КОМПОЗИЦИЯ МОДИФИКАТОРА АСФАЛЬТА И КОМПОЗИЦИЯ АСФАЛЬТА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ МОДИФИКАТОР
ASPHALT MODIFIER COMPOSITION AND ASPHALT COMPOSITION CONTAINING SAID MODIFIER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции модификатора асфальта и композиции асфальта, содержащей такой модификатор, и более конкретно к композиции модификатора асфальта, имеющего повышенную скорость растворения в асфальте, и к композиции асфальта, содержащей такой модификатор.
Уровень техники
Область применения асфальта, используемого в качестве материала для дорожного покрытия и гидроизоляции, в значительной степени ограничена вследствие его растрескивания при низкой температуре, пластической деформации при высокой температуре и так далее. Поэтому на протяжении уже длительного периода времени активно развиваются исследования и применение различных модификаторов асфальта для исправления этих недостатков асфальта.
В качестве модификатора асфальта могут быть использованы различные полимерные материалы, такие как сополимер олефина и акрилового соединения, статистический сополимер винилароматического углеводорода и диена с сопряженными двойными связями, блок-сополимер винилароматического углеводорода и диена с сопряженными двойными связями и так далее. В числе прочих, наиболее широко используется блок-сополимер винилароматического углеводорода и диена с сопряженными двойными связями, так как он позволяет значительно расширить температурный интервал применения и увеличить срок службы асфальта.
При этом в процессе модификации асфальта очень важно растворить и диспергировать полимерные материалы в асфальте. Обычно скорость растворения модификатора асфальта является низкой, в силу чего она непосредственно влияет на производительность процесса. Для того чтобы повысить производительность процесса, можно увеличить растворимость модификатора в асфальте путем регулирования молекулярной массы и молекулярной структуры полимерного материала, что ухудшает конечные механические физические свойства.
Описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает решение проблемы предшествующего уровня техники в этой области.
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка композиции модификатора асфальта, которая позволяет решить проблему, связанную с тем, что блок-сополимер винилароматического углеводорода и соединения диена с сопряженными двойными связями, который является модификатором асфальта, добавляемым для расширения температурной области использования и увеличения срока службы асфальта, медленно растворяется в асфальте, то есть имеет низкую скорость растворения блок-сополимера в асфальте; и разработка композиции асфальта, содержащей этот модификатор.
Кроме того, задачей настоящего изобретения является разработка способа получения композиции модификатора асфальта.
Композиция модификатора асфальта согласно настоящему изобретению включает блок-сополимер, который получают путем блок-сополимеризации винилароматического углеводорода и соединения диена с сопряженными двойными связями, и функциональную добавку, выбранную из группы, состоящей из соединений, представленных формулами 1 и 2.
Формула 1
В формуле 1 сумма n+m+m' составляет до 35, предпочтительно до 25. Каждое из n, m, и m' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
Формула 2
В формуле 2 сумма p+p' составляет до 30, более предпочтительно до 20. Каждое из p и p' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
Предпочтительно, чтобы в композицию модификатора асфальта настоящего изобретения вводили блок-сополимер в количестве от 90 до 99,9 масс.% и вводили функциональную добавку в количестве от 0,1 до 10 масс.%. В частности, функциональная добавка может быть выбрана из группы, состоящей из адипатного соединения и фталатного соединения, и более конкретно функциональная добавка может быть выбрана из группы, состоящей из ди(2-этилгексил)адипата, ди(2-этилгексил)фталата и диизодецилфталата.
Настоящее изобретение также предлагает композицию модификатора асфальта и композицию асфальта, содержащую модификатор асфальта.
Настоящее изобретение также предлагает способ получения композиция модификатора асфальта. Способ получения композиции модификатора асфальта согласно настоящему изобретению включает получение блок-сополимера путем блок-сополимеризации винилароматического углеводорода и соединения диена с сопряженными двойными связями в результате анионной полимеризации с использованием органического анионного инициатора в реакторе, содержащем углеводородный растворитель; введение функциональной добавки, выбранной из группы, состоящей из соединений, представленных формулами 1 и 2, в реактор; и получение композиции модификатора асфальта, включающей блок-сополимер и функциональную добавку, путем удаления углеводородного растворителя.
