沥青抗老化添加剂的制作方法

本发明涉及一种适用于减少沥青组合物的短期和长期老化的添加剂组合物。本发明另外涉及一种耐短期和长期化学老化的沥青组合物。本发明还涉及一种道路沥青组合物(asphalt composition)，其包含耐短期和长期化学老化的沥青组合物(bituminouscomposition)。本发明还涉及添加剂组合物减少沥青组合物的短期和长期化学老化的用途。

背景技术：

1、沥青是烃类的焦油状混合物，其可以天然存在，或者可以是石油/原油蒸馏产物。根据其所暴露的温度，其可以是粘性液体或固体，并且在加热时逐渐软化。

2、沥青是复杂的混合物，包含有机分子，诸如脂族和芳族衍生物。沥青还包含痕量的金属，诸如镍、钒和铁等金属。这些通常作为金属盐、氧化物或在卟啉结构中存在于沥青中。其组成分子之间的相互作用赋予给定批次的沥青其独特的特性，并因此赋予其在沥青可能经受的不同条件下如何表现。不同沥青批次的组成至少根据生产它所用的石油/原油的来源，以及在其制造期间所经受的化学改性而有差别。

3、区分不同沥青的一种方式是通过它们的饱和物、芳族化合物、树脂和沥青质(asphaltene)含量(在本领域中称为“sara”)来区分。将沥青与正庚烷混合产生包含‘软沥青质'的庚烷可溶性级分和包含‘沥青质'的庚烷不溶性级分。软沥青质级分包含沥青的饱和物、芳族化合物和树脂部分。根据其石油/原油来源和一批沥青在其制造期间经受的化学改性，这些级分相对于彼此的比例是有差别的。

4、沥青可被认为是胶态体系，由分散或溶解在软沥青质基质中的沥青质胶束组成。当所谓“胶溶”时，沥青质趋于更多地分散在软沥青质基质中。胶溶程度较低的沥青质可以彼此缔合以形成联结胶束的开放堆积结构。由于至少此类结构行为，沥青质胶溶的程度会影响沥青的粘度，并因此影响沥青的物理行为。

5、沥青可在各种应用中用作粘结剂。例如，它可以与集料混合以制备用于铺设路面的道路沥青。或者，沥青可用于所谓的工业应用，诸如屋顶、地板或密封。

6、在道路沥青生产期间，将熔融沥青或熔融沥青组合物与热集料混合，使得沥青膜包覆集料以形成热的道路沥青混合物。然后将热的道路沥青混合物输送到铺路地点，在那里将其均匀地施涂到表面上并压实至所需的水平，以形成路面。

7、沥青对集料的包覆增加了沥青的表面积与体积之比，继而增加了其暴露于外部因素诸如空气的程度，使其更容易氧化。此类氧化过程被称为“短期老化”或“短期化学老化”，并且由于道路沥青混合物的高温而加剧。

8、在已铺设的路面的使用寿命期间，其沥青经受进一步的氧化，该过程被称为“长期老化”或“长期化学老化”。与短期老化相比，长期老化发生在较低的温度下和较长的时间内。

9、已经确定，“滚动薄膜烘箱测试”(“rtfot”)和“薄膜烘箱测试”(“tfot”)是模拟短期老化的合适的实验室方案。然而，它们不适于模拟长期老化。相反，长期老化可在实验室中通过‘压力老化容器'(“pav”)来模拟，该过程可指示所研究的沥青如何受到每个pav处理周期约5年的长期老化的影响。所有此类技术是本领域技术人员所熟悉的，并且在任何情况下描述于“shell bitumen handbook”，第六版，2015，isbn 978-0-7277-5837-8中，并由g.d.airey在“bituminous pavement materials”，international journal of pavementengineering 4(3):165-176，2003年9月中进行了综述。

10、短期老化和长期老化均使路面的刚度增加，超过其预期或设计的刚度。这可能导致路面因疲劳破坏、散裂或潜在的更高裂纹扩展而过早破坏，从而导致灾难性的路面破坏。延迟这些缺陷的出现将会延长路面的使用寿命并降低其维护和修复成本。

11、沥青氧化进行的实际方式尚未得到完全了解。然而，不受任何特定理论的束缚，认为氧化主要增加沥青中自由基的水平。生成的自由基继而与其他沥青组分反应，导致形成具有例如极性基团诸如酮、亚砜、酸酐和羧基的氧化副产物。这些副产物继而与各种其他沥青组分相互作用，导致沥青具有显著不同的特性，诸如但不限于增加的刚度。

