專利名稱：多等級(jí)瀝青粉末添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鋪路和鋪頂?shù)母囿w地瀝青成份，特別涉及一種可以向膏體地瀝青中添加的粉末添加成份，通過添加粉末添加成份可以使膏體地瀝青具有多等級(jí)性質(zhì)。
背景技術(shù)：
在美國，超過90％的道路表面鋪設(shè)瀝青成份。早在1874年，就已經(jīng)應(yīng)用從湖泊沉積礦中采集到的天然瀝青。多年之后，在南部和西部的幾個(gè)州，發(fā)現(xiàn)了可被粉碎、鋪平、然后碾壓成道路表面的石瀝青沉積物。從二十世紀(jì)初，主要從石油煉制過程中得到的瀝青已經(jīng)在鋪路和鋪頂?shù)膽?yīng)用中占到了主要地位。
瀝青是一種以地瀝青作為主要成分，顏色為黑棕色到黑色的高粘度物質(zhì)，按不同比例存在于大多數(shù)原油中。原油精煉中得到的已被去除上層較輕部分的瀝青基殘油，通常被稱作“瀝青”。鋪路用瀝青通?？煞譃楦囿w地瀝青、烯釋瀝青和瀝青乳膠體。
膏體地瀝青特別適用于鋪路、鋪頂以及特殊產(chǎn)品。對于道路建設(shè)，瀝青被加熱成可自由流動(dòng)的粘稠液體，并與一種加熱到大約相同溫度(通常135℃～160℃)的集聚體混合。得到的混合體放置在預(yù)制表面，夯實(shí)，然后二次加熱以制備熱瀝青混合物(HMA)。在使用瀝青鋪路的長久歷史中，將膏體地瀝青與集聚體熱混合的過程是選擇一種性價(jià)比最佳的平衡過程。
現(xiàn)今可以按老化前后不同溫度下的硬度，將應(yīng)用于鋪路的膏體地瀝青分成不同等級(jí)。在美國最常用的等級(jí)系統(tǒng)是根據(jù)美國公路和運(yùn)輸聯(lián)合辦公室(Association of American Highway and TransportationOfficials簡稱AASHTO)的技術(shù)規(guī)范而得到的。
超鋪路材料(Superpave，即優(yōu)良性能的鋪路材料)是指按照由美國AASHTO辦公室基金支持的研究中的構(gòu)成法制得的鋪路材料。超鋪路材料性能等級(jí)(Superpave performance graded簡稱PG)明確規(guī)定了鋪路瀝青在高溫以及低溫下的硬度等級(jí)。一個(gè)PG等級(jí)為PG64-22的鋪路瀝青在64℃時(shí)的硬度參數(shù)至少為1KPa。這種瀝青在短時(shí)間和長時(shí)間的硬化過程中，在超過2小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，-22℃的溫度下，硬度極限值小于300,000KPa。低溫硬度是在超過2分鐘的時(shí)間內(nèi)，-12℃(10℃的加溫套)的溫度下，按AASHTO采用的方法測得的當(dāng)量值。在PG等級(jí)中采用兩個(gè)溫度及其指定的溫度范圍標(biāo)明瀝青性能。對于PG 64-22溫度范圍為86℃。這是未改良的鋪路用膏體地瀝青非常典型的溫度范圍。按照AASHTO所規(guī)定的PG等級(jí)系統(tǒng)，每當(dāng)溫度增加6℃，會(huì)在原等級(jí)基礎(chǔ)上增加或者減少一個(gè)等級(jí)。對于未改性的瀝青，若不能將低溫降至-16℃，制造等級(jí)為PG 70-22的瀝青很困難，只能達(dá)到分類中的下一個(gè)高溫等級(jí)。只有很少的瀝青可以在沒有改性的情況下達(dá)到92℃的溫度范圍。對于大多數(shù)的膏體地瀝青，需要通過添加改性劑，來增加其溫度范圍。這種改性可以通過添加聚合物或者化學(xué)物質(zhì)等一系列方法獲得。
