Всесезонная порошкообразная добавка к асфальтам, продукт и способы их получения
Номер патента: 8663
Опубликовано: 29.06.2007
Авторы: Уиссел Херберт Л., Лиу Ксуефенг, Крич Энтони Дж., Чжоу Хаифанг, Ксу Фенг
Формула / Реферат
1. Композиция всесезонной добавки для асфальтов, которая в основном состоит из продукта реакции:
a) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;
b) по меньшей мере одной смоляной кислоты;
c) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения и
d) основания щелочного металла,
из которого в процессе реакции удаляют воду таким образом, что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%.
2. Композиция по п.1, в которую по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота и по меньшей мере одна смоляная кислота вводятся в виде компонентов таллового масла.
3. Композиция по п.1, в которой продукт реакции находится в форме порошка.
4. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота включает по меньшей мере одну из следующих кислот: стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, органические сульфокислоты и их смеси.
5. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одна из смоляных кислот включает по меньшей мере одну из следующих кислот: абиетиновую, неоабиетиновую, дигидроксиабиетиновую, палюстриновую, изодекстропимаровую и их смесь.
6. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одно ненасыщенное органическое соединение включает по меньшей мере один олефин или их смеси.
7. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одно основание щелочного металла включает, по меньшей мере, щелочной металл, оксид щелочного металла, гидроксид щелочного металла, соль щелочного металла и их смеси.
8. Композиция по п.7, в которой щелочной металл включает по меньшей мере одно из соединений натрия, калия и лития.
9. Способ получения композиции всесезонной добавки для асфальтов, заявленный в пп.1-8, который включает следующие стадии:
a) получение по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;
b) получение по меньшей мере одной смоляной кислоты;
c) получение по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения;
d) получение основания щелочного металла;
e) смешение по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты, по меньшей мере одной смоляной кислоты и по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения и основания щелочного металла с образованием реакционной смеси, в которой происходит реакция омыления;
f) удаление воды из реакционной смеси в процессе реакции омыления; и
g) выделение продукта реакции.
10. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота и по меньшей мере одна смоляная кислота вводятся в виде компонентов таллового масла.
11. Способ по п.9, в котором продукт реакции образуется в форме порошка.
12. Способ по п.9, в котором отношение жирной кислоты к смоляной кислоте составляет от примерно 0,7 до примерно 2.
13. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота включает по меньшей мере одну из следующих кислот: стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, органические сульфокислоты и их смеси.
14. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одна из смоляных кислот включает по меньшей мере одну из следующих кислот: абиетиновую, неоабиетиновую, дигидроксиабиетиновую, палюстриновую, изодекстропимаровую и их смеси.
15. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одно ненасыщенное органическое соединение включает по меньшей мере один олефин или их смеси.
16. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одно основание щелочного металла включает, по меньшей мере, щелочной металл, оксид щелочного металла, гидроксид щелочного металла, соль щелочного металла и их смеси.
17. Всесезонный асфальт, который включает:
a) полученный продукт реакции:
i) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;
ii) по меньшей мере одной смоляной кислоты;
iii) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения и
iv) основания щелочного металла; и
b) асфальтовый материал.
18. Всесезонный асфальт по п.17, в котором в процессе реакции компонентов i-iv удаляют воду таким образом, что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%.
19. Всесезонной асфальт по п.17, в котором продукт реакции сушат перед смешением с асфальтовым материалом.
20. Всесезонный асфальт по п.19, в котором продукт реакции образуется в форме порошка перед его смешением с асфальтовым материалом.
21. Всесезонный асфальт по п.20, в котором частицы порошка обладают таким размером, что по меньшей мере 80% порошка может проходить через 3-мм сито.
22. Всесезонный асфальт по п.17, включающий от примерно 1,6 до примерно 4 мас.% предварительно полученного продукта реакции.
23. Способ получения всесезонного асфальта, который включает:
a) смешение и проведение реакции:
i) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;
ii) по меньшей мере одной смоляной кислоты;
iii) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения и
iv) основания щелочного металла; и
b) смешение продукта реакции с асфальтовым материалом.
24. Способ по п.23, в котором в процессе реакции компонентов i-iv удаляют воду таким образом, что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%.
25. Способ по п.23, в котором продукт реакции сушат перед смешением с асфальтовым материалом.
26. Способ по п.23, в котором продукт реакции образуется в форме порошка перед его смешением с асфальтовым материалом.
27. Способ по п.26, в котором частицы порошка обладают таким размером, что по меньшей мере 80% порошка может проходить через 3-мм сито.
28. Способ по п.23, в котором от примерно 1,6 до примерно 4 мас.% продукта реакции добавляют к от примерно 95 до примерно 98 мас.% асфальтового материала.
29. Способ по п.23, в котором продукт реакции производят в одном месте и смешивают с асфальтовым материалом в другом месте.
30. Способ по п.29, в котором продукт реакции отправляют из упомянутого выше первого места в упомянутое выше второе место.