12、降低沥青氧化的不利影响的一种方式可以是向沥青中掺入抗氧化剂。

13、“抗氧化剂”是用于描述一系列具有官能团的化合物的通用术语，所述官能团诸如但不限于酚、胺、亚磷酸酯、硫酯和硫代烷烃。此类官能团可与沥青氧化的主要产物诸如但不限于自由基反应，并降低它们改变沥青特性的能力。这类抗氧化剂在本文中称为“主要抗氧化剂”。这类抗氧化剂的示例包括但不限于亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯和3,3'-硫代二丙酸双十八酯。

14、可将抗氧化剂掺入沥青组合物中，例如jp2001192560公开了具有减少的聚合物熔融时间和改善的可加工性的嵌段共聚物改性的道路沥青组合物。道路沥青组合物可包含抗氧化剂和稳定剂。抗氧化剂可以是苯酚类抗氧化剂、硫类抗氧化剂、胺类抗氧化剂、喹啉类抗氧化剂、磷类抗氧化剂等。硫类抗氧化剂的示例可以是硫代二丙酸二硬脂基酯，磷抗氧化剂的示例可以是亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2-乙基己基)酯或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。

15、us4994508和ep0299499a2公开了一种组合物，其包含：(a)氢化嵌段共聚物(如其中所述)；和(b)至少一种选自以下的热塑性物质：(i)增粘剂树脂，(ii)热塑性树脂，和(iii)沥青材料。该组合物可包含亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯和二硬脂基-3,3'-硫代二丙酸酯。

16、主要由于它们在沥青中的水平、它们的胶溶程度以及它们在软沥青质基质内彼此和/或与其他沥青组分的缔合，已知沥青质在确定沥青特性诸如但不限于粘度方面起重要作用。

17、还已知一些通常称为沥青质分散剂的化合物与沥青质相互作用，例如通过影响它们在沥青内的分散来影响沥青质彼此和/或与其他沥青组分的相互作用。沥青质分散剂的示例包括但不限于聚乙二醇单烷基醚。

18、us3635863涉及一种制备聚合物/橡胶改性的沥青材料的方法，该材料包含稳定剂以改善引入其中的弹性体聚合物和合成橡胶的分散，其中稳定剂是松香皂钠或钾、聚氧乙烯化壬基酚、聚氧乙烯十三烷醇、聚氧乙烯脱水山梨醇硬脂酸酯、三硬脂酸酯、油酸酯或三油酸酯、壬基酚或十二烷基酚聚乙二醇醚或乙氧基硫酸盐。

19、本发明人试图找到通过为沥青组合物提供耐短期和长期化学老化性而在沥青组合物中有效的添加剂，特别是抗氧化剂。然而，他们发现不是每种抗氧化剂都能有效减少每种沥青组合物的老化。具体地，本发明人已经确定，即使对于似乎有效减少沥青老化的那些抗氧化剂，它们的效果水平在不同沥青中也不同，并且甚至在一些沥青中可能是无效的。

20、在试图为沥青组合物提供耐短期和长期化学老化性而不管它们的来源和其制造方法如何时，本发明人另外试图确定操纵沥青/沥青组合物内的沥青质相互作用是否可有助于减少沥青/沥青组合物的短期和长期化学老化。在寻求这一点时，本发明人令人惊讶地发现两种主要抗氧化剂和沥青质分散剂的组合可为沥青/沥青组合物提供耐短期和长期化学老化性，而不管构成沥青组合物的沥青的来源如何，并且不管组分沥青在其制造期间经受的化学处理如何。

技术实现思路

1、因此，本发明涉及一种适用于减少沥青组合物的短期和长期老化的添加剂组合物，其中添加剂组合物包含抗氧化剂和沥青质分散剂，其中抗氧化剂是亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯和3,3'-硫代二丙酸双十八酯，并且其中沥青质分散剂是聚亚烷基二醇单烷基醚。

2、本发明另外涉及一种包含抗氧化剂和沥青质分散剂的沥青组合物，其中抗氧化剂是亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯和3,3'-硫代二丙酸双十八酯，并且其中沥青质分散剂是聚乙二醇单烷基醚。

3、本发明还涉及一种包含沥青组合物的道路沥青组合物，该沥青组合物包含抗氧化剂和沥青质分散剂，其中抗氧化剂是亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯和3,3'-硫代二丙酸双十八酯，并且其中沥青质分散剂是聚乙二醇单烷基醚。

4、本发明还涉及添加剂组合物用于减少沥青组合物的短期和长期老化的用途，其中添加剂组合物包含抗氧化剂和沥青质分散剂，其中抗氧化剂是亚磷酸三(2,4-二叔丁基)苯酯和3,3'-硫代二丙酸双十八酯，并且其中沥青质分散剂是聚乙二醇单烷基醚。