DE3887399T2

DE3887399T2 - Mit Polyäthylen modifizierter Asphalt.

Info

Publication number: DE3887399T2
Application number: DE3887399T
Authority: DE
Inventors: Lyle Edwin Moran
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2008-07-12
Also published as: AU601296B2; DE3887399D1; FI883360A0; EP0299700B1; EP0299700A3; NO171922B; AU1903188A; FI883360A; NO883026L; CA1316279C; NO171922C; US4868233A; NO883026D0; JPH01103664A; ES2061658T3; EP0299700A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte, mit Polyethylen modifizierte Asphaltzusammensetzung und das Verfahren zu ihrer Herstellung.
Asphalt ist ein bituminöses Material, das aus der Destillation von Rohöl resultiert. Typischerweise stammt Asphalt aus den Sumpfprodukten eines Vakuumdestillationsturms und hat einen Siedepunkt von mindestens 400ºC bei atmosphärischem Druck. Weil es hydrophob ist und ein gutes Haftvermögen und eine gute Bewitterungsbeständigkeit aufweist, ist Asphalt weit verbreitet als Bindemittel in Straßenbelagmaterialien (Bodenbelagmaterial) und als Beschichtung für Dachschindel verwendet worden.
Wenn der Asphalt für Dachdeckungsanwendungen verwendet wird (z. B. als Schindelbeschichtung oder als Imprägniermittel), wird er üblicherweise polymerisiert, indem er eine oxidative Dehydrierung eingeht, bei der der Asphalt zwischen etwa 6 und etwa 24 Stunden mit einem sauerstoffhaltigen Gas (üblicherweise Luft) bei Temperaturen im Bereich zwischen etwa 200ºC und etwa 300ºC kontaktiert wird. Dieses Verfahren ist detailliert von L.W. Corbett in "Bituminous Materials: Asphalt, Tars and Pitches", Interscience Publishers, New York (1965), und von E.J. Barth in "Asphalt Science and Technology", Gordon and Breach Science Publishers, New York (1968) beschrieben. Die oxidative Dehydrierung verbessert die Kriechfestigkeit (d. h. die Fließbeständigkeit) und Bewitterungsfestigkeit des Asphalts und verringert seine Empfindlichkeit gegenüber Temperaturveränderungen.
Wenn er als konventionelles Straßenbelagbindemittel verwendet wird, geht der Asphalt üblicherweise keine oxidative Dehydrierung ein, sondern wird stattdessen hergestellt, um bestimmte Kontrollspezifikationen wie Flammpunkt (ASTM D-92), Penetration bei 25ºC (ASTM D-5), Scheinviskosität bei 60ºC (ASTM D-2170) und kinematische Viskosität bei 135ºC (ASTM D-2170) zu erfüllen. Zusätzlich zu den Kontrollspezifikationen soll der Straßenbelagasphalt auch bestimmte Leistungsspezifikationen wie Duktilität (ASTM D-113), Löslichkeit in Trichlorethylen (ASTM D-2042) und Dünnschicht-Ofenalterung (ASTM D-1754) erfüllen.
In der Vergangenheit sind Asphalte, die die oben genannten Kontroll- und Leistungsspezifikationen erfüllten, im allgemeinen als mehr als adäquat für Straßenbelagbindemittel betrachtet worden. Allerdings gab es in letzter Zeit eine Nachfrage der Asphaltverwender nach Produkten mit höherer Leistung. Beispielsweise belastet und zerstört das heutzutage vorhandene erhöhte Verkehrsvolumen an schweren Lastwagen die Straßen. Eines der aus dieser erhöhten Verkehrsbelastung resultierenden Hauptprobleme ist die Spurrillenbildung des Straßenbelags aufgrund der natürlichen Tendenz des Asphalts, über einen Zeitraum zu kriechen, insbesondere während der sommerlich erhöhten Temperaturen. Daher brauchen Straßenbauunternehmen jetzt dringend Asphaltbindemittel für Straßenbelag, die eine erhöhte Kriechfestigkeit aufweisen.
Als weiteres Beispiel für die zunehmende Nachfrage nach höherer Leistung ist die Rißbildung in Straßen und Dachdeckanwendungen bei niedriger Temperatur noch immer ein Hauptproblem. Daher schafft eine Verringerung der Temperatur, bei der das Produkt Risse bildet (typischerweise unterhalb von etwa 0ºC) einen zusätzlichen Vorteil für die gesamte Bauindustrie. Eine Formulierung mit verbesserten Rißbildungseigenschaften bei niedriger Temperatur hat eine höhere Dehnfestigkeit, um den akkumulierten Zugspannungen zu widerstehen, und geeigneterweise eine ähnliche oder niedrigere Steifigkeit, um Sprödigkeit und Bruch zu minimieren.
