沥青混凝土组合物的制作方法
【专利摘要】沥青混凝土组合物，其包含骨料、沥青、硫和表面活性剂，其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。还公开了制备沥青混凝土组合物和沥青混凝土路面的方法。
【专利说明】沥青混凝土组合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及浙青混凝土(asphalt)组合物和制造浙青混凝土组合物的方法。
【背景技术】
[0002]在筑路和铺路工业中，用热的流体浙青(bitumen)涂覆骨料材料,如沙子、沙石乐、碎石或其混合物，在其还热的时候将涂覆的材料作为均匀的层铺在路基或之前构筑的道路上，并且通过用重型轧辊滚压来压实该均匀层，以形成光滑表面的道路，这是成熟实用的程序。
[0003]浙青与骨料材料(如，沙子、沙砾、碎石或其混合物)的组合称为“浙青混凝土”。浙青，也称为“浙青混凝土粘合剂”，通常是包含浙青质、树脂和溶剂的液体粘合剂。浙青可以例如包含源自石油残余物例如渣油、焦油或浙青(pitch)或其混合物的干馏混合物。
[0004]本领域已知硫可以与浙青混合，用于筑路和铺路工业中的应用。通过用单质硫替代常规粘合剂中的一些浙青来配制硫改性浙青。
[0005]在含硫浙 青混凝土的生产和铺路过程中遇到的问题，是眼部和喉部刺激。本发明的发明人设法降低了工人在含硫浙青混凝土生产和铺路过程期间的眼部和喉部刺激。
[0006]发明概沭
[0007]本发明的发明人已经发现了眼部和喉部刺激可能是由于存在硫蒸气引起的。在硫-浙青混凝土混合物制备过程中和在铺路时，铺设温度可以足够高，从而形成可引起附近工人的眼部和喉部刺激的硫蒸气量。在升高的温度下，硫的蒸气压高得足以导致存在大量的硫蒸气。在热的浙青混凝土混合物上方平衡的硫蒸气接触合适的表面时将发生沉积。
[0008]本发明的发明人已经发现通过将特定的表面活性剂掺入含硫浙青混凝土中，可降低硫蒸气的量，并且由此降低工人经受的眼部和喉部刺激的量。
[0009]因此，本发明提供了一种浙青混凝土组合物，其包含骨料、浙青、硫和选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物的表面活性剂。优选地，所述浙青混凝土组合物中的表面活性剂的量基于硫重量为0.05被％至10wt%。
[0010]在另一个方面中，本发明提供了一种用于制造根据本发明的浙青混凝土组合物的方法，该方法包括以下步骤:
[0011]⑴加热浙青；
[0012](ii)加热骨料；
[0013](iii)将热的浙青与热的骨料在混合装置中混合，以形成浙青混凝土组合物；
[0014]其中在步骤(i)、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入硫；并且其中优选地，基于硫重量的0.05?1:%至10wt%的表面活性剂在步骤⑴、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入，其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。
[0015]本发明进一步提供了一种用于铺设浙青混凝土路面的方法，其中浙青混凝土是根据本发明的方法制得的，并且进一步包括步骤:
[0016](iv)将浙青混凝土铺成层；和[0017](V)将该层压实。
[0018]在本发明的一个实施方案中，将硫和阳离子型和/或两性表面活性剂一起加入；硫是粒料形式，并将表面活性剂掺入硫粒料中。因此，本发明进一步提供了包含量为基于硫重量的0.05wt%至10wt%的表面活性剂的硫粒料，其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。这些粒料有利地用于根据本发明的方法中。
[0019]在本发明的可替代实施方案中，不是将阳离子型和/或两性表面活性剂掺入浙青混凝土组合物中，而是可以当铺设浙青混凝土路面时将阳离子型和/或两性表面活性剂喷在大气中。因此，本发明提供了一种用于制备浙青混凝土路面的方法，该方法包括步骤:
[0020]⑴加热浙青；
[0021](ii)加热骨料；
[0022](iii)将热的浙青与热的骨料在混合装置中混合，以形成浙青混凝土组合物；