Формула 1
В формуле 1 сумма n+m+m' составляет до 35, предпочтительно до 25. Каждое из n, m, и m' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
Формула 2
В формуле 2 сумма p+p' составляет до 30, предпочтительно до 20. Каждое из p и p' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
В приведенном выше описании, получение блок-сополимера может включать формирование винилароматического блока путем добавления винилароматического углеводорода в реактор, включающий углеводородный растворитель, и затем введение в него органического анионного инициатора; формирование блока диена с сопряженными двойными связями, присоединенного к концу винилароматического блока, путем добавления соединения диена с сопряженными двойными связями в реактор; и формирование винилароматического блока, присоединенного к концу блока диена с сопряженными двойными связями, образованного путем добавления винилароматического углеводорода в реактор, или формирование линейного триблок-сополимера путем введения в реактор реагента, участвующего в реакции сочетания.
Кроме того, получение блок-сополимера включает формирование винилароматического блока путем добавления винилароматического углеводорода в реактор, включающий углеводородный растворитель, и затем введения в него органического анионного инициатора; формирование блока диена с сопряженными двойными связями, присоединенного к концу блока диена с сопряженными двойными связями, путем добавления соединения диена с сопряженными двойными связями в реактор; и формирование триблок-сополимера в форме звезды путем введения в реактор реагента, участвующего в реакции сочетания.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно.
Композиция модификатора асфальта согласно настоящему изобретению включает блок-сополимер, который получают путем блок-сополимеризации винилароматического углеводорода и соединения диена с сопряженными двойными связями, и функциональную добавку, выбранную из группы, состоящей из соединений, представленных формулами 1 и 2.
Формула 1
В формуле 1 сумма n+m+m' составляет до 35, предпочтительно до 25. Каждое из n, m, и m' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
Формула 2
В формуле 2 сумма p+p' составляет до 30, более предпочтительно до 20. Каждое из p и p' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
Функциональную добавку, используемую в настоящем изобретении, вводят для исправления недостатка блок-сополимера, включающего винилароматический блок и блок диена с сопряженными двойными связями, который используют в качестве модификатора асфальта в известном уровне техники в данной области, а именно низкой скорости растворения в асфальте. Функциональная добавка имеет преимущество в том, что блок-сополимер быстро растворяется в асфальте и значительно не понижается температура размягчения асфальта.
Факторы, влияющие на скорость растворения сополимера винилароматического углеводорода и диена с сопряженными двойными связями в асфальте, могут включать температуру, скорость сдвига, размер частиц и их распределение, молекулярную структуру полимера и так далее. Наряду с прочим, настоящее изобретение использует функциональную добавку, имеющую параметр растворимости, аналогичный параметру растворимости сополимера винилароматического углеводорода и диена с сопряженными двойными связями, для улучшения скорости растворения путем ослабления молекулярной структуры сополимера, в частности стирольного блока.
Если функциональная добавка представлена соединениями, представленными формулами 1 и 2, на нее не накладывают практически никаких ограничений. В частности, функциональная добавка может быть выбрана из группы, состоящей из адипатного соединения и фталатного соединения, и более конкретно функциональная добавка может быть выбрана из группы, состоящей из ди(2-этилгексил)адипата, ди(2-этилгексил)фталата и диизодецилфталата.
Между тем, блок-сополимер, используемый в настоящем изобретении, является модификатором асфальта, который уже применяли для расширения температурной области использования и увеличения срока службы асфальта в известном уровне техники в данной области. Что касается модификатора, подходящего для настоящего изобретения, их этих модификаторов, то блок-сополимер включает винилароматический блок, имеющий молекулярную массу от 5000 до 150000 г/моль, и блок диена с сопряженными двойными связями, имеющий молекулярную массу от 8000 до 150000 г/моль, и предпочтительно, чтобы массовое отношение винилароматического блока к блоку диена с сопряженными двойными связями составляло от 5:95 до 50:50.