Ein Ansatz zur Veränderung oder Einstellung der rheologischen und chemischen Eigenschaften von Asphalt ist die Einbringung bestimmter Additive. Beispielsweise ist ein Polymer wie Polyethylen zu Asphalt gegeben worden, um Asphalte herzustellen, die eine erhöhte Beständigkeit gegen Kriechen oder Verformung zeigen. Zusätzlich müssen mit Polyethylen modifizierte Asphalte auch eine gute Verträglichkeit zwischen dem Asphalt und dem Polyethylen aufweisen und bei hohen Temperaturen während der Lagerung und der Asphaltisierungsarbeiten zur leichten Handhabung und Aufbringung stabil sein. Die Verträglichkeit zwischen dem Polyethylen und dem Asphalt ist sehr wichtig, um sicherzustellen, daß die technischen Eigenschaften von sowohl dem Asphalt als auch dem Polyethylen auf das fertige Produkt übertragen werden, und um eine gute Langzeitleistung zu liefern. Allerdings erfordern die meisten, mit Polyethylen modifizierten Asphalte entweder kontinuierliches Mischen oder die Zugabe verschiedener Additive, um Phasenunverträglichkeit zu vermeiden (Siehe beispielsweise US-A-4 240 946 und US-A-4 314 921, die kontinuierliches Mischen mit hoher Scherung benötigen, um eine physikalische Dispersion von Polyolefin in Bitumen zu erhalten, und Jew et al., Journal of Applied Polymer Science, 31, Seiten 2685 bis 2704 (1986), die zur Verhinderung der Phasentrennung die Zugabe von einem oder mehreren Dispergiermitteln zu einem mit Polyethylen modifizierten Asphalt offenbaren. Siehe auch Transportation and Road Research Laboratory Report 1101 von J.H. Denning et al., Highways and Structures Department, Crowthorne Berkshire, England (1983).
Das UK-Patent Nr. 1 247 247 beschreibt eine asphaltenfreie (oder "Petrolen")-Asphaltzusammensetzung, die ataktisches Polymer aus Polypropylen und/oder Polyethylen enthält. Mit "asphaltenfrei" ist gemeint, daß die Asphaltzusammensetzung weniger als 1,0 Gew.%, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.% Asphalten enthält. Mit "ataktischem Polymer" ist ein Polymer gemeint, das im wesentlichen nicht kristallin ist, d. h. das nicht mehr als 20 Gew.%, vorzugsweise nicht mehr als 10 Gew.% kristallines Polymer enthält. Das ataktische Polymer, das vorzugsweise ataktisches Polypropylen ist, wird zu der Asphaltzusammensetzung gegeben, um ihre physikalischen Eigenschaften zu verbessern, wie verminderte Temperaturanfälligkeit und verbesserte Duktilität und Viskositätscharakteristika.
Polyethylen ist auch zu anderen Zwecken zu asphalthaltigen Mischungen gegeben worden. Beispielsweise offenbart EP-130 367 thermoplastische Formmassen, die ein Ethylencopolymer mit einem Vinylester und/oder einem Alkylester, Bitumen, Ruß, Glycerinmonostearat, Füllmaterial und ein zweites Ethylencopolymer enthalten, das als lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und einem Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten und einer Dichte zwischen 0,918 und 0,935 g/cm³ beschrieben ist. Die Kombination der beiden Ethylencopolymere mit Bitumen bildet eine bituminöse Formmasse mit hoher Festigkeit bei Raumtemperatur, hoher Maßhaltigkeit bei Wärme und Steifheit. Als ein weiteres Beispiel offenbart EP-64 630 eine flammenhemmende halogenfreie thermoplastische Formzusammensetzung, die Ethylencopolymer, Bitumen, Aluminiumhydroxid, roten Phosphor, Ruß, Glycerinmonostearat und, falls erforderlich, Polyethylen mit einem Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten und einer Dichte von 0,917 bis 0,940 g/cm³ enthält. Die Maßhaltigkeit der Mischung bei Wärme ist aufgrund der Polyethylenzugabe erhöht. Beide Patentinhaber offenbaren, daß die gebildeten Formmassen zur Herstellung von geformten Gegenständen geeignet sind, insbesondere Dichtungsbahnen für Bau- und Tiefbauanwendungen. Außerdem verwenden beide Patentinhaber Asphalt als Verdünnungsmittel anstatt als Hauptkomponente des Produkts.
Demnach lehrt keine der vorhergehenden Druckschriften eine mit Polyethylen modifizierte Zusammensetzung (und ein Verfahren zu deren Herstellung), die nicht kontinuierliches Mischen oder Zugabe von Dispergiermitteln oder anderen Verbindungen erfordert, um die Phasenverträglichkeit der Zusammensetzung zu erhalten, oder schlägt dies vor.
Nun ist erfindungsgemäß gefunden worden, daß eine Asphaltzusammensetzung mit verbesserter Phasenstabilität und verbesserten rheologischen Eigenschaften hergestellt werden kann, indem ausgewählte Polyethylenverbindungen zu bestimmten Asphalten gegeben werden. Insbesondere wird eine Asphaltzusammensetzung mit erhöhter Lagerbeständigkeit, Phasenverträglichkeit und Kriechfestig keit relativ zu konventionellen Asphalten (d. h. straight-run Asphalten, die als Rückstand aus der Vakuumdestillation von Rohöl erhalten wurden) gebildet, wenn lineare Polyethylenverbindungen zu einem Asphalt gegeben werden, der ein Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 5,5:1 bis 9:1 aufweist. Die resultierende Zusammensetzung hat im Vergleich zu konventionellen Asphalten auch eine höhere Zugfestig keit bei relativ niedriger Steifigkeit bei tiefer Temperatur und ist besonders gut geeignet zur Verwendung als Bindemittel für Straßenbelag und als Beschichtung oder Imprägniermittel für Dachdeckungsprodukte.