[0023](iv)将浙青混凝土组合物铺成层；和
[0024](V)将该层压实；
[0025]其中在步骤或(iii)的至少一个步骤中加入硫；并且其中，在步骤(iv)和/或(V)中，将优选量为基于硫重量的0.05?1:%至IOwt%的表面活性剂喷在所述层上，其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。这样的方法也降低了浙青混凝土路面制备过程中工人经受的眼部和喉部刺激。
[0026]发明详沭
[0027]根据本发明的浙青混凝土组合物包含骨料、浙青、硫和表面活性剂，所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。
[0028]骨料合适地是适用于道路应用的任何骨料。骨料可以包括粗骨料(保留在4mm筛网上)、细骨料(通过4mm筛网，但保留在63 μ m筛网上)和/或填料(通过63 μ m筛网)。
[0029]通常，浙青混凝土组合物含有基于浙青混凝土组合物重量的至少lwt%浙青。优选含有约lwt%至约10wt%浙青的浙青混凝土组合物，特别优选含有基于浙青混凝土组合物重量的约3wt%至约7wt%浙青的浙青混凝土组合物。
[0030]浙青可以选自多种浙青化合物。可以使用的浙青可以是直馏浙青、热裂解残渣或沉降浙青，例如，来自丙烷。尽管不是必需的，浙青还可以已经接受了吹制(blowing)。可以通过用含氧气体，如空气、富氧空气、纯氧或任何其他含有分子氧和惰性气体(如，二氧化碳或氮气)的气体，处理浙青，来进行吹制。吹制操作可以在175至400°C，优选200至350°C的温度下进行。或者，可以通过催化方法来进行吹制处理。
[0031]用于本文中的浙青优选是适用于道路应用的铺路级浙青,具有例如9至1000dmm,更优选15至450dmm的针入度(根据EN1426:1999，在25°C下测试)和25至100°C，更优选25至600C的软化点(根据EN1427:1999测试)。
[0032] 浙青混凝土组合物中的硫量优选为基于浙青重量的10至200wt 优选从20wt %,更优选从30wt %并优选至IOOwt %更优选至80wt %。浙青混凝土铺路混合物中硫的存在可以提高铺路混合物的强度和抗车辙性，并且重要的是包括足量的硫来实现这些优势。此外，掺入增加量的硫可以降低铺路混合物的成本。然而，太多的硫可能降低铺路混合物的可加工性。
[0033]可以以硫粒料的形式将硫掺入浙青混凝土组合物中。本文中所指的粒料是已经从熔融状态铸成某种规则尺寸的颗粒的任何类型的硫材料，例如，薄片、板状或球形硫，如丸状、细粒、块状和锭状，或半颗豌豆大小的硫。硫粒料通常包含基于硫粒料重量的50至IOOwt%硫,优选从60wt%,最优选从70wt%;并且通常至99wt%,并且优选至95wt%,或至IOOwt %。更优选的范围是60至IOOwt %。
[0034]这些硫粒料可以含有炭黑，和任选的其他成分，如醋酸戊酯和蜡。炭黑可以以基于粒料高达5% wt的量存在，优选高达2% wt。合适地，硫粒料中的炭黑量为至少0.25wt%。其他成分的量，如醋酸戊酯和蜡，通常各自不超过1.0wt%量。当存在蜡时，可以例如是疏松石腊或源自费-托法(Fischer-Tropsh process)的腊的形式。本文中所用的合适的腊的实例是Sasobit(RTM)——可从Sasol商购的费-托衍生蜡，和SXlOO腊——来自ShellMalaysia的费-托腊。
[0035]本文中所用的合适的硫粒料的实例是Thiopave (RTM)粒料,可从Shell Canada购得。
[0036]优选地，用于本发明的表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂、及其混合物。在本文中使用时，术语‘阳离子型表面活性剂’和‘两性表面活性剂’是指以它们的阳离子型或两性形式存在的化合物以及将原位转变成它们的阳离子型或两性形式(例如通过质子化或烷基化)的那些化合物。
