制备沥青粘合剂的方法、沥青组合物及其制备方法和由其构造的路面的制作方法
【专利摘要】本发明涉及制备沥青粘合剂的方法、沥青组合物及其制备方法和由其构造的路面。制备沥青粘合剂的方法包括使至少一种类型的氯硅烷与氨反应以产生聚硅氮烷；以及使所述聚硅氮烷与沥青粘合剂结合的步骤。沥青粘结剂包含通过氯硅烷与氨以及其他可选溶剂反应生产的聚硅氮烷。氯硅烷的来源包括废料氯硅烷例如直接方法的残余物。所述聚硅氮烷用作抗剥落剂。
【专利说明】【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明总体上涉及浙青（asphalt)的抗剥落剂。更具体地，本发明涉及用作抗剥 落剂的聚硅氮烷以及制备聚硅氮烷和浙青粘合剂以及包含聚硅氮烷的组合物的方法。 制备沥青粘合剂的方法、沥青组合物及其制备方法和由其 构造的路面 【背景技术】
[0002] 聚硅氮烷是其中硅原子和氮原子形成基础骨架的聚合物。因为每个硅原子可以结 合多个氮原子且每个氮原子可以结合多个硅原子，从而可以形成复杂的链、环以及大分子。
[0003] 由氯硅烷生产聚硅氮烷是广泛已知的并且记录在文献中。
[0004] 可以通过使氨与氯硅烷反应来合成聚硅氮烷。在该氨解反应中，产生大量的氯化 铵并且必须从反应混合物中去除。如下进行反应：
[0005] RSiCl2+3NH3 - 1/n [RSi - NH] n+2NH4Cl。
[0006] 在实验室中，通常在无水有机溶剂中进行反应，因为在水或湿气存在下聚硅氮烷 发生分解，并且通过过滤从反应物质中去除氯化铵。
[0007] 根据液体氨过程，将氯硅烷或氯硅烷混合物同时添加至过量的液体氨。将得到的 氯化铵溶解在液体氨中并且与聚硅氮烷进行相分离。
[0008] 还努力地使用这种化学方法来由工业中称为直接法残余物或DPR的氯硅烷废料 生产有价值的聚硅氮烷。
[0009] 直接法或"Rochow法"是指通过Grignard试剂RMgCl由Me-Cl制造氯娃烧的 间接方式。这种方法由Rochow在美国专利号US2, 380, 995中以及由Barry等人在美国 专利号US2, 488, 487中进行描述。作为直接法的结果，在副反应中产生数种氯硅烷单体 和低聚物。副产物单体通常由甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷以及甲基二氯硅烷的混合物 组成。低聚物包括二硅烷、硅杂亚甲基类(硅甲撑，silmethylenes)和聚硅杂亚烷基类 (polysilalkylenes)的高沸点混合物，也称为"直接法残余物"或"DPR"。该高沸点馏分还 可以包含颗粒状的硅和金属或它们的混合物。直接法产生最大的有机硅烷副产物流中的一 种并且通常认为是废料流（由于氯硅烷缺少足够的商业用途以及由于该混合物的组成)。
[0010] 迄今，Clarke等人在美国专利号US3, 853, 567中以及Baney等人在美国专利号 US4, 314, 956中已经评价了由DPR生产的聚硅氮烷用于生产聚硅氮烷中间体、前陶瓷材料 和陶瓷材料。在美国专利号US4, 395, 460中Gaul在高温下用氨处理含氯二硅烷从而制造 硅氮烷聚合物。本发明将聚硅氮烷直接用于浙青中作为粘合促进剂，或抗剥落剂。Abel等 人在美国专利号US6, 329, 487中描述了使用过量的氨来分离氯化铵盐和聚硅氮烷的方法。 含浙青的材料，有时称为地浙青（b i tumen )或称为浙青粘合剂，用作浙青中的粘合剂来铺设 道路和其他表面并且用在其他建筑材料例如屋顶材料、涂层、防水应用、密封剂等中。可以 用于本发明的组合物和方法中的地浙青样品包括天然地浙青、焦性地浙青（pyrob i tumen s ) 以及人造地浙青。特别优选的地浙青是用于车行道的那些，例如浙青（asphalt)或软浙青 (malta)。