Текст
008663 Настоящее изобретение относится к асфальтовым вяжущим композициям с целью их использования для дорожных и кровельных продуктов, в частности к композициям порошковых добавок, которые можно добавлять к асфальтовым вяжущим веществам для придания им всесезонных свойств. Предшествующий уровень техники В Соединенных Штатах для более чем 90% дорожных покрытий применяются асфальтовые композиции. Еще в 1974 г. было начато использование природных асфальтов, получаемых со дна озер. Спустя несколько лет найденные в нескольких южных и западных штатах залежи горного асфальта подвергали распылению, укладке и прокатке с образованием дорожных поверхностей. С начала 1900-ых гг. как в области дорожных покрытий, так и в области кровельного строительства преобладали асфальты, получаемые в процессе переработки нефти. Асфальт представляет собой высоковязкий материал от темно-бурого до черного цвета, содержащий в качестве главного составляющего битумы и присутствующий в различных пропорциях в большинстве нефтей. Асфальтовый остаток переработки нефти, в значительной степени освобожденный от легких головных фракций, обычно называют асфальтом. Среди асфальтов для дорожных покрытий различают асфальтовое вяжущее, асфальт, разбавленный нефтяным дистиллятом, и асфальтовые эмульсии. Асфальтовое вяжущее представляет собой асфальт, обладающий такими свойствами, которые в особенности подходят для дорожных покрытий и кровельного строительства, а также для продуктов специального назначения. Для целей дорожного строительства асфальт нагревают до достижения им консистенции свободного течения и смешивают с заполнителем, нагретым до приблизительно той же температуры (обычно от 135 до 160 С). Образовавшуюся смесь укладывают на подготовленную поверхность, уплотняют и выдерживают до образования асфальта горячего смешения (АГС). В долгой истории асфальтовых покрытий способ горячего смешения для смешения асфальтового вяжущего с заполнителем оставался предпочтительным, поскольку он обеспечивал наиболее благоприятный баланс себестоимости и качества. Асфальтовые вяжущие, применяемые сегодня в области дорожных покрытий, классифицируют по жесткости при разных температурах до и после выдержки. Наиболее распространенная классификационная система в Соединенных Штатах основана на технических условиях Ассоциации Американских руководителей дорожной службы и перевозок (AASHTO).Superpave (superior performing pavements - дорожные покрытия высшего класса) относится к дорожным покрытиям, разработанным в Соединенных Штатах в результате проведенных исследовательских работ, финансируемых AASHTO. Классификация основана на высоко- и низкотемпературной жесткости асфальтового вяжущего в соответствии с техническими условиями Superpave для классифицирования эксплуатационных характеристик (PG = performance graded) вяжущего. Вяжущее, классифицируемое какPG 64-22 имеет модуль жесткости по меньшей мере 1 килопаскаль (кПа) при 64 С. Этот асфальт после кратковременного и долговременного старения должен также иметь в течение 2 ч предельную жесткость не менее 300 000 кПа при -22 С. Низкотемпературная жесткость дает эквивалентные значения при -12 С(на 10 С теплее) в течение 2 мин и является методом, который использует AASHTO. Сложение двух температур для данной степени оценки характеристик дает интервал температур, в пределах которого производится эксплуатация асфальта. Для PG 64-22 температурный интервал составит 86 С. Эти пределы температур являются типичными для высококачественного немодифицированного асфальтового вяжущего для дорожного покрытия. Классификационная система PG AASHTO повышает и понижает степень классификации с помощью инкрементов, равных 6 С. Получение степени классификации PG 70-22,которая была бы следующей высокотемпературной степенью в соответствии с техническими условиями без уменьшения нижней температуры до -16 С, при использовании немодифицированного асфальта является затруднительным. Лишь несколько асфальтов могут достичь диапазона 92 С без модифицирования. Для увеличения диапазона большинство производителей асфальтового вяжущего прибегали к добавлению модификаторов. Модифицирование может быть произведено с использованием ряда способов,включая добавление полимеров или химических веществ. За пределами Соединенных Штатов асфальты обычно классифицируют с помощью других метолов,таких как пенетрация или вязкость. При пенетрации используется погружение иглы массой в 100 г в асфальтовое вяжущее при 25 С. Мягкий асфальт позволяет игле более глубоко проникнуть в асфальтовое вяжущее. Асфальты, применяемые в условиях более холодного климата, обладают более мягкими степенями классификации, в то время как в условиях более теплого климата для избежания коробления дорожного покрытия используют более твердые асфальты. Еще одна система классификации использует классификацию по вязкости. С целью охарактеризовать асфальт при двух температурах асфальтовые вяжущие классифицируют при 60 С на основании вязкости и при 25 С на основании пенетрации. Кровельные асфальты, применяемые при строительстве кровель (Build Up Roofs, или BUR's), в случае плоских или наклонных крыш классифицируют с помощью пенетрации и точки размягчения в соответствии с международными техническими условиями ASTM Method D312. Точка размягчения является температурой, при которой асфальт начинает размягчаться, и характеризует температуру течения на крышах и некоторые технические условия дорожного покрытия. Обычно асфальты с более мягкой пенетрацией и-1 008663 более высокими точками размягчения следует рассматривать как имеющие более широкий температурный интервал аналогично классификациям PG с более широкими температурными интервалами: 92 С или более. В этом случае для улучшения температурного интервала для асфальта, в котором асфальт находится в рабочем состоянии, асфальт также должен содержать модификаторы. Асфальтовые вяжущие при сооружении дорожных покрытий следует подбирать, обращая внимание на транспортную нагрузку, скорость и климат, которые будут воздействовать на дорожное покрытие. Большая транспортная нагрузка, низкая