制造包含可膨脹石墨的瀝青片材的方法
【專利說(shuō)明】制造包含可膨脹石墨的瀝青片材的方法
[0001]本申請(qǐng)要求2013年7月23日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/857，403的權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施例涉及制造包含可膨脹石墨的瀝青片材的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]瀝青片材廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)。例如，聚合物改性的瀝青片材用作防水的平臺(tái)或低斜率屋頂?shù)谋Ｗo(hù)膜。本領(lǐng)域已知的是，這些屋頂系統(tǒng)可包括多層瀝青片，這些瀝青片又包括基板和蓋板。其他例子包括阻隔材料，如空氣阻隔層、蒸汽阻隔層或水分阻隔層。這些材料通常在屋頂或垂直表面(如墻壁)上使用，賦予建筑結(jié)構(gòu)所需的耐空氣性、耐蒸汽性和/或耐水性。另外的例子包括襯墊材料，屋面工程行業(yè)運(yùn)用這種襯墊材料在屋頂表面設(shè)置額外的保護(hù)層。該額外的保護(hù)層可能具備耐水性、耐濕性、耐熱性和/或耐火性，及其他性能優(yōu)勢(shì)。顧名思義，襯墊材料通常是指設(shè)置在外部或主要屋面保護(hù)層下方的材料，可包括木瓦、聚合物膜或?yàn)r青膜之類的膜、屋面瓦，以及金屬面板或包層。
[0004]為滿足某些耐火特性(可能是應(yīng)法規(guī)要求，也可能是為了將屋面材料歸入適當(dāng)類別)，可選用耐火或耐燃的瀝青片。本領(lǐng)域已知的是，如果瀝青片中包含了防火或阻燃材料，那么，瀝青片便可具備一定程度的耐火性或耐燃性。已推薦使用多種阻燃材料，包括(例如)美國(guó)專利N0.5，516，817建議的膨脹型材料。膨脹型材料發(fā)揮作用的機(jī)理是形成炭化層，通常認(rèn)為這種炭化層能夠阻止氧氣向更易燃的材料輸送，從而減緩火勢(shì)在這些更易燃材料上蔓延。
[0005]然而，使用膨脹型材料可能會(huì)帶來(lái)麻煩，因?yàn)闉r青片的制造或加工溫度必須低于形成炭化層的溫度。實(shí)際上，倘若瀝青片的加工溫度高于膨脹型材料形成炭化的溫度，那么，制出需要的瀝青片產(chǎn)品即便不是完全無(wú)望，也會(huì)困難重重。
[0006]據(jù)信將膨脹型材料用作瀝青片中的阻燃劑是有利的，所以，需要開(kāi)發(fā)出一種能夠?qū)⑴蛎浶筒牧霞{入瀝青片中、又不會(huì)觸發(fā)膨脹型材料的成炭化行為的制造工藝。事實(shí)上，在開(kāi)發(fā)這種制造工藝時(shí)，可用膨脹型材料的范圍會(huì)擴(kuò)大。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為按本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例生產(chǎn)出的瀝青片的橫截面透視圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了一種生產(chǎn)瀝青片的方法，這種瀝青片的一種或多種瀝青部件中分散有可膨脹石墨，所述方法包括:(i)通過(guò)在第一溫度下混合瀝青粘結(jié)劑與聚合物改性劑，制得母料；(ii)
[0009]將母料冷卻到第二溫度，該第二溫度比第一溫度低；(iii)在所述冷卻步驟后，將可膨脹石墨添加到母料中，從而形成包含可膨脹石墨的瀝青組合物；(iv)用包含可膨脹石墨的瀝青組合物制造瀝青片。
[0010]本發(fā)明的其他實(shí)施例提供了一種將可膨脹石墨摻入熔融的瀝青組合物中，以生產(chǎn)出其中分散有可膨脹石墨的熔融瀝青組合物的方法，所述方法包括:(i)將瀝青粘結(jié)劑的溫度至少加熱到180°C ； (ii)向?yàn)r青粘結(jié)劑添加一種或多種成分，以形成母料；(iii)在至少為180°C的溫度下混合母料；(ii)將母料冷卻到最高180°C的溫度；(iii)在最高為180 °C的溫度下將可膨脹石墨添加至母料。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例至少部分建立在發(fā)現(xiàn)的制造工藝的基礎(chǔ)上，憑借這種制造工藝，可將膨脹型材料(具體地講，可膨脹石墨)被摻入瀝青片，操作過(guò)程中石墨不會(huì)出現(xiàn)有害膨脹。在第一實(shí)施例中，在第一溫度下制出熔融的瀝青組合物，讓其冷卻到低于第一溫度的第二溫度，然后把可膨脹石墨引入第二溫度的熔融瀝青組合物中。在第二實(shí)施例中，混合可膨脹石墨與載體材料，以形成可膨脹的石墨濃縮物，然后將該石墨濃縮物添加到熔融瀝青組合物中。在某些實(shí)施例中，一并實(shí)施本文描述的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例。
