(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンに基づく無水酸改質アスファルトバインダーがリン酸アミンを含む水性乳化剤溶液に分散している分散体から形成された安定した乳剤を含むアスファルトバインダー。
【請求項２】
リンに基づく無水酸は、ポリリン酸である、請求項１に記載のアスファルトバインダー。
【請求項３】
前記酸改質アスファルトバインダーはポリマー改質アスファルトバインダーを含む、請求項１に記載のアスファルトバインダー。
【請求項４】
前記改質アスファルトバインダーは、エチレン、アクリル酸ブチルおよびメタクリル酸グリシジルモノマーを含有するターポリマー、またはエチレンおよびメタクリル酸グリシジルモノマーを含むポリマー、によって改質されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
【請求項５】
前記改質アスファルトバインダーは、ポリリン酸と、スチレン−ブタジエン−スチレンポリマーまたはスチレン−ブタジエンポリマーと、によって改質されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
【請求項６】
前記リン酸アミンはエトキシ化タロウジアミンホスファートを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
【請求項７】
前記安定した乳剤は、その乳剤の重量で、０．１重量％〜２．５重量％のリン酸アミンを含有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のアスファルトバインダー。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の安定したアスファルト乳剤を骨材材料と組み合わせて舗装材を形成する工程と、前記舗装材を塗布する工程とによってなされる道路舗装。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー改質アスファルトを生成するための安定した乳剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
アスファルトバインダーまたはアスファルトセメントは多種多様の舗装製品に用いられている。例えば、一部のアスファルトバインダーは舗装材を生成するために骨材と共に用いられが、他のアスファルトバインダーは骨材なしで表面を封止または被覆するために用いられる。
【０００３】
アスファルトバインダーは、概して、一般的に用いられる石油精製プロセスからの残留物を含む。多くのアスファルトバインダーにおいて、アスファルトバインダーの特性を変更するために、前記残留物には特性増強添加剤（ｐｒｏｐｅｒｔｙ−ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）が添加される。さらに、いくつかの場合には、アスファルトバインダーは使用前に乳化される。乳化プロセスは、アスファルトバインダーの取り扱い粘度（ｈａｎｄｌｉｎｇ  ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）を低減することにより、アスファルトバインダーを使用することができる温度を低下させる。乳化は、典型的には、バルクアスファルト液体を非常に小さな粒子（典型的には４〜２０マイクロメーター）に小さくすることができる高せん断コロイドミルまたは他の機械設備を用いる。乳化は、アスファルトバインダーが、利用可能な装置によってその粘度が処理され得る温度にあることを必要とする。界面活性剤溶液が用いられ、該界面活性剤溶液は、バインダーの微細なアスファルト粒子をその界面活性剤溶液中に分散させることができ、アスファルト粒子を凝固点より高い温度において無期限に分散状態に維持することができる。
【０００４】
本出願は、「ＳＴＡＢＬＥ  ＥＭＵＬＳＩＯＮＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＭＯＤＩＦＩＥＤ  ＡＳＰＨＡＬＴ」と題された２００８年１０月１日出願の米国特許仮出願第６１／１０１，９４２号の便益を主張する。前記特許文献は、参照により本願に余すところなく援用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
様々な特性増強添加剤は、所望の用途に応じて、アスファルトバインダーの特性を変更するために用いられ得る。一部の特性増強添加剤は、アスファルトと反応して、ベースアスファルト材料の特性に影響を与えて、改質アスファルトを生成する。例えば、特定のポリマーをアスファルトバインダーに加えて、ポリマー改質アスファルト（ＰＭＡ）バインダーを生成し得る。他の例では、特定の酸をアスファルトバインダーに添加して、酸改質アスファルトバインダーを生成する。いくつかの場合において、そのような改質アスファルトバインダーの乳化は、乳剤の維持と、乳化後の改質アスファルトバインダーの特性の維持との双方において、類のない困難を呈する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一部の実施形態において、安定した乳剤を含むアスファルトバインダーは、酸改質アスファルトバインダー、リン酸アミン、および水から形成される。酸改質アスファルトバインダーは、ポリマー改質アスファルトバインダーであり得る。安定した乳剤は、酸改質アスファルトバインダーの回復率（ｐｅｒｃｅｎｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）、非回復コンプライアンス（ｎｏｎ−ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）、弾性および剛性を維持または増強する。
【０００７】
本発明の他の実施形態において、乳化アスファルトバインダー材料を形成する方法は、アスファルトバインダーとポリリン酸（ＰＰＡ）とを組み合わせることによってベースアスファルトバインダー材料を形成する工程と、アミン化合物とリンに基づく酸（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ−ｂａｓｅｄ  ａｃｉｄ）とを水中で混合してリン酸アミンを含有する乳化剤溶液を形成する工程と、前記ベースアスファルトバインダーとベース乳剤とを混合して乳化アスファルトバインダーを形成する工程と、を含む。一部の実施形態において、ベースアスファルトバインダーはポリマー改質アスファルトバインダーであり得る。
