專利名稱：用于生產高分子改性瀝青的促進劑－凝膠體添加劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子改性瀝青組合物和生成這些組合物的各種方法。特別地，本發(fā)明涉及一種生產高分子改性瀝青的方法，該方法使用一種促進劑-凝膠體添加劑作為高分子-瀝青生成過程中的促進劑的載體。
2.相關技術高分子改性瀝青和生產高分子改性瀝青的方法在本技術領域是公知的。高分子，例如熱塑性彈性體，在瀝青中結合很廣泛，用于提高它的強度和性能。在高分子-瀝青組合物中添加硫能提高它的穩(wěn)定性也是公知的。一般認為，硫與高分子和瀝青之間以硫化物和多硫化物鍵化學結合，這樣可以強化和加速高分子-瀝青的成鍵和硫化過程。
促進劑，例如硫可以添加到高分子-瀝青系統(tǒng)中用于強化高分子和瀝青之間的成鍵和硫化。不同形式的硫促進劑，例如元素硫和給出硫的偶聯(lián)劑(sulfur-donating coupling agents)包括烷基多硫化物，二硫代氨基甲酸鹽，五硫化二磷，秋蘭姆，噻唑衍生物，4，4’-二硫代嗎啉都可以用于高分子瀝青系統(tǒng)。硫可以通過各種方式與高分子和瀝青結合，典型地包括將高分子和瀝青的混和物攪拌一定時間后，把硫以單質的形式或偶聯(lián)劑的形式添加到高分子和瀝青的混和物中?；蛘?，也可以先用硫對高分子進行預處理，然后把硫處理過的高分子添加到熔化的瀝青中。
不幸的是，把細粉碎的干原料，如硫添加到反應器或反應槽的過程有爆炸的危險，這是由于烴類蒸汽的形成和存在與升高的處理溫度共同作用的結果。另外，細粉碎的干的原料在與這種系統(tǒng)中的液體原料在混合時往往不能完全而高效地混合。在解決這個問題的一個嘗試中，是可以把細粉碎的干原料物質預先分散到油中。但是，由于這些細粉碎的干原料有沉淀的傾向，需要不停地攪拌。已經使用粘度更大的石油和/或瀝青熔體來防止這些細粉碎的干原料的沉淀，但是使用這些原料需要更高的處理溫度，來將石油和/或瀝青熔體保持在可用泵輸送的粘度。另外，該方法還要求不停地攪拌來保持該細粉碎原料的分散。結果是處理過程中所需的的更高的溫度增大了釋放出有毒氣體的危險，例如釋放出劇毒易燃的硫化氫。因此，處理高度濃縮的硫/石油或硫/熔體的溫度不能超過140°F。
發(fā)明目的和概要鑒于上述之不足，本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定的、用于在高分子改性瀝青的生產過程中將促進劑添加到液體的高分子-瀝青混和物中的組合物。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種穩(wěn)定的促進劑-凝膠懸浮液，這種懸浮液在儲存過程中和用于生產制造過程、例如添加到高分子和瀝青系統(tǒng)中，不會發(fā)生分離。
本發(fā)明進一步的目的是提供一種穩(wěn)定的促進劑-凝膠體添加劑，這種添加劑可以在常溫下預先混合并儲存，它具有液體或凝膠的特點，在通常的加工處理條件和低于140°F的溫度時可以方便的處理和用泵輸送。
按照上述目的，本發(fā)明提供了一種高分子改性瀝青，它是通過在生產高分子改性瀝青時把促進劑-凝膠體添加劑作為促進劑添加到高分子-瀝青液體原料中的方法來形成的。這種促進劑-凝膠體添加劑也可以用在瀝青的其它相關處理過程中，例如“催化”吹氣氧化法(air blowing)，用于簡化細粉碎的固體催化劑，例如五氧化二磷或氯化鐵的添加，以及把細粉碎的原料添加到清瀝青(neat asphalts)中的過程，例如，把碳酸鈣添加到強酸性的瀝青中。這種促進劑-凝膠體添加劑也可以用在瀝青的其它相關處理過程中，例如“催化”吹氣氧化法，用于簡化細粉碎的固體催化劑，例如五氧化二磷或氯化鐵的添加，以及把細粉碎的原料添加到清瀝青中的過程，例如，把碳酸鈣添加到強酸性的瀝青中。這種促進劑-凝膠體添加劑也可以用作瀝青或高分子改性瀝青之外的其它處理過程的添加混和物。其它處理過程包括但不限于橡膠的配料和硫化，高分子物料的注射、擠出和成型。此外，本發(fā)明提供了一種制造促進劑-凝膠體添加劑的方法。