скорость движения и широкие климатические пределы требуют асфальтов, которые обладают широкими температурными требованиями. Асфальт должен иметь достаточную жесткость, чтобы не течь в случае чрезмерно жаркой погоды при медленном передвижении грузового транспорта. Он не должен также растрескиваться в самые холодные дни года, особенно после долгих лет эксплуатации. Дорожные покрытия в более умеренном климате и при малом потоке транспорта требуют значительно меньших температурных интервалов и немодифицированные асфальты выполнили в этих условиях свою историческую роль. В случае кровельного асфальта местонахождение крыши (климат) и наклон крыши являются важными пунктами для принятия решения. И в этом случае асфальт не должен слишком сильно размягчаться в самый жаркий день года и быть причиной скольжения или течения крыши вследствие ее наклона. Было установлено, что хорошим критерием против такого рода явлений являются минимальные точки размягчения. Это аналогично измерениям высокотемпературной жесткости у асфальтов дорожных покрытий. Чтобы предотвратить низкотемпературное растрескивание в классифицированных с помощью пенетрации асфальтовых вяжущих, материал оценивают для пенетрации при 25 С и 4 С минимальными значениями с целью обеспечения того, чтобы асфальт не достигал предельной жесткости в 300000 кПа,используемой при тестировании асфальта для дорожных покрытий с оценкой его эксплуатационных свойств. Патент Соединенных Штатов 4874432, переданный фирме Asphalt Materials, Inc., был составлен для производства всесезонного, или загущенного асфальтового вяжущего, обладающего улучшенными свойствами по сравнению с традиционными асфальтовыми вяжущими, включая пониженную чувствительность к температуре и более низкую скорость затвердевания при старении. Эти улучшенные свойства были достигнуты благодаря использованию традиционных процессов для асфальта горячего смешения на существующем оборудовании горячего смешения, стандартном оборудовании для кровельных работ и оборудовании для асфальта для продуктов специального назначения. Термин всесезонный асфальт был принят правопреемником патента США 4874432 для описания нового загущенного асфальтового вяжущего с пониженной чувствительностью к температуре и улучшенными свойствами, касающимися затвердевания при старении, по сравнению с традиционным асфальтовым вяжущим. Эти улучшения были достигнуты путем омыления в жидком, существенно безводном асфальте по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты и по меньшей мере одной смоляной кислоты основанием щелочного металла или путем добавления уже омыленного продукта к ожиженному асфальту. Образующийся загущенный асфальт может быть использован традиционным образом в дорожном и кровельном строительстве и для специальных целей. Традиционные асфальтовые вяжущие в случае их использования при повышенных температурах в процессах с горячим смешением обладают реологическими свойствами вязких жидкостей. Асфальт остается текучей жидкостью в соответствии с особой зависимостью вязкости от температуры во время смешения с заполнителем и при укладке в виде асфальтобетона. В этом физическом состоянии асфальт может выливаться из заполнителя в зависимости от таких факторов как температура, природа и площадь поверхности заполнителя, а также размер и конфигурация пустот. Изобретатели патента Соединенных Штатов 4874432 обнаружили, что асфальт может быть загущен путем непосредственной реакции омыления, требующей лишь следовых количеств ионизирующей жидкости для образования зоны ионизации внутри ожиженного асфальта, где может начаться реакция омыления. Образующейся при протекании этой реакции воды достаточно для поддержания реакции, которая охватывает всю смесь, содержащую асфальт и ингредиенты омыления. Благодаря качественным преимуществам загущенного всесезонного асфальта, приготовленного в соответствии с патентом Соединенных Штатов 4874432, асфальт для дорожных покрытий, классифицированный в соответствии с Superpave как PG 64-22, может быть повышен до PG 70-22. Это позволяет улучшить на одну ступень высокотемпературные свойства без потери низкотемпературных характеристик. Действительно, производимые таким образом асфальтовые вяжущие расширяют температурный интервал у асфальтового вяжущего: от температурного диапазона в 86 С до диапазона в 92 С. Аналогичным образом способ улучшает классификационный интервал при использования интервала пенетрационной вязкости и точки размягчения для дорожного и кровельного асфальтов. Всесезонное асфальтовое вяжущее, полученное способом, описанным в патенте Соединенных Штатов 4874432, является существенно безводным материалом, который способен храниться при температуре 120 С или выше без вспенивания и который является подходящим для отправки конечным потребителям для смешения с заполнителем с целью получения асфальтобетона с использованием традиционных-2 008663 методов горячего смешения. Оно является также подходящим для отправки конечным потребителям для традиционных кровельных работ и получения продуктов специального назначения. Производство всесезонного асфальтового вяжущего осуществляют на региональных установках с использованием способов, таких как описаны в патенте Соединенных Штатов 4874432. Всесезонное асфальтовое вяжущее отправляют после этого на установки для производства АГС, расположенные в других местах, где производится смешение с подходящим нагретым заполнителем. Затраты, связанные с транспортировкой асфальтового вяжущего, обусловливают географические ограничения возможности поставки всесезонного асфальтового вяжущего на протяженные расстояния из-за транспортных издержек. Кроме того, капитальные затраты на строительство производственного оборудования для всесезонного асфальтового вяжущего ограничивает возможности полноты использования высококачественного продукта во многих регионах мира. До настоящего времени всесезонные асфальты получали путем добавления непрореагировавших компонентов реагирующих веществ к жидким асфальтовым композициям, давая возможность компонентам реагирующих веществ прореагировать между собой