo de asfaltos duros, que se caracterizan por tener valores de penetración, a 25°C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5, de 60 a 65 décimas de milímetro o menores, pudiera en un momento dado ser mayor a la de asfaltos mas blandos, es muy conveniente poder contar con procedimientos, emulsificantes y composiciones emulsificantes que permitan usar todos los asfaltos disponibles, incluyendo los mencionados asfaltos duros, y obtener emulsiones asfálticas que cumplan todas las especificaciones de calidad y propiedades mencionadas antes, como son: que mezclen bien con diferentes tipos de agregados, permitiendo suficiente tiempo de mezclado; que una vez hecha la mezcla rompan bien y que tengan buena adherencia con el agregado, y que resulte en una mezcla asfáltica con buena resistencia y buen cubrimiento; además éstas emulsiones deben tener buena estabilidad, durante su transportación y almacenamiento, de tal manera que no rompan antes de usarse, y permitan su manejo. Descripción de la Invención Objetivos de la invención Un emulsificante o composición emulsificante para fabricar emulsiones de asfalto en agua, de rompimiento medio, lento y superestables, para usarse en mezclas densas en frío, mezclas abiertas, reciclado de pavimentos, morteros asfálticos o slurry seáis, microcarpetas y otros usos similares, teniendo dichas emulsiones excelente estabilidad y susceptibilidad de mezclarse con agregados, y usando para preparar dichas emulsiones diferentes tipos de
asfalto, incluyendo asfaltos duros como algunos asfaltos tipo AC-20, con valores de penetración de 60 a 65 décimas de milímetro, a 25 °C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5, disponibles en algunas regiones de México.
Proceso para la fabricación del emulsificante o composición emulsificante anterior. Emulsiones de asfalto en agua, de rompimiento medio, lento y superestables, para usarse en mezclas densas en frío, mezclas abiertas, reciclado de pavimentos, morteros asfálticos o slurry seáis, microcarpetas y otros usos similares, teniendo dichas emulsiones excelente estabilidad y susceptibilidad de mezclarse con agregados, y usando para preparar dichas emulsiones diferentes tipos de asfalto, incluyendo asfaltos duros como algunos asfaltos tipo AC-20, que se caracterizan por tener valores de penetración, a 25°C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5, de 60 a 65 décimas de milímetro, disponibles en algunas regiones de México.
Proceso para la fabricación de las emulsiones de asfalto en agua mencionadas en el punto anterior. Descripción detallada de la invención
La presente invención se enfocó a resolver el problema de la dificultad de la preparación de emulsiones de asfalto en agua, de rompimiento medio, lento y superestables, con asfaltos duros, como algunos de los asfaltos tipo AC-20, que se caracterizan por tener valores de penetración, a 25°C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5, de 60 a 65 décimas de milímetro, disponibles en algunas regiones de México; de tal manera que se pueda contar con composiciones emulsificantes con las cuales se puedan preparar el tipo de emulsiones en cuestión, con todos los asfaltos disponibles, y cumpliendo todos los requerimientos antes mencionados. Después de un amplio trabajo de investigación, se encontró que se pueden preparar composiciones emulsificantes, con las cuales se pueden preparar emulsiones asfálticas que cumplan con todos los requerimientos mencionados, como son: que mezcle bien con diferentes tipos de agregados, permitiendo suficiente tiempo de mezclado; que una vez hecha la mezcla rompa bien y que tenga buena adherencia con el agregado, y que resulte en una mezcla asfáltica con buena resistencia y buen cubrimiento; además que ésta emulsión tenga buena estabilidad, durante su transportación y almacenamiento, de tal manera que no rompa antes de usarse, y permita su manejo; cumpliendo las especificaciones de calidad respectivas, como son las establecidas por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes de México (SCT); por la American Society for Testing and
Materials (ASTM); y por la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO); especialmente para los parámetros de Viscosidad a 25°C, en segundos Saybolt Furol, de 20.0 mínimo para emulsiones de rompimiento lento RL-2K, RL-3K (SCT), CSS-1 y CSS-lh (ASTM y AASHTO); Viscosidad a 50°C, en segundos Saybolt Furol, de 50.0 mínimo para emulsiones de rompimiento medio RM-2K, RM-3K (SCT), CMS-2 y CMS-2h (ASTM y AASHTO); Asentamiento a 5 días, en por ciento, de 5.0 máximo para emulsiones de rompimiento lento RL-2K y RL-3K y emulsiones de rompimiento medio RM-2K y RM-3K (SCT); y Estabilidad al Almacenamiento a 24 horas, en por ciento, de 1.0 máximo para emulsiones de rompimiento lento CSS-1 y CSS-lh y emulsiones de rompimiento medio CMS-2 y CMS-2h (ASTM y AASHTO); medidos según los métodos de ASTM D 244. Estas composiciones emulsificantes están constituidas por los siguientes componentes: (A) un surfactante o emulsificante catiónico, (B) un compuesto polifenólico o un glúcido, (C) un ácido inorgánico; y además, uno o mas de los siguientes componentes: (D) un compuesto humectante o dispersante, (E) un compuesto estabilizador, (F) un ácido orgánico y (G) un dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico; y agua como dispersante.