美國以外的其它國家常利用像穿透性和粘度之類的方法劃分瀝青等級(jí)。穿透性是指將質(zhì)量為100g的針落入25℃的膏體地瀝青的深度。針在軟瀝青中插入的深度較深。在低溫環(huán)境中使用軟等級(jí)的瀝青，在高溫環(huán)境下使用高硬度瀝青以避免在路面上產(chǎn)生車轍。另外一種等級(jí)系統(tǒng)是根據(jù)粘度劃分的。在60℃的時(shí)候根據(jù)粘度劃分等級(jí)，在25℃的時(shí)候利用穿透性劃分等級(jí)，使用這兩種溫度下的性質(zhì)來標(biāo)明膏體地瀝青的性質(zhì)。用于屋頂建設(shè)中(Build Up Roofs簡稱BUR)的平面或者斜面屋頂所鋪設(shè)的瀝青是根據(jù)穿透性以及ASTM Method D312國際分類中的軟化點(diǎn)來劃分等級(jí)的。軟化點(diǎn)是一個(gè)溫度值，在此溫度下，瀝青第一次開始軟化，對于鋪頂以及鋪路瀝青的分類，此溫度是指瀝青的流動(dòng)溫度。通常具有較軟透過性和較高軟化點(diǎn)的瀝青會(huì)與按PG等級(jí)劃分的瀝青相似，具有92℃或者更大的度范圍，并且如果在其中加入改性劑，可以使瀝青的溫度范圍更大。
用于鋪路的膏體地瀝青必須根據(jù)瀝青鋪設(shè)地的交通負(fù)載、車速和氣候選擇。高的交通負(fù)載、低的車速以及溫度范圍變化較大的的環(huán)境需要瀝青具有較大溫度范圍。瀝青必須有足夠的硬度以承受高溫天氣下，由于低速運(yùn)行的車輛而產(chǎn)生的流動(dòng)性能。特別在多年使用之后，瀝青不能在一年中的最冷天氣產(chǎn)生破裂現(xiàn)象。在溫度適宜的天氣以及低交通流量下，需要采用溫度范圍較小的鋪路瀝青，歷史上常在這種情況下，采用上述未經(jīng)改良的瀝青。
用于屋頂鋪設(shè)的瀝青，屋頂?shù)奈恢?氣候)以及屋頂?shù)钠露榷际侵匾目紤]因素。并且瀝青不能在每年中最熱的天氣下變軟，使得屋頂瀝青由于坡度的存在而下滑。為防止這種情況的發(fā)生，最小軟化點(diǎn)是一種優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)。這與鋪路瀝青在高溫下的硬度測量相似。
為了避免低溫下，根據(jù)穿透性劃分的膏體地瀝青破裂，膏體地瀝青需要在25℃以及4℃下測定其穿透性的最小值，以保證瀝青不會(huì)達(dá)到鋪路瀝青等級(jí)測試中的極限硬度值300,000Kpa。
專利號(hào)為4,874,432的美國專利披露了一種瀝青物質(zhì)，這種瀝青物質(zhì)是在傳統(tǒng)膏體地瀝青基礎(chǔ)上改性得到的“多等級(jí)”或者凝膠狀膏體地瀝青，這里的改性包括降低溫度敏感性以及降低時(shí)效硬化率。這些改良的性質(zhì)可以通過在傳統(tǒng)的熱混合設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)鋪頂應(yīng)用設(shè)備和特殊瀝青應(yīng)用設(shè)備中進(jìn)行傳統(tǒng)的熱混合過程來實(shí)現(xiàn)。
專利號(hào)為4,874,432的美國專利中，設(shè)計(jì)者采用了多等級(jí)瀝青這個(gè)術(shù)語，用于描述一個(gè)與傳統(tǒng)膏體地瀝青相比，降低了溫度敏感性以及改善了時(shí)效硬化性的新穎的凝膠狀膏體地瀝青。這些改進(jìn)可以通過以下過程獲得在無水條件下，在液體瀝青中使至少一種可皂化有機(jī)酸、至少一種樹脂酸與堿金屬基進(jìn)行皂化反應(yīng)，或者將現(xiàn)存的皂化產(chǎn)物添加到液態(tài)瀝青中。得到的凝膠狀瀝青可以用于鋪路、鋪頂?shù)膫鹘y(tǒng)過程以及特殊應(yīng)用。