本發(fā)明的高分子改性瀝青通過如下方法制造形成促進劑-凝膠體添加劑，把促進劑-凝膠體添加劑與高分子和瀝青混和形成一種混和物，以及在約200-500°F、優(yōu)選在約300-400°F的溫度下硫化。如此形成的高分子改性瀝青需要的硫化時間較短，并且提供了由于抑制了相分離而顯示出的高分子改性瀝青配方的改進的儲存穩(wěn)定性。除了硫化時間和穩(wěn)定性方面的改進外，相對于常規(guī)的處理系統(tǒng)，可以更快更高效地達到這些所要求的性能。
促進劑-凝膠體添加劑是一種組合物，包括促進劑、加工油、親有機性粘土，和可選擇的，極性活化劑。它是通過如下方法制造的，該方法包括將促進劑和親有機性粘土與加工油混和成均勻的混和物。然后將極性活化劑慢慢地添加并混合到混和物中，以在親有機性粘土中分離出小片(platelets)。這將使該油凝膠，由此使促進劑以穩(wěn)定的形式懸浮，防止促進劑象細粉碎的干的硫原料一樣沉淀。盡管促進劑-凝膠體添加劑非常穩(wěn)定，但隨時間延長添加劑會有一些輕微的褪色。但是這種褪色并不影響促進劑-凝膠體添加劑的性能。促進劑-凝膠體添加劑最好儲存在密封的容器中，以防止可能的氧化。長期儲存后，也許可能觀察到油有一些輕微的滲出。這種滲出可以在輕微攪拌下重新混入。增大親有機性粘土和極性活化劑的用量可以防止這種滲出的發(fā)生。
結合考慮下面的描述，本發(fā)明的這些及其它的方面和目的會更容易理解。但是應該理解，下面的描述指出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案和許多特定的細節(jié)，這些描述用于說明而不是用于限制本發(fā)明。在不偏離本發(fā)明精神的范圍內，可以對其進行變化和修改，本發(fā)明包括所有這些修改。
發(fā)明的詳細描述本發(fā)明及其各種特征與優(yōu)點將參考如下詳細描述的實施方案進行更全面的說明，但不限于此。公知的成分和處理技術的描述將被省略以免對本發(fā)明的細節(jié)造成不必要的模糊。
本發(fā)明涉及一種新型的促進劑-凝膠體添加劑及其在高分子改性瀝青的生產中將一種促進劑引入到高分子瀝青液體原料中的應用。更具體的說，制造該高分子改性瀝青的方法包括，生成促進劑-凝膠體添加劑，將促進劑-凝膠體添加劑與高分子和瀝青混合，以及在約200-500°F之間的溫度下、優(yōu)選地在約300-400°F之間的溫度下硫化該高分子改性瀝青，直到得到期望的性質。這個時間依賴于每批容量的大小和所給定的生產系統(tǒng)的混和能力。
該促進劑-凝膠體添加劑的配方包括大致為2.0％-75.0％的促進劑，25.0％-88.0％的加工油；和0.5％-10.0％的粘土。此外，該促進劑-凝膠體添加劑還可以進一步包括一種極性活化劑。該極性活化劑的含量約等于以重量百分比表示的比率范圍0.5-3.0份極性活化劑1.0-5.0份粘土，更優(yōu)選的范圍約為1.0份極性活化劑2.0份粘土。
該促進劑可以選自包括如下的組硫，4，4’-二硫基二嗎啉，噻唑衍生物，二硫代氨基甲酸鹽(dithiocarbanates)，五硫化二磷，五氧化二磷，硬脂鋅酸，硬脂酸銨，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鈣，氧化鋁，或者這些或其他硫化劑或促進劑的組合。該促進劑可以是粉末，片狀粉(flakes)，小球狀或其他適合的形狀，優(yōu)選為細粉碎的粉末。此外，該促進劑可以是處理后的作為粉塵抑制劑的油。
