СВЕТЛОЕ ВЯЖУЩЕЕ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
LIGHT BINDER AND ITS USE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к светлому вяжущему и его применениям в цветных композициях в некоторых областях дорожного строительства и/или промышленности.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Традиционные битумные вяжущие имеют, из-за наличия в них асфальтенов, черный цвет и потому с трудом поддаются окрашиванию. Все большее применение находят цветные покрытия благодаря тому, что они позволяют, среди прочего, повысить безопасность участников дорожного движения путем четкой маркировки специальных путей, как например: пешеходные дорожки, велодорожки, автобусные линии. С их помощью можно также обозначать некоторые опасные зоны типа въездов в населенные пункты или опасные повороты. Цветные покрытия улучшают видимость в условиях плохого освещения, например ночью, или в особых местах наподобие туннелей. Наконец, они просто делают более эстетически привлекательным внешний вид городской дорожной сети и могут быть использованы в общественных местах, во внутренних и школьных дворах, на тротуарах, пешеходных дорожках, аллеях садов и парков, в местах парковки и отдыха.
Таким образом, во всех вышеперечисленных случаях применения предпочтительно использовать синтетические светлые вяжущие, которые не содержат асфальтенов и поддаются окрашиванию.
Светлые вяжущие, известные из предшествующего уровня техники, состоят, как правило, из пластификатора, например масла минерального происхождения, структурирующего агента, например углеводородной смолы, и полимера. Композиция светлых вяжущих определяет некоторые из их существенных свойств и в частности индекс пластичности, вязкость вяжущего или цвет, который должен быть как можно более светлым.
В заявке на патент WO 01/53409 описано светлое вяжущее, содержащее очищенные гидрогенизованные масла, содержащие по меньшей мере 60% парафиновых углеродов (согласно ASTM D2140), и углеводородную смолу, при необходимости в смеси с сополимерами типа этиленвинилацетата (EVA) или полиэтилена низкой плотности, например типа EPDM (этилен-пропилен-диеновый мономер). Эти композиции рекомендованы для получения цветных непроницаемых мембран или покрытий.
В заявке на патент ЕР 1783174 описано светлое вяжущее, содержащее масло с содержанием нафтенов от 35 до 80%, и углеводородную смолу.
В заявке на патент ЕР 1473327 описаны светлое вяжущее, содержащее синтетическое масло, смолу и полимер типа SBS (блок-сополимер стирола и бутадиена с чередованием блоков) или SIS (блок-сополимер стирола и изопрена с чередованием блоков), а также их применения в получении непроницаемых мембран или покрытий.
При работе с цветными покрытиями светлое вяжущее должно в полной мере обеспечивать получение следующих физико-механических свойств:
- удовлетворительный индекс пластичности, то есть низкая точка хрупкости (точка Фрааса) и высокая точки размягчения (температура, определяемая методом кольца и шара),
- низкая вязкость,
- светлый цвет, незначительно изменяющийся с течением времени,
- высокое сопротивление колееобразованию,
- высокая стойкость к термическому растрескиванию,
- низкая водочувствительность.
Как было неожиданно обнаружено заявителями, правильный выбор синтетического масла с высоким содержанием парафиновых соединений и блок-сополимера, например типа SBS, позволил получить светлое вяжущее с улучшенными физико-механическими свойствами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, объектом изобретения является светлое вяжущее, содержащее:
(i) пластификатор, состоящий из масла с общим содержанием парафиновых соединений, измеряемым согласно методике ASTM D2140, по меньшей мере 50 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 60 мас. %, более предпочтительно от 50 до 90 мас. %, предпочтительно от 60 до 80 мас. %, и
(ii) блок-сополимер на основе звеньев сопряженного диена и звеньев моновинилароматических углеводородов, например на основе бутадиеновых звеньев и стирольных звеньев.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления масло представляет собой синтетическое масло, полученное из фракций установки деасфальтизации (или «масло DAO»).
В соответствии с конкретным вариантом осуществления общее содержание в масле парафиновых соединений больше или равно 50 мас. %, предпочтительно больше или равно 60 мас. %, а общее содержание нафтеновых соединений меньше или равно 25 мас. % при измерении согласно методике ASTM D2140.
Так, например, общее содержание в масле парафиновых соединений составляет от 50 до 90 мас. %, а общее содержание нафтеновых соединений составляет от 5 до 25 мас. % при измерении согласно методике ASTM D2140.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления общее содержание в масле парафиновых соединений больше или равно 50 мас. %, предпочтительно больше или равно 60 мас. %, общее содержание нафтеновых соединений меньше или равно 25 мас. %, а общее содержание ароматических соединений меньше или равно 25 мас. % при измерении согласно методике ASTM D2140.
Так, например, общее содержание в масле парафиновых соединений составляет от 50 до 90 мас. %, предпочтительно от 60 до 80 мас. %, общее содержание нафтеновых соединений составляет от 5 до 25 мас. %, а общее содержание ароматических соединений составляет от 5 до 25 мас. % при измерении по согласно методике ASTM D2140.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления, необязательно в комбинации с предшествующими вариантами, масло имеет анилиновую точку, измеряемую в соответствии со стандартом ISO2977:1997, выше или равную 80°С, предпочтительно выше или равную 90°С, например выше 100°С.