在熱混合過程中升高溫度，傳統(tǒng)的膏體地瀝青具有粘性流體的流變性。貫穿瀝青與集聚體相混合并以膏體地瀝青狀態(tài)沉淀的過程，瀝青是一種保持與其特殊粘度-溫度關(guān)系相對應(yīng)的流動(dòng)性的液體。在這種物理狀態(tài)，根據(jù)溫度、集聚體的物性和表面積以及空洞的大小和形狀這些參數(shù)，瀝青很容易流離集聚體。
專利號(hào)為4,874,432的美國專利的發(fā)明人披露只需在能發(fā)生皂化反應(yīng)的液態(tài)瀝青中加入少量的電離液體來形成電離區(qū)域，瀝青就可以在這里通過直接的皂化反應(yīng)凝結(jié)。反應(yīng)過程中生成的水足以維持整個(gè)包含了瀝青和皂化成份的混合體的反應(yīng)。
根據(jù)專利號(hào)為4,874,432的美國專利制得的凝膠狀多等級(jí)瀝青，由于其性質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)，超鋪路材料中等級(jí)為PG 64-22的一種鋪路瀝青的等級(jí)可以升至PG 70-22。這使得在不失去低溫下性能的同時(shí)將高溫下的瀝青性能增加一個(gè)等級(jí)。結(jié)果，利用這種方式制得的膏體地瀝青會(huì)使其溫度范圍由86℃增加為92℃。同樣，此過程會(huì)改善利用穿透性、粘性以及軟化點(diǎn)范圍得到的鋪路和鋪頂瀝青的等級(jí)范圍。
由上面所描述的專利號(hào)為4,874,432的美國專利制得的多等級(jí)膏體地瀝青是一種無水物質(zhì)，可以在120℃或者更高的溫度下儲(chǔ)存，而不會(huì)產(chǎn)生泡沫并且適合貨運(yùn)至用戶手中，用戶可以利用傳統(tǒng)的熱混合方法將其與集聚體混合，制得膏狀瀝青。這種瀝青也適于貨運(yùn)至用戶手中，用于傳統(tǒng)的鋪頂以及特殊用途。
在一些小工廠中采用專利號(hào)為4,874,432的美國專利中披露的方法制造多等級(jí)膏體地瀝青。然后將這種多等級(jí)膏體地瀝青運(yùn)送至其它地點(diǎn)的HMA制造設(shè)備中，與適當(dāng)?shù)囊鸭訜岬募垠w混合。由于貨運(yùn)成本的限制，多等級(jí)膏體力瀝青對市場的占有僅限于運(yùn)送成本所及的范圍內(nèi)。此外，構(gòu)建運(yùn)送多等級(jí)膏體地瀝青生產(chǎn)工廠的資金成本也限制了世界范圍內(nèi)許多地方使用這種高品質(zhì)的產(chǎn)品。
上面所提到的多等級(jí)瀝青是通過在液體瀝青成份中添加未進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)，使反應(yīng)物質(zhì)在液態(tài)瀝青介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)而制得的。通過在液態(tài)瀝青中添加反應(yīng)物制得的反應(yīng)產(chǎn)物與液體瀝青中的成分相互作用，可以改善生成產(chǎn)物在高溫和/或者低溫時(shí)的性質(zhì)。此過程的一個(gè)缺點(diǎn)在于反應(yīng)物質(zhì)在液態(tài)瀝青成份介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)，這使得液態(tài)瀝青質(zhì)量和體積都很大，因而導(dǎo)致操作困難，而需要一個(gè)更大型的工藝設(shè)備。