[0012]瀝青片構(gòu)造
[0013]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，按本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例生產(chǎn)出的瀝青片包括瀝青材料的平坦主體，該平坦主體也可稱為瀝青片的瀝青部件或?yàn)r青層12。例如，如圖1所示，瀝青片11包括瀝青部件12，該瀝青部件12具有第一平坦表面13和第二平坦表面14。瀝青片11可選地包括嵌入瀝青部件12或摻雜在瀝青部件12內(nèi)的紡織物15。在某些實(shí)施例中，瀝青片11不包括稀松布或織物。如下文將更詳細(xì)地描述，根據(jù)本發(fā)明，瀝青部件12可包含多種成分，如聚合物改性劑和填充劑，以及可膨脹石墨16和任選的補(bǔ)充阻燃劑(未示出)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，瀝青片11還可包括一個(gè)或多個(gè)層合至瀝青片11的瀝青部件12的聚合物層17。例如，瀝青片11包括的瀝青部件12可層合至聚丙烯片。在其他實(shí)施例中，聚合物層17可以包括脫模劑(如硅土、砂石或滑石)層。另外，防粘膜19可以可拆卸地固定到至少一個(gè)暴露的平坦表面13或14。
[0014]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，任選的紡織物15 (也可稱為織物加強(qiáng)件15、加強(qiáng)構(gòu)件15，或簡(jiǎn)稱加強(qiáng)件15)可以包括織造和/或非織造的織物。本領(lǐng)域已知多種織物加強(qiáng)件，實(shí)踐本發(fā)明不必局限于選用特定的織物。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，加強(qiáng)件15可由玻璃纖維和/或合成的紗線或原絲制成。示例性合成紗線包括由聚酯或聚酰亞胺制成的那些紗線。
[0015]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明方法生產(chǎn)出的瀝青片11的厚度可能至少為10密耳，在其他實(shí)施例中至少為20密耳，在其他實(shí)施例中至少為30密耳。在這些或其他實(shí)施例中，瀝青片11的厚度可能至多為120密耳，在其他實(shí)施例中至多為100密耳，在其他實(shí)施例中至多為90密耳，在其他實(shí)施例中至多為80密耳。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，瀝青片11的厚度可為約10密耳至約100密耳，在其他實(shí)施例中可為約20密耳至約90密耳，在其他實(shí)施例中可為約30密耳至約80密耳。在其他實(shí)施例中，尤其是瀝青片用于垂直應(yīng)用時(shí)，其厚度可能薄得多。舉例來(lái)說(shuō)，瀝青片的厚度可能小于20密耳，在其他實(shí)施例中可能不到15密耳，在其他實(shí)施例中可能小于10密耳；其厚度范圍為2密耳至20密耳，在其他實(shí)施例中為3密耳至15密耳，在其他實(shí)施例中為5密耳至10密耳。
[0016]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，按本發(fā)明方法生產(chǎn)出的瀝青片每一百平方英尺的重量可能至少為5鎊，在其他實(shí)施例中可能至少為10鎊，在其他實(shí)施例中可能至少為15鎊。在這些或其他實(shí)施例中，瀝青片每一百平方英尺的重量可能至多為90鎊，在其他實(shí)施例中可能至多為70鎊，在其他實(shí)施例中可能至多為50鎊。在這些或其他實(shí)施例中，瀝青片每一百平方英尺的重量可為5鎊至100鎊，在其他實(shí)施例中可為10鎊至80鎊，在其他實(shí)施例中可為15鎊至50鎊。在其他實(shí)施例中，尤其是瀝青片用于垂直應(yīng)用時(shí)，其重量可能輕得多。舉例來(lái)說(shuō)，瀝青片每一百平方英尺的重量可能小于60鎊，在其他實(shí)施例中可能小于50鎊，在其他實(shí)施例中可能小于40鎊；其每一百平方英尺的重量范圍為5鎊至60鎊，在其他實(shí)施例中為10鎊至50鎊，在其他實(shí)施例中為15鎊至40鎊。