Светлое вяжущее согласно изобретению содержит предпочтительно (i) от 40 до 80 мас. % пластификатора, (ii) от 20 до 50 мас. % смолы, (iii) от 1 до 7 мас. % сополимера и (iv) необязательно от 0,05 до 0,5 мас. % поверхностно-активной добавки, например амина, по отношению к массе светлого вяжущего.
Светлое вяжущее согласно изобретению содержит предпочтительно (i) от 40 до 80 мас. % пластификатора, (ii) от 20 до 50 мас. % смолы, (iii) от 1 до 7 мас. % сополимера и (iv) от 0,05 до 0,5 мас. % поверхностно-активной добавки, например амина, по отношению к массе светлого вяжущего.
Преимущественно, светлое вяжущее согласно изобретению содержит (i) от 45 до 70 мас. % пластификатора, (ii) от 25 до 40 вес. % смолы, (iii) от 2 до 5 мас. % сополимера и (iv) необязательно от 0,1 до 0,3 мас. % поверхностно-активной добавки по отношению к общей массе светлого вяжущего.
В соответствии с другим преимущественным вариантом осуществления светлое вяжущее согласно изобретению содержит (i) от 45 до 70 мас. % пластификатора, (ii) от 25 до 50 мас. % смолы, (iii) от 1 до 7 вес. % сополимера и (iv) необязательно от 0,1 до 0,3 мас. % поверхностно-активной добавки по отношению к общей массе светлого вяжущего.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления светлое вяжущее согласно изобретению по существу состоит из (i) от 40 до 80 мас. % пластификатора, (ii) от 20 до 50 мас. % смолы и (iii) от 1 до 7 мас. % сополимера.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления светлое вяжущее согласно изобретению по существу состоит из (i) от 40 до 80 мас. % пластификатора, (ii) от 20 до 50 мас. % смолы, (iii) от 1 до 7 мас. % сополимера и (iv) от 0,05 до 0,5 мас. % поверхностно-активной добавки.
Преимущественно, светлое вяжущее по существу состоит из (i) от 45 до 70 вес. % пластификатора, (ii) от 25 до 40 мас. % смолы, от 2 до 5 мас. % сополимера и (iv) от 0,1 до 0,3 мас. % поверхностно-активной добавки по отношению к общей массе светлого вяжущего.
В соответствии с другим преимущественным вариантом осуществления светлое вяжущее по существу состоит из (i) от 45 до 70 мас. % пластификатора, (ii) от 25 до 50 мас. % смолы, (iii) от 1 до 7 мас. % сополимера и (iv) от 0,1 до 0,3 мас. % поверхностно-активной добавки по отношению к общей массе светлого вяжущего.
В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления, необязательно в комбинации с предшествующими вариантами осуществления, блок-сополимер представляет собой блок-сополимер на основе стирольных и бутадиеновых звеньев с массовым содержанием 1,2-винильных звеньев от 5 до 70%, предпочтительно от 5 до 50%.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления, необязательно в комбинации с предшествующими вариантами осуществления, блок-сополимер представляет собой блок-сополимер на основе стирольных и бутадиеновых звеньев с массовым содержанием 1,2-винильных звеньев от 10 до 70%, предпочтительно от 10 до 50%. В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления, необязательно в комбинации с предшествующими вариантами осуществления, блок-сополимер преимущественно представляет собой блок-сополимер на основе стирольных и бутадиеновых звеньев с массовым содержанием бутадиена от 50 до 95% и массовым содержанием 1,2-винильных групп от 10 до 70%.
Так, например, указанный блок-сополимер на основе стирольных и бутадиеновых звеньев имеет среднюю молекулярную массу от 10000 до 500000, предпочтительно от 50000 до 200000 и более предпочтительно от 50000 до 150000 дальтон. Предпочтительно использовать стирол-бутадиеновый блок-сополимер или стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер.
Светлые вяжущие согласно изобретению преимущественно отличаются тем, что их цветовой индекс, определяемый по шкале ASTM DH4, меньше или равен 4, предпочтительно меньше или равен 3. Кроме того, они могут преимущественно иметь температуру размягчения, определяемую методом кольца и шара, в соответствии со стандартом NF EN 1427, от 55 до 90°С и точку хрупкости по Фраасу, определяемую в соответствии со стандартом NF EN 12593, меньше или равную -5°С, предпочтительно меньше или равную -10°С и более предпочтительно меньше или равную -12°С. Они могут также иметь динамическую вязкость при 135°С, измеряемую в соответствии со стандартом NF EN 13702, меньше или равную 0,5 Па⋅с, предпочтительно меньше или равную 0,35 Па⋅с.
Изобретение также относится к способу получения светлого вяжущего согласно изобретению, описанного выше, включающему следующие стадии:
- смешивание пластификатора, например масла DAO, и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 10-30 минут,
- добавление структурообразователя, например углеводородной смолы, смешивание и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 30 минут - 2 часов,
- добавление сополимера, смешивание и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 90 минут - 2 часов 30 минут,
- добавление необязательной поверхностно-активной добавки, смешивание и нагревание до температуры от 140 до 200°С в течение 5-20 минут.
Последовательность стадий описанного выше способа может быть при необходимости изменена.
Изобретения также относится к цветной или окрашиваемой асфальтобетонной смеси, содержащей светлое вяжущее согласно изобретению, заполнитель и/или иные минеральные наполнители и необязательно один или несколько пигментов.