該優(yōu)選的促進劑是從包含元素硫，斜方硫，或多硫(polymeric sulfur)的組中選擇的硫，并以從粉末、片狀粉或小球狀中所選擇的一種形狀使用。
該加工油可以從具有至少為300°F，優(yōu)選為425°F或更高的閃點，并且，有足夠低的粘度以在室溫下易與硫混合的任何油中選擇。例如，如花生油、玉米油、橄欖油、canola油、紅花油等植物油，以及如石蠟族、環(huán)烷族(napthenic)、芳族、礦物油等石油餾出油，以及這些油的回收形式是可以接受的加工油。優(yōu)選的加工油是Ergon Hyperne L-500潤滑油。
該粘土選自包括胺處理粘土和親有機性粘土的組，優(yōu)選為親有機性粘土Baragel 32013。
優(yōu)選地，在該促進劑-凝膠體添加劑中加入一種極化活性劑，如碳酸丙烯酯或乙醇-水的混合物，最優(yōu)選的是碳酸丙烯酯。
優(yōu)選的促進劑-凝膠體添加劑的配方包含硫約50.0％，ErgonHyprene L-500潤滑油約47.0％，Baragel 32013約2.25％和碳酸丙烯酯約0.75％。
該促進劑-凝膠體添加劑是通過如下方法形成的將一種促進劑，優(yōu)選為元素硫粉末，一種粘土，優(yōu)選為Baragel 32013，和一種加工油混合，直到形成一種呈粗質(gritty)的黃色顏料狀外觀的均勻混合物。接著將一種極性活化劑，優(yōu)選為碳酸丙烯酯，慢慢加入該均勻的混合物中，攪拌直到該混合物形成一種將硫懸浮在促進劑-凝膠體添加劑中的“凝膠”。接著將所得到的促進劑-凝膠體添加劑在室溫下、優(yōu)選在40°F和140°F之間儲存。它可以立即用于高分子改性瀝青的生產中，或不定期地進行儲存。
雖然如前所述的是優(yōu)選的方法，但是可供選擇的制造該促進劑-凝膠體添加劑的方法包括并不限于預混合促進劑和粘土，接著將其加入到加工油中，將促進劑-粘土混合物加入到加工油中，以及混入極性活化劑以生成一種凝膠的產品，促進劑被加速地加入到該產品中。
在該促進劑-凝膠體添加劑形成之后，接著在約200°F-500°F、優(yōu)選在約300°F-400°F之間的溫度下將其加入到高分子和瀝青的混合物中。如已討論的那樣，將促進劑-凝膠體添加劑加入到瀝青高分子混合物中改善了存儲穩(wěn)定性和獲得期望的性質的時間。雖然有幾種方法可以在瀝青高分子混合物中獲得促進劑交聯(lián)，但其優(yōu)選的形式為使用粉末狀或片狀粉的元素硫形式的細粉碎的硫原料。加入細粉碎形式的硫將造成如前所述的安全和處理的問題對該領域的技術人員是公知的。該促進劑-凝膠體添加劑允許將硫以一種形式和方法加入到瀝青高分子混合物中，這種形式和方法將限制和減少對常規(guī)的將細粉碎的干的原料加入到液體的瀝青高分子混合物的方法中存在的對安全和處理的擔心。
該促進劑-凝膠體添加劑可以在不同的生產階段加入到瀝青高分子混合物中，其可以加入到約1.0％-25.0％之間的高分子、優(yōu)選為約2.0％-18.0％之間的高分子濃縮物中。需要注意的是一些具有更高濃度的高分子的瀝青高分子混合物可能由于促進劑的加入而受到不利的影響。該促進劑-凝膠體添加劑可以有效地加入到從濃縮物稀釋的高分子瀝青混合物中，該濃縮物可以使用純的、處理后的或含有高分子的瀝青稀釋。該促進劑-凝膠體添加劑也可以在瀝青高分子濃縮物稀釋前加入到稀釋瀝青中。加入促進劑-凝膠體添加劑的優(yōu)選方法是在瀝青稀釋的時候或在最終產品生產期間加入。