El surfactante catiónico (A), tiene la función básica de emulsificar, es decir reducir la tensión interfacial asfalto-agua, y dar carga eléctrica a la partícula, para que el asfalto pueda formar glóbulos pequeños y dispersarse en el agua. El componente (A) en la composición emulsificante de la presente invención, puede ser uno, o una mezcla de dos o más miembros del grupo consistente de: aminas alifáticas representadas por la fórmula siguiente: Ri \ N-(A-NR3)p- R4 /
R2 donde Rj representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, R2 representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, donde AO representa un grupo óxido de alquileno conteniendo 2 o 3 átomos de carbono, y m es un número de 1 a 30; R3 es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; t es un átomo de
hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; A es un grupo etileno o propileno, y p es un entero entre 0 y 5; imidazolinas, conteniendo uno o dos grupos hidrocarburos, saturados o insaturados, de 7 o más átomos de carbono cada uno, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono cada uno; amidoaminas conteniendo un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, de 7 o más átomos de carbono, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono.
El componente (A) en la composición emulsificante de la presente invención, se usa preferentemente en una relación de 1 a 50 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y mas preferentemente de 10 a 30 partes, por 100 partes de la composición emulsificante.
El compuesto polifenólico o el glúcido (B), tiene la función de formar un coloide protector y retardar el rompimiento de la emulsión una vez mezclada con el agregado pétreo, además de mejorar la adherencia asfalto-agregado, y aumentar la resistencia de la mezcla asfáltica resultante. El componente (B) en la composición emulsificante de la presente invención, puede ser al menos un compuesto polifenólico, seleccionado del grupo formado por: compuestos taninos, ácido tánico, hidroquinona, catecol, resorcinol, pirogalol, ácido galotánico, ácido gálico, quebracho, mimosa, acacia, cascalote; y/o un glúcido, seleccionado del grupo formado por: glucosa, sacarosa, melasa, fructuosa. El componente (B) en la composición emulsificante de la presente invención, se usa preferentemente en una relación de 1 a 50 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y mas preferentemente de 10 a 40 partes, por 100 partes de la composición emulsificante. El ácido inorgánico (C), tiene la función de neutralizar al emulsificante (A), produciendo así el surfactante catiónico propiamente dicho, así como permitir su dispersión en la composición emulsificante. El componente (C) en la composición emulsificante de la presente invención, puede ser un ácido seleccionado del grupo formado por ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido nítrico. El componente (C) en la composición emulsificante de la presente invención, se usa preferentemente en una relación de 1 a 50 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y mas preferentemente de 5 a 30 partes, por 100 partes de la composición emulsificante. El compuesto humectante o dispersante (D), tiene la función de ayudar a la dispersión del surfactante (A) en la composición emulsificante, además de mejorar la habilidad de la emulsión para mezclarse con el material pétreo. El componente (D) en la composición emulsificante de la presente invención, es un compuesto humectante o dispersante
seleccionado del grupo formado por: monoetilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, poliglicol de peso molecular de 200 a 10,000, sorbitol, glicerol, alcohol isopropílico. El componente (D) en la composición emulsificante de la presente invención, se usa preferentemente en una relación de 0 a 30 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y mas preferentemente de 1 a 10 partes, por 100 partes de la composición emulsificante.