Кроме того, изобретение относится к эмульсии на основе светлого синтетического вяжущего согласно изобретению, в частности для изготовления поверхностных слоев или укладываемых в холодном состоянии асфальтобетонных смесей.
Изобретение также направлено на применения светлого вяжущего согласно изобретению, в частности на получение цветных или окрашиваемых асфальтобетонных смесей, предназначенных для дорожных или городских покрытий. Светлое вяжущее согласно изобретению используется, например, в смеси с заполнителями или иными минеральными наполнителями, добавками и/или пигментами.
Изобретение также относится к применению светлого вяжущего в качестве смазочного материала для канатов подвесных дорог или, в более общем случае, для тросов, используемых при транспортировке тяжелых грузов и испытывающих действие температур ниже -10°С и/или сильных температурных колебаний.
По всему тексту заявки под выражением «от х до у» понимается, что в этот интервал входят, в том числе, граничные значения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
Изобретение относится к светлому вяжущему, содержащему:
(i) пластификатор, состоящий из масла с общим содержанием парафиновых соединений, измеряемым согласно методике ASTM D2140, по меньшей мере 50 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 60 мас. %, более предпочтительно от 50 до 90 мас. %, предпочтительно от 60 до 80 мас. %, и
(ii) блок-сополимер на основе звеньев сопряженного диена и звеньев моновинилароматического углеводорода, например на основе бутадиеновых звеньев и стирольных звеньев.
Светлое вяжущее представляет собой композицию, используемую взамен вяжущих на битумной основе для получения, например, цветной битумноминеральной смеси. Светлое вяжущее не содержит асфальтенов и, следовательно, способно сохранять натуральный цветовой оттенок заполнителя, с которым оно смешивается, или легко окрашиваться с помощью пигментов.
Основными компонентами светлого вяжущего являются:
(i) пластификатор, например натуральное или синтетическое масло, не содержащее асфальтенов,
(ii) структурообразователь, например углеводородная смола,
(iii) блок-сополимер,
(iv) при необходимости - вещества, повышающие сцепление вяжущего с минеральным материалом, или добавки, или поверхностно-активные добавки.
Пластификатор
Под «пластификатором» в контексте изобретения понимается химический компонент, позволяющий разжижать получаемое вяжущее, а также уменьшать его вязкость и модуль.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения пластификатор выбирают из синтетических масел, получаемых из фракций деасфальтизации при дистилляции при пониженном давлении (вакуумного остатка, VR) сырой нефти (далее - «масло DAO»).
Так, в частности, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления пластификатор согласно изобретению состоит исключительно из масла DAO.
Величины содержания парафиновых, нафтеновых и ароматических соединений, упоминаемых в настоящей заявке, определяются в соответствии со стандартом ASTM D2140 в мас. % по отношению к массе масла.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления пластификатор представляет собой масло, например масло DAO, с общим содержанием парафиновых соединений по меньшей мере 50 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 60 мас. %, например от 50 до 90 мас. %, предпочтительно от 60 до 90 мас. %, более предпочтительно от 50 до 80 мас. % и в частности от 55 до 70 мас. % или в частности от 60 до 75 мас. %.
В соответствии с более конкретным вариантом осуществления пластификатор представляет собой масло, например масло DAO, с дополнительным общим содержанием нафтеновых соединений, не превышающим 25%, например от 5 до 25% и в частности от 10 до 25%.
В соответствии с более конкретным вариантом осуществления пластификатор представляет собой масло, например масло DAO, с дополнительным общим содержанием ароматических соединений, не превышающим 25%, например от 5 до 25% и в частности от 8 до 18%.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления пластификатор представляет собой масло, например масло DAO, со следующими величинами соответствующих содержаний:
(i) общее содержание парафиновых соединений от 50 до 90%;
(ii) общее содержание нафтеновых соединений от 5 до 25%, например от 15 до 25%; и
(iii) общее содержание ароматических соединений от 5 до 25%, например от 10 до 15%.
В соответствии с более предпочтительным вариантом осуществления пластификатор представляет собой масло, например масло DAO, со следующими величинами соответствующих содержаний:
(i) общее содержание парафиновых соединений от 60 до 75%;
(ii) общее содержание нафтеновых соединений от 5 до 25%, например от 15 до 25%; и
(iii) общее содержание ароматических соединений от 5 до 25%, например от 10 до 15%.
3
6
3
6
Были получены масла, соответствующие приведенным выше характеристикам и пригодные для получения светлого вяжущего согласно изобретению, с использованием технологий деасфальтизации вакуумного остатка (VR), получаемого при очистке нефти, например посредством деасфальтизации с помощью С-С растворителя, предпочтительно пропана. Эти технологии хорошо известны специалистам в данном области и описаны, например, в работе Lee с соавт., 2014, Fuel Processing Technology 119:204-210. Остатки, получаемые при вакуумной дистилляции (VR), разделяют в соответствии с их молекулярной массой в присутствии С-С растворителя (например, пропана). Получаемое таким образом масло DAO («деасфальтированное масло») обогащено парафином, имеет крайне низкое содержание асфальтенов при температуре испарения от 440 до 750°С и плотность в градусах API (Американского нефтяного института) существенно выше таковой для вакуумных остатков.