【０００８】
本発明のさらに他の実施形態において、道路舗装は、酸改質アスファルトバインダーをリン酸アミンを含有する乳化剤溶液と組み合わせてアスファルト乳剤を形成する工程と、アスファルト乳剤を骨材材料と組み合わせて舗装材を形成する工程と、舗装材を圧縮する工程と、によってなされる。一部の実施形態において、酸改質アスファルトバインダーはポリマー改質アスファルトバインダーであり得る。
【０００９】
複数の実施形態が開示されているが、本発明のさらに他の実施形態は、本発明の例証となる実施形態を示し説明する以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。従って、図面および詳細な説明は、本質的に例証とみなされるべきであり、限定的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】以下に述べるいくつかのアスファルト合成によるタフネスおよびテナシティ試験の結果を示すグラフである。
【図２】以下に述べるいくつかのアスファルト合成によるタフネスおよびテナシティ試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一部の実施形態において、改質アスファルトバインダーは水性乳剤として形成される。前記乳剤は、ベースアスファルト材料を乳化剤溶液中で乳化させることによって形成される。前記ベースアスファルトは酸改質アスファルトであり得る。一部の実施形態において、前記酸改質アスファルトはまた、酸だけでなくポリマーによっても改質され、ポリマー改質アスファルトを形成する。酸改質アスファルトの代表的な例は、米国特許第４，８８２，３７３号、同第５，０７０，１２３号、同第６，０３１，０２９号、および同第６，２２８，９０９号、並びに以下に与えられる他の米国特許において提供されている。
【００１２】
酸改質剤または改質剤の混和物は、アスファルトバインダーと組み合わせた場合、アスファルト材料の剛性を増大し得る。ベースアスファルト中の１種以上の酸は、双方とも無水物であるポリリン酸またはスーパーリン酸のようなリンに基づく酸もしくはリン酸を含んでもよいし、または他の鉱酸、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００１３】
酸改質剤の量は、アスファルトバインダーの所望のレベルの剛性を達成するように調節され得る。また、酸の量は、アスファルトバインダーがゲル化するレベルより低く維持され得る。一部の実施形態において、用いられる酸の量は、ベースアスファルトの全重量の約０．１％〜約２％、約０．１％〜約１％、約０．１％〜約０．７％、約０．１％〜約０．５％、約０．５％〜約２％、または約０．５％〜約１％である。
【００１４】
前記アスファルトバインダーには他の添加剤も用いられ得る。例えば、ベースアスファルトに適した他の成分は、２０００年９月１２日に発行された「Ａｃｉｄ  Ｒｅａｃｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ａｓｐｈａｌｔ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」と題された米国特許第６，１１７，９２６号、２００１年５月８日に発行された「Ａｓｐｈａｌｔ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｒ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」と題された米国特許第６，２２８，９０９号、および２００７年１月９日に発行された「Ｔｕｂｕｌａｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ／Ａｌｋｙｌ  Ａｃｒｙｌａｔｅ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  ａｓ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ  ｆｏｒ  Ａｓｐｈａｌｔ」と題された米国特許第７，１６０，９３５号において提供されている。これらの特許文献のすべては、参照によって余すところなく本願に援用される。
【００１５】
改質アスファルトがポリマー改質アスファルトである実施形態において、ベースアスファルトは、アスファルトバインダー、１種以上の酸（例えば上述した酸または酸の組み合わせのうちのいずれか）、および１種以上のポリマー改質剤を組み合わせることによって形成され得る。ポリマー改質剤または改質剤の混和物は、アスファルトバインダーと組み合わせた場合、高温の熱的変形に対する耐性の向上、および繰返し負荷下における疲労クラッキングに対する耐性の向上をもたらし、また場合により、所望の特性を失うことなく低減された量の舗装材を用いる能力をもたらし得る。ポリマー改質剤または改質剤の混和物は、非弾性もしくは弾性ポリマー、またはそれらの混和物を含んでもよい。
【００１６】
ポリマー改質剤の例は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、およびデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社からのＥＬＶＡＬＯＹ（商標）シリーズのポリマーのようなエチレン含有ポリマー、並びにスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）およびスチレン−ブタジエン（ＳＢ）のようなスチレン含有ポリマーである。これらのポリマーのいずれの組み合わせ、例えばＥＬＶＡＬＯＹ（商標）ポリマーとＳＢＳポリマー、もポリマー改質剤として用いられ得る。一部の実施形態において、ポリマー改質剤は、少なくとも一部はメタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）モノマーから生成されるポリマーである。デュポン社からの数種類のＥＬＶＡＬＯＹ（商標）ポリマーは、少なくとも一部はＧＭＡモノマーから生成される。例えば、あるＥＬＶＡＬＯＹ（商標）ポリマーは、少なくとも一部はエチレンおよびＧＭＡモノマーから生成される。他の例は、一部はエチレン、ｎ−アクリル酸ブチルおよびＧＭＡモノマーから生成される反応性弾性ターポリマー（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ  ｔｅｒｐｏｌｙｍｅｒｓ（ＲＥＴ））であるＥＬＶＡＬＯＹ（商標）ＡＭポリマーである。