Предпочтительно, чтобы винилароматический блок, блок-сополимера формировали с помощью одного или более соединений, выбранных из группы, состоящей из стирола, метилстирола и их смеси, и предпочтительно, чтобы блок диена с сопряженными двойными связями блок-сополимера формировали с помощью одного или более соединений, выбранных из группы, состоящей из бутадиена, изопрена и их смеси.
4
Предпочтительно, чтобы блок-сополимером являлся триблок-сополимер, где блок диена с сопряженными двойными связями формируют между винилароматическими блоками. В качестве примера триблок-сополимера, триблок-сополимер может быть сформирован таким образом, что винилароматический блок, блок диена с сопряженными двойными связями и винилароматический блок соединены линейно один за одним, и триблок-сополимер может иметь форму звезды или лучеобразную форму, которую формируют с помощью реагента, участвующего в реакции сочетания, такого как Si (- блок диена с сопряженными двойными связями, - винилароматический блок). Предпочтительно, чтобы молекулярная масса триблок-сополимера составляла от 15000 до 500000.
Предпочтительно, чтобы в композицию модификатора асфальта настоящего изобретения блок-сополимер вводили в количестве от 90 до 99,9 мас.% и предпочтительно, чтобы функциональную добавку вводили в количестве от 0,1 до 10 мас.%. Если вводится слишком большое количество функциональной добавки, то могут ухудшаться физические свойства основной композиции, и если вводится слишком малое количество функциональной добавки, то трудно получить требуемое свойство.
Настоящее изобретение предлагает способ получения композиции модификатора асфальта. Способ получения композиции модификатора асфальта согласно настоящему изобретению включает получение блок-сополимера путем блок-сополимеризации винилароматического углеводорода и соединения диена с сопряженными двойными связями в результате анионной полимеризации с использованием органического анионного инициатора в реакторе, содержащем углеводородный растворитель; введение функциональной добавки, выбранной из группы, состоящей из соединений, представленных формулами 1 и 2, в реактор; получение композиции модификатора асфальта, включающей блок-сополимер и функциональную добавку, путем удаления углеводородного растворителя.
Формула 1
В формуле 1 сумма n+m+m' составляет до 35, предпочтительно до 25. Каждое из n, m, и m' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
Формула 2
В формуле 2 сумма p+p' составляет до 30, более предпочтительно до 20. Каждое из p и p' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1. X является сложной эфирной группой [-C(=O)O-], карбонильной группой [-C(=O)-], простой эфирной группой [-O-], тиогруппой [-S-], аминогруппой [-N(H)-], алкиламиногруппой [-N(R)-], или фосфиновой группой [-P(H)-].
4
В приведенном выше описании получение блок-сополимера может включать формирование винилароматического блока путем добавления винилароматического углеводорода в реактор, включающий углеводородный растворитель, и затем введение в него органического анионного инициатора; формирование блока диена с сопряженными двойными связями, присоединенного к концу винилароматического блока, путем добавления соединения диена с сопряженными двойными связями в реактор; и формирование винилароматического блока, присоединенного к концу блока диена с сопряженными двойными связями, образованного путем добавления второго винилароматического углеводорода в реактор, с образованием в результате линейного блок-сополимера стирол-бутадиен-стирол (SBS). Кроме того, может быть добавлен соответствующий реагент, участвующий в реакции сочетания, вместо добавления второго винилароматического углеводорода, для того чтобы сформировать линейный триблок-сополимер. Кроме того, получение блок-сополимера может включать формирование винилароматического блока путем добавления винилароматического углеводорода в реактор, включающий углеводородный растворитель, и затем введение в него органического анионного инициатора; формирование блока диена с сопряженными двойными связями, соединенного с концом винилароматического блока, путем добавления в реактор соединения диена с сопряженными двойными связями; и формирование блока триблок-сополимера в форме звезды или в форме лучей, такого как Si(диен с сопряженными двойными связями, винилароматический блок), и так далее, путем введения в реактор реагента, участвующего в реакции сочетания, такого как тетрахлорид кремния, и так далее.