в среде жидкой асфальтовой композиции. Продукты реакции добавленных компонентов реагирующих веществ, образующиеся в жидких асфальтовых средах, взаимодействуют с компонентами жидкой асфальтовой композиции, что приводит к изменениям высоко- и/или низкотемпературных характеристик образующихся жидких асфальтов. Одним из недостатков такого способа является то, что необходимый жидкоасфальтовый компонент, служащий в качестве среды, в которой реагируют добавляемые компоненты реагирующих веществ, имеет значительную массу или насыпной объем, что затрудняет обработку и требует довольно большого переработочного оборудования. Настоящее изобретение относится к композиции, которая является продуктом реакции некоторых компонентов реагирующих веществ, которые образуются при реакции между собой компонентов реагирующих веществ вне каких-либо асфальтовых сред. Образовавшаяся реакционная композиция (далее называемая всесезонной добавкой) может затем добавляться к традиционным композициям асфальтового вяжущего с образованием всесезонных продуктов асфальтового вяжущего, как это описано ниже. Раскрытие изобретения В соответствии с разными отличительными признаками, характеристиками и вариантами осуществления настоящего изобретения, которые становятся очевидными по мере знакомства с описанием, настоящее изобретение предлагает композицию всесезонной порошкообразной добавки, которая в основном состоит из продукта реакции:a) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;b) по меньшей мере одной смоляной кислоты;c) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения; иd) основания щелочного металла,из которого в процессе реакции удаляют воду таким образом, что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%. Настоящее изобретение предлагает также способ получения композиции всесезонной порошкообразной добавки, который включает:a) получение по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;b) получение по меньшей мере одной смоляной кислоты;c) получение по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения;d) получение основания щелочного металла;e) смешение по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты, по меньшей мере одной смоляной кислоты и по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения и основания щелочного металла с образованием реакционной смеси, в которой происходит реакция омыления;f) удаление воды из реакционной смеси в процессе реакции омыления; иg) выделение продукта реакции. Настоящее изобретение предлагает также всесезонной асфальт, который включает: а) полученный продукт реакции:i) пo меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;ii) по меньшей мере одной смоляной кислоты;iii) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения иb) асфальтовый материал. Настоящее изобретение предлагает также способ получения всесезонного асфальта, который включает:i) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;ii) по меньшей мере одной смоляной кислоты;iii) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения иb) смешение продукта реакции с асфальтовым материалом. Краткое описание чертежа Настоящее изобретение описано ниже со ссылками на приложенный чертеж, которые даются лишь как не ограничивающие изобретения примеры, из которых фигура представляет диаграмму процесса,которая описывает один из способов, в котором может быть получен и использован порошок всесезонного асфальтового вяжущего (порошок МАВ). Наилучший способ осуществления изобретения Настоящее изобретение относится к композициям асфальтового вяжущего для применения в продуктах для дорожных покрытий и кровельных работ и, более конкретно, к порошкообразным композициям добавки, которые могут позже добавляться к асфальтовым вяжущим для придания им всесезонных свойств. Изобретение включает состав порошка всесезонного асфальтового вяжущего (упоминаемого здесь как порошок МАВ), который может добавляться к традиционным композициям асфальтового вяжущего с целью получения продуктов всесезонного (или загущенного) асфальтового вяжущего. Порошок МАВ настоящего изобретения обладает уникальным составом и может производиться в центральном месте для отправки в порошковой форме к конечным потребителям для последующего введения в продукты на асфальтовом вяжущем. Порошок МАВ получают омылением по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты, по меньшей мере одной смоляной кислоты и по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения (такого как олефин) с основанием щелочного металла. Образующийся омыленный материал может быть произведен с желаемым содержанием влаги и затем превращен в порошок с помощью измельчения, размола и т.п. на центральной производственной установке с целью направления в качестве добавочного порошка на асфальт-перерабатывающие установки, на которых производятся продукты на асфальтовом вяжущем. Образующиеся продукты на всесезонном асфальтовом вяжущем, производимые на асфальт-перерабатывающих установках, могут быть получены и применены с использованием традиционного оборудования для горячего смешения, стандартного оборудования для кровельных работ и оборудования для других традиционных целей, или же они могут быть получены с использованием нагреваемых резервуаров, оборудованных высокоскоростными мешалками. Такие компоненты как омыляемая органическая кислота и смоляная кислота удобно добавлять в виде таллового масла. Талловое масло представляет собой жидкий смолистый материал, получаемый при варке древесной пульпы в производстве бумаги. Промышленное талловое масло обычно включает набор жирных кислот, главным образом кислот, имеющих 18 атомов углерода, смоляные кислоты и неомыляемые компоненты, включающие стеролы, высшие спирты, воски и углеводороды. Пропорции этих составляющих таллового масла варьируют в зависимости от ряда факторов, в том числе от географического местонахождения деревьев, из которых получают древесную пульпу. Неомыляемый материал в талловом масле должен составлять предпочтительно меньше приблизительно 30% (ASTM D803). Отношение жирной кислоты к смоляной кислоте должно быть от примерно 