本發(fā)明有關(guān)一種在任一瀝青外部進(jìn)行反應(yīng)制備反應(yīng)產(chǎn)品的物質(zhì)。反應(yīng)產(chǎn)物(下面提到的多等級(jí)添加劑)能加入到傳統(tǒng)的膏體地瀝青成份中，以制備下面所描述的多等級(jí)膏體地瀝青。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的各種各樣的特征以及實(shí)施例，在下面的過程中對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明提供一種多等級(jí)粉末狀添加成份，主要包括以下反應(yīng)產(chǎn)物a)至少有一種可皂化有機(jī)酸；b)至少有一種樹脂酸；c)至少一種非飽和有機(jī)化合物；和d)一種堿金屬基，其特征在于水在反應(yīng)過程中被移走，使得最終反應(yīng)產(chǎn)物中水的質(zhì)含量大約為0.2％～1.5％。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于制造多等級(jí)粉末狀添加劑的方法，包括a)提供至少一種可皂化有機(jī)酸；b)提供至少一種樹脂酸；c)提供至少一種非飽和有機(jī)化合物；和d)提供一種堿金屬基；e)將至少一種可皂化有機(jī)酸、至少一種樹脂酸、至少一種非飽和有機(jī)化合物和堿金屬基混合，以形成一種能進(jìn)行皂化反應(yīng)的混合物；f)在皂化反應(yīng)過程中將水從反應(yīng)混合物中移出；并且g)回收反應(yīng)產(chǎn)物。
本發(fā)明還提供了一種多等級(jí)瀝青，包括a)由下列物質(zhì)生成的一種預(yù)制的反應(yīng)產(chǎn)物i)至少一種可皂化有機(jī)酸；ii)至少一種樹脂酸；iii)至少一種非飽和有機(jī)化合物；和iv)一種堿金屬基與下面物質(zhì)混合b)一種瀝青物質(zhì)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于制造多等級(jí)瀝青的方法，包括a)將下述物質(zhì)混合在一起并反應(yīng)i)至少一種可皂化有機(jī)酸；ii)至少一種樹脂酸；iii)至少一種非飽和有機(jī)化合物；和
iv)一種堿金屬基以形成反應(yīng)產(chǎn)物；以及b)將反應(yīng)產(chǎn)物與瀝青物質(zhì)相混合。


本發(fā)明會(huì)根據(jù)下面的附圖進(jìn)行描述，這些附圖僅作為例子給出，但不限于此，其中圖1是一種過程示意圖，用于描述一種本發(fā)明的MAC粉末的制造和使用方式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種用于鋪路和鋪頂?shù)母囿w地瀝青成份，特別涉及一種可以向膏體地瀝青中添加的粉末添加成份，通過添加粉末添加成份可以使膏體地瀝青具有多等級(jí)性質(zhì)。
本發(fā)明涉及一種可以加入到傳統(tǒng)的膏體地瀝青成份中，用于制備多等級(jí)(或凝膠狀)膏體地瀝青產(chǎn)物的多等級(jí)膏體地瀝青粉末(Multigrade Asphalt power，在本文中即MAC粉末)的形成過程。本發(fā)明制備的MAC粉末含有一種可在中心地帶制造的單獨(dú)成份，可將其以粉末形式運(yùn)送至用戶手中，然后加入膏體地瀝青產(chǎn)品中。
MAC粉末可以通過將至少一種可皂化有機(jī)酸、至少一種樹脂酸以及至少一種非飽和有機(jī)化合物(例如烯烴)與一種堿金屬基進(jìn)行皂化反應(yīng)來制備?？梢栽谥付ǖ乃肯轮频迷砘a(chǎn)品，在中央生產(chǎn)設(shè)備中通過粉碎、研磨等方法將其制成粉末，以粉末添加劑的形式將其運(yùn)送至瀝青工藝設(shè)備中制造膏體地瀝青。在瀝青設(shè)備中制得的多等級(jí)膏體地瀝青產(chǎn)物可以通過采用傳統(tǒng)的熱混合設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)鋪頂應(yīng)用設(shè)備以及其它傳統(tǒng)應(yīng)用設(shè)備或者采用裝備了高速攪拌器的加熱設(shè)備進(jìn)行制備。