[0011] 抗剥落剂，更通常地也称为粘合促进剂，用于改善浙青膏（asphalt cement)和集 料(聚集体，aggregate)之间的结合，将它们混合用于道路铺设应用。这些材料还用于抑制 浙青铺设中湿气的损害作用。粘合促进剂最通常地用于热混合浙青（HMA)。在其他应用 中，抗剥落剂可以用于浙青密封剂。
[0012] 几乎所有抗剥落剂都是浙青添加剂（与集料预涂层相对)，并且可以直接地影响浙 青的流变学。具有较低粘度的任何添加剂可以造成浙青混合物的粘度共同降低。
[0013] 湿气损害，也称为剥落，是由于浙青粘合剂和集料之间的粘附力丧失和/或浙青 粘合剂内的凝聚力丧失而引起的。用于防止这种破坏的措施包括将抗剥落剂添加至HMA混 合物。自二十世纪七十年代以来，由于剥落造成的HMA路面的过早损坏成为国家高速公路 局的主要问题。
[0014] 浙青中抗剥落剂用于在湿气存在下降低浙青剥落的效用可以定义为它们如何减 少或防止浙青与无机集料的粘附力损失。高效的抗剥落剂可以延长路面的使用寿命，否则 它可能由于湿气诱导的损害作用而损坏。
[0015] 本发明基于以下研究，即得出的结论是聚硅氮烷，包括由氯硅烷和氯硅烷废料如 DPR生产的那些，当在浙青中混合时是稳定的和有利的。
【发明内容】
[0016] 根据通过本发明的说明书可以清楚的本发明的各种特征、特性和实施方式，本发 明提供了制备浙青粘合剂的方法，所述方法包括以下步骤：
[0017] 使至少一种类型的氯硅烷与氨反应以产生聚硅氮烷；以及
[0018] 使聚硅氮烷与浙青粘合剂结合。
[0019] 本发明进一步提供了由浙青粘合剂制成的浙青组合物以及由浙青组合物制成的 路面。
[0020] 本发明还提供了制备浙青组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
[0021] a)通过以下操作制备浙青粘合剂：使至少一种类型的氯硅烷与氨反应以产生聚硅 氮烷并且使聚硅氮烷与浙青粘合剂结合；以及
[0022] b)使浙青粘合剂与集料结合。 【具体实施方式】
[0023] 本发明涉及浙青的抗剥落剂。更具体地，本发明涉及用作抗剥落剂的聚硅氮烷以 及制备聚硅氮烷以及包含聚硅氮烷的浙青组合物的方法。
[0024] 根据本发明的一个方面，通过使废料氯硅烷如DPR与氨反应来生产聚硅氮烷，然 后将得到的聚硅氮烷混合物添加至热液体浙青，然后可以将其用于生产HMA。可以将至少 约0· 25wt%以及优选约0· 25wt%至约3. Owt%并且更优选约0· 25wt%至约0· 75wt%的聚娃 氮烷混合物添加至液体浙青。使用商购设备通过任何常规方式来制备HMA。任何适合的集 料可以用于制备HMA。根据本发明的一个方面，可以确定的是聚硅氮烷特别适合用于包含较 高二氧化硅集料的HMA。包含本发明的聚硅氮烷的HMA可以用于构造任何类型的路面，包括 但不限于车行道、人行道、停车场等。
[0025] 根据本发明DPR与氨的反应使用过量的氨。确定无水氨特别适合用于本发明的目 的，因为它用作反应物和溶剂两者。得到的氯化铵具有其自身的固有价值并且回收用作附 加产物。在其他实施方式中，可以使用一种或多种另外的溶剂。
[0026] 在本发明的过程中，使DPR与无水氨反应，然后使得到的聚硅氮烷产物与HMA混 合，随后对其进行稳定性评价。测试包括分离测试、粘度测试、低温反应以及粘附力。
[〇〇27] 如下面讨论的，测试证明了聚硅氮烷在浙青中的稳定性并且还证明了聚硅氮烷聚 合物在浙青中继续凝结，这导致粘度增加而对HMA的低温反应没有不良影响。
[0028] 本发明在此提供DPR (或其他氯硅烷废料）的用途，另外地DPR (或其他氯硅烷废 料）被认为是加工废料副产物(其增强HMA的特性)。