0,7 до примерно 2,0, предпочтительно примерно 1:1. Может быть использовано как сырое, так и очищенное талловое масло. При использовании индивидуальных жирных кислот из источника, не являющегося талловым маслом, эти кислоты могут быть смешаны со смоляными кислотами в пропорциях близких к пропорциям кислотных компонентов в сыром талловом масле. В число омыляемых органических кислот (включая их эфиры), которые могут быть использованы для целей настоящего изобретения, входят одна или более насыщенных или ненасыщенных разветвленных или нормальных жирных кислот, содержащих от примерно 12 до примерно 24 атомов углерода. Примерами омыляемых органических кислот являются стеариновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота, линоленовая кислота, органические сульфокислоты и их смеси. В число смоляных кислот, которые могут быть использованы для целей настоящего изобретения,входят неоабиетиновая кислота, дигидроксиабиетиновая кислота, палюстриновая кислота или изодекстропимаровая кислота, а также их смеси. В число ненасыщенных органических соединений, которые могут быть использованы для целей настоящего изобретения, входят стеролы и олефины в целом. Установлено, что особенно ценным для целей настоящего изобретения ненасыщенным органическим соединением является ЕЕ-2 - функционально модифицированный олефин, поставляемый фирмой Eastman Chemical Company, Kinhsport, TN. Основанием щелочного металла может быть щелочной металл, оксид щелочного металла, гидроксид щелочного металла или соль щелочного металла, такие как металлический натрий, оксид натрия,карбонат или гидроксид натрия или соответствующие соединения калия или лития. Основание при его добавлении должно быть предпочтительно в существенной степени сухим и находиться в тонкоизмельченной сыпучей форме. При использовании порошка МАВ настоящего изобретения всесезонные асфальтовые вяжущие могут быть произведены более эффективно и более экономично. В этом случае порошок МАВ может быть введен в композиции асфальтового вяжущего с использованием недорогих смесителей на установках-4 008663 асфальтового вяжущего, что делает транспортные расходы порошка МАВ незначительными по сравнению с затратами на транспортирование больших количеств асфальтовых вяжущих. Кроме того, высокая эффективность порошка МАВ обеспечивает более низкие количества добавляемого порошка МАВ(обычно на 20% меньшей) при сравнении с традиционными способами переработки всесезонных асфальтовых вяжущих. Производственный процесс получения порошка МАВ может быть оптимизирован таким образом, чтобы получать материал с низким содержанием влаги, который может непосредственно добавляться на обычных установках с малым или пренебрежимо малым влиянием на стандартные операции. Порошок МАВ может применяться, т.е. добавляться к асфальтовым вяжущим, в низких концентрациях: обычно от примерно 1,6 до примерно 4 мас.%, придавая при этом образующимся асфальтовым вяжущим всесезонные свойства. Применение порошка МАВ в таких малых концентрациях позволяет экономично транспортировать этот порошок в пределах больших географических областей, увеличивая тем самым сбыт и применение продуктов всесезонных асфальтовых вяжущих. Порошок МАВ можно хранить и транспортировать как сухой материал, избегая тем самым потребность в специальных резервуарах для хранения и грузовых автомобилях. При этом добавление порошка МАВ к асфальтовым вяжущим предпочтительнее производить на относительно простом оборудовании, чем на более дорогих системах,используемых в настоящее время для получения всесезонных асфальтовых вяжущих. Это делает возможным использование для порошка МАВ меньших терминалов для асфальтового вяжущего и установок асфальта горячего смешения, позволяя тем самым модернизировать их системы и операции для получения всесезонного асфальтового вяжущего и продуктов асфальта горячего смешения. Это применимо также для производителей, занимающихся кровельными работами и специальными продуктами на основе асфальтового вяжущего. Порошок МАВ можно производить на центральной производственной установке, используя тем самым экономическое преимущество более крупного производственного оборудования. Производство порошка МАВ на центральной установке предоставляет также возможность лучшего контроля качества производственного процесса, обеспечивая тем самым получение более однородного продукта. Как было отмечено выше, порошок МАВ получают омылением по меньшей мере одной жирной кислоты, по меньшей мере одной смоляной кислоты и по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения (такого как олефин) основанием щелочного металла. Этот материал нагревают и перемешивают до достижения желаемого влагосодержания. После этого материал может быть рассортирован по крупности и упакован для отправки потребителям для производства всесезонного асфальтового вяжущего, продуктов для кровельных работ или специальных продуктов из асфальта. В каждом месте расположения потребителя порошок МАВ может быть введен в асфальтовые композиции простым смешением в нагреваемом резервуаре, оборудованном высокоскоростной мешалкой. Предполагается, что для производства порошка МАВ с целью отправки его в пределах широкой географической зоны должна использоваться центральная установка. Когда могут использоваться производственные операции меньшего масштаба, экономичность и потенциал производства однородных продуктов более производительной установки обычно бывают значительными. Для смешения по меньшей мере одной жирной кислоты, по меньшей мере одной смоляной кислоты и по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения (такого как олефин) с основанием щелочного металла на центральной установке следует применять перемешивающую систему. Смешение компонентов приводит к реакции омыления, которая является экзотермической. В качестве побочного продукта при реакции образуется также вода, которую для получения желаемого конечного продукта следует удалять из смеси. Воду удаляют из смеси путем регулирования температуры реакции так, чтобы вода выводилась под действием температуры. Удаление в процессе слишком малого