可皂化有機(jī)酸和樹脂酸物質(zhì)可以以松漿油的形式加入。松漿油是一種造紙過程中從木漿的溶化處理中得到的液體樹脂材料。商業(yè)用松漿油通常包含復(fù)雜的脂肪酸，含有18個(gè)碳原子的基礎(chǔ)酸，樹脂酸以及固醇、高度酒精、蠟以及碳水化合物等非皂化物質(zhì)。在包括供給木漿的樹木的地理位置等因素的影響下，松漿油的組成成份會(huì)發(fā)生變化。一般來說，松漿油中非皂化物質(zhì)含量應(yīng)少于30％(ASTM D803)。脂肪酸與樹脂酸的比例應(yīng)該處于0.7～2之間，最佳比利為1∶1。原油或者精煉松漿油都可以被使用。否則，從非松漿油中獲得的單獨(dú)脂肪酸可以和樹脂酸混合，并且按與松漿原油中的酸物質(zhì)相近的比例使用。
在本發(fā)明中，可皂化有機(jī)酸(包括酯類)包括含有12到24個(gè)碳原子的一種或者多種飽和或者非飽和的支鏈或者直鏈脂肪酸?？稍砘袡C(jī)酸包括硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、有機(jī)磺酸以及上述物質(zhì)的混和物。
在本發(fā)明中，樹脂酸包括樅酸、新樅酸、二羥化樅酸、長葉松酸、異海松酸或者上述物質(zhì)的混和物。
在本發(fā)明中，非飽和有機(jī)化合物通常包括固醇和烯烴。對于本發(fā)明非常有用的一種非飽和有機(jī)化合物是EE-2，EE-2是EastmanChemical Company，Kingsport，TN生產(chǎn)的一種功能上改良的烯烴。
在本發(fā)明中，堿金屬基可以是一種堿金屬、堿金屬的氧化物、堿金屬的氫氧化物或者堿金屬鹽，例如金屬鈉、氧化鈉、碳酸鈉或者氫氧化鈉，或者相應(yīng)的鉀或者鋰的化合物。當(dāng)加入堿金屬基時(shí)，堿金屬基最好為干燥的細(xì)碎顆粒。
通過采用本發(fā)明的MAC粉末，可以在低造價(jià)、高效率下獲得多等級(jí)膏體地瀝青。就此而言，通過在膏體地瀝青設(shè)備中采用低造價(jià)攪拌器，就可將MAC粉末加入到膏體地瀝青成份中，這樣可使MAC粉末的運(yùn)輸費(fèi)用與運(yùn)送總體膏體地瀝青的費(fèi)用相比減少很多。此外，與傳統(tǒng)的多等級(jí)膏體地瀝青的加工方法相比，MAC粉末的高效性可以降低MAC粉末的添加率(通常會(huì)降低20％)。MAC粉末的加工過程適宜生產(chǎn)低水含量物質(zhì)，這種物質(zhì)可以在對標(biāo)準(zhǔn)操作程序修改很小甚至不作修改的客戶設(shè)備中，直接加入到膏體地瀝青中。
MAC粉末可以通過加入膏體地瀝青使用，通常加入濃度很低，質(zhì)含量大約在1.6％～4％之間，只需在這樣低的濃度下，就可以使膏體地瀝青具有多等級(jí)性質(zhì)。使用如此低濃度的MAC粉末可以很便宜的將其運(yùn)送至較大范圍，因而增加多級(jí)膏體地瀝青的市場占有率。MAC粉末可以以干物質(zhì)的形式儲(chǔ)藏運(yùn)輸，因而會(huì)降低對特殊的熱儲(chǔ)運(yùn)罐和卡車的需求。此外，可以在相對簡單的設(shè)備中將MAC粉末加入到膏體地瀝青中，而無需采用當(dāng)前使用的制備多等級(jí)膏體地瀝青的昂貴設(shè)備。這使得較小的膏體地瀝青終端和HMA設(shè)備可以直接使用MAC粉末，因而使其系統(tǒng)和操作升級(jí)用于生產(chǎn)多等級(jí)膏體地瀝青和HMA產(chǎn)品。這也可以用于生產(chǎn)鋪頂以及其它特殊用途的膏體地瀝青。