Соответствующие величины содержания парафиновых, нафтеновых и ароматических соединений зависят в известной степени от природы сырой нефти, послужившей исходным продуктом для получения масла DAO, и от вида применяемого процесса очистки. Специалистам в данной области известны методы определения соответствующих содержаний парафиновых, нафтеновых и ароматических соединений в масле DAO, например с использованием технологии фракционирования SARA (с оценкой безопасности, готовности и надежности), описанной также в работе Lee с соавт., 2014, Fuel Processing Technology 119:204-210, и, таким образом, выбора подходящего масла DAO для получения светлого вяжущего согласно изобретению.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления количество пластификатора, используемого в способе получения светлого вяжущего, составляет от 40 до 80 мас. %, предпочтительно от 40 до 70 мас. % по отношению к общей массе светлого вяжущего.
Структурообразователь
Под «структурообразователем» понимается любой химический компонент, придающий указанному вяжущему нужные механические свойства и достаточную способность к сцеплению.
Структурообразователь, используемый в рамках изобретения, представляет собой смолу, выбираемую предпочтительно из углеводородных смол нефтяного происхождения, например получаемую в результате сополимеризации ароматических, алифатических или циклопентадиеновых нефтяных фракций, используемых по отдельности или в различных смесях, и предпочтительно получаемую из ароматических нефтяных фракций. Так, например, возможно использование полициклоалифатической термопластичной смолы, например типа гидрогенизированных гомополимеров циклопентадиена с низкой молекулярной массой.
Более конкретно, углеводородная смола типа циклопентанов имеет точку размягчения (или температуру, определяемую методом кольца и шара, RBT, в соответствии со стандартом NF Т 66-008) выше 125°С и цветовой индекс Гарднера (по стандарту NF Т 20-030), равный по большей мере 1.
В качестве других примеров смол, используемых как структурообразователи, можно назвать без ограничения смолы растительного происхождения, получаемые из овощных и/или растительных культур. Это могут быть так называемые «собираемые смолы», то есть те, которые собирают с живого растения. Их можно использовать как сами по себе - в этом случае говорят о природных смолах, или же подвергать химическому превращению - тогда говорят о модифицированных природных смолах.
В число собираемых смол входят акароидные смолы, даммаровая смола, природные канифоли, модифицированные канифоли, сложные эфиры канифоли и резинаты металлов. Их можно использовать либо по отдельности, либо в смеси.
В числе природных канифолей можно упомянуть живичные и древесные канифоли, в частности сосновую и/или талловую канифоль. Эти природные канифоли можно использовать либо по отдельности, либо в смеси.
В числе модифицированных канифолей можно назвать гидрогенизированные канифоли, диспропорционированные канифоли, полимеризованные канифоли и/или малеинизированные канифоли. Эти модифицированные природные канифоли можно использовать либо по отдельности, либо в смеси и подвергать их одной или нескольким обработкам с целью диспропорционирования, полимеризации и/или малеинизации.
В числе сложных эфиров канифолей можно назвать сложные эфиры природных канифолей, метиловые сложные эфиры гидрогенизированных канифолей, сложные эфиры глицерина и природных канифолей, сложные эфиры глицерина и гидрогенизированных канифолей, сложные эфиры глицерина и диспропорционированных канифолей, сложные эфиры глицерина и полимеризованных канифолей, сложные эфиры глицерина и малеинизированных канифолей, сложные эфиры пентаэритритола и природных канифолей и сложные эфиры пентаэритритола и гидрогенизированных канифолей. Эти сложные эфиры канифолей могут быть использованы либо по отдельности, либо в смеси и могут быть получены из канифолей, подвергнутых одной или нескольким обработкам с целью диспропорционирования, полимеризации и/или малеинизации.
Предпочтение среди сложных эфиров канифолей отдается сложным эфирам пентаэритритола и природных канифолей, а также сложным эфирам пентаэритритола и гидрогенизированных канифолей.
В числе резинатов металлов можно назвать карбоксилаты металлов, например Са, Zn, Mg, Ва, Pb, Со, получаемые из природных или модифицированных канифолей. Предпочтение отдается резинатам кальция, резинатам цинка и смешанным резинатам кальция и цинка, которые можно использовать либо по отдельности, либо в смеси.
Массовое соотношение между структурообразователем и пластификатором, используемыми в способе получения светлого вяжущего, составляет от 0,3 до 1,4, например от 0,5 до 1.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления количество структурообразователя, используемого в способе получения светлого вяжущего, составляет от 25 до 50 мас. % по отношению к общей массе светлого вяжущего.
Полимер
Полимер, используемый в рамках способа получения светлого вяжущего согласно изобретению, представляет собой блок-сополимер на основе звеньев сопряженного диена и звеньев моновинилароматического углеводорода. Сопряженный диен предпочтительно выбирают из таких, которые содержат от 4 до 8 атомов углерода на мономер, например бутадиена, 2-метил-1,3-бутадиена (изопрена), 2,3-диметил-1,3-бутадиена, 1,3-пентадиена и 1,2-гексадиена, хлоропрена, карбоксилированного бутадиена или карбоксилированного изопрена, в частности бутадиена и изопрена, и их смесей.
Моновинилароматический углеводород предпочтительно выбирают из стирола, о-метилстирола, п-метилстирола, п-трет-бутилстирола, 2,3-диметилстирола, Ра-метилстирола, винилнафталина, винилтолуола, винилксилола и аналогичных соединений или их смесей, в частности стирола.