在本發(fā)明中用來生產高分子改性瀝青的高分子選自包括包含具有不飽和烴鏈組成的高分子的組聚異戊二烯(橡膠)、丁苯橡膠(SBR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，其中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)是優(yōu)選的。這些高分子可以單獨使用，或者以多種聚合物和聚合物形態(tài)的復合物形式使用，這些形態(tài)如線型、分支、接枝或各種形態(tài)的組合。
所述的瀝青選自包括如下的組來自原油餾出的瀝青，天然瀝青，特立尼達湖瀝青(Trinidad Lake Asphalt，TLA)、黑瀝青，和加工瀝青包括各種等級和來源的瀝青的混和物以及吹氣氧化瀝青。優(yōu)選的瀝青是來自原油餾出物的清瀝青。
該混合物包含促進劑-凝膠體添加劑，然后高分子和瀝青在約200°F-500°F之間、優(yōu)選在約300°F-400°F之間的溫度下硫化直到得到期望的性質。這個時間依賴于每批容量的大小和給定生產系統(tǒng)的混料能力。直到得到期望的性質。這個時間依賴于每批容量的大小和給定生產系統(tǒng)的混料能力。
所得到的高分子改性瀝青具有的性質為減少的硫化時間，并提供了改進的該高分子改性瀝青配方的存儲穩(wěn)定性，其表現(xiàn)為對相分離的抑制。除改進的硫化時間和穩(wěn)定性外，期望的性質也可在更適時的方式中得到。
每一個被披露的實施方案中的所有披露的特征能與每個其他被披露的實施方案中所披露的特征組合或替換，除了那些相互之間排斥的特征。所附的權利要求是要試圖覆蓋所有的那些添加、改進和重新排列。本發(fā)明的有利的實施方案通過所附的從屬權利要求加以區(qū)分。
權利要求
1.一種促進劑-凝膠體添加劑，包含A.一種促進劑；B.一種加工油；和C.一種粘土。
2.如權利要求1所述的促進劑-凝膠體添加劑，進一步包含一種極性活化劑。
3.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，百分比是A.促進劑為約2.0％-75.0％；B.加工油為約25.0％-88.0％；C.粘土為約0.5％-10.0％，且D.極性活化劑為約0.5％-3.0％份極性活化劑1.0-5.0份粘土。
4.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，百分比是A.促進劑約50.0％；B.加工油約47.0％；C.粘土約2.25％；且D.極性活化劑約0.75％。
5.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，所述的促進劑選自包含以下的組硫；4，4’-二硫基二嗎啉；噻唑衍生物；二硫代氨基甲酸鹽；五硫化二磷；五氧化二磷；硬脂酸鋅；硬脂酸銨；氫氧化鈉；氫氧化鉀；氫氧化鈣；氧化鋁；和，以上的化合物的組合。
6.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，所述的促進劑選自包含如下的組元素硫；斜方硫；和多硫。
7.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，所述的加工油選自包含植物油和石油餾出油的組。
8.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，所述的粘土選自包含親有機性粘土和胺處理粘土的組。
9.如權利要求2所述的促進劑-凝膠體添加劑，其中，所述的極性活化劑選自包含碳酸丙烯酯和一種乙醇-水混和物的組。
10.一種制造促進劑-凝膠體添加劑的方法，包括A.將一種促進劑和一種親有機性粘土與一種加工油混和形成混和物；B.攪拌所述混和物以形成一種促進劑-凝膠懸浮液。