MAC粉末可以在中央生產(chǎn)設(shè)備中生產(chǎn)，因而利用了大型生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。在大型中央設(shè)備中進(jìn)行MAC粉末的生產(chǎn)可以更好的控制生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量，因而可制造一種更均一的產(chǎn)品。像上面所說的一樣，通過皂化至少一種脂肪酸、至少一種樹脂酸以及至少一種帶有堿金屬基的非飽和有機(jī)化合物(例如烯烴)生產(chǎn)MAC粉末。加熱混合這些物質(zhì)直到獲得指定的水汽含量。在這時(shí)，可以將混合物進(jìn)行稱量、包裝運(yùn)送到用戶手中，使用戶能制備膏體地瀝青。對于每一個(gè)使用地點(diǎn)，都可通過安置了高速攪拌槳的加熱設(shè)備的簡單攪拌，將MAC粉末產(chǎn)品加入到瀝青成份中。
可以預(yù)見到，通過采用中央設(shè)備制備MAC粉末，將其運(yùn)送到更廣闊的區(qū)域。相對于采用小型生產(chǎn)操作過程，采用加大生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)均一產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性以及潛能變得很顯著。中央設(shè)備可以采用混合系統(tǒng)將至少一種脂肪酸、至少一種樹脂酸以及至少一種非飽和有機(jī)化合物(例如烯烴)與一種堿金屬基混合。將這些物質(zhì)混合進(jìn)行放熱皂化反應(yīng)。反應(yīng)過程中產(chǎn)生副產(chǎn)品水，為了獲得指定的最終產(chǎn)物，必須將水從混合物中移出。水是通過控制反應(yīng)溫度而移出的。過程中移出的水量過少會(huì)使操作困難。另外，當(dāng)用戶將MAC粉末加入熱瀝青時(shí)，水是作為有害因素存在的，因?yàn)樗畷?huì)引起發(fā)泡以及其它的操作問題。如果將所有的水移出MAC粉末，粉末在制造多等級(jí)膏體地瀝青時(shí)會(huì)喪失活性。在將MAC粉末與膏體地瀝青混合之前加入適量的水(通常0.2％～2％)，會(huì)使MAC粉末恢復(fù)活性。
圖1是一種工藝圖用于描述本發(fā)明中MAC粉末的制造和使用方式。在圖1中，用于生產(chǎn)MAC粉末的反應(yīng)物在攪拌釜1中混合。這些反應(yīng)物質(zhì)包括至少一種可皂化有機(jī)酸、至少一種樹脂酸、至少一種非飽和有機(jī)化合物、以及一種堿金屬基，將其按箭頭2所示方向加入攪拌釜1中。攪拌釜和反應(yīng)物可采用傳統(tǒng)方式加熱。像在此處所討論的一樣，反應(yīng)產(chǎn)物水可通過控制反應(yīng)溫度以及增溫(如果需要的話)的方式移出。水移出的路線見箭頭3所示。如果水引起泡沫，可以按箭頭4所示方向往攪拌釜中添加消泡劑。反應(yīng)過程中，反應(yīng)混合物逐漸從液態(tài)變成黑色膏體，干燥后最終變成塊狀黃色固體物質(zhì)。干燥產(chǎn)物按箭頭5所示方向移出攪拌釜，進(jìn)入研磨設(shè)備6中研磨，直到最終產(chǎn)品的絕大部分能通過3mm的篩孔。產(chǎn)物MAC粉末可以準(zhǔn)備與膏體地瀝青混合。相應(yīng)地，圖1描述了一個(gè)二級(jí)混合設(shè)備8，在此設(shè)備中MAC粉末與已經(jīng)加熱到液體狀態(tài)的瀝青物質(zhì)混合。