Более конкретно, полимер состоит из одного или нескольких блок-сополимеров, выбираемых из блок-сополимеров стирола и бутадиена, стирола и изопрена, стирола и хлоропрена, стирола и карбоксилированного бутадиена или же стирола и карбоксилированного изопрена. Предпочтительным блок-сополимером является сополимер на основе бутадиеновых и стирольных звеньев, такой как стирол-бутадиеновый блок-сополимер SB или стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер SBS.
Массовое содержание стирола в блок-сополимере стирола и сопряженного диена, в частности блок-сополимере стирола и бутадиена, преимущественно составляет от 5 до 50%, предпочтительно от 20 до 50%.
Массовое содержание бутадиена (1,2 и 1,4) в блок-сополимере стирола и сопряженного диена, в частности блок-сополимере стирола и бутадиена, преимущественно составляет от 50 до 95%. Массовое содержание 1,2-винильной группы в блок-сополимере стирола и сопряженного диена, в частности блок-сополимере стирола и бутадиена, преимущественно составляет от 10 до 70%, предпочтительно от 10 до 50%, более предпочтительно от 10 до 40% и наиболее предпочтительно от 20 до 40%. 1,2-винильные группы представляют собой звенья, получаемые в результате полимеризации бутадиеновых звеньев посредством 1,2-присоединения.
Средняя молекулярная масса блок-сополимера стирола и сопряженного диена, в частности сополимера стирола и бутадиена, может составлять, например от 10000 до 500000, предпочтительно от 50000 до 200000 и более предпочтительно от 50000 до 150000 дальтон.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления светлое вяжущее не содержит полимера типа этиленвинилацетата (EVA) или типа полиэтилена низкой плотности, как, например, EPDM (этилен-пропилен-диеновый мономер) или ЕРМ (этилен-пропиленовый мономер).
В соответствии с конкретным вариантом осуществления суммарное количество блок-полимера, используемого в рамках способа согласно изобретению, составляет от 0,5 до 20 мас. %, предпочтительно от 1 до 10%, более предпочтительно от 1 до 7%, например от 2 до 5%.
Поверхностно-активные добавки
Для усиления взаимной аффинности между светлым вяжущим и заполнителями и для обеспечения его износостойкости можно также использовать специальные поверхностно-активные добавки. Речь может идти, например, об азотных поверхностно-активных производных жирных кислот (амины, полиамины, алкилполиамины и пр.).
При их введении в светлое вяжущее содержание поверхностно-активных добавок составляет, как правило, от 0,05 до 0,5 мас. % по отношению к массе светлого вяжущего. Так, например, в соответствии с конкретным вариантом осуществления предусмотрено добавление от 0,05 до 0,5 мас. % амина, предпочтительно от 0,1 до 0,3 мас. % амина.
Красители
В состав светлого синтетического вяжущего могут быть также включены один или несколько красителей, таких как минеральные пигменты или органические красители. Пигменты отбирают в соответствии с нужным оттенком или цветом покрытия. Можно использовать, например, такие оксиды металлов, как оксиды железа, хрома, кобальта или титана, для получения красного, желтого, серого, сине-зеленого или белого цвета. Пигменты можно добавлять с равным успехом в светлое вяжущее, или в асфальтобетонную смесь (например, в качестве смеси с заполнителями), или в эмульсию светлого вяжущего.
Способ получения светлого вяжущего
Настоящее изобретение также относится к способу получения светлых вяжущих согласно изобретению. Этот способ включает следующие стадии:
(i) смешивание пластификатора, например масла DAO, и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 10-30 минут,
(ii) добавление структурообразователя, например углеводородной смолы, смешивание и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 30 минут - 2 часов,
(iii) добавление полимера или полимеров, например SBS, смешивание и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 90 минут - 3 часов, предпочтительно в течение 90 минут - 2 часов 30 минут,
(iv) необязательно добавление поверхностно-активной добавки, смешивание и нагревание до температуры от 140 до 200°С, например в течение 5 минут - 20 минут.
Последовательность стадий (i)-(iv) может быть изменена.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления светлое вяжущее согласно изобретению содержит по отношению к общей массе светлого вяжущего:
(i) от 40 до 80 мас. %, предпочтительно от 45 до 70 мас. % пластификатора, предпочтительно от 55 до 70 мас. % пластификатора, например масла DAO,
(ii) от 20 до 45 мас. %, предпочтительно от 25 до 40 мас. % структурообразователя, например углеводородной смолы,
(iii) от 1 до 7 мас. % полимеров, предпочтительно от 4 до 6% полимеров, например блок-сополимера типа SBS,
(iv) необязательно от 0,05 до 0,5 мас. % добавки, предпочтительно от 0,1 до 0,3 мас. % добавки, например аминов.
Предпочтительно, чтобы светлое вяжущее согласно изобретению имело проницаемость при 25°С, измеряемую в соответствии со стандартом NF EN 1426, от 10 до 220 1/10 мм, предпочтительно от 30 до 100 1/10 мм, более предпочтительно от 40 до 80 1/10 мм, а также предпочтительно от 10 до 50 1/10 мм, более предпочтительно от 10 до 40 1/10 мм. Специалисты в данной области могут изменять проницаемость светлого вяжущего, в частности посредством надлежащего выбора массового соотношения (структурообразователь/пластификатор) в композиции светлого вяжущего. Ведь известно, что, увеличивая это соотношение, можно уменьшить проницаемость при 25°С.