【００１７】
一部の実施形態において、ベースアスファルトは、ベースアスファルトの重量に基づいて、約０．４重量％〜約５重量％、約０．４重量％〜約３重量％、または約１重量％〜約２重量％のポリマー改質剤またはポリマー改質剤の混和物（例えばＥＬＶＡＬＯＹ（商標）または上記で検討した他の適当な改質剤のようなＧＭＡに基づくポリマー）を有する。ベースアスファルトに添加されるポリマー改質剤の量は、用いられるアスファルトバインダーの種類に依存し、また改質アスファルトバインダーの所望の特性にも依存する。例えば、ポリマー改質剤の量は、ポリマー改質アスファルトバインダーの所望の弾性および粘度を達成するように調節され得る。
【００１８】
ポリマー改質アスファルトの場合には、ポリマー改質剤と共に用いられる酸の量は、ベースアスファルトの重量に基づいて、約０．１重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１重量％、約０．１重量％〜約０．７重量％、または約０．１重量％〜約０．５重量％の酸（例えばポリリン酸または上述した他の酸）である。ベースアスファルトをゲル化させることなく、１つ以上の改善された特性（例えばベースアスファルトに所望の完全性）を提供するのに十分な酸がベースアスファルトに添加される。一部の実施形態では、ベースアスファルトの残部はアスファルトバインダーまたはセメントであるが、例えば米国特許第６，１１７，９２６号、同第６，２２８，９０９号、および同第７，１６０，９３５号に記載されているように、ベースアスファルトは他の可能な添加剤を含有してもよい。
【００１９】
アスファルトバインダー、ポリマー改質剤および酸成分を混合することにより、酸成分をアスファルトバインダーおよび／またはポリマーと反応させて、アスファルトバインダーの特性を変化させる。一部の実施形態では、ポリマー改質剤は、改質アスファルトに対して、より大きな弾性または他の特性を与え得る。
【００２０】
乳化剤溶液はリン酸アミンを含有する水溶液である。一部の実施形態において、リン酸アミンは、アミンとリンに基づく酸とを水中で組み合わせて乳化剤溶液を形成することによって生成される。一部の実施形態において、前記乳化剤溶液はベースアスファルトとは独立して調製される。前記乳化剤溶液の成分は、７０〜２００°Ｆ（２１〜９３℃）、１００〜１８０°Ｆ（３８〜８２℃）、または１２０〜１６０°Ｆ（４９〜７１℃）の温度で、アミンが酸と完全に反応するのに十分な時間にわたって混合され得る。この時間は、１５分ほどの短い時間であってもよいが、水の温度に応じて、１時間以上もの長い時間であってもよい。有効な乳化溶液を生成するためには、一般に、０．５〜６、１．５〜４または１．５〜２．５の目標溶液ｐＨが適当である。他の実施形態では、アミンの全部または一部がベースアスファルトに添加され、アミンを反応させるのに必要とされる所望量のリンに基づく酸成分は水に添加される。次いで、アミンで処理されたベースアスファルトは、高せん断拡散装置に送出され、リンに基づく酸を有する水も高せん断拡散装置に送出されて、ベースアスファルトが微粒子にせん断されるにつれて、リン酸アミンがインサイチューで形成され、その時点で微細なアスファルト粒子が安定化されて乳剤を形成する。
【００２１】
本明細書で用いられる場合、「アミン」とは１つ以上のアミン官能基を有する化合物を含む。例えば、アミンとは、第一級アミン、第二級アミン、モノアミン、ジアミン、トリアミン、植物油系アミン（ｖｅｇｅｔａｂｌｅ−ｏｉｌ  ｂａｓｅｄ  ａｍｉｎｅｓ）、エトキシ化アミン、ポリアミン、アミドアミン、イミダゾリン、または１つ以上のアミン官能基を有する他の適当な化合物を含む。そのような化合物の代表的な例としては、コルシカナ  ケミカル（Ｃｏｒｓｉｃａｎａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）製のＣｏｒｓａｔｈｏｘ  ＤＴ−３（商標）またはＣｏｒｓａｔｈｏｘ  ＤＭ−３（商標）およびアクゾ  ノベル（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ）製のＥ−６（商標）のようなエトキシ化タロウジアミン（ｅｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ  ｔａｌｌｏｗ  ｄｉａｍｉｎｅｓ）、同じくアクゾ  ノベル製のＲＥＤＩＣＯＴＥ  Ｃ−４５０（商標）のようなポリアミン、並びにエトキシ化タロウジアミンと第一級アミンとの混和物であるＲＥＤＩＣＯＴＥ  ４８１９（商標）のようなアミンの混和物が挙げられる。
【００２２】
リン酸アミンを生成するために、いかなる適当なリンに基づく酸が用いられてもよい。適当なリンに基づく酸の例は、リン酸、ポリリン酸、またはスーパーリン酸である。一部の実施形態において、乳化剤溶液のｐＨは所望の範囲内に維持される。例えば、乳化剤溶液は、望ましくは、乳化剤溶液のｐＨが約１．５〜約５まで、約２〜約３まで、または約２となるように、十分なリンに基づく酸を含有する。一部の実施形態において、リンに基づく酸は、酸水溶液に基づいて、約７５％リン酸または約６５％〜約９５％リン酸の水溶液に導入されるリン酸である。ポリリン酸および／またはスーパーリン酸が用いられる場合、これらの酸は、乳化剤溶液に用いられる前に、それらを水中において、ポリリン酸および／またはスーパーリン酸を加水分解するのに十分な時間にわたって混合することにより前処理され得る。一部の実施形態中では、乳化剤溶液は、重量によるアミンの量の、約０．３〜約２倍、約０．３〜約１．１倍、約０．３〜約０．９倍、約０．３〜約０．７倍、または約０．７から約０．９倍、または約０．５倍である量のリンに基づく酸を有する。
【００２３】
乳化剤溶液の残部は水であってもよいが、乳化剤溶液はまた、処理を支援するか、またはアスファルトの特性を変更するために他の可能な添加剤を含有してもよい。