El compuesto estabilizador (E), y el ácido orgánico (F), tienen la función de estabilizar la emulsión, mejorando sus propiedades como viscosidad, asentamiento. El componente (E) en la composición emulsificante de la presente invención, es un compuesto estabilizador seleccionado del grupo formado por carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa. El componente (F) en la composición emulsificante de la presente invención, es un ácido orgánico, seleccionado del grupo formado por: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido hexóico, ácido 2 Etil Hexoico, ácido oxálico, ácido cítrico. El componente (E) en la composición emulsificante de la presente invención, se usa preferentemente en una relación de 0 a 10 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y más preferentemente de 0.1 a 2 partes, por 100 partes de la composición emulsificante. El componente (F) en la composición emulsificante de la presente invención, se usa preferentemente en una relación de 0 a 30 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y más preferentemente de 1 a 15 partes, por 100 partes de la composición emulsificante.
El uso de uno de los componentes (D), (E) o (F), o una combinación de dos de ellos, o de los tres, ayuda a mejorar la estabilidad de las emulsiones.
El dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico (G), tiene la función de dispersar materiales inorgánicos; lo cual ayuda a mejorar la habilidad de la emulsión para mezclarse con agregados pétreos que contienen materiales muy finos o arcillas, o cuando se usan fillers o cargas como carbonato de calcio, cemento, etc.; también sirve para que la emulsión pase la prueba de Miscibilidad con Cemento Portland, que puede estar incluida en las especificaciones aplicables. El componente (G) en la composición emulsificante de la presente invención, es un compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico seleccionado del grupo formado por: copolímeros de ácidos policarboxílicos y sus sales solubles, ácidos ligninsulfónicos y sus sales solubles, y/o ácido glucónico y sus sales solubles, ácido cítrico y sus sales solubles. Sus sales solubles significa sal de sodio o similar. El componente (G) en la composición emulsificante de la
presente invención, se usa preferentemente en una relación de O a 10 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, y mas preferentemente de 0.05 a 2 partes, por 100 partes de la composición emulsificante.
El agua utilizada en la composición emulsificante de la presente invención, tiene la función de disolver o dispersar los diferentes componentes de la misma; y se usa preferentemente en una relación de 20 a 60 partes, por 100 partes de la composición emulsificante, más preferentemente de 30 a 50 partes, por 100 partes de la composición emulsificante. Uno de los hallazgos de la investigación que dio origen a la presente invención, y que es parte relevante de la misma, es el efecto de las insaturaciones del grupo hidrocarburo del surfactante (A), en la estabilidad de las emulsiones, específicamente en su viscosidad y asentamiento, de tal manera que los mejores resultados se obtuvieron con aminas, amidoaminas y/o imidazolinas cuyos grupos hidrocarburos son mezclas derivadas de aceites y grasas naturales, como son: sebo de res, aceite de soya, sebo de res hidrogenado, tall oil, aceite de coco, etc. Otro de los hallazgos del trabajo de investigación que dio origen a la presente invención, es que, a diferencia de lo divulgado en la patente a la que se hace referencia en el apartado de Estado de la Técnica, sí es posible usar monoaminas y diaminas, como parte del grupo de aminas contenido en (A), siempre que se seleccione una mezcla apropiada con el nivel adecuado de insaturaciones en el grupo hidrocarburo, o se use uno de los componentes (D), (E) o (F) adecuado, o una combinación adecuada de los mismos.
El proceso para la fabricación de la composición emulsificante de la presente invención, consiste en la adición secuencial de cada uno de los componentes a la cantidad requerida de agua, siempre bajo agitación, y dando el tiempo suficiente para alcanzar la homogeneización. La temperatura que se debe mantener durante el proceso puede ser desde temperatura ambiente hasta 90 °C, y preferentemente de 40 °C a 70 °C . La secuencia de adición de los componentes básicos (A), (B), (C), es preferentemente: A-C-B, B-C-A, C-A-B o C-B-A. La adición del componente opcional (D) se hace preferentemente junto con el componente (A), mediante una mezcla previa con el mismo. La adición del componente opcional (E), se hace preferentemente antes de la adición de cualquier otro componente. La adición del componente opcional (F), se hace indistintamente antes o después de cualquiera de los componentes básicos (A), (B) o (C). La adición del componente opcional (G), se hace al final, previa dilución en una porción adecuada del total del agua.