[0037]合适的阳离子型表面活性剂包括但不限于含氮阳离子型表面活性剂。含氮阳离子型表面活性剂通常将选自脂族腈(RCN)，脂族酰胺(RCONH2)，脂族胺(例如RNH2, RRNH,R (CH3) 2N，R (CH3) 3N+，RR (CH3) N)，R3N)，脂族多胺((RNHR’) ηΝΗ2)，β 脂族伯胺(例如 RCH (NH2) CH3)，β脂族多胺，芳基脂族胺(例如R(C6H5)NH2包括苄基衍生物例如RN(CH3)2CH2C6H5)，醚胺(例如ROR’ NH2)或非芳族环胺(例如烷基咪唑啉和烷基吗啉)，或上面列举的任何化合物的衍生物，例如它们的盐、环氧乙烷或环氧丙烷加合物、或季铵盐。
[0038]特别优选的阳离子型表面活性剂是由通式R1NR2R3表示的脂肪胺烷氧基化物，其中R1是含有12到20个碳原子的脂族部分以及R2和R3各自独立地是含有2至25乙氧基/丙氧基单元的脂族部分。优选R2和R3是相同的。
[0039]合适的两性表面活性剂包括但不限于含氮两性表面活性剂。这些可以选自氧化胺(RNH2O, RNH (CH3) O, RN (CH3) 20)，甜菜碱衍生物(例如 RNH (CH2CO2) RN (CH3) (CH2CO2)或 RN (CH3) 2 (CH2CO2))烷基酰胺基-丙基甜菜碱(例如 RCONHR' N (CH3) 2 (CH2CO2))，磺基甜菜碱(例如 RN(CH3)2R' SO3 或 RCONHR' (CH3)2CH2CH(OH) CH2SO3)),卵磷脂(例如(CH3) 3NR’ OP (O) 20CH2CH (OCO2R) CH2OCO2R或其部分水解衍生物)或上面列出的任何化合物的衍生物，例如它们的盐、环氧乙烷或环氧丙烷加合物、或季铵盐。
[0040]在本文中使用时，R表示8至22、优选12至20、更优选16至20个碳原子的取代或未取代脂族基，R’表示2至4个碳原子的烷基，并且η表示I至3的整数。
[0041 ] 优选地，所述至少一种表面活性剂选自脂族胺(例如RNH2，RRNH, R (CH3)具R(CH3) 3Ν+，RR(CH3)N, R3N)和它们的环氧乙烷或环氧丙烷加合物。在本发明的特别优选的实施方式中，所述至少一种表面活性剂是脂族胺的环氧乙烷或环氧丙烷加合物，其中R是含有12至20个碳原子、更优选16至20个碳原子范围内的脂族基。在这种实施方式中，脂族胺的环氧乙烷或环氧丙烷加合物更优选是牛油胺的环氧乙烷或环氧丙烷加合物。
[0042]本文中使用的特别优选的表面活性剂可在商品名Toximul ΤΑ5(基于牛油胺乙氧基化物的阳离子型表面活性剂)下商购，可得自Stepan Company(NorthfieId, IL, USA)。
[0043]适当地，基于硫的重量，所述阳离子型和/或两性表面活性剂的总量在0.05wt%至10wt%的范围内。优选地，相对于硫的重量，所述阳离子型和/或两性表面活性剂的总量在0.1至8wt%范围内，更优选在0.2至6wt%范围内，并且最优选在I至5被％范围内。为了实现期望的减少硫蒸气以及减轻眼睛和咽喉刺激，应该掺入足够的阳离子型和/或两性表面活性剂，但更大的量将引起更高的费用。
[0044]本发明的浙青混凝土组合物可以适当地包含另外的组分。在本发明的一种实施方式中，所述浙青混凝土组合物包含阴离子型表面活性剂，其量基于硫的重量为0.05%到10%。所述阴离子型表面活性剂适合选自木质素衍生物例如木质素磺酸盐；芳族磺酸盐和脂族磺酸盐以及它们的甲醛缩合物和衍生物；脂肪酸和羧酸盐，包括磺化脂肪酸；和烷基酚_、聚烷基芳基-或烷基-烷氧基化物的磷酸酯。
[0045]本发明的浙青混凝土组合物可以合适地包含其他成分。在本发明的一个实施方案中，浙青混凝土组合物包含聚合物。优选的聚合物类型是包含一种或多种乙烯基芳香族化合物和一种或多种共轭二烯的共聚物，基于浙青混凝土组合物的重量量为0.1至7% wt。更优选，聚合物是式ABA的线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，其中A是聚苯乙烯嵌段，B是聚丁二烯嵌段。另一种优选类型的聚合物是从包括乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸缩水甘油酯的单体形成的共聚物，基于浙青混凝土组合物的重量量为0.1至7%Wt0更优选，聚合物是从乙烯、丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸缩水甘油酯形成的三元共聚物。