Предпочтительно, чтобы светлое вяжущее согласно изобретению имело температуру размягчения, определяемую методом кольца и шара, в соответствии со стандартом NF EN 1427, от 50 до 90°С и точку хрупкости по Фраасу, определяемую в соответствии со стандартом NF EN 12593, меньше или равную -5°С, предпочтительно меньше или равную -10°С и более предпочтительно меньше или равную -12°С.
Предпочтительно, чтобы светлое вяжущее согласно изобретению имело цветовой индекс, определяемый по шкале ASTM DH4 меньше или равный 4, предпочтительно меньше или равный 3.
Предпочтительно, чтобы светлое вяжущее согласно изобретению имело динамическую вязкость при 135°С, измеряемую в соответствии со стандартом NF EN 13702, меньше или равную 0,5 Па⋅с, предпочтительно меньше или равную 0,35 Па⋅с.
Предпочтительно, чтобы светлое вяжущее согласно изобретению имело сопротивление колееобразованию при 10000 циклах менее 15%. Испытание на сопротивление колееобразованию проводят в соответствии с требованиями стандарта NF EN 12697-22 А1 и IN1 с целью определения деформационного поведения битумных материалов, подвергающихся действию динамических нагрузок.
Применения светлого вяжущего
Светлое вяжущее согласно изобретению может найти применение с помощью использования с равным успехом таких хорошо известных специалистам технологий, как «горячие», «теплые» или «холодные».
Под «горячими технологиями» понимаются технологии, с помощью которых температура светлого вяжущего доводится в процессе его применения до относительно высоких значений. Горячие технологии обеспечивают получение так называемых «горячих» покрытий, асфальтов и асфальтобетонных смесей, таких как стабилизированного битумом щебня, асфальтобетонных смесей с высоким модулем, стабилизированного битумом песка, полузернистых асфальтобетонов (SCAC), асфальтобетонов с высоким модулем (НМАС), гибких асфальтобетонов (SAC), тонких асфальтобетонов (ТАС), дренирующих асфальтобетонов (РАС), очень тонких асфальтобетонов (VTAC) и ультратонких асфальтобетонов (UTAC). Светлое вяжущее согласно изобретению пригодно для получения всех вышеперечисленных асфальтобетонных смесей, асфальтов и покрытий.
Таким образом, другим объектом изобретения являются асфальтобетонные смеси, содержащие светлое вяжущее согласно изобретению, заполнители, необязательно наполнители и необязательно пигменты.
Наполнители (или мелкие частицы) представляют собой частицы с размерами менее 0,063 мм. Заполнители включают частицы с размерами 0/2 (песок), 2/4 (щебень), 4/6 и 6/10.
Асфальтобетонная смесь содержит, как правило, от 1 до 10 мас. % светлого синтетического вяжущего по отношению к общей массе асфальтобетонной смеси, предпочтительно от 4 до 8 мас. %, а остальное составляют заполнители, необязательно наполнители и необязательно пигменты (пигменты присутствуют в количестве от 0 до 1 мас. % асфальтобетонной смеси, а наполнители - в количестве от 0 до 2 мас. % асфальтобетонной смеси).
Объектом изобретения являются также литые асфальты, содержащие светлое вяжущее согласно изобретению, минеральные наполнители и необязательно пигменты. Асфальт содержит от 1 до 20 мас. % светлого вяжущего по отношению к общей массе асфальта, предпочтительно от 5 до 10 мас. %, а остальное составляют наполнители и необязательно пигменты (пигменты присутствуют в количестве от 0 до 1 мас. % асфальта).
Благодаря низкой вязкости светлого вяжущего согласно изобретению способ получения горячих асфальтобетонных смесей или асфальтов характеризуется менее высокими температурами, чем в традиционных способах получения горячих асфальтобетонных смесей или асфальтов. Дело в том, что при использовании традиционных способов получения горячих асфальтобетонных смесей (или асфальтов) сначала осуществляют смешивание вяжущего с заполнителями, необязательно с наполнителями и необязательно с пигментами (без заполнителей в случае асфальтов) при так называемой «температуре изготовления», или температуре нанесения покрытия порядка 160-180°С для асфальтобетонных смесей и порядка 200-250°С для асфальтов. Затем смесь вяжущее-заполнители-наполнители-пигменты или вяжущее-наполнители-пигменты распределяют (в случае асфальтобетонных смесей) или заливают (в случае асфальтов) при так называемой «температуре эксплуатации» порядка 140-160°С для асфальтобетонных смесей и порядка 180-230°С для асфальтов. При работе с асфальтобетонными смесями дополнительно предусматривают стадию уплотнения при так называемой «температуре уплотнения» порядка 130-140°С. После уплотнения асфальтобетонной смеси или заливки асфальта асфальтобетонную смесь или асфальт охлаждают при температуре окружающей среды.
Способ получения асфальтобетонных смесей согласно изобретению характеризуется температурой изготовления от 100 до 160°С, предпочтительно от 120 до 140°С, температурой эксплуатации от 80 до 140°С, предпочтительно от 100 до 120°С, и температурой уплотнения от 70 до 130°С, предпочтительно от 90 до 110°С.