количества воды приводит к труднообрабатываемому продукту. Кроме того, вода является также вредным фактором при добавлении потребителем продукта к горячему асфальту, так как при этом возникает вспенивание и другие рабочие проблемы. Если из порошка МАВ удаляется все количество воды, порошок теряет свою эффективность при его использовании в производстве всесезонных асфальтовых вяжущих. Добавление воды перед смешением порошка МАВ с асфальтовыми вяжущими, если использовать воду в подходящей пропорции (обычно от 0,2 до 2,0% влаги), может вернуть порошку его эффективность. Фиг. 1 представляет диаграмму процесса, которая описывает один из способов, с помощью которого порошок МАВ может быть получен и использован. Используемые для получения порошка МАВ реагирующие вещества смешивают в изображенном на фиг. 1 резервуаре 1 с перемешивающим устройством. Эти реагирующие вещества, включающие по меньшей мере одну способную к омылению органическую кислоту, по меньшей мере одну смоляную кислоту, по меньшей мере одно ненасыщенное органическое соединение и основание щелочного металла подают в резервуар 1, как это изображено с помощью подающей стрелки 2. Резервуар и реагирующие вещества могут нагреваться с помощью обычных средств. Как уже упоминалось выше, при реакции образуется вода, которую удаляют, регулируя температуру реакции и подводя тепло (если необходимо). Удаление воды отображено с помощью стрелки 3. Если вода приводит к вспениванию, в резервуар, как это указано с помощью стрелки 4, может быть добавлен противовспенивающий агент. По мере протекания реакции состояние реакционной смеси постепенно меняется от жидкого до черной пасты и, наконец, до состояния твердых комков, и затем при вы-5 008663 сушивании образуется желтоватый материал. Этот высушенный продукт удаляется из резервуара, как это отображается с помощью стрелки 5, подается в мельницу 6 и размалывается до тех пор, пока основная часть конечного продукта не будет проходить через 3-мм сито. Полученный порошок МАВ готов для смешения с асфальтовым материалом. Соответственно, на фиг. 5 изображен второй смесительный резервуар 8, в котором порошок МАВ смешивают с асфальтовым материалом, который был нагрет до жидкого состояния. Подача асфальтового материала во второй смесительный резервуар отображена на фиг. 1 стрелкой 9, а образовавшийся всесезонной асфальтовый продукт отображен стрелкой 10. Штриховая линия 7 на фиг. 1 соединяет мельницу 6 со вторым смесительным резервуаром 8. Штриховая линия 7 обозначает либо перенос порошка МАВ от мельницы 6 ко второму смесительному резервуару 8 в пределах одной и той же установки или местности, либо отправку порошка МАВ от установки, на которой он производится, за пределы данной местности, где порошок МАВ смешивают с асфальтовым материалом во втором смесительном резервуаре 8. Из приведенных ниже примеров следует сделать вывод, что порошок МАВ мог бы быть отправлен к более чем одной установке за пределами данной местности и что порошок МАВ и при переносе или отправке он мог бы быть влажным или существенно сухим, а также быть в форме, отличной от порошковой. Следующие примеры иллюстрируют различные отличительные признаки и характеристики настоящего изобретения, которые не следует рассматривать как его ограничение. Во всех примерах и остальном тексте, если не оговорено особо, процентные содержания выражены для массы. Пример 1. В этом примере 35 кг таллового масла нагревают до приблизительно 1201 С. После этого к нагретому талловому маслу из Нанпиня (партия G в табл.1) примешивают полимер ЕЕ-2 (Eastman ChemicalCompany, Kinhsport, TN). Смесь талловое масло/ЕЕ-2 помещают в месильную машину Sigma и в процессе перемешивания добавляют гидроксид натрия (NaOH, 50 мас.%). Отношение талловое масло/ЕЕ 2/жидкий NaOH составляет 1:0, 1:0,27. По мере добавления NaOH происходит экзотермическая реакция,которая повышает температуру до приблизительно 1061 С и является причиной возникновения пузырения и вспенивания. Вспенивание регулируют добавлением к смеси 50 г противовспенивающего агента,например Foam Blast (Ross Chemicals, Fountain Inn, Южная Каролина). В процессе перемешивания состояние смеси постепенно меняется от жидкого до черной пасты и в заключение до состояния твердого комковатого и желтоватого материала. Когда смесь становится сухой, нагрев прекращают и продолжают перемешивание до достижения смесью температуры приблизительно 1201 С. Этот процесс перемешивания ведется в течение 4 ч, в результате чего получают 38 кг порошка МАВ. Сухой продукт дробят и выдерживают в течение 24 ч в герметичном контейнере. После выдерживания продукт загружают в мельницу и размалывают до тех пор, пока основная часть конечного продукта не будет проходить через 3-мм сито. Обычно продукт представляет собой желто-буроватый порошок,примерно 79% которого проходит через 3-мм сито. Содержание воды или влаги составляет примерно 1,10,1 мас.%. 2,5 мас.% порошка МАВ вводят в композицию асфальтового вяжущего, обозначаемого Qilu 70Penetration, и перемешивают 30 мин при 185 С, получая всесезонное асфальтовое вяжущее, точка размягчения которого равна приблизительно 98 С. Табл. 1 приводит данные для ряда партий продукта, которые были получены способом, описанным в этом примере. Таблица 1-6 008663 Результаты табл. 1 получены с использованием месильной машины NH-100 и введения порошка МАВ в асфальтовое вяжущее Qilu 70 Penetration. Результаты табл. 1 показывают, что размер частиц порошка МАВ, влагосодержание порошка МАВ и источник таллового масла все являются факторами, которые влияют на улучшенную точку размягчения образующегося модифицированного асфальтового вяжущего. Когда порошок слишком сух, что имеет место в случае партии С (0,32%), улучшение точки размягчения меньше, чем в случае содержания влаги 0,54% в партии В. При этом по мере изменения влагосодержания от 0,54% в партии В до 0,74% в партии D, точка размягчения улучшается, несмотря на то, что количество порошка МАВ уменьшается от 4 до 3,0%. Результаты табл. 1 показывают также, что все испытанные талловые масла существенно повышают точку размягчения