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Asphaltzusammensetzung durch die Zugabe von mindestens einer linearen Polyethylenverbindung zu bestimmten Asphalten gebildet. Der spezielle verwendete Asphalt muß einen niedrigen Asphaltengehalt und einen relativ hohen Gehalt an gesättigten Verbindungen aufweisen, um eine ausreichende Kriechfestigkeit, Phasenverträglichkeit und Lagerbeständigkeit des mit Polyethylen modifizierten Produkts sicherzustellen. Die Lagerbeständigkeit bildet das kritischere zu erfüllende Kriterium. Demnach muß das Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen in dem Asphalt über etwa 5,5 (vorzugsweise über 5,7, insbesondere mindestens etwa 6) liegen, um Lagerbeständigkeitsprobleme des mit Polyethylen modifizierten Produkts zu vermeiden. Die obere Grenze des Gewichtsverhältnisses von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen ist nicht kritisch und variiert in Abhängigkeit von dem speziellen Anwendungsbereich des gebildeten Produkts. Das Verhältnis soll aber unter dem liegen, bei dem Phasentrennung oder Verlust der rheologischen Eigenschaften auftritt. Typischerweise soll das Gewichtsverhältnis unter etwa 9 betragen. Für Straßenbelagbinde mittel und Dachdeckungsanwendungen soll das Gewichtsverhältnis vorzugsweise zwischen etwa 5,5 (vorzugsweise über 5,7) und etwa 8, insbesondere zwischen etwa 5,5 (vorzugsweise über 5,7) und etwa 7 sein, da Produkte, die aus der Verwendung größerer Verhältnisse resultieren, für solche Anwendungen zu weich sind. Das Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen des speziellen verwendeten Asphalts kann auf das gewünschte Niveau eingestellt werden, indem ein oder mehrere Einsatzmaterialien zugegeben werden, die reich an gesättigten Verbindungen sind, z. B. ein Paraffinschmierstoffdestillat.
Der erfindungsgemäß verwendete Asphalt kann aus einer Vielzahl von Quellen erhalten werden, einschließlich straight-run- Vakuumrückständen, Mischungen aus Vakuumrückstand mit Verdünnungsmitteln wie Vakuumturm-Waschöl, Paraffindestillat, aromatischen und naphthenischen Ölen und deren Mischungen, oxidierten Vakuumrückständen oder oxidierten Mischungen aus Vakuumrückständen und Verdünnungsölen und dergleichen. Andere Asphaltmaterialien wie Kohlenteerpech, Gesteinasphalt und natürlich vorkommender Asphalt können auch verwendet werden. Typischerweise hat der Asphalt einen atmosphärischen Siedepunkt von mindestens 380ºC, typischerweise von mindestens 440ºC und umfaßt eine größere Menge oder einen größeren Anteil der Asphaltzusammensetzung. Bei Straßenbelagbindemittelanwendungen umfaßt der Asphalt typischerweise 85 und vorzugsweise 90 Gew.% oder mehr des resultierenden Produkts. Der Asphalt umfaßt typischerweise 80 und vorzugsweise 85 Gew.% oder mehr für Dachdeckungsprodukte.
Die spezielle zugesetzte Polyethylenverbindung muß lineare Polyethylene sein, d. h. Polyethylenverbindungen, die in Gegenwart eines Katalysators gebildet sind und eine minimale Verzweigung der Kohlenstoffketten mit mehr als 10 Kohlenstoffketten aufweisen. Verzweigte Polyethylene können erfindungsgemäß nicht in geeigneter Weise verwendet werden, da sie nicht zur Bildung eines Produkts mit verbesserten rheologischen und thermischen Eigenschaften führen. Erfindungsgemäß verwendbare lineare Polyethylene sind Polyethylene mit hoher, niedriger und sehr niedriger Dichte, die wie folgt charakterisiert werden können: Lineares Polyethylen Dichte g/cm³ hohe Dichte niedrige Dichte sehr niedrige Dichte