以下でより詳細に検討するように、次いで、乳化剤溶液はベースアスファルトと混和され、前記混和物は乳化されて、乳化アスファルトバインダーを形成する。一部の実施形態では、乳化剤溶液中のリン酸アミンの量は、乳化アスファルトバインダー中の乳剤全体の重量で、約０．１％〜約２．５％、または約０．５％〜約２％のリン酸アミンを提供するのに十分である。乳化剤溶液中のリン酸アミンがエトキシ化タロウジアミン（例えばＤＴ−３、ＤＭ−３またはＥ−６）から生成される一部の実施形態では、乳化アスファルトバインダー中において重量で、約１％、約０．１％〜約２％、約０．２％〜約２％、または約０．２５％〜約１％のエトキシ化タロウジアミンホスファート（ｅｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ  ｔａｌｌｏｗ  ｄｉａｍｉｎｅ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を生じるのに十分な量のエトキシ化タロウジアミンが乳化剤溶液に加えられる。乳化剤溶液中のリン酸アミンがポリアミンホスファート（例えばＣ−４５０）である一部の実施形態では、乳化アスファルトバインダー中において重量で約１．５％、約２．５％以下、約０．５％〜約２．５％、または約１．５％〜約２．５％のポリアミンホスファートを与えるのに十分な量のポリアミンホスファートが、例えば、乳化剤溶液に加えられ得る。
【００２４】
一部の実施形態において、乳化剤溶液（例えば本明細書に記載する乳化剤溶液のうちのいずれか）は、ベースアスファルト（例えば本明細書に記載するベースアスファルトのうちのいずれか）と組み合わせられて、乳化改質アスファルトバインダーを形成する。ベースアスファルトは、約３２０°Ｆ（１６０℃）、約２８０°Ｆ（１３８℃）〜約４００°Ｆ（２０４℃）、約３２０°Ｆ（１６０℃）〜約３７０°Ｆ（１８８℃）、または約３２０°Ｆ（１６０℃）〜約３６０°Ｆ（１８２℃）の温度で調製され得、乳化剤溶液は、約１００°Ｆ（３８℃）、約８０°Ｆ（２７℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）、または約５０°Ｆ（１０℃）〜約１４０°Ｆ（６０℃）の温度で調製され得る。ベースアスファルトと乳化剤溶液とが組み合わせられる場合、結果として生じる乳化改質アスファルトバインダーは２１２°Ｆ（１００℃）（およそ標準気圧における水の沸点）を上回るか、または下回る温度を有し得る。改質アスファルトバインダーが２１２°Ｆ（１００℃）を上回る温度を有する場合には、結果として生じる改質アスファルトバインダーは、水の蒸発および改質アスファルトバインダー乳剤の望ましくない破壊を防止する圧力下で維持され得る。いずれにせよ、改質アスファルトバインダーは、改質アスファルトバインダーの温度を水の沸点よりも低く低下させるために熱交換器または他の装置または操作に通され得る。
【００２５】
一部の実施形態において、乳化剤溶液はベースアスファルトと組み合わせられて、特定の用途に応じて、約６０％〜約７５％の不揮発性物質および固形物、または約７０％の不揮発性物質および固形物を有する乳剤を生じる。例えば、前記乳剤は、約１．５％のリン酸アミン、約１．２％のリン酸、約６７．３％の改質アスファルトおよび約３０％の水を含有し得る。一部の実施形態において、改質アスファルトバインダーは、本質的には乳化剤溶液とベースアスファルトとから構成されるが、他の実施形態では、米国特許第６，１１７，９２６号、同第６，２２８，９０９号、および同第７，１６０，９３５号に記載されているように、他の組成物または添加剤、例えば処理を支援したり、またはアスファルトの特性を変更したりする添加剤も前記改質アスファルトバインダーと組み合わせられ得る。
【００２６】
チップシールおよびサンドシール作業のような一部の用途のためには、乳化改質アスファルトバインダー（例えば上述した乳化改質アスファルトバインダーのうちのいずれか）は、それが塗布されるときに、約４０°Ｆ（４℃）〜約２００°Ｆ（９３℃）、約７０°Ｆ（２１℃）〜約２００°Ｆ（９３℃）、約１００°Ｆ（３８℃）〜約２００°Ｆ（９３℃）、または約１５０°Ｆ（６６℃）〜約２００°Ｆ（９３℃）の温度にあり得る。１平方ヤード（０．８３ｍ２）当たり約０．２ガロン（７５７．１ｃｍ３）〜約０．５ガロン（１８９３ｃｍ３）の改質アスファルトバインダーが道路路面上に散布され得、前記改質アスファルトバインダーの上には１平方ヤード（０．８３ｍ２）当たり約１５ポンド（６．８ｋｇ）〜約４０ポンド（１８．１ｋｇ）の細骨材または砂が散布される。
【００２７】
他の実施形態において、上述した乳化改質アスファルトバインダーのいずれも、例えば付加的な乳化剤溶液または別の希釈剤を用いて、あるいは水で、希釈されてもよい。例えば、フォッグシールおよびタック用途のためには、前記乳剤は乳化剤溶液で希釈されるか、または、前記乳剤は水でさらに希釈されて、道路路面に塗布される比較的薄い乳剤を生じ得る。そのような用途では、前記乳剤は、約２０％〜約４５％、または約２５％〜約３５％の不揮発性成分となるように希釈され得る。
【００２８】
他の用途向けには、改質アスファルトバインダーは骨材と組み合わせられて、改質アスファルト舗装材を生じる。例えば、改質アスファルトバインダーおよび骨材は、組み合わせられ、塗布（例えば、圧縮）されて、コールドミックス、常温現場再生（ｃｏｌｄ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ  ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）、スラリーシールおよびマイクロサーフェシング用途のための舗装材を生じる。そのような用途のためには、改質アスファルトバインダーは、所望の骨材と混合した後に、生じた改質アスファルト舗装材が、約１００°Ｆ（３８℃）、約４０°Ｆ（４℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）、約５０°Ｆ（１０℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）、約７０°Ｆ（２１℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）、約８０°Ｆ（２７℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）のような所望の温度を有するような温度に下げられ得る。一部の実施形態において、そのような改質アスファルト舗装材は、約５％〜約１０％の乳化アスファルトバインダーを有し、残部は骨材であるが、一方、他の実施形態では、改質アスファルト舗装材は、他の成分または添加剤、例えば、米国特許第６，１１７，９２６号、同第６，２２８，９０９号、および同第７，１６０，９３５号に記載されているような処理を支援したり、または改質アスファルトの特性を変更したりする添加剤を有し得る。