[0017]瀝青母料
[0018]如上所述，本發(fā)明的方法包括形成熔融瀝青組合物，再單獨(dú)向其中添加或引入可膨脹石墨，或向其中添加或引入可膨脹石墨與載體的組合。為便于描述，可將添加或混合可膨脹石墨前的這種瀝青組合物稱作瀝青母料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，瀝青母料包含瀝青粘結(jié)劑和無(wú)機(jī)填充劑。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，瀝青母料還可包含聚合物改性劑、增粘劑、補(bǔ)充阻燃劑和瀝青基建材中常用的其他成分。
[0019]瀝青粘結(jié)齊IJ
[0020]術(shù)語(yǔ)“瀝青粘結(jié)劑”用作本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的含義，此含義符合AASHTO M320提出的含義。本說(shuō)明書中的術(shù)語(yǔ)“瀝青”和“瀝青粘結(jié)劑”可當(dāng)作同義詞使用。瀝青粘結(jié)劑材料可源于任何瀝青來(lái)源物如天然瀝青、巖瀝青，可由焦油砂制出，也可以是精煉石油過(guò)程中獲得的石油瀝青。在其他實(shí)施例中，瀝青粘結(jié)劑可以包括多種瀝青的共混物，這種共混物不符合對(duì)瀝青的任何特定等級(jí)定義。該共混物包括加氣瀝青、真空蒸餾瀝青、蒸汽蒸餾瀝青、稀釋瀝青或屋面瀝青?；蛘?，可選擇天然或合成的硬瀝青，要么單獨(dú)使用，要么與石油瀝青混合使用。適用于本發(fā)明的合成瀝青混合物在(例如)美國(guó)專利N0.4，437，896中有描述。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，瀝青包含石油衍生瀝青和瀝青殘?jiān)?。這些瀝青組合物可包含瀝青質(zhì)、樹(shù)脂、環(huán)狀化合物與飽和烴。這些成分在整個(gè)瀝青粘結(jié)劑組合物中所占的百分比可因?yàn)r青來(lái)源不同而發(fā)生變化。
[0021]瀝青質(zhì)為黑色的非晶形固體，除含碳和氫外，還含有一些氮、硫和氧。其中也可存在痕量元素，如鎳和鑰I。通常認(rèn)為瀝青質(zhì)是數(shù)均分子量為約2000g/mol至約5000g/mol的高極性芳香族材料，可占瀝青總重量的約5%至約25%。
[0022]樹(shù)脂(極性芳香族化合物)包括以軟瀝青質(zhì)形式存在的深色固體和半固體狀級(jí)分，其粘性很高，且具有較高的分子量。樹(shù)脂可以包括用于瀝青質(zhì)膠溶劑的分散劑，樹(shù)脂與瀝青質(zhì)的比例一定程度上決定瀝青是呈現(xiàn)溶膠型特征、還是凝膠型特征。從柏油分離的樹(shù)脂可具有約0.8kg/mol至約2kg/mol的數(shù)均分子量，但其分子量分布較寬。該組分可占瀝青總重量的約15%至約25%。
[0023]環(huán)狀化合物(環(huán)烷芳香族化合物)包括柏油中分子量最低的組分，代表膠溶瀝青質(zhì)分散介質(zhì)的主要部分。環(huán)狀化合物可為深色的粘性液體，而且按瀝青粘結(jié)劑的總重量計(jì)，可占約45%至約60%。這種化合物可以包括具有芳香核或環(huán)烷芳香核與側(cè)鏈成分的化合物，分子量可為0.5kg/mol至約9kg/mol。
[0024]飽和烴主要包括存在于柏油中的直鏈或支鏈脂肪族烴，其與烷基環(huán)烷烴和一些烷基芳香烴混在一起。飽和烴組分的平均分子量范圍可近似環(huán)狀化合物的平均分子量范圍，并且所述組分可包括蠟質(zhì)飽和烴和非蠟質(zhì)飽和烴。該級(jí)分可占瀝青總重量的約5%至約20%。
[0025]在這些或其他實(shí)施例中，瀝青粘結(jié)劑可以包括天然存在的柏油，或者可在石油加工過(guò)程中獲得的柏油。瀝青可能含有分子量極高的碳?xì)浠衔?，稱其為瀝青質(zhì)，該化合物可溶于二硫化碳、吡啶、芳香族烴、氯化烴和THF。瀝青或柏油材料可為固體、半固體或液體。
[0026]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，瀝青粘結(jié)劑包括AC-5、AC_10和AC-15。這些瀝青通常包含約4