Der minimale Schmelzindex der verwendeten speziellen linearen Polyethylenverbindung kann in Abhängigkeit von dem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen in dem Asphalt weit variieren. Genauer gesagt muß, wenn der Schmelzindex der Polyethylenverbindung abnimmt, das Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen in dem Asphalt erhöht werden, um die Lagerbeständigkeit des gemischten Produkts aufrechtzuerhalten. Der Schmelzindex der verwendeten speziellen Polyethylenverbindung variiert auch in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung der gebildeten Asphaltzusammensetzung. Zusätzlich diktieren praktische Erwägungen wie die Menge an verfügbarem, an gesättigten Verbindungen reichem Einsatzmaterial oft den verwendeten Schmelzindex. Für typische Straßenbelagsanwendungen sollte der minimale Schmelzindex mindestens etwa 6,7 für lineare Polyethylenverbindungen mit hoher Dichte (LHDPE), über 8 für lineare Polyethylenverbindungen mit niedriger Dichte (LLDPE) und mindestens etwa 3 für lineare Polyethylenverbindungen mit sehr niedriger Dichte (LVLDPE) sein. In ähnlicher Weise gibt es im wesentlichen keine obere Grenze für den Schmelzindex der speziellen verwendeten linearen Polyethylenverbindung, weil das Molekulargewicht der Polyethylenverbindung abnimmt, wenn der Schmelzindex zunimmt, und eine geringere Neigung dazu besteht, daß Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht aufgrund der Ausfällung von Asphalt eine Phasentrennung verursachen. Die verwendeten linearen Polyethylenverbindungen können in jeder zweckmäßigen Form (d. h. gekörnt, pelletiert, etc.) oder Gestalt verwendet werden, einschließlich unregelmäßig geformter Materialien (z. B. wiederaufgearbeitete Materialien).
Mindestens etwa 4 Gew.% der linearen Polyethylenverbindung müssen dem Asphalt zugegeben werden, um eine modifizierte Asphaltmischung mit Kriechfestigkeit zu erhalten. Die obere Grenze der Menge an zugesetzter linearer Polyethylenverbindung ist nicht kritisch und kann im Bereich von bis zu 25 Gew.% oder mehr, bezogen auf das Gewicht des Asphalts, liegen, obwohl geringere Mengen bevorzugt sind. Daher liegt die Menge an zugesetztem linearen Polyethylen typischerweise im Bereich von etwa 4 bis etwa 25 Gew.%, vorzugsweise etwa 4 bis etwa 15 Gew.% und insbesondere etwa 4 bis etwa 10 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Asphalts. Wenn der erfindungsgemäß mit Polyethylen modifizierte Asphalt als Straßenbelagbindemittel verwendet wird, enthält er vorzugsweise etwa 4 bis etwa 8 Gew.% lineares Polyethylen. Wenn der erfindungsgemäß mit Polyethylen modifizierte Asphalt für Dachdeckungsanwendungen verwendet wird, enthält er vorzugsweise etwa 5 bis etwa 15 Gew.% lineare Polyethylene.
Die speziellen erfindungsgemäß verwendeten linearen Polyethylenverbindungen können leicht auf dem Markt von verschiedenen Chemiefirmen erhalten werden. Das Verfahren zu ihrer Herstellung ist Fachleuten wohlbekannt und ist in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, 16, Seiten 385 bis 401, John Wiley & Sons, New York (1981) und "VLDPE - A New Class of Polyethylene", Plastics and Rubber International, 11, Nr. 2, Seiten 34 bis 33 (1986) beschrieben.
Der Asphalt kann auf beliebige Weise mit den linearen Polyethylenverbindungen gemischt oder vermischt werden, was von Fachleuten leicht ausgewählt werden kann. Geeignete Einrichtungen schließen externe Mischer, Walzenmühlen, Innenmischer, Banburymischer, Schneckenextruder, Schneckenpressen und dergleichen ein. Die Mischzeiten können in einem weiten Bereich liegen, d. h. von etwa einer Stunde bis etwa 8 Stunden oder mehr. Typischerweise werden Mischzeiten von etwa einer bis etwa 4 Stunden verwendet.
In ähnlicher Weise sind die speziellen Bedingungen nicht kritisch, bei denen der Asphalt mit den linearen Polyethylenver bindungen vermischt wird. Typischerweise wird das Mischen bei Umgebungsdruck und einer Temperatur zwischen etwa 150ºC und etwa 300ºC, vorzugsweise zwischen etwa 150ºC und etwa 230ºC durchgeführt.
Die erfindungsgemäßen verbesserten Asphaltzusammensetzungen können geeigneterweise in im wesentlichen jeder Anwendung verwendet werden, die Produkte auf Asphaltbasis mit hervorragender Lagerbeständigkeit, Phasenverträglichkeit und Kriechfestigkeit erfordert. Beispiele für solche Anwendungen schließen Klebstoffe, Beschichtungen, vorgefertigte Produkte, Straßen und Dachdekkungsanwendungen, Dichtungen, Schall- und Vibrationsdämpfung, wasserdichtende Membranen und dergleichen ein. Die Zusammensetzung ist allerdings besonders gut geeignet zur Verwendung als Straßenbelagbindemittel und für Dachdeckasphaltformulierungen.
Die vorliegende Erfindung wird außerdem durch Verweis auf die folgenden Beispiele weiter verständlich, die die Reichweite der angefügten Patentansprüche nicht einschränken sollen. Die angefügten Figuren 1 bis 4 sind graphische Darstellungen, die die Kriechfestigkeit verschiedener Asphaltzusammensetzungen gegen die Zeit zeigen.
In den Beispielen wurden die Lagerbeständigkeit, Phasenverträglichkeit und Kriechfestigkeit der untersuchten Asphalte wie folgt gemessen:

Lagerbeständigkeit

Eine 200 g Probe wird in ein Kupferrohr von 254 mm (10 inch) Höhe und 25,4 mm (1 inch) Durchmesser getan und 5 Tage lang auf 160ºC erhitzt. Dann wird die Probe aus dem Rohr entfernt und in eine obere und eine untere Fraktion geteilt. Die Viskosität von jeder Fraktion wird bei 135ºC gemessen. Das Verhältnis der oberen zu der unteren Viskosität bei 135ºC wird dann berechnet. Ein Verhältnis von 0,90 bis 1,1 ist bevorzugt, 0,8 bis 0,9 und 1,1 bis 1,2 sind Grenzfälle und weniger als 0,8 oder mehr als 1,2 bedeutet Versagen.

Phasenverträglichkeit

Eine dünne Schicht der Probe wird auf einem Objektträger ausgebreitet und 4 Stunden lang auf 100ºC erhitzt. Objektträger, die die erhitzte und die unerhitzte Probe enthalten, werden dann mit einer Vergrößerung von 260 unter einem Lichtmikroskop untersucht. Wenn keine Veränderung der Oberflächenmorphologie auftritt, ist die Mischung verträglich. Wenn eine Phasentrennung beobachtet wird oder eine signifikante Veränderung der Oberflächenmorphologie auftritt, ist die Mischung unverträglich.

Kriechfestigkeit

Das Gleitplattenrheometer wird verwendet, um die Kriechfestigkeit und die Scherung der untersuchten Asphalte über einen kontinuierlichen Bereich von Belastungszeiten gemäß dem von Fenijn und Krooshof in "Proceedings of CTAA", Winnipeg, Canada, November 1970, dargelegten Verfahren zu messen, auf das hier Bezug genommen wird. In den Beispielen wurden Werte bei 40ºC (und ebenso bei 20ºC in den Beispielen 1 und 2) erhalten, da Asphaltstraßenbelag bei dieser Temperatur unter schweren Belastungen anfällig für Spurrillenbildung ist. Aus diesen Werten wurde die Kriechfestigkeit gegen die Zeit aufgetragen, um das Kriechverhalten der Zusammensetzung mit der Zeitdauer zu zeigen. Wenn die Zusammensetzung mit der Zeit kriecht oder fließt, neigt sich die Kurve nach oben. Wenn die Zusammensetzung eine gute Fließbeständigkeit aufweist, neigt die Kurve dazu, horizontal und abgeflacht zu sein oder ein Plateau aufzuweisen.

Beispiel 1 - Herstellung von Asphaltmischungen

Die Zusammensetzungen von verschiedenen Asphaltmischungen wurde mathematisch unter Verwendung eines nicht modifizierten oder konventionellen Asphalts (d. h. ein straight-run-Asphalt, der als Rückstand aus der Vakuumdestillation von Rohöl erhalten wurde und nicht durch Polyethylenzugabe modifiziert worden war) und eines Paraffinschmierstoffdestillats (PLD) mit den folgenden Zusammensetzungen gemessen nach ASTM D-4124 berechnet: Zusammensetzung, Gew.% Asphalt Asphaltene polare Aromaten Naphthenaromaten gesättigte Verbindungen
Die Zusammensetzungen der speziellen gemischten Asphalte sind in Tabelle 1 gezeigt. Die gemischten Zusammensetzungen wurden nicht gemäß ASTM D-4124 gemessen, da der Test nicht ausreichend genau ist, um jede Fraktion der Mischung zu bestimmen. Daher können Mischungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen zu sich überlappenden Gewichtsverhältnissen von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen führen. Die mathematische Berechnung der Gewichtsverhältnisse der gesättigten Verbindungen zu den Asphaltenen liefert eine praktische Richtlinie, nach der Asphalte mit unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen unterschieden werden können. Tabelle 1 Mischung Nr. Asphalt, Gew.% Paraffinschmierstoffdestillat, Gew.% Asphalt + PLD-Zusammensetzung, Gew.% Asphaltene polare Aromaten Naphthenaromaten gesättigte Verbindungen Gewichtsverhäitnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen

Beispiel 2 - Mit LLDPE modifizierter Asphalt ist nicht modifiziertem Asphalt überlegen

25,5 g lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und einem Schmelzindex (MI) von 20 wurden mit 485,2 g Asphalt (435 cSt/100ºC) vermischt, der 82,4 g Paraffinschmierstoffdestillat enthielt. Die Endkonzentration des LLDPE in dem modifizierten Asphalt betrug 5,0 %. Das Mischen wurde zwei Stunden lang bei 190ºC in einem Autoklaven mit Prallblechen durchgeführt, der mit einem Rührer ausgestattet war, der sich mit 1750 UpM drehte. Die Eigenschaften des mit LLDPE modifizierten Straßenbelagbindemittels sowie die entsprechenden Eigenschaften eines nicht modifizierten Asphaltstraßenbelagbindemittels wurden bestimmt. Die Resultate werden in Tabelle 2 zusammengefaßt und in Figur 1 gezeigt. Tabelle 2 Einsatzmaterialinspektionen nicht modifiziert mit Polyethylen modifiziert Polyethylen Asphalt + PLD-Zusammensetzung, Gew.% Asphalt, Gew.% Paraffinschmierstoffdestillat, Gew.% Produktinspektionen Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Phasenverträglichkeit Kriechfestigkeit bei 40ºC (Siehe Figur 1) Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ Mischungsnummer aus Tabelle 1 Asphaltene polare Aromaten Naphthene und Aromaten gesättigte Verbindungen Gewichtsverhältnis gesättigte Verbindungen zu Ashphaltenen schlecht bei 20ºC(1) Hervorragend (1) Test bei 20ºC durchgeführt, weil die Probe bei 40ºC zu weich zum Messen war
Tabelle 2 zeigt, daß der mit linearem Polyethylen mit niedriger Dichte modifizierte Asphalt eine hervorragende Kriechfestigkeit relativ zu einem nicht modifizierten Asphalt (Siehe auch Figur 1) sowie eine vergleichbare Lagerbeständigkeit und Phasenverträglichkeit zeigt. Tabelle 2 zeigt außerdem, daß die Viskosität bei 60ºC im Vergleich zu dem nicht modifizierten Asphalt signifikant zunimmt, während die Viskosität bei 135ºC relativ zu der des nicht modifizierten Asphalts nicht signifikant erhöht ist.

Beispiel 3 - Mit LLDPE modifizierter Asphalt ist mit LDPE (Polyethylen mit niedriger Dichte) modifiziertem Asphalt überlegen

Ein mit linearem Polyethylen mit niedriger Dichte modifiziertes Produkt wurde hergestellt, indem 42,0 g lineares Polyethylen mit niedriger Dichte und einem Schmelzindex von 12 mit 797,6 g Asphalt (435 cSt/100ºC) gemischt wurde, der 82,4 g Paraffinschmierstoffdestillat enthielt.
Ein mit verzweigtem Polyethylen mit niedriger Dichte modifiziertes Produkt wurde hergestellt, indem 28,6 g Polyethylen mit niedriger Dichte und einem Schmelzindex von 12 mit 544,0 g Asphalt (435 cSt/100ºC) gemischt wurde, der 82,4 g Paraffinschmierstoffdestillat enthielt.
Jede Mischung wurde in der gleichen Weise bei 190ºC zwei Stunden lang in einem Autoklaven mit Prallblechen hergestellt, der mit einem Rührer ausgestattet war, der sich mit 1750 UpM drehte, und hatte eine Polyethylen-Endkonzentration von 5 %.
Die gemessenen Produkteigenschaften sind in Tabelle 3 zusammengefaßt, wobei das Kriechvermögen für jedes Produkt in Figur 2 zusammen mit dem des nicht modifizierten Asphalts aus Beispiel 2 gezeigt ist. Tabelle 3 Einsatzmaterialinspektionen Polyethylen Asphaltzusammensetzung Produktinspektion Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Phasenverträglichkeit Kreichfestigkeit bei 40ºC Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ lineares PE mit niedriger Dichte die gleiche wie der LLDPE-Asphalt aus Beispiel 2 hervorragend (Siehe Figur 2) verzweigtes PE mit niedriger Dichte schlecht bei 20ºC(1) (1) Test bei 20ºC durchgeführt, weil die Probe bei 40ºC zu weich zum Messen war
Die Resultate in Tabelle 3 zeigen, daß das Produkt mit linearem Polyethylen mit niedriger Dichte eine hervorragende Kriechfestigkeit, Phasenverträglichkeit und Lagerbeständigkeit bei hoher Temperatur aufweist. Obwohl der mit Polyethylen mit niedriger Dichte modifizierte Asphalt eine gute Lagerbeständig keit aufweist, hat er eine schlechte Kriechfestigkeit und eine schlechte Phasenverträglichkeit.