Способ получения асфальтов согласно изобретению характеризуется температурой изготовления от 140 до 180°С, предпочтительно от 150 до 170°С, и температурой эксплуатации от 120 до 160°С, предпочтительно от 130 до 150°С. Таким образом, благодаря способам получения согласно изобретению удается снизить расход энергии и выделение дыма в процессе получения асфальтобетонных смесей или асфальтов согласно изобретению.
Под «холодными технологиями» понимаются технологии, основанные на использовании эмульсий светлого вяжущего в водной фазе при более низких температурах. Холодные технологии обеспечивают получение поверхностных слоев, жидких цементных растворов, укладываемых в холодном состоянии асфальтобетонных смесей, холодных асфальтобетонных смесей, холодных асфальтобетонов, стабилизированных эмульсией щебней или хорошо сохраняющихся холодных асфальтобетонных смесей.
Светлое вяжущее согласно изобретению пригодно для получения вышеперечисленных материалов.
Таким образом, другим объектом изобретения является эмульсия светлого вяжущего, содержащая светлое вяжущее согласно изобретению, воду и эмульгатор. Светлое вяжущее содержит по меньшей мере один пластификатор, по меньшей мере один структурообразователь и по меньшей мере один полимер, как определено выше.
Другим объектом изобретения является способ получения эмульсии светлого вяжущего, включающий следующие стадии:
(i) получение светлого вяжущего путем смешивания по меньшей мере одного пластификатора, по меньшей мере одного структурообразователя и по меньшей мере одного полимера, как определено выше,
(ii) получение эмульгирующего раствора путем смешивания воды и эмульгатора,
(iii) диспергирование светлого вяжущего стадии (i) в эмульгирующем растворе стадии (ii).
Эмульсия светлого вяжущего согласно изобретению содержит светлое вяжущее в количестве предпочтительно от 50 до 80 мас. %, более предпочтительно от 60 до 70 мас. %.
Таким образом, объектом изобретения являются также холодные асфальтобетонные смеси, получаемые путем смешивания эмульсии светлого вяжущего с заполнителями, необязательно с наполнителями и необязательно пигментами. Объектом изобретения являются также покрытия, получаемые на основе эмульсии светлого вяжущего, заполнителей, необязательно наполнителей и необязательно пигментов.
Использование светлого вяжущего согласно изобретению в качестве смазочного материала для канатов подвесных дорог или, в более общем случае, для тросов, используемых при транспортировке тяжелых грузов и испытывающих действие температур ниже -10°С и/или сильных температурных колебаний, представляется преимущественным, если учесть высокую пластичность этого светлого вяжущего.
Остальные цели, признаки и преимущества изобретения явствуют из нижеследующих примеров, которые приводятся исключительно в целях иллюстрации и отнюдь не являются исчерпывающими.
ПРИМЕРЫ
Получение композиции светлого вяжущего согласно изобретению (Пример 1)
В соответствии с Примером 1 светлое вяжущее содержит следующие компоненты:
- 63,8 мас. % масла DAO с содержанием 67% парафиновых соединений, 19% нафтеновых соединений и 14% ароматических соединений в качестве пластификатора;
- 31 мас. % углеводородной смолы в качестве структурообразователя;
- 5 мас. % порошкообразного сополимера SBS;
- 0,2 мас. % поверхностно-активной добавки типа амина.
Светлое вяжущее согласно Примеру 1 получают с использованием способа, в рамках которого:
(i) нагревают масло DAO, например до 170°С;
(ii) добавляют смолу и производят смешивание, например в течение 1-2 часов при температуре 170°С со скоростью перемешивания 300 об/мин;
(iii) добавляют порошкообразный сополимер SBS и производят смешивание, например в течение 2 часов при температуре 170°С со скоростью перемешивания 300 об/мин;
(iv) при необходимости добавляют поверхностно-активную добавку в жидком виде, после чего производят смешивание в течение 15 минут при температуре 170°С.
Получение контрольных композиций светлого вяжущего
Контрольные композиции С1-С4 светлого вяжущего получают с использованием способов, по существу аналогичных описанному в предыдущем абзаце, но со следующими компонентами и пропорциями (в мас. % по отношению к общей массе светлого вяжущего:
1
RAE означает остаточные ароматические экстракты и относится к остаткам ароматических экстрактов нефтяных продуктов. Масло RAE, использованное в примерах С1-С4, имеет следующую композицию: 31% парафиновых соединений, 49% нафтеновых соединений и 20% ароматических соединений.
2
9
10
Углеводородная смола, получаемая посредством полимеризации ненасыщенных ароматических углеводородов С-С. Ее температура плавления составляет от 135 до 145°С согласно ASTM D3461.
3
Линейный стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер 70/30 с массовым содержанием 1,2-винильных групп 28,5% и молекулярной массой порядка 140000 дальтон в полистирольном эквиваленте (PS).
4
Термопластичный бутадиен-стирольный сополимер 70/30 радиальной структуры, полимеризованный в растворе, с массовым содержанием 1,2-винильных групп 7,1% и молекулярной массой порядка 330000 дальтон в полистирольном эквиваленте (PS).
Исследование свойств светлых вяжущих согласно изобретению
В нижеследующей Таблице 2 приведены физико-механические свойства светлого вяжущего согласно Примеру 1 в сравнении с контрольными вяжущими С1-С4.