[0046]在用于制造本发明的浙青混凝土组合物的方法的步骤(i)中，将浙青优选在60°C至200°C，优选80至150°C，更优选100至145°C，并且甚至更优选125至145°C的温度下加热。在120°C以上工作具有硫是液体的优点，这有助于混合过程。尽管本领域技术人员可以容易地确定最佳的混合时间，但混合时间可以相对短，例如，10至600秒。
[0047]在用于制造本发明的浙青混凝土组合物的方法的步骤(ii)中，将骨料优选在60至200°C，优选80至170°C，更优选100至160°C，甚至更优选100至145°C的温度下加热，。
[0048]在浙青混凝土制造方法的步骤(iii)中，将来自步骤⑴的热浙青和来自步骤
(ii)的热骨料在混合装置中混合。合适地，混合在80至200°C，优选90至150°C，更优选100至145 °C的温度下进行。通常，混合时间为10至60秒，优选20至40秒。
[0049]优选在过程中尽可能晚地加入硫，优选在步骤(iii)中。优选以粒料的形式加入硫O
[0050]硫和阳离子型和/或两性表面活性剂可以一起加入，即，同时在步骤(i)、步骤
(ii)或步骤(iii)中。在第一个实施方案中，将热的骨料与硫和阳离子型和/或两性表面活性剂混合。然后将热的浙青加入热的骨料-硫-阳离子型和/或两性表面活性剂混合物中。在第二个实施方 案中，将热的骨料与热的浙青混合，并且将硫和阳离子型和/或两性表面活性剂加入热的浙青-骨料混合物中。该实施方案提供了生产较强的硫-浙青混凝土混合物强度的优势。在第三个实施方案中，将热的浙青与硫和阳离子型和/或两性表面活性剂混合，并且将所得到的热的浙青-硫-阳离子型和/或两性表面活性剂混合物与热的骨料混合，以获得含硫浙青混凝土混合物。
[0051]或者，在浙青混凝土制造过程中，可以分开加入阳离子型和/或两性表面活性剂。例如，可以在步骤(i)中将阳离子型和/或两性表面活性剂加入浙青中，并且可以在步骤
(iii)中加入硫。
[0052]在本发明的一个实施方案中，可以将硫和阳离子型和/或两性表面活性剂一起加入；硫是粒料形式，并且将阳离子型和/或两性表面活性剂掺入硫粒料中。硫粒料优选包含基于硫重量的0.05至10wt%的阳离子型和/或两性表面活性剂。通过如下的方法合适地制备硫粒料:其中将液体硫与阳离子型和/或两性表面活性剂和任选的其他成分(如，炭黑和醋酸戊酯)混合。然后将混合物成型和/或造粒。
[0053]在本发明的一个实施方案中，可以以两种类型的硫粒料的形式加入硫；第一种类型的硫粒料包含阳离子型和/或两性表面活性剂，而第二种类型的硫粒料不含阳离子型和/或两性表面活性剂。这具有如下优势:阳离子型和/或两性表面活性剂基本上集中在第一种类型的硫粒料中，而常规硫粒料可以用于弥补剩余的硫需求。
[0054]本发明进一步提供了一种用于铺设浙青混凝土路面的方法，其中浙青混凝土通过根据本发明的方法制得，并且进一步包括步骤:
[0055](iv)将浙青混凝土铺成层；和
[0056](V)将该 层压实。
[0057]本发明进一步提供了通过根据本发明的方法铺设的浙青混凝土路面。
[0058]步骤(V)中的压实合适地在80至200°C，优选90至150°C，更优选95至130°C的温度下进行。期望压实的温度尽可能地保持低，以降低硫化氢排放。然而，压实的温度需要足够高，使得所得到的浙青混凝土的空隙量足够低，使得浙青混凝土是耐用的并且是防水的。
[0059]在可替代的实施方案中，本发明提供了一种用于铺设浙青混凝土路面的方法，该方法包括步骤:
[0060]⑴加热浙青；
[0061](ii)加热骨料；
[0062](iii)将热的浙青与热的骨料在混合装置中混合，以形成浙青混凝土组合物；
[0063](iv)将浙青混凝土铺成层；和
[0064](V)将该层压实；
[0065]其中在步骤⑴、(ii)或(iii)的至少一个步骤中加入硫；并且其中将优选量为基于硫重量的0.05?1:%至IOwt %的表面活性剂在步骤(iv)和/或(V)中喷洒在所述层上，其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。包括优选阳离子型和/或两性表面活性剂的用于所述方法的优选制剂和条件，基本上如上所述。可以通过任何合适的方式来实现将阳离子型和/或两性表面活性剂喷入层上方的大气中。表面活性剂优选作为水溶液来使用，或可替代地，可以作为有机溶剂中的溶液来使用。