образующегося асфальтового вяжущего по сравнению с контрольным асфальтом,улучшая температурные характеристики модифицированного асфальтового вяжущего, получаемого после добавления порошка МАВ. Пример 2. Согласно одному из вариантов для производства порошка МАВ с целью продажи и распределения по установкам производства асфальта горячего смешения должна быть использована центральная производственная установка. Порошок МАВ следует получать смешением подходящего исходного продажного таллового масла (или других подходящих исходных материалов, содержащих жирные кислоты и смоляные кислоты) с олефином (или другим подходящим ненасыщенным углеводородным материалом) и каустиком (или другим подходящим основанием щелочного металла). Весовое отношение этих материалов в данном примере составляет примерно 100 частей таллового масла на примерно 10 частей олефина и примерно 27 частей жидкого каустика (50%). Перед загрузкой в нагреваемую смесительную систему талловое масло и олефин следует смешивать между собой и предварительно нагревать до приблизительно 120 С. Для инициирования реакции омыления жидкий каустический компонент следует добавлять в смесительную систему медленно. По мере протекания реакции будут выделяться вода и тепло. Вода будет испаряться, а смесь будет меняться от жидкости до черной пасты и затем до твердого желтого комкообразного материала. Образовавшаяся продукция будет высушена до желаемой конечной точки (приблизительно 1% влаги) и храниться для дополнительной переработки с последующей упаковкой и отправкой потребителям. Порошок МАВ может быть измельчен на малые кусочки и размолот в тонкий порошок (80% прохождения через 3-мм сито). Этот материал может храниться в герметичных бочках или мешках для отправки потребителям. Для получения высококачественного всесезонного асфальтового вяжущего на участке потребителя порошок МАВ следует добавлять в количестве от примерно 1,6 до примерно 2,5% в резервуар с асфальтовым вяжущим, оборудованный высокоскоростной мешалкой, при 185 С. Пример 3. В этом примере тот же производственный процесс, который описан в примере 2, завершается существенно полным удалением воды из материала порошка МАВ. Образовавшийся сухой порошок МАВ должен быть упакован в герметичные бочки или мешки для отправки потребителям. Перед добавлением этого сухого порошка МАВ в резервуар с асфальтовым вяжущим, оборудованный высокоскоростной мешалкой, для обеспечения полного прохождения реакции в резервуаре со смесью асфальтового вяжущего требуется вводить дополнительное количество воды. Количество добавленной воды должно быть соизмеримым с количеством необходимым для приготовления порошка МАВ с содержанием влаги от примерно 0,2 до примерно 2,0%. В табл.2 приведены данные по модифицированным асфальтовым вяжущим, полученным в соответствии с данным примером. Таблица 2 Пример 4. В этом примере использован тот же производственный процесс, что и в примере 3, за исключением того, что произведенный порошок МАВ был использован в асфальте ВР, полученном из канадского сырья и классифицированном как PG 64-22 с использованием системы классифицирования эксплуатационных характеристик США. Таблица 3 приводит асфальт перед добавлением порошка МАВ для действительного температурного интервала, а также значения, полученные при тестировании порошка МАВ. Порошок МАВ был добавлен к асфальту ВР, который был нагрет до 185 С и перемешивался в течение 30 мин. Результаты табл. 3 показывают, что немодифицированный асфальт, классифицированный в соответствии с Superpave, как PG 64-22 с действительным температурным диапазоном PG 64-23, или 88 С. После добавления 2,5% порошка МАВ (партия М) интервал увеличился до PG 71-23, или 94 С, что составляет повышение на 6 С по сравнению с базовым асфальтом. В партии N количество порошка МАВ было увеличено до 3,5 мас.% и дало классификацию эксплуатационных характеристик PG 75-22, или 97 С, что составляет повышение на 9 С в соответствии с Superpave. Это повышает эксплуатационные характеристики асфальта в значительно более широких пределах температуры. Пример 5. В этом примере тот же производственный процесс, который описан в примере 2, завершается удалением меньшего количества воды после начальных реакций. Полученный порошок МАВ мог быть упакован и отправлен потребителю, который должен был быть подготовлен к тому, чтобы принять меры в случае возникновения вспенивания в смесительном резервуаре при добавлении порошка МАВ. В этом случае для регулирования вспенивания мог бы быть добавлен противовспенивающий агент. Пример 6. В этом примере тот же производственный процесс, который описан в примере 4, не завершается никаким размолом продуктов реакции. Материал порошка МАВ мог бы быть упакован для отправки потребителю. Потребителю в этом случае потребовалось бы применить более жесткий способ для примешивания порошка МАВ к асфальтовому вяжущему, например использование высокоэнергетического ножевого смесителя вместо высокоскоростного смесителя. Пример 7. В соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения с использованием тех же реагирующих веществ и процесса для производства порошка МАВ могут быть использованы менее крупные региональные производственные установки либо установки местного масштаба. Возможность производить порошок ПАВ меньшими партиями зависит от капитального оборудования, сырья и производственных затрат, обусловленными специфическими операциями. Хотя настоящее изобретение было описано с упоминанием конкретных средств, материалов и вариантов, специалист сможет легко уяснить для себя из предыдущего описания важнейшие характеристики настоящего изобретения, которые позволят произвести различные изменения и модификации с целью адаптации различных применений и характеристик, не выходя за пределы сути и объема настоящего изобретения, которое описано выше. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Композиция всесезонной добавки для асфальтов, которая в основном состоит из продукта реакции:a) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;b) по меньшей мере одной смоляной кислоты;c) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения иd) основания щелочного металла,из которого в процессе реакции удаляют воду таким образом, что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%. 