Вяжущее согласно Примеру 1 и контрольные вяжущие С1 и С2 имеют сорт 50/70 с учетом того, что значения их проницаемости составляют от 50 до 70 1/10 мм.
Было установлено, что светлое вяжущее согласно Примеру 1 обладает следующими преимуществами, в частности по сравнению с контрольными вяжущими С1 и С2, содержащими масло RAE:
(i) лучший индекс пластичности,
(ii) в два раза меньшую вязкость,
(iii) более светлый цвет,
(iv) приемлемые сопротивление колееобразованию и пенетрацию.
Было также обнаружено, что светлое вяжущее согласно Примеру 1 имеет в два раза меньшую вязкость по сравнению с контрольным вяжущим С3, содержащим комбинацию масла DAO и бутадиен-стирольного термопластичного сополимера радиальной структуры.
Получение композиции светлого вяжущего согласно изобретению (Примеры 2 и 3)
Были получены два светлых вяжущих согласно изобретению на основе компонентов, приведенных в Таблице 3. В этой таблице указаны содержания в мас. % по отношению к общей массе композиции.
Светлое вяжущее согласно Примеру 2 имеет сорт 50/70, поскольку его проницаемость составляет от 50 до 70 1/10 мм.
Светлое вяжущее согласно Примеру 3 имеет сорт 20/30, поскольку его проницаемость составляет от 20 до 30 1/10 мм.
2
9
10
Углеводородная смола, получаемая посредством полимеризации ненасыщенных ароматических углеводородов С-С. Ее температура плавления составляет от 135 до 145°С согласно ASTM D3461.
3
Линейный стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер 70/30 с массовым содержанием 1,2-винильной группы 28,5% и молекулярной массой порядка 140000 дальтон в полистирольном эквиваленте (PS).
Температура растрескивания вяжущих до и после старения
Светлые вяжущие согласно Примерам 2 и 3 были расфасованы на 3 образца каждого (образцы согласно Примеру 2: B1, В2, В3; образцы согласно Примеру 3: В4, В5, В6).
Светлое вяжущее, соответствующее контролю С2, было расфасовано на 2 образца: В7 и В8.
Образцы B1, В4 и В7 старению не подвергались.
Образцы В2, В5 и В8 были подвергнуты испытанию на старение RTFOT (испытание на укатывание тонкой пленки в печи) в соответствии со стандартом EN 12607-1. Подвергнутые таким образом старению образцы В2 и В5 отбирали для определения их характеристик «после RTFOT».
Образцы В3 и В6 последовательно подвергали испытанию на старение RTFOT в соответствии со стандартом EN 12607-1, а затем - испытанию на старение PAV (в сосуде для старения под давлением) в соответствии со стандартом EN 14769. Образцы В3 и В6, предварительно подвергнутые старению в ходе испытания RTFOT, нагревали и заливали в металлические лотки, которые хранились при температуре 100°С под давлением 2,1 МПа в течение 20 часов. Подвергнутые таким образом старению образцы В3 и В6 отбирали после нагрева до текучего состояния для определения их характеристик «после RTFOT + PAV».
Затем образцы В1-В8 подвергали испытанию ABCD (в устройстве для растрескивания битумных вяжущих). Испытание ABCD проводили с соблюдением протокола AASH ТО ТР92-11, позволяющего определять температуру растрескивания образца вяжущего. Образец вяжущего (примерно 14 г) заливали в зазор между инваровым кольцом и силиконовой формой. Залитый таким образом образец помещали в термостатированную камеру на 1 час при температуре 5°С, после чего температуру снижали до -60°С со скоростью 2°С в час, что приводило к усадке вяжущего и позволяло, таким образом, определить температуру растрескивания образца.
Образцы В1-В8 подвергали испытанию ABCD с использованием описанного выше протокола. Соответствующие значения температур растрескивания этих образцов В1-В8 сведены в нижеследующую Таблицу 4.
Температура растрескивания образцов В2, В3, которые претерпели, соответственно, старение RTFOT и RTFOT + PAV, сохранялась на том же уровне по сравнению с температурой растрескивания образца В1, не претерпевшего старения.
Температура растрескивания образцов В5 и В6, которые претерпели, соответственно, старение RTFOT и RTFOT + PAV, слегка повысилась по сравнению с температурой растрескивания образца В4, не претерпевшего старения, однако это повышение температуры растрескивания образцов В5 и В6 остается все же приемлемым для образцов сорта 20/30.
Кроме того, образцы В1 и В7 сорта 50/70 не претерпели старения, в отличие от образцов В2 и В8 (оба сорта 50/70), которые претерпели старение RTFOT.
Следует заметить, что имея один и тот же сорт 50/70, образцы В1 и В2, содержащие масло DAO, характеризуются температурами растрескивания, соответственно, -53,8°С и -53,4°С, в отличие от образцов В7 и В8, содержащих масло RAE, температура растрескивания которых равна, соответственно, -34,7°С и -33,4°С.
Следовательно, светлое вяжущее согласно изобретению имеет то преимущество, что его температура растрескивания заметно выше таковой у светлого вяжущего, содержащего масло RAE. Это означает, что светлое вяжущее согласно изобретению менее восприимчиво к холоду, чем светлое вяжущее, содержащее масло RAE, и, соответственно, светлое вяжущее согласно изобретению является более стойким к воздействию низких температур.