【００２９】
改質アスファルトバインダーが骨材と組み合わされた後、乳化剤溶液から水の一部、全部またはほぼ全部が除去される。前記水は周囲温度における蒸発によって除去されてもよい。
【００３０】
下記は生成した実験用の乳化剤溶液のアスファルト合成である。上述した方法および配合に従って生成された乳剤は、広範な条件にわたって安定した乳剤を提供した。アスファルト乳剤はエネルギー的に不安定な系であり、該アスファルト乳剤の性能は、アスファルトが舗装材として機能するために乳剤を壊れさせるこの不安定さに基づく。しかしながら、一部の実施形態において、乳剤をその意図した目的に用いる前に、乳剤を現場で揚送、輸送、および塗布することができるように、乳剤は完全なままであることは重要である。安定した乳剤とは、一晩室温に冷却したときに壊れないものであり、かつ６０℃〜９０℃（１４０°Ｆ〜１９４°Ｆ）の温度に再加熱したときに、ＡＳＴＭ  Ｄ６９３３−０８によって測定して、０．１％を超える篩残留物（ｓｉｅｖｅ）を含有しない。壊れない、または篩残留物を生じない乳剤は一部の用途には必要条件であるが、多くの用途に対して十分ではない。いくつかの所望の用途に適した安定した乳剤を得るためには、残留物特性が比較的に不変であることも必要である。本発明の一部の実施形態において、安定した乳剤はまた、剛性、弾性試験、非回復コンプライアンス（ｎｏｎ−ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）および針入度（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）によって定義されるような安定した残留物特性を示す。対照的に、ＨＣｌのような他の鉱酸によって生成された乳剤は、より狭い範囲の作業条件においてのみ安定したままであり、いくつかの場合には、ポリマー改質アスファルト残留物または酸改質アスファルト残留物の特性を低下させ得る。さらに骨材と組み合わせて改質アスファルト舗装材を生成する場合、リン酸アミンの使用は、より急速に硬化し、他の改質アスファルトバインダーおよび他の鉱酸を含有する舗装材、例えばＨＣｌを有するスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、よりも柔軟でない舗装材を提供する。
【００３１】
アスファルト合成のうちの一部に対して行なった試験としては、ＡＳＴＭ  Ｄ７４０５−０８に記載されている多重応力クリープ回復試験（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｃｒｅｅｐ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｔｅｓｔ（ＭＳＣＲ試験））、ＡＳＴＭ  Ｄ５８０１−９５に記載されているタフネスおよびテナシティ試験（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ  ａｎｄ  Ｔｅｎａｃｉｔｙ  ｔｅｓｔ）（Ｔ＆Ｔ試験）、およびＡＳＴＭ  Ｄ５−０６に提供されている針入度試験（Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ  ｔｅｓｔ）が挙げられる。ＭＳＣＲ試験は、概して、単位面積当たり特定の力（典型的にはｋＰａで与えられる）が材料上に作用されるときの材料の回復率（％  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を与える。ＭＳＣＲはまた材料の非回復コンプライアンスの尺度であるＪｎｒも与える。すべてのＭＳＣＲ試験は、別段の定めがない限り、５８℃（１３６°Ｆ）で行なった。Ｔ＆Ｔ試験は、タフネスおよびテナシティの値を与え、双方ともジュールで測定される。針入度試験は、標準針（貫入針）を１００グラムの質量の荷重でアスファルト試料内に５秒間にわたって貫入させたときに生じる貫入の量を与える。結果は、一般に無単位で示され、アスファルト工業の当業者にはよく理解されているが、実際の単位はｄｍｍ（デシミリメートル）である。
【００３２】
以下で述べる全てのアスファルト合成において、乳剤の配合は、生成される乳剤全体の重量に対して、乳化剤（ｅｍｕｌｓｉｆｉｒｅｒ）の重量パーセントまたは酸（Ｈ３ＰＯ４またはＨＣｌのいずれか）の重量パーセントとして表わされている。
【００３３】
アスファルト合成１
ＰＧ  ５８−３４アスファルトを用いて生成し、Ｅｌｖａｌｏｙおよびポリリン酸によって改質したポリマー改質アスファルトを、乳化されていない形で提供した。この改質アスファルトは一連の乳剤のための基材として機能する。１．０ｋＰａの応力でのＭＳＣＲ回復率（ｐｅｒｃｅｎｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）は１４．３３％であり、３．２ｋＰａの応力での回復率は４．４０％であった。非回復コンプライアンス（Ｊｎｒ）は、２つの応力レベルにおいて、４．１８５ｋＰａ−１および５．３９２ｋＰａ−１であった。同一のポリマー改質アスファルトを、０．２５％のＣｏｒｓａｔｈｏｘ  ＤＴ−３および０．２５％のＨ３ＰＯ４の乳化溶液を用いて乳化した。沸騰濃縮（ｂｏｉｌｄｏｗｎ）によって得られた新鮮な乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１３．３７％のＭＳＣＲ回復率（％  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）および４．４１２のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで６．１８％のＭＳＣＲ回復率および５．２３２のＪｎｒを有した。６０℃で２４時間の保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１５．０９％のＭＳＣＲ回復率および３．３３５のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで６．０９％のＭＳＣＲ回復率および４．０７４のＪｎｒを有した。６０℃の炉内で６日間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１２．９６％のＭＳＣＲ回復率および３．８８７Ｊｎｒを有し、３．２ｋＰａで６．５１％のＭＳＣＲ回復率および４．６０３のＪｎｒを有した。