圖1中，箭頭9的方向標(biāo)明了瀝青進(jìn)入二級(jí)混合設(shè)備的路線，箭頭10的方向標(biāo)明了多等級(jí)膏體地瀝青產(chǎn)物的路線。圖1中虛線7聯(lián)接研磨設(shè)備6和二級(jí)混合設(shè)備8。虛線7既表示在一般設(shè)備或地點(diǎn)中，將MAC粉末從研磨設(shè)備6運(yùn)送至二級(jí)混合設(shè)備8，也表示將從設(shè)備中制得的MAC粉末運(yùn)送至產(chǎn)地外的二級(jí)混合設(shè)備8中，在設(shè)備8中將其與瀝青物質(zhì)混合。可以從下面的例子得知，MAC粉末可以被運(yùn)送至不止一個(gè)遠(yuǎn)離產(chǎn)地的設(shè)備中，運(yùn)送過程中MAC粉末可以含水汽或者基本是上干燥的，而不僅僅是以粉末狀形式運(yùn)送。
下面的實(shí)施例中對現(xiàn)有發(fā)明各種性質(zhì)和特征的舉例，這些實(shí)施例不應(yīng)被看作是對本發(fā)明的限制。在所有的實(shí)施例中，除非特別指出，所有的百分?jǐn)?shù)均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
實(shí)施例1在本實(shí)施例中，將35kg的松漿油加熱至120±1℃，然后將EE-2聚合物(從Eastman Chemical Company，Kingsport，TN獲得)與產(chǎn)自南平(表1中第G批)的已被加熱的松漿油相混合。松漿油/EE-2混合物進(jìn)入已被加熱的Sigma混合設(shè)備，并且在混合過程中加入液態(tài)氫氧化鈉(NaOH質(zhì)含量為50％)。松漿油與EE-2與液體NaOH的比例為1∶0.1∶0.27。NaOH的加入引起放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)會(huì)使溫度升高至106±1℃，并同時(shí)產(chǎn)生氣泡以及泡沫。可以在混合物中加入大約50g的消泡劑以減少泡沫的產(chǎn)生，例如可加入型號(hào)為Foam Blast 7的消泡劑(由Ross Chemicals，F(xiàn)ountain Inn，South Carolina生產(chǎn))。在混合過程中，混合物逐漸從液相變成黑色膏體相，最終變成為黃色塊狀固體。當(dāng)混合物變干時(shí)，停止加熱，繼續(xù)進(jìn)行混合直到混合物的溫度降至120±1℃。對于生產(chǎn)38Kg的MAC粉末，這種混合過程需花費(fèi)4個(gè)小時(shí)。
干燥的產(chǎn)品被裂成碎塊，在密封容器中放置24小時(shí)。儲(chǔ)藏過后，將產(chǎn)品引入研磨設(shè)備研磨，直到大多數(shù)最終產(chǎn)品能通過3mm的篩孔。通常，產(chǎn)品為黃棕色粉末，大約79％的部分可以通過3mm的篩孔。水或者水汽的質(zhì)含量大約為1.1±0.1％。
將質(zhì)含量大約為2.5％的MAC粉末混入Qilu 70滲透用膏體地瀝青(Qilu 70 Penetration Asphalt cement)，在185℃下混合30分鐘，結(jié)果可獲得軟化點(diǎn)大約為98℃的多等級(jí)膏體地瀝青。
表1列出了一系列由上面實(shí)施例描述過程得到的產(chǎn)品。
表1

表1的結(jié)果是通過采用NH-100混合設(shè)備，將MAC粉末混入Qilu70滲透用膏體地瀝青后得到的結(jié)果。
表1的結(jié)果表明MAC粉末的粒徑，MAC粉末中的水汽含量以及松漿油的來源都是對改良膏體地瀝青的軟化點(diǎn)起改善作用的因素。C批(0.32％)中的粉末過于干燥，與水汽含量為0.54％的B批相比，對軟化點(diǎn)的改善程度很小。同樣，當(dāng)B批中的水汽含量從0.54％提高到D批的0.74％之后，即使MAC粉末的含量從4.0％降為3.0％，軟化點(diǎn)也會(huì)得到改善。