La emulsión asfáltica de la presente invención, comprende asfalto, agua, la composición emulsificante de la presente invención, y opcionalmente algún otro componente, como puede ser: un polímero natural o sintético, mezclado previamente con el asfalto, o incorporado en forma de emulsión, durante el proceso de preparación de la emulsión; una
5 sal, como puede ser cloruro de calcio; un compuesto estabilizador, como puede ser carboximetilcelulosa; o un aditivo modificador del asfalto, previamente mezclado con el asfalto, como puede ser diesel, nafta, keroseno, aceite o grasa mineral o vegetal o algún derivado de los mismos, que sirve para facilitar la emulsificación del asfalto, y mejorar la viscosidad de la emulsión y la penetración del residuo de la destilación de la misma. El
10 agua utilizada en la emulsión asfáltica de la presente invención, es agua cruda con una dureza máxima de 1000 ppm como carbonato de calcio, y preferentemente agua suavizada; y se usa preferentemente en una relación de 10 a 65 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 20 a 50 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica. El asfalto utilizado en la emulsión asfáltica de la presente invención es cualquier asfalto típico
15 disponible comercialmente, preferentemente los que tienen valores de penetración entre 60 y 120 décimas de milímetro, a 25 °C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM, incluyendo los denominados AC-20, AC-10 y AC-5 disponibles en México y sus equivalentes en otros países; y se usa preferentemente en una relación de 35 a 90 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 50 a 80 partes, por 100 partes de la emulsión
20 asfáltica. La composición emulsificante utilizada en la emulsión asfáltica de la presente invención, es la composición emulsificante objeto de ésta invención, y ya descrita previamente; y se usa preferentemente en una relación de 0.1 a 20 partes de la composición emulsificante por 100 partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 0.5 a 5 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica. Uno de los componentes opcionales que
25 puede contener la emulsión son: látex de hule natural o polímero sintético, preferentemente SBR, SBS, EVA y se usa preferentemente en una relación de 0 a 10 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 1 a 5 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica. Otro de los componentes opcionales que puede contener la emulsión asfáltica es una sal, preferentemente cloruro de calcio; y se usa preferentemente en una relación de 0 a
30 10 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 0.1 a 5 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica. Uno más de los componentes opcionales que puede contener la emulsión asfáltica es un compuesto estabilizador, preferentemente carboximetilcelulosa; y se usa preferentemente en una relación de 0 a 10 partes, por 100
partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 0.01 a l partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica. Otro más de los componentes opcionales que puede contener la emulsión asfáltica es un aditivo modificador del asfalto como puede ser diesel, nafta, keroseno, aceite o grasa mineral o vegetal o algún derivado de los mismos; y se usa preferentemente en una relación de 0 a 20 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica, más preferentemente de 0.5 a 5 partes, por 100 partes de la emulsión asfáltica. El proceso para preparar la emulsión asfáltica de la presente invención consiste en lo siguiente: la cantidad requerida de asfalto se calienta preferentemente a una temperatura de 110 °C a 190 °C, mas preferentemente a una temperatura de 135 °C a 145 °C; separadamente se prepara una solución con la cantidad de agua requerida y la cantidad de la composición emulsificante requerida, agitando el tiempo suficiente para obtener una dispersión homogénea, y manteniendo una temperatura entre 30 °C y 60 °C, preferentemente entre 35 °C y 45 °C. A ésta solución, en caso de ser necesario, se le ajusta el pH (potencial hidrógeno) para que su valor esté entre 1.0 y 5.0, preferentemente entre 1.5 y 3.0. Para hacer éste ajuste se utiliza un ácido inorgánico, preferentemente ácido clorhídrico al 30 %. Una vez que la solución está lista, y el asfalto a la temperatura prescrita, se mezclan utilizando un dispositivo adecuado, que proporcione la energía mecánica requerida, preferentemente un molino coloidal o un homogeneizador. En el caso de que la emulsión contenga un polímero natural o sintético, éste se mezcla previamente al asfalto caliente, o se agrega en forma de emulsión a la solución acuosa de la composición emulsificante. En el caso de que la emulsión contenga una sal, y/o un compuesto estabilizador, éstos se disuelven en la solución acuosa de la composición emulsificante. En el caso de que la emulsión contenga un aditivo modificador del asfalto, éste se mezcla previamente al asfalto caliente. La emulsión así obtenida se deja enfriar hasta temperatura ambiente y después se procede a analizar los parámetros de calidad y a su uso. Ejemplos