Beispiel 4 - Bestimmung des minimalen Schmelzindex von LLDPE bei dem gleichen Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen

Mischungen aus mit linearem Polyethylen mit niedriger Dichte und einem Schmelzindex von 1, 3,3, 4,5, 20 und 50 modifizierten Asphalten mit einem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 7,1 wurde unter Verwendung der gleichen Einsatzmaterial- und Mischbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt. Die gemessenen Produkteigenschaften sind in Tabelle 4 zusammengefaßt, wobei das Kriechvermögen von jedem Produkt in Figur 3 zusammen mit dem von nicht modifiziertem Asphalt aus Beispiel 2 gezeigt ist. Tabelle 4 Einsatzmaterialinspektionen Polyethylen Asphaltzusammensetzung Produktinspektion Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Phasenverträglichkeit Kreichfestigkeit bei 40ºC Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ lineares PE mit niedriger Dichte die gleiche wie der LLDPE-Asphalt aus Beispiel 2 Grenzfall hervorragend (1) zu hoch zum Messen
Die Resultate in Tabelle 4 zeigen, daß lineare Polyethylene mit niedriger Dichte mit einem Schmelzindex unter 4,5 bei dem gleichen Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen keine Mischungen mit akzeptabler Lagerbeständigkeit bilden.

Beispiel 5 - Veränderung des Schmelzindex von linearem Polyethylen mit sehr niedriger Dichte (LVLDPE) mit dem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen

Mischungen aus mit linearem Polyethylen mit sehr niedriger Dichte und einem Schmelzindex von 1, 2 und 3,3 modifizierten Asphalten wurden unter Verwendung der gleichen Mischbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt. Die Einsatzmaterialien wurden so hergestellt, daß sie Gewichtsverhältnisse von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 5,6, 6,3, 7,1 und 8,7 wie in Beispiel 1 gezeigt und beschrieben ergaben. Die gemessenen Produkteigenschaften sind in Tabelle 5 zusammengefaßt. Tabelle 5 Einsatzmaterialinspektionen Polyethylen Asphaltzusammensetzung Produktinspektion Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ Mischungsnummer aus Tabelle 1 Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen lineares PE mit sehr niedriger Dichte (1) zu hoch zum Messen
Die Resultate in Tabelle 5 zeigen, daß das Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen für die Mischungen erhöht werden muß, wenn der Schmelzindex von linearem Polyethylen mit sehr niedriger Dichte auf unter etwa 3 absinkt, um eine akzeptable Lagerbeständigkeit aufzuweisen.

Beispiel 6 - Veränderung des Schmelzindex von linearem Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) mit dem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen

Mischungen aus mit linearem Polyethylen mit niedriger Dichte und einem Schmelzindex von 1, 3,3, 4,5 und 8 modifizierten Asphalten wurden unter Verwendung der gleichen Mischbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt. Die Einsatzmaterialien wurden so hergestellt, daß sie Gewichtsverhältnisse von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 8,7, 7,1, 6,3 und 5,6 wie in Beispiel 1 gezeigt und beschrieben ergaben. Die gemessenen Produkteigenschaften sind in Tabelle 6 zusammengefaßt. Tabelle 6 Einsatzmaterialinspektionen Polyethylen Asphaltzusammensetzung Produktinspektion Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Phasenverträglichkeit Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ Mischungsnummer aus Tabelle 1 Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen lineares PE mit niedriger Dichte (1) zu hoch zum Messen (2) Werte nicht erhältlich
Die Resultate in Tabelle 6 zeigen, daß das Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen erhöht werden muß, wenn der Schmelzindex des linearen Polyethylens mit niedriger Dichte auf unter etwa 8 absinkt (progressiv von 4,5, 3,3 bis auf 1), damit die Mischungen eine akzeptable Lagerbeständigkeit aufweisen.