[0066]本发明现在将通过以下实施例说明，所述实施例不打算限制本发明的范围。
实施例
[0067]将单质硫和浙青的混合物加热至145_148°C。浙青是60/70针入级浙青,并且硫:浙青的重量比为30:70。添加Toximul TA-5 (基于牛油胺乙氧基化物的阳离子型表面活性剂，可得自Stepan Company (Northf ield, IL, USA)),同时继续搅拌3小时。在滤纸上收集蒸发的硫，持续3小时，并且通过重量分析测量其重量，以确定硫损耗。将其与没有添加剂的对照实验相比，以测量硫％损耗。
[0068]观察到对照实验之间的硫损耗不同；这可能是由于不均匀的搅拌或浙青老化作用引起的。为了确保在实验实施例和对照实施例之间可以进行精确的比较，在每个实验实施例旁边进行对照实验。
[0069]添加剂的量报告为基于硫重量的重量百分比。
[0070]结果显示在表1中:
[0071]表1
【权利要求】
1.浙青混凝土组合物，其包含骨料、浙青、硫和选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物的表面活性剂。
2.权利要求1所述的浙青混凝土组合物，其中所述表面活性剂是阳离子型表面活性剂。
3.权利要求1或2所述的浙青混凝土组合物，其中所述表面活性剂是含氮阳离子型表面活性剂。
4.权利要求1至3任一项所述的浙青混凝土组合物，其中基于硫的重量，所述表面活性剂的量是0.05wt%至IOwt %。
5.权利要求1至4任一项所述的浙青混凝土组合物，其中所述表面活性剂包含脂族胺的环氧乙烷或环氧丙烷加合物，所述脂族胺含有12至20个碳原子。
6.权利要求1至5任一项所述的浙青混凝土组合物，其基于所述浙青混凝土组合物的重量，包含Iwt%至IOwt%的浙青。
7.权利要求1至6任一项所述的浙青混凝土组合物，其中基于浙青的重量，硫的量是10 至 200wt%o
8.制造权利要求1至7任一项所述的浙青混凝土组合物的方法，所述方法包括以下步骤: (i)加热浙青； (ii)加热骨料； (iii)将热浙青与热骨料在混合装置中混合，以形成浙青混凝土组合物； 其中在步骤(i)、(?)或(iii)的至少一个步骤中添加硫；并且其中在步骤(i)、(?)或(iii)的至少一个步骤中添加基于硫的重量为0.05?1:%至10wt%的表面活性剂,其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。
9.根据权利要求8的制造浙青混凝土组合物的方法，其中硫以粒料形式添加。
10.根据权利要求9的制造浙青混凝土组合物的方法，其中所述硫粒料和所述表面活性剂一起添加并且所述表面活性剂掺入所述硫粒料中。
11.铺设浙青混凝土路面的方法，其中浙青混凝土组合物通过权利要求8至10任一项所述的方法制备，并且还包括以下步骤: (iv)将所述浙青混凝土铺成层；和 (v)将所述层压实。
12.硫粒料，其包含量为基于所述硫重量的0.05被％至10wt%的表面活性剂，其中所述表面活性剂选自阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。
13.铺设浙青混凝土路面的方法，所述方法包括以下步骤: (i)加热浙青； (?)加热骨料； (iii)将热浙青与热骨料在混合装置中混合，以形成浙青混凝土组合物； (iv)将所述浙青混凝土组合物铺成层；和 (v)将所述层压实； 其中在步骤或(iii)的至少一个步骤中添加硫；并且其中，在步骤(iv)和/或(V)中，将优选量为基于硫重量的0.05?1:%至10wt%的表面活性剂喷在所述层上,其中所述表面活性剂选自阳 离子型表面活性剂、两性表面活性剂及其混合物。
【文档编号】C08L95/00GK103975022SQ201280060493
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年12月7日 优先权日:2011年12月8日
【发明者】D·斯特里克兰德, M·J·丘吉泰, S·阿什特卡尔 申请人:国际壳牌研究有限公司