La presente invención se ilustrará con mas detalle con los siguientes ejemplos; aunque no se deberá considerar que dichos ejemplos limitan el alcance de la presente invención. Se ilustran 11 ejemplos, numerados del 0 al 10; el ejemplo No. 0 se pone como referencia, y corresponde a una emulsión preparada, de acuerdo con la invención divulgada en la patente de Kao Corporation referida en el apartado de Estado de la Técnica, y usando un asfalto AC-20 de Salamanca, con valor de penetración entre 60 y 65 décimas de milímetro, a 25 °C, 100 g y 5 seg, medidos según ASTM D5. Los ejemplos del No.l al No.10
corresponden a emulsiones preparadas de acuerdo con lo descrito en la presente invención, y en todos los casos se preparó primero la composición emulsificante, y después se preparó la emulsión, de acuerdo con los procesos para preparar la composición emulsificante y la emulsión asfáltica, descritos previamente en la descripción detallada de la invención. Una vez preparadas las emulsiones, se dejaron enfriar a temperatura ambiente, y seguidamente se les hicieron las pruebas de calidad, y de mezclado con diferentes tipos de agregados. En la Tabla 1 se reportan las composiciones de las emulsiones, incluyendo los diferentes componentes de la composición emulsificante; y en la Tabla 2 se resumen algunos resultados de las pruebas de calidad y de mezclado con agregados, de dichas emulsiones.
Claims
1. Composición emulsificante compuesta por agua, (A) un surfactante o emulsificante, (B) un compuesto polifenólico o un glúcido, (C) un ácido inorgánico, y uno o más de los siguientes compuestos: (D) un compuesto humectante o dispersante, (E) un compuesto estabilizador, (F) un ácido orgánico y (G) un dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico .
2. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (A) es al menos un miembro seleccionado del grupo consistente de: aminas alifáticas representadas por la fórmula siguiente:
\
N-(A-NR3)P- R4 /
R2 donde R representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, R2 representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, donde AO representa un grupo óxido de alquileno conteniendo 2 o 3 átomos de carbono, y m es un número de 1 a 30; R3 es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; R4 es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; A es un grupo etileno o propileno, y p es un entero entre 0 y 5; imidazolinas, conteniendo uno o dos grupos hidrocarburos, saturados o insaturados, de 7 o más átomos de carbono cada uno, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono cada uno; amidoaminas conteniendo un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, de 7 o más átomos de carbono, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono.
3. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (B) es al menos un compuesto polifenólico, seleccionado del grupo formado por: compuestos raninos, ácido tánico, hidroquinona, catechol, resorcinol, pirogalol, ácido galotánico, ácido gálico, quebracho, mimosa, acacia, cascarote; y/o un glúcido, seleccionado del grupo formado por: glucosa, sacarosa, melasa, fructuosa.
4. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (C) es un ácido inorgánico seleccionado del grupo formado por ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico.
5. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (D) es un compuesto humectante o dispersante seleccionado del grupo formado por: monoetilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, poliglicol de peso molecular de 200 a 10,000, sorbitol, glicerol, alcohol isopropílico.
6. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (E) es un compuesto estabilizador seleccionado del grupo formado por carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa.
7. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (F) es un ácido orgánico, seleccionado del grupo formado por: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido hexóico, ácido 2 Etil Hexoico, ácido oxálico, ácido cítrico.
8. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (G) es un dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, seleccionado del grupo formado por: copolímeros de ácidos policarboxílicos y sus sales solubles, ácidos ligninsulfónicos y sus sales solubles, y/o ácido glucónico y sus sales solubles, ácido cítrico y sus sales solubles. Sus sales solubles significa sal de sodio o similar.