[0029] 虽然包含聚硅氮烷的HMA可以结合任何常规类型的集料，在本发明的过程中已经 发现的是聚硅氮烷特别良好地用作浙青和高二氧化硅集料之间的粘合促进剂。
[0030] 实施例
[0031] 将约300mL无水氨递送至在干冰/丙酮浴中保持在-78°C温度下的非加压的反应 烧瓶。然后使用小型管式泵以约10_15mL/分钟的速率在温和搅拌下将150g DPR递送至流 体管线下部。由于氨被消耗，因此间歇地补充无水氨。当聚硅氮烷相与过量的氨分离时，将 氨上清倾析。使用无水氨连续洗涤三次，溶解并且去除在过饱和溶液中沉淀出的氯化铵。将 最终的氨清洗物倾析并且将聚硅氮烷产物收集在排气烧瓶中。将烧瓶静置过夜并且允许任 何残余氨挥发。第二天早晨，将样品称重来确定产率。回收47g聚硅氮烷，有效产率为理论 值的53%。然后以各种重量百分比将聚硅氮烷与标准铺路等级浙青混合。
[0032] 对混合物样品进行分离测试、粘度测试、在高二氧化硅集料和/或碎花岗岩上的 低温反应和粘附力。
[0033] 按照ASTM D7173-11进行的分离测试证明聚合物可溶于浙青并且稳定。这些结果 显示在熔融温度方面2.9° F的差异。
[0034] 按照 ASTM D7175-08 在 TA Instruments AR1500ex Dynamic Sheer Rheometer 上 进行粘度测试，产生以下结果：
[0035]
【权利要求】
1. 一种制备浙青粘合剂的方法，所述方法包括以下步骤： a) 使至少一种类型的氯硅烷与氨反应以产生聚硅氮烷；以及 b) 使所述聚娃氮烧与浙青粘合剂结合。
2. 根据权利要求1所述的制备浙青粘合剂的方法，其中，所述步骤a)包括使氯硅烷废 料与氨反应以产生聚硅氮烷的混合物。
3. 根据权利要求2所述的制备浙青粘合剂的方法，其中，所述氯硅烷废料包括直接法 残余物。
4. 根据权利要求1所述的制备浙青粘合剂的方法，其中，在所述步骤a)中使无水氨与 所述至少一种类型的氯硅烷反应。
5. 根据权利要求1所述的制备浙青粘合剂的方法，其中，在所述步骤b)中使约0. 25wt% 至约3. Owt%的聚娃氮烧与所述浙青粘合剂结合。
6. 根据权利要求1所述的制备浙青粘合剂的方法，其中，在所述步骤a)中存在除了氨 之外的溶剂。
7. -种浙青组合物，包含与集料材料结合的根据权利要求1所述的浙青粘合剂。
8. -种路面，由根据权利要求5所述的浙青组合物构造。
9. 一种制备浙青组合物的方法，所述方法包括以下步骤： a)通过使至少一种类型的氯硅烷与氨反应以产生聚硅氮烷并且使所述聚硅氮烷与浙 青粘合剂结合来制备浙青粘合剂；以及b)使所述浙青粘合剂与集料结合。
10. 根据权利要求9所述的制备浙青组合物的方法，其中，通过使氯硅烷废料与氨反应 以产生聚硅氮烷的混合物来制备所述浙青粘合剂。
11. 根据权利要求9所述的制备浙青组合物的方法，其中，所述氯硅烷废料包括直接法 残余物。
12. 根据权利要求9所述的制备浙青组合物的方法，其中，通过使无水氨与至少一种类 型的氯硅烷反应以产生所述聚硅氮烷来制备所述浙青粘合剂。
13. 根据权利要求9所述的制备浙青组合物的方法，其中，通过使约0.25wt%至约 1. 25wt%的所述聚娃氮烧与所述浙青粘合剂结合来制备所述浙青粘合剂。
14. 根据权利要求9所述的制备浙青组合物的方法，其中，在所述步骤a)的反应中存在 除了氨之外的溶剂。
15. 由根据权利要求9所述的方法制备的浙青组合物构造的路面。
【文档编号】E01C7/18GK104046317SQ201410093937
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2013年3月13日
【发明者】西贝尔·塞尔丘克, 佩里·艾斯特 申请人:海瑞研发部