【００３４】
アスファルト合成２
乳化剤溶液は、０．２２％のＲｅｄｉｃｏｔｅ４８１９乳化剤を０．２％のＨＣｌと混合することにより調製した。アスファルト合成１で使用したものと同一のポリマー改質アスファルトをこの乳化剤溶液で乳化した。沸騰濃縮によって得られた新鮮な乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１２．１５％のＭＳＣＲ回復率および４．０２９のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで４．２７％のＭＳＣＲ回復率および５．００３のＪｎｒを有した。６０℃の炉内で２４時間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１２．１５％のＭＳＣＲ回復率および４．０９５のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで３．６９％のＭＳＣＲ回復率および５．１１９のＪｎｒを有した。炉内で６日間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１０．８９％のＭＳＣＲ回復率および４．４３７のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで３．２４％のＭＳＣＲ回復率および５．４９３のＪｎｒを有した。リン酸アミンによって生成された乳剤から得られた乳剤残留物（乳剤が６０℃で保存された後）に対する特性変化と、アミン塩化物によって生成された乳剤から得られた乳剤残留物に対する特性変化との比較は、リン酸アミン乳剤残留物は、本来のベースアスファルトの特性に匹敵するか、またはそれを超えているが、一方、アミン塩化物によって生成された乳剤からの残留物は時間が経過するにつれて低下するＭＳＣＲ％回復性およびＪｎｒ特性を有することを示している。
【００３５】
アスファルト合成３
Ｒｅｄｉｃｏｔｅ  ４８１９をＨＣｌと反応させ、アスファルト合成１に記載したのと同一のポリマー改質アスファルトを、乳剤全体の重量に基づいて、０．７％のＲｅｄｉｃｏｔｅ  ４８１９で乳化した。ＭＳＣＲデータは、１．０ｋＰａで８．４２％のＭＳＣＲ回復率および４．７７８のＪｎｒと、３．２ｋＰａで２．６３％のＭＳＣＲ回復率および５．８１２のＪｎｒとを得た。このアスファルト合成はアスファルト合成２よりも安定した乳剤を生成したが、概して、アスファルト合成１に記載したようなリン酸アミン乳化化学作用を用いて生成した乳剤に比べて、低い弾性およびより高いＪｎｒコンプライアンスを有した。
【００３６】
アスファルト合成４
Ｅｌｖａｌｏｙ＋ＰＰＡを用いて生成したＰＧ  ６４−３４ポリマー改質アスファルトを乳剤性基剤として用いた。このベースアスファルトは、１．０ｋＰａで２５．１％のＭＳＣＲ回復率および２．５４６のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１５．１％のＭＳＣＲ回復率および３．０７０のＪｎｒを有した。このベースアスファルトはまた、６．５９１ジュールのタフネスおよび５．３５４ジュールのテナシティである、ＡＳＴＭ  Ｄ５８０１−９５によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。前記ベースアスファルトを、０．２２５％のＨ３ＰＯ４と反応させて２〜２．５の溶液ｐＨにした０．２５％のＣｏｒｓａｔｈｏｘ  ＤＭ−３を用いて乳化した。ＡＳＴＭ  Ｄ７４０３−０９に基づいた減圧蒸留手順を用いて、６０℃で１日間の保存後に前記乳剤から得られた残留物は、１．０ｋＰａで２３．７％のＭＳＣＲ回復率および２．７９５のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１６％のＭＳＣＲ回復率および３．３５２のＪｎｒを有した。この残留物はまた６．９３６ジュールのタフネスおよび５．０６９ジュールのテナシティである、ＡＳＴＭ  Ｄ５８０１−９５によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。ＡＳＴＭ  Ｄ７４０３−０９に基づいた減圧蒸留手順を用いて、６０℃で７日間保存後に前記乳剤から得られた残留物は、１．０ｋＰａで２４．６％のＭＳＣＲ回復率および３．１９０のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１６．６％のＭＳＣＲ回復率および３．７７０のＪｎｒを有した。この残留物はまた、８．１５ジュールのタフネスおよび６．１２ジュールのテナシティである、ＡＳＴＭ  Ｄ５８０１−９５によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。図２は、アスファルト合成４のアスファルトに対するタフネスおよびテナシティ試験を示している。タフネスおよびテナシティの値は重要であるが、曲線中の初期のピーク後の曲線の形状は、バインダーの弾性がどれくらいよく維持されているかの指標である。図２は、初期のピーク後の一定期間の荷重の維持を示す。曲線の全体的に丸味を帯びた形状は弾性が維持されたということの表れである。これらの曲線の形状は、ベースアスファルトバインダーおよび乳化アスファルトバインダーの双方が良好な弾性を示すことを強調している。
【００３７】
アスファルト合成５