9. Composición emulsificante descrita en la reivindicación 1, donde (A) es al menos un miembro seleccionado del grupo consistente de: aminas alifáticas representadas por la fórmula siguiente: R! \
N-(A-NR3)P- R4 /
R2 donde Ri representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, R2 representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, donde AO representa un grupo óxido de alquileno conteniendo 2 o 3 átomos de carbono, y m es un número de 1 a 30; R3 es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; R es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; A es un grupo etileno o propileno, y p es un entero entre 0 y 5; imidazolinas, conteniendo uno o dos grupos hidrocarburos, saturados o insaturados, de 7 o más átomos de carbono cada uno, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono cada uno; amidoaminas conteniendo un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, de 7 o más átomos de carbono, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono; donde (B) es al menos un compuesto polifenólico, seleccionado del grupo formado por: compuestos taninos, ácido tánico, hidroquinona, catechol, resorcinol, pirogalol, ácido galotánico, ácido gálico, quebracho, mimosa, acacia, cascarote; y/o un glúcido, seleccionado del grupo formado por: glucosa, sacarosa, melasa, fructuosa; donde (C) es un ácido inorgánico seleccionado del grupo formado por ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico; donde (D) es un compuesto humectante o dispersante seleccionado del grupo formado por: monoetilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, poliglicol de peso molecular de 200 a 10,000, sorbitol, glicerol, alcohol isopropílico; donde (E) es un compuesto estabilizador seleccionado del grupo formado por carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa; donde (F) es un ácido orgánico, seleccionado del grupo formado por: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido hexóico, ácido 2 Etil Hexoico, ácido oxálico, ácido cítrico; y donde (G) es un compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, seleccionado del grupo formado por: copolímeros de ácidos policarboxílicos y sus sales solubles, ácidos ligninsulfónicos y sus sales solubles, y/o ácido glucónico y sus sales solubles, ácido cítrico y sus sales solubles; siendo sus sales solubles sales de sodio o similares. Y conteniendo, por cada 100 partes de la composición emulsificante, de 1 a 50 partes de (A), de 1 a 50 partes de (B), de 1 a 50 partes de (C), de 0 a 30 partes de (D), de 0 a 10 partes de (E), de 0 a 30 partes de (F) y de 0 a 10 partes de (G).
10. Una emulsión asfáltica compuesta por agua, asfalto, y la composición emulsificante descrita en la reivindicación 1; conteniendo, por cada 100 partes del total de la emulsión asfáltica, de 35 a 90 partes de asfalto, de 65 a 10 partes de agua, y de 0.1 a 20 partes de la composición emulsificante.
11. La emulsión asfáltica descrita en la reivindicación 10, donde (A) es al menos un miembro seleccionado del grupo consistente de aminas alifáticas representadas por la fórmula siguiente:
\
N-(A-NR3)P- R4 / R2 donde Ri representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, R2 representa un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, conteniendo de 8 a 22 átomos de carbono, un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, donde AO representa un grupo óxido de alquileno conteniendo 2 o 3 átomos de carbono, y m es un número de 1 a 30; R3 es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; t es un átomo de hidrógeno, o un grupo representado por la fórmula: (AO)m-H, ya definido anteriormente; A es un grupo etileno o propileno, y p es un entero entre 0 y 5; imidazolinas, conteniendo uno o dos grupos hidrocarburos, saturados o insaturados, de 7 o más átomos de carbono cada uno, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono cada uno; amidoaminas conteniendo un grupo hidrocarburo, saturado o insaturado, de 7 o más átomos de carbono, de preferencia de 8 a 22 átomos de carbono. Y conteniendo, por cada 100 partes del total de la emulsión asfáltica, de 0.05 a 10 partes de (A).
12. La emulsión asfáltica descrita en la reivindicación 11, donde (B) es al menos un compuesto polifenólico, seleccionado del grupo formado por: compuestos taninos, ácido tánico, hidroquinona, catecol, resorcinol, pirogalol, ácido galotánico, ácido gálico, quebracho, mimosa, acacia, cascalote; y/o un glúcido, seleccionado del grupo formado por: glucosa, sacarosa, melasa, fructuosa. Y conteniendo, por cada 100 partes del total de la emulsión asfáltica, de 0.05 a 10 partes de (B).
13. La emulsión asfáltica descrita en la reivindicación 12, donde (C) es un ácido inorgánico seleccionado del grupo formado por ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico. Y conteniendo, por cada 100 partes del total de la emulsión asfáltica, de 0.02 a 10 partes de (C).
14. La emulsión asfáltica descrita en la reivindicación 13, donde (D) es un compuesto humectante o dispersante seleccionado del grupo formado por: monoetilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, poliglicol de peso molecular de 200 a 10,000, sorbitol, glicerol, alcohol isopropílico; donde (E) es un compuesto estabilizador seleccionado del grupo formado por carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa; donde (F) es un ácido orgánico, seleccionado del grupo formado por: ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido hexóico, ácido 2 Etil Hexoico, ácido oxálico, ácido cítrico; donde (G) es un compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, seleccionado del grupo formado por: copolímeros de ácidos policarboxílicos y sus sales solubles, ácidos ligninsulfónicos y sus sales solubles, y/o ácido glucónico y sus sales solubles, ácido cítrico y sus sales solubles; siendo sus sales solubles sales de sodio o similares . Y conteniendo, por cada 100 partes del total de la emulsión asfáltica, de 0 a 10 partes de (D), de 0 a 10 partes de (E), de 0 a 10 partes de (F).