11.如權利要求10所述的方法，進一步包括將一種極性活化劑添加到該混和物中。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述的促進劑選自包含如下的組硫；4，4’-二硫代二嗎啉；噻唑衍生物；二硫代氨基甲酸鹽；五硫化二磷；五氧化二磷；硬脂酸鋅；硬脂酸銨；氫氧化鈉；氫氧化鉀；氫氧化鈣；氧化鋁；和，以上化合物的組合。
13.如權利要求11所述的方法，其中，所述的加工油選自包含植物油和石油餾出油的組。
14.如權利要求11所述的方法，其中，所述的粘土包含親有機性粘土和胺處理粘土。
15.如權利要求11所述的方法，其中，所述的極性活化劑包含碳酸丙烯酯和一種乙醇-水混和物碳酸丙烯酯和一種乙醇-水混和物。
16.如權利要求11所述的方法，進一步的特征在于，所述的促進劑和所述的粘土在與所述的加工油混和之前被預先混和。
17.一種制造高分子改性瀝青的方法，包含A.形成一種促進劑-凝膠體添加劑；B.把所述的促進劑-凝膠體添加劑與所述的高分子和所述的瀝青混和形成一種混和物；和，C.硫化所述的混和物。
18.如權利要求17所述的制造高分子改性瀝青的方法，其中，所述的促進劑-凝膠體添加劑包含A.一種促進劑-凝膠體添加劑；B.一種加工油；和C.一種粘土。
19.如權利要求17所述的制造高分子改性瀝青的方法，其中，所述的高分子選自包含如下的組烴鏈，包括聚異戊二烯，丁苯橡膠，三元乙丙橡膠，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯；和，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯。
20.如權利要求17所述的制造高分子改性瀝青的方法，其中，所述的瀝青選自包括如下的組原油餾出物；天然瀝青；特立尼達湖瀝青；黑瀝青；和來自加工瀝青的瀝青，該加工瀝青包括吹氣氧化瀝青來自原油餾出物的瀝青。
21.一種高分子改性瀝青組合物，包含一種促進劑-凝膠體添加劑；一種高分子；和，一種瀝青。
22.一種如權利要求21所述的高分子改性瀝青組合物，其中，所述的促進劑-凝膠體添加劑包含；A.一種促進劑；B.一種加工油；和C.一種粘土。
23.一種如權利要求21所述的高分子改性瀝青組合物，其中，所述的高分子選自包含如下的組烴鏈，包括聚異戊二烯，丁苯橡膠，三元乙丙橡膠，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯；和，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯。
24.一種如權利要求21所述的高分子改性瀝青組合物，其中，所述的瀝青選自包含如下的組原油餾出物；天然瀝青；特立尼達湖瀝青；黑瀝青；和來自加工瀝青的瀝青，所述的加工瀝青包括吹氣氧化瀝青來自原油餾出的瀝青。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種促進劑－凝膠體添加劑，用于把一種促進劑，例如硫添加到生產高分子改性瀝青、硫化橡膠的系統(tǒng)或類似系統(tǒng)中。不同于常規(guī)的將促進劑添加到這種系統(tǒng)中的方法，該促進劑－凝膠體添加劑將該促進劑懸浮在一個凝膠系統(tǒng)中，由此阻止了在處理過程中該促進劑的沉淀。其結果是，該高分子和瀝青可以在更低的溫度下進行處理，減少了如硫化氫的有毒、可燃氣體的生成。
文檔編號C08L95/00GK1420913SQ01806586
公開日2003年5月28日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權日2000年3月14日
發(fā)明者蓋洛·L·鮑姆加德尼爾, 馬丁·R·伯羅, 約翰·杜馬, 安德魯·梅納帕切, 詹姆斯·史密斯 申請人:埃爾根公司