Анионная полимеризация, применяемая в настоящем изобретении, исполняет роль блок-полимеризации таким образом, что стирольный блок последовательно образуется на основе н-бутильных отрицательных ионов, а отрицательные ионы образуются на конце стирольного блока в результате введения винилароматического соединения, такого как стирол, в углеводородный растворитель, например, в н-гексан, гептан, и так далее, содержащий органический анионный инициатор, такой как н-бутиллитий, и так далее. Таким образом, если стирольное соединение полностью расходуется, то для образования бутадиенового блока из конца стирольного блока вводят соединение диена с сопряженными двойными связями, такое как бутадиен. В это время, на конце бутадиенового блока образуются отрицательные ионы. Если бутадиеновое соединение полностью расходуется, то вводят стирольное соединение, что позволяет получать блок-сополимер стирол-бутадиен-стирол. При анионной сополимеризации на конце блока всегда образуются отрицательные ионы, в результате чего блок может быть продлен. И, наконец, когда продление блока предполагается закончить, отрицательные ионы, существующие на конце блока, должны быть удалены путем введения таких соединений, как вода, спирт и так далее.
Обычно для анионной полимеризации могут быть использованы органический анионный инициатор и углеводородный растворитель, и на их использование не накладывают какие-либо ограничения. Обычно эти материалы являются хорошо известными в области технике, к которой принадлежит настоящее изобретение.
По существу, в настоящем изобретении получает полимерный материал, который может быть использован в качестве модификатора асфальта и затем введен и смешен с функциональной добавкой. Далее, согласно настоящему изобретению, удаляют растворитель, и затем получает одинаковые гранулы композиции модификатора асфальта. Затем, в настоящем изобретении используют гранулы модификатора для смешения с асфальтом, получая в результате модифицированный асфальт, имеющий отличные физические свойства.
Композицию модификатора асфальта настоящего изобретения, полученную способом изобретения, в конечном итоге используют для смешения с асфальтом. Предпочтительно, чтобы в композиции асфальта соотношение при смешении композиции модификатора асфальта и асфальта составляло от 1:99 до 15:85 по массе. При смешении композиции модификатора асфальта с асфальтом, температура асфальта составляет обычно от 150 до 240°. Когда температура асфальта является слишком низкой, становится затруднительным смешение, а когда температура является слишком высокой, увеличиваются расходы и, кроме того, могут происходить изменения соединений.
Смешение блок-сополимера, содержащего функциональную добавку, с асфальтом может быть осуществлено, как указано далее, путем использования перемешивающего устройства с низкой скоростью сдвига, предназначенного только для перемешивания, или путем использования перемешивающего устройства с высокой скоростью сдвига, предназначенного для одновременного измельчения и перемешивания.
500 г асфальта помещают в бак для смешения и выдерживают в течение пяти минут при температуре 150° и скорости вращения мешалки 400 оборотов в минуту. Затем скорость вращения мешалки увеличивают до 1000 оборотов в минуту и затем добавляют конкретное количество блок-сополимера (включающего функциональную добавку). После этого в течение трех минут повышают температуру до 180°, и скорость вращения мешалки понижают до 3000 оборотов в минуту. Состояние диспергирования и размер частиц сополимера при растворении блок-сополимера в асфальте путем перемешивания в течение заданного времени контролируют с помощью флуоресцентного микроскопа. Момент, когда размер частиц блок-сополимера, диспергированного в асфальте, достигает 1 мкм или менее, считают моментом времени полного растворения. В этот момент измеряют температуру размягчения.