2. Композиция по п.1, в которую по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота и по меньшей мере одна смоляная кислота вводятся в виде компонентов таллового масла. 3. Композиция по п.1, в которой продукт реакции находится в форме порошка. 4. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота включает по меньшей мере одну из следующих кислот: стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, органические сульфокислоты и их смеси. 5. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одна из смоляных кислот включает по меньшей мере одну из следующих кислот: абиетиновую, неоабиетиновую, дигидроксиабиетиновую, палюстриновую, изодекстропимаровую и их смесь. 6. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одно ненасыщенное органическое соединение включает по меньшей мере один олефин или их смеси. 7. Композиция по п.1, в которой по меньшей мере одно основание щелочного металла включает, по-8 008663 меньшей мере, щелочной металл, оксид щелочного металла, гидроксид щелочного металла, соль щелочного металла и их смеси. 8. Композиция по п.7, в которой щелочной металл включает по меньшей мере одно из соединений натрия, калия и лития. 9. Способ получения композиции всесезонной добавки для асфальтов, заявленный в пп.1-8, который включает следующие стадии:a) получение по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;b) получение по меньшей мере одной смоляной кислоты;c) получение по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения;d) получение основания щелочного металла;e) смешение по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты, по меньшей мере одной смоляной кислоты и по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения и основания щелочного металла с образованием реакционной смеси, в которой происходит реакция омыления;f) удаление воды из реакционной смеси в процессе реакции омыления; иg) выделение продукта реакции. 10. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота и по меньшей мере одна смоляная кислота вводятся в виде компонентов таллового масла. 11. Способ по п.9, в котором продукт реакции образуется в форме порошка. 12. Способ по п.9, в котором отношение жирной кислоты к смоляной кислоте составляет от примерно 0,7 до примерно 2. 13. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одна способная к омылению органическая кислота включает по меньшей мере одну из следующих кислот: стеариновую, олеиновую, линолевую, линоленовую, органические сульфокислоты и их смеси. 14. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одна из смоляных кислот включает по меньшей мере одну из следующих кислот: абиетиновую, неоабиетиновую, дигидроксиабиетиновую, палюстриновую,изодекстропимаровую и их смеси. 15. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одно ненасыщенное органическое соединение включает по меньшей мере один олефин или их смеси. 16. Способ по п.9, в котором по меньшей мере одно основание щелочного металла включает, по меньшей мере, щелочной металл, оксид щелочного металла, гидроксид щелочного металла, соль щелочного металла и их смеси. 17. Всесезонный асфальт, который включает:i) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;ii) по меньшей мере одной смоляной кислоты;iii) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения иb) асфальтовый материал. 18. Всесезонный асфальт по п.17, в котором в процессе реакции компонентов i-iv удаляют воду таким образом, что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%. 19. Всесезонной асфальт по п.17, в котором продукт реакции сушат перед смешением с асфальтовым материалом. 20. Всесезонный асфальт по п.19, в котором продукт реакции образуется в форме порошка перед его смешением с асфальтовым материалом. 21. Всесезонный асфальт по п.20, в котором частицы порошка обладают таким размером, что по меньшей мере 80% порошка может проходить через 3-мм сито. 22. Всесезонный асфальт по п.17, включающий от примерно 1,6 до примерно 4 мас.% предварительно полученного продукта реакции. 23. Способ получения всесезонного асфальта, который включает:i) по меньшей мере одной способной к омылению органической кислоты;ii) по меньшей мере одной смоляной кислоты;iii) по меньшей мере одного ненасыщенного органического соединения иb) смешение продукта реакции с асфальтовым материалом. 24. Способ по п.23, в котором в процессе реакции компонентов i-iv удаляют воду таким образом,что содержание воды в конечном продукте реакции составляет от примерно 0,2 до примерно 1,5 мас.%. 25. Способ по п.23, в котором продукт реакции сушат перед смешением с асфальтовым материалом. 26. Способ по п.23, в котором продукт реакции образуется в форме порошка перед его смешением с асфальтовым материалом.-9 008663 27. Способ по п.26, в котором частицы порошка обладают таким размером, что по меньшей мере 80% порошка может проходить через 3-мм сито. 28. Способ по п.23, в котором от примерно 1,6 до примерно 4 мас.% продукта реакции добавляют к от примерно 95 до примерно 98 мас.% асфальтового материала. 29. Способ по п.23, в котором продукт реакции производят в одном месте и смешивают с асфальтовым материалом в другом месте. 30. Способ по п.29, в котором продукт реакции отправляют из упомянутого выше первого места в упомянутое выше второе место.
МПК / Метки
МПК: C08L 95/00, C08L 91/00
Метки: получения, порошкообразная, добавка, продукт, всесезонная, асфальтам, способы
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-8663-vsesezonnaya-poroshkoobraznaya-dobavka-k-asfaltam-produkt-i-sposoby-ih-polucheniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Всесезонная порошкообразная добавка к асфальтам, продукт и способы их получения</a>
Предыдущий патент: Способ получения базового смазочного масла
Следующий патент: Новые сольваты n-гидрокси-4-(3-фенил-5-метилизоксазол-4-ил) бензолсульфонамида
Случайный патент: Способ пуска реактора гидрирования лигроиновой фракции