15. Un proceso para preparar la composición emulsificante descrita en la reivindicación 9 que comprende: 1er paso: agregar a la cantidad necesaria de agua, y bajo agitación, la cantidad necesaria de (A) el surfactante o emulsificante. En el caso de que la formulación incluya el compuesto humectante o dispersante (D), éste se mezcla previamente con el surfactante o emulsificante (A); 2do paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (C) el ácido inorgánico; 3er paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (B) el compuesto polifenólico o glúcido. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (E) compuesto estabilizador, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación antes de la adición del surfactante (A). En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (F), ácido orgánico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, indistintamente antes o después de cualquiera de los componentes básicos. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (G), compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, después de la adición del componente (B) compuesto polifenólico o glúcido.
16. Un proceso para preparar la composición emulsificante descrita en la reivindicación 9 que comprende: 1er paso: agregar a la cantidad necesaria de agua, y bajo agitación, la cantidad necesaria de (B) el compuesto polifenólico o glúcido. 2do paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (C) el ácido inorgánico; 3er paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (A) el surfactante. En el caso de que la formulación incluya el compuesto humectante o dispersante (D), éste se mezclará previamente con el surfactante o emulsificante (A). En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (E) compuesto estabilizador, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación antes de la adición del componente (B) compuesto polifenólico o glúcido. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (F), ácido orgánico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, indistintamente antes o después de cualquiera de los componentes básicos. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (G), compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, después de la adición del componente (A) surfactante o emulsificante.
17. Un proceso para preparar la composición emulsificante descrita en la reivindicación 9 que comprende: 1er paso: agregar a la cantidad necesaria de agua, y bajo agitación, la cantidad necesaria de (C) el ácido inorgánico. 2do paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (A) el surfactante. 3er paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (B) el compuesto polifenólico o glúcido. En el caso de que la formulación incluya el compuesto humectante o dispersante (D), éste se mezclará previamente con el surfactante o emulsificante (A). En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (E) compuesto estabilizador, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación antes de la adición del componente (C) el ácido inorgánico. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (F), ácido orgánico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, indistintamente antes o después de cualquiera de los componentes básicos. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (G), compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, después de la adición del componente (B) compuesto polifenólico o glúcido.
18. Un proceso para preparar la composición emulsificante descrita en la reivindicación 9 que comprende: 1er paso: agregar a la cantidad necesaria de agua, y bajo agitación, la cantidad necesaria de (C) el ácido inorgánico. 2do paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de B) el compuesto polifenólico o glúcido; 3er paso: a ésta mezcla, y siempre bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de (A) el surfactante o emulsificante. En el caso de que la formulación incluya el compuesto humectante o dispersante (D), éste se mezclará previamente con el surfactante o emulsificante (A). En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (E) compuesto estabilizador, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación antes de la adición del componente (C) el ácido inorgánico. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (F), ácido orgánico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, indistintamente antes o después de cualquiera de los componentes básicos. En el caso de que la formulación incluya el componente opcional (G), compuesto dispersante polimérico aniónico o ácido hidroxicarboxílico, agregar la cantidad necesaria de éste, y siempre bajo agitación, después de la adición del compone (A) surfactante o emulsificante.
19. Un proceso para preparar la emulsión de asfalto en agua descrita en la reivindicación 14, que comprende: 1er paso: a la cantidad necesaria de agua, y bajo agitación, agregar la cantidad necesaria de la composición emulsificante; 2do paso (opcional): en caso de que sea necesario, ajustar el pH (potencial hidrógeno) de la mezcla anterior entre 1.0 y 4.0, agregando la cantidad necesaria de (C) el ácido inorgánico; 3er paso: la cantidad necesaria de asfalto, previamente fundido, se adiciona a la mezcla anterior, emulsificando toda la mezcla por medio de agitación o algún otro medio de proveer la energía mecánica necesaria.
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