В качестве асфальта используют асфальт марки AP-5, имеющий температуру размягчения от 40 до 60°, степень проницаемости от 60 до 70, и растяжимость при низких температурах 5 или менее. Температуру размягчения смеси асфальт/блок-сополимер измеряют методом стандарта ASTM36. Соотношение при смешении смеси асфальт/блок-сополимер может контролироваться в интервале от 0,1:99,9 до 20:80, предпочтительно от 1:99 до 15:85.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Далее, настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на варианты осуществления. Однако следующий далее вариант осуществления является только примером осуществления настоящего изобретения и поэтому его не следует считать в качестве ограничения объема настоящего изобретения.
Пример 1
Блок-сополимер получали, как указано далее, при использовании стирола и бутадиена в качестве мономера. В реактор объемом 10 л, заполненный азотом, вводили 4590 г циклогексана, который являются растворителем, и 264 г стирола и добавляли 0,672 г н-бутиллития при температуре 60°, в результате чего происходила полимеризация стирола. Полимеризуют стирол и затем вводят 587 г бутадиена, который является мономером, с помощью которого генерируют бутадиеновый блок на конце полимеризованного стирольного блока. Заканчивается полимеризация бутадиена, и затем вводят 0,388 г тетрахлорида кремния, с помощью которого осуществляют реакцию сочетания. После этого реакцию полимеризации останавливают путем введения 0,5 г воды. В раствор полимеризации добавляют в качестве добавок 3,5 г IR1076 (Irganox 1076) и 7,5 г TNPP, которые являются антиоксидантами и, наконец, добавляют и диспергируют 42 г ди(2-этилгексил)адипата, который является функциональной добавкой, и затем удаляют растворитель, получая в результате блок-сополимер. Молекулярная масса триблок-сополимера, полученного как описано выше, составляла 320000 г/моль. Смешивают 18 г полученного блок-сополимера с 500 г асфальта при температуре 180° и скорости вращения мешалки 3000 оборотов в минуту. Момент, когда размер частиц блок-сополимера, диспергированного в асфальте, достигает 1 мкм или менее, считают в качестве моментом полного растворения. Момент времени регистрируют в качестве времени растворения. Измеряют температуру размягчения в этот момент времени. Время растворения и температура размягчения указаны в приведенной далее таблице.
Пример 2
За исключением использования в качестве функциональной добавки 26 г ди(2-этилгексил)адипата пример 2 осуществляют так же, как пример 1. Измеряют температуру размягчения, и результаты представлены в приведенной далее таблице.
Пример 3
За исключением использования в качестве функциональной добавки 42 г ди(2-этилгексил)фталата пример 3 осуществляют так же, как пример 1. Измеряют температуру размягчения, и результаты представлены в приведенной далее таблице.
Пример 4
За исключением использования в качестве функциональной добавки 42 г диизодецилфталата пример 4 осуществляют так же, как пример 1. Измеряют температуру размягчения, и результаты представлены в приведенной далее таблице.
Сравнительный пример 1
За исключением того, что не вводят функциональную добавку, сравнительный пример 1 осуществляют так же, как пример 1. Измеряют температуру размягчения и результаты представлены в приведенной далее таблице.
Таблица 1Время растворения блок-сополимера и температура размягчения асфальтовой смеси
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Сравнительный пример 1
Время растворения (час)
2,0
2,3
2,8
3,0
3,5
Температура размягчения (°C)
59,0
59,4
59,0
59,6
60,1
Как можно видеть из таблицы 1, в примерах настоящего изобретения значительно снижается время растворения модификатора в асфальте без значительного понижения температуры размягчения асфальта, по сравнению с модификатором асфальта в известном уровне техники в этой области, который не включает функциональные добавки.
Композиция модификатора асфальта согласно настоящему изобретению быстро растворяется в асфальте без значительного понижения температуры размягчения асфальта, давая возможность получить однородную композицию асфальта и повысить эффективность композиции асфальта.