アスファルト合成４との比較として、アスファルト合成４に記載したベースアスファルトを、０．２２５％のＨＣｌと反応させて２〜２．５の溶液ｐＨにした０．２５％のＲｅｄｉｃｏｔｅＥ−４８１９を用いて乳化した。ＡＳＴＭ  Ｄ７４０３−０９に基づいた減圧蒸留手順を用いて６０℃で１日間保存後に乳剤から得られた残留物は、１．０ｋＰａで１６．７％のＭＳＣＲ回復率およびの３．６７２のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１０．２％のＭＳＣＲ回復率および４．３７５のＪｎｒを有した。この残留物はまた６．６９１ジュールのタフネスおよび５．１４６ジュールのテナシティである、ＡＳＴＭ  Ｄ５８０１−９によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。ＡＳＴＭ  Ｄ７４０３−０９に基づいた減圧蒸留手順を用いて、６０℃で５日間保存後に前記乳剤から得られた残留物は、１．０ｋＰａで１８．１％のＭＳＣＲ回復率および３．７３７のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１０．５％のＭＳＣＲ回復率および４．５１３のＪｎｒを有した。この残留物はまた７．６２９ジュールのタフネスおよび５．２０２ジュールのテナシティである、ＡＳＴＭ  Ｄ５８０１−９５によって測定したタフネスおよびテナシティ特性を有した。アスファルト合成４および５において示された結果の分析は、本発明を用いて生成した乳剤は、古典的アミン塩化物の化学作用を用いて生成した乳剤より高いレベルに維持される残留物特性を有することを示している。図１は、アスファルト合成５のアスファルトに対するタフネスおよびテナシティ試験を示している。図１の曲線を図２の曲線と比較して観察すると、図１は一定量の弾性を示しているが、０．１４メートルを越えると、図２のベースアスファルト曲線と比較して、試料は徐々に弱化し衰える。ベースアスファルト、および図２の双方のリン酸アミン試料については、衰えがかなり急激であり、これは頑丈で強い材料を表わしている。対照的に、図１の曲線２のプロットは、初期のピーク後の荷重の安定した低下を示しており、これはバインダーにおいて弱化していく弾性を表わしている。
【００３８】
アスファルト合成６
乳化剤溶液は、１．５％のＣ−４５０乳化剤を１．５％の塩酸と混合することにより調製した。Ｅｌｖａｌｏｙ＋ＰＰＡで改質した６４−２８Ｐアスファルトバインダーを用いたカチオン性低速硬化アスファルトバインダーを上述したＣ−４５０−に基づいた乳化剤溶液を用いて乳化した。沸騰濃縮によって得られた新鮮な乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１５．７９％のＭＳＣＲ回復率および１．９７２のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで９．００％のＭＳＣＲ回復率および２．３０７のＪｎｒを有した。６０℃で５日間の炉内保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１３．３３％のＭＳＣＲ回復率および２．２３６のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで７．５９％のＭＳＣＲ回復率および２．６７６のＪｎｒを有した。比較として、同一のベースアスファルトを、１．５％のＨ３ＰＯ４と反応させた１．５％のＲｅｄｉｃｏｔｅＣ−４５０ポリアミンを用いて乳化し、カチオン性低速硬化乳剤を生成した。沸騰濃縮によって得られた新鮮な乳剤残留物は、１．０ｋＰａで２９．４５％のＭＳＣＲ回復率および１．３０５のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１２．１８％のＭＳＣＲ回復率および２．０４０のＪｎｒを有した。６０℃で５日間保存後、沸騰濃縮によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで３１．４４％のＭＳＣＲ回復率および１．３０９のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１１．７７％のＭＳＣＲ回復率および２．２２１のＪｎｒを有した。このアスファルト合成は、リン酸アミンの化学作用を用いて生成された乳剤から得られたカチオン性低速硬化乳剤残留物が、古典的なアミン塩化物の化学作用を用いて生成された乳剤から得られた残留物に対して、回復率特性および非回復コンプライアンスの双方を維持し改善することを示している。実際、このアスファルト合成は、アミン塩化物残留物はリン酸アミン誘導残留物に対して劣っていることを示している。
【００３９】
アスファルト合成７
Ｒｅｄｉｃｏｔｅ４８１９をリン酸と反応させ、アスファルト合成１に記載したのと同一のポリマー改質アスファルトを、乳剤全体の重量に基づいて、０．２２％のＲｅｄｉｃｏｔｅ４８１９で乳化した。ＭＳＣＲデータは、１．０ｋＰａで１６．０７％のＭＳＣＲ回復率および３．７４５のＪｎｒと、３．２ｋＰａで４．９８％のＭＳＣＲ回復率および４．９７３のＪｎｒとを生じた。このアスファルト合成はアスファルト合成２よりも安定した乳剤を生成したが、依然として全体的に、本明細書に記載したリンに基づく酸を用いた乳化剤に比べて、低い弾性および高い剛性を有した。
【００４０】
アスファルト合成８
乳剤全体の重量で０．２５重量％のＣｏｒｓａｔｈｏｘ  ＤＭ−３乳化剤を、乳剤全体の重量で０．２２５重量％のＨ３ＰＯ４と混合することにより乳化剤溶液を調製した。ｐＨは２．０〜２．５の範囲内であった。Ｅｌｖａｌｏｙ＋ＰＰＡで改質したＰＧ  ６４−３４アスファルトバインダーを用いたＣＲＳ−２Ｍ乳剤を生成した。６０℃の炉内で２４時間保存後、ＡＳＴＭ  Ｄ７４０３−０９に記載された方法に従った減圧蒸留によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１７．９％のＭＳＣＲ回復率および３．３１６のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで８．５％のＭＳＣＲ回復率および４．１０８のＪｎｒを有した。また２４時間後、タフネスは４．１２３ジュールであり、テナシティは２．３０７ジュールであった。６０℃で６日間の炉内保存後、ＡＳＴＭ  Ｄ７４０３−０９に記載された方法に従った減圧蒸留によって得られた乳剤残留物は、１．０ｋＰａで１７．１％のＭＳＣＲ回復率および３．８８８のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで７．６％のＭＳＣＲ回復率および４．８７１のＪｎｒを有した。また６日後、タフネスは４．９０４ジュールであり、テナシティは２．７１１ジュールであった。このアスファルト合成は、乳化剤としてリン酸アミンを用いることにより材料に経時的に一定した特性を与えることを示している。