Beispiel 7 - Veränderung des Schmelzindex von linearem Polyethylen mit hoher Dichte (LHDPE) mit dem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen

Mischungen aus mit linearem Polyethylen mit hoher Dichte und einem Schmelzindex von 6,7, 15 und 19 modifizierten Asphalten wurden unter Verwendung der gleichen Mischbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt. Die Einsatzmaterialien wurden so hergestellt, daß sie Gewichtsverhältnisse von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 5,6, 6,3, 7,1 und 8,7 wie in Beispiel 1 gezeigt und beschrieben ergaben. Die gemessenen Produkteigenschaften sind in Tabelle 7 zusammengefaßt. Tabelle 7 Einsatzmaterialinspektionen Polyethylen Asphaltzusammensetzung Produktinspektion Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Phasenverträglichkeit Kriechfestigkeit bei 40ºC Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ Mischungsnummer aus Tabelle 1 Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen lineares PE mit hoher Dichte hervorragend (1) zu hoch zum Messen (2) Werte nicht erhältlich

Beispiel 8 - Der minimale Schmelzindex variiert mit der Dichte des linearen Polyethylens bei dem gleichen Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen

Verschiedene mit linearem Polyethylen modifizierte Asphalte mit einem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 7,1 wurden unter Verwendung des gleichen Einsatzmaterials und der gleichen Mischbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß lineare Polyethylene mit unterschiedlicher Dichte und unterschiedlichen Schmelzindices verwendet wurden. Die gemessenen Produktinspektionen sind in Tabelle 8 zusammengefaßt, wobei das Kriechvermögen von jedem Produkt in Figur 4 zusammen mit dem von nicht modifiziertem Asphalt aus Beispiel 2 gezeigt ist. Tabelle 8 Einsatzmaterialinspektionen Polyethylen Asphaltzusammensetzung Produktinspektion Erweichungspunkt, ºC Penetration bei 25ºC Viskosität bei 60ºC, Pa s Viskosität bei 135ºC, m²/s (cSt) Lagerbeständigkeit Phasenvertäglichkeit Kriechfestigkeit bei 40ºC (Siehe Figur 4) Gew.% Schmelzindex g/10 Min Dichte g/cm³ lineares PE mit sehr niedriger Dichte lineares PE mit niedriger Dichte lineares PE mit hoher Dichte die gleiche wie der LLDPE-Asphalt aus Beispiel 2 hervorragend (1) zu hoch zum Messen
Beispiel 8 zeigt, daß bei Asphalten mit dem gleichen Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen der minimale Schmelzindex, der eine akzeptable Lagerbeständigkeit ergibt, ebenfalls abnimmt, wenn die Dichte des linearen Polyethylens abnimmt.

Claims

1. Asphaltzusammensetzung, die

(a) 75 bis 96 Gew.% Asphalt, der gegebenenfalls mit einem oder mehreren Einsatzmaterialien gemischt ist, die reich an gesättigten Verbindungen sind, wobei der Asphalt oder die Asphaltmischung ein Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 5,5:1 bis 9:1 aufweist, und

(b) 4 bis 25 Gew.% von mindestens einem linearen Polyethylen umfaßt,

wobei sich die Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung beziehen.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen 5,5:1 bis 8:1 beträgt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen 5,7:1 bis 8:1 beträgt.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Menge an linearem Polyethylen 4 bis 15 Gew.% beträgt.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Menge an linearem Polyethylen 4 bis 8 Gew.% beträgt.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Menge an linearem Polyethylen 5 bis 15 Gew.% beträgt.

7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das lineare Polyethylen ausgewählt ist aus linearem Polyethylen mit sehr niedriger Dichte, das eine Dichte unter 0,915 g/cm³ aufweist, linearem Polyethylen mit niedriger Dichte, das eine Dichte von 0,915 bis 0,940 g/cm³ aufweist, linearem Polyethylen mit hoher Dichte, das eine Dichte über 0,940 g/cm³ aufweist, und Mischungen davon.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, bei der das lineare Polyethylen mit sehr niedriger Dichte einen Schmelzindex von mindestens etwa 3 g/10 Minuten aufweist, das lineare Polyethylen mit niedriger Dichte einen Schmelzindex von mindestens etwa 8 g/10 Minuten aufweist, und das lineare Polyethylen mit hoher Dichte einen Schmelzindex von mindestens etwa 6,7 g/10 Minuten aufweist.

9. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das an gesättigten Verbindungen reiche Einsatzmaterial Paraffinschmierstoffdestillat ist.

10. Verwendung von linearem Polyethylen in einer Asphaltzusammensetzung mit einem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 5,5:1 bis 9:1, um eine verbesserte Lagerfähigkeit der Asphaltzusammensetzung zu liefern.

11. Verwendung von linearem Polyethylen in einer Asphaltzusammensetzung mit einem Gewichtsverhältnis von gesättigten Verbindungen zu Asphaltenen von 5,5:1 bis 9:1, um eine verbesserte Kriechfestigkeit der Asphaltzusammensetzung zu liefern.

12. Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, bei der das lineare Polyethylen und der Asphalt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sind.