【００４１】
アスファルト合成９
全乳剤の重量で２％のＣ−３２０乳化剤を、全乳剤の重量で２．４％のリン酸と混合することによって乳化剤溶液を調製した。Ｅｌｖａｌｏｙおよびポリリン酸で改質した７０−２２アスファルトバインダーを含むポリマー改質アスファルトも準備した。前記ポリマー改質アスファルトを前記乳化剤溶液で乳化して乳剤を生成した。３日後、前記乳剤は、１．０ｋＰａで４５．３％のＭＳＣＲ回復率および０．６３１のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで３０．４％のＭＳＣＲ回復率および０．８３６のＪｎｒを有した。これは、１．０ｋＰａで３３．３％のＭＳＣＲ回復率および１．７８８のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１６．３％のＭＳＣＲ回復率および２．４０１のＪｎｒを有するベースポリマー改質アスファルト（未乳化）に匹敵する。
【００４２】
アスファルト合成１０
ＰＧ  ５８−２８から、０．７５重量％のＰＰＡを添加して、ＰＧ  ６４−２８を生成した。このアスファルトバインダーを、完成した乳剤の重量で、１％のＣｏｒｓａｔｈｏｘ  ＤＴ−３と、２〜２．５の溶液ｐＨを達成するのに十分な６５％のＨ３ＰＯ４との溶液によって乳化した。元のベースアスファルトは、ＡＳＴＭ  Ｄ７１７５−０８によって測定して、６４℃で１．６５０ｋＰａの剛性を有していた。６０℃で１日間の炉内保存後の沸騰濃縮残留物は、６４℃で１．７７ｋＰａの剛性を有しており、６０℃で２日間保存後には、沸騰濃縮残留物の剛性は１．７１ｋＰａであった。このアスファルト合成は、単独の改質剤としてＰＰＡを用いて生成してバインダーについては、リン酸アミン誘導乳剤は、少なくとも元のベースアスファルトと同じくらい良好な残留物剛性を有することを示している。
【００４３】
アスファルト合成１１
ＰＧ７０−２２ポリマー改質アスファルトをＳＢＳ＋ＰＰＡによって生成し、０．２２％のＨ３ＰＯ４と反応させて２．２５のｐＨにした０．２５％のＲｅｄｉｃｏｔｅ  Ｅ−６の溶液で乳化した。前記パーセンテージは双方とも乳剤全体の重量によって表現されている。前記ベースアスファルトは、６４℃で試験すると、１．０ｋＰａで３０．７％のＭＳＣＲ回復率および１．６９８のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１２．４％のＭＳＣＲ回復率およびの２．３５８のＪｎｒを有した。製造１日後、前記乳剤を室温で一晩維持し、６０℃に再加熱すると、前記乳剤は、ＡＳＴＭ  Ｄ６９３３−０８による測定で０．０８％（０．１％の仕様最大値）の篩内容物（ｓｉｅｖｅ  ｃｏｎｔｅｎｔ）を有した。また製造１日後、前記乳剤の蒸発残留物質は、６４℃で試験すると、１．０ｋＰａで３５．９％のＭＳＣＲ回復率および１．５８３のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１７．３％のＭＳＣＲ回復率および２．１９５のＪｎｒを有した。製造２日後、６０℃で一晩保存した前記乳剤の蒸発残留物質は、６４℃で試験すると、１．０ｋＰａで３５．５％のＭＳＣＲ回復率および１．５９９のＪｎｒを有し、３．２ｋＰａで１７．０％のＭＳＣＲ回復率およびの２．１８８のＪｎｒを有した。これらのデータは、リン酸アミンの化学的性質を用いて生成された乳剤の残留物が元のバインダーのものよりも良好な特性を有しており、２日間にわたって劣化を示さないことを表わしている。
【００４４】
アスファルト合成１２
いくつかの異なる乳化アスファルトバインダーに対して、沸騰水剥離試験（ｂｏｉｌｉｎｇ  ｗａｔｅｒ  ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ  ｔｅｓｔ）も行った。沸騰水剥離試験は、ＡＳＴＭ  Ｄ３６２５−９６、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ  ｏｎ  Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ−Ｃｏａｔｅｄ  Ａｇｇｒｅｇａｔｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ」に記載されている。該方法は、２５０グラムの混合物を蒸留水中で１０分間にわたって煮沸した後に、前記水をデカントし、前記混合物を調査することを要求している。試験用乳剤が不足したため、１００グラムの砂利チップ（ｇｒａｖｅｌ  ｃｈｉｐ）材料を室温で６．５グラムの水と混合した。１４０°Ｆ（６０℃）で維持した１０グラムの乳剤を湿った骨材に加えて混合し、砂利チップを乳剤で被覆した。次いで、前記砂利チップから水分を沸騰して除去し、結果として生じた被覆材料を、２００グラムの蒸留水中に配置して、１５分間沸騰した。次いで、被覆物が砂利チップ上に残存していることを保証するために、砂利チップを視覚的に検査した。アスファルト合成４からと同一のベースアスファルトをベースアスファルトとして用いた。第１試料では、リン酸で処理した、乳剤の全重量に基づいて０．２５％のＤＭ−３で前記ベースアスファルトを乳化し、第２試料では、ＨＣｌで処理した０．２５％のＲｅｄｉｃｏｔｅ  ４８１９で前記ベースアスファルトを乳化した。どちらの試料も、剥離試験に曝露した後にいかなる剥離も示さなかった。
【００４５】
本発明の範囲から逸脱することなく、検討した具体例としての実施形態に対して、様々な変更および追加をなすことができる。例えば、上記に記載した実施形態は特定の特徴に言及しているが、本発明の範囲はまた、異なる組み合わせの特徴を有する実施形態および上述した特徴のすべては備えていない実施形態も包含する。
【図１】
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【図２】
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