表1的結(jié)果也表明所有的測試的松漿油都能改變膏體地瀝青的軟化點(diǎn)，特別是在對比瀝青的基礎(chǔ)上，通過加入MAC粉末改變了膏體地瀝青的高溫特性。
實(shí)施例2根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可采用一個(gè)中央制造設(shè)備來制造用于銷售和向HMA制造設(shè)備輸送的MAC粉末?？赏ㄟ^將一定量的商業(yè)用松漿油(或者其它適合的包含脂肪酸和樹脂酸的物質(zhì))與烯烴(或者其它適合的非飽和碳水化合物)以及苛性堿(或者其它適合的堿金屬基)相混合制得MAC粉末。對于本實(shí)施例，這些材料的質(zhì)量比例大約為100份的松漿油比10份的烯烴比27份的苛性堿(50％)。在將松漿油和烯烴引入加熱混合系統(tǒng)之前，將松漿油和烯烴混合并預(yù)熱至120℃。為了進(jìn)行初始的皂化反應(yīng)，需將液態(tài)苛性化合物在低速狀態(tài)下加入混合系統(tǒng)。反應(yīng)過程中會(huì)生成水和熱。水被蒸發(fā)，混合產(chǎn)物會(huì)從液態(tài)變成黑色膏體，然后變成黃色塊狀固體物質(zhì)。將所得產(chǎn)物干燥到指定結(jié)點(diǎn)(大約含1％的水汽)，進(jìn)行儲(chǔ)藏附加處理后包裝，并將其送至用戶手中。
MAC粉末會(huì)破碎成較小的碎塊，研磨成適合的粉末(80％的粉末需要通過3mm的篩孔)。這種物質(zhì)可以在密封的桶中或者袋子中運(yùn)送到用戶手中。在用戶所在地，將質(zhì)含量大約1.6％～2.5％的MAC粉末，在185℃時(shí)加入到裝配有高速攪拌槳的膏體地瀝青設(shè)備，用于制造高質(zhì)量的多等級(jí)膏體地瀝青。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中，在與實(shí)施例2相同的生產(chǎn)過程基礎(chǔ)上，將MAC粉末物質(zhì)中所有的水分移出。所得干燥的MAC粉末會(huì)被裝入密封的桶或者袋子中運(yùn)送到用戶手中。在將干燥的MAC粉末加入裝配有高速攪拌槳的膏體地瀝青設(shè)備之前需要加水，以確保膏體地瀝青在混合設(shè)備中發(fā)生完全反應(yīng)。對于需要添水的MAC粉末，所添加的水的質(zhì)含量大約為0.2％～2.0％。
表2中列出了按此實(shí)施例得出的改良膏體地瀝青的數(shù)據(jù)。
表2

實(shí)施例4在本實(shí)施例中，除了是將MAC粉末產(chǎn)品加入從Canadian Crude得到的按美國性能等級(jí)系統(tǒng)(U.S.Performance Grading system)劃分的等級(jí)號(hào)為PG 64-22的BP瀝青(BP Asphalt)，其余制造過程與實(shí)施例3相同。表3列出了加入MAC粉末之前，在與加入MAC粉末后，相同的測試狀態(tài)下，得到的瀝青溫度分布范圍。MAC粉末與已經(jīng)加熱到185℃的BP瀝青混合30分鐘。
表3

表3中的結(jié)果表明按超鋪路材料性能等級(jí)劃分的等級(jí)為PG64-22的未經(jīng)改良的瀝青的實(shí)際溫度范圍為PG 65-23或者88℃。在加入2.5％的MAC粉末之后(第M批)，溫度范圍增至PG 71-23或者94℃，這要比基礎(chǔ)瀝青增加了6℃。在第N批中，MAC粉末質(zhì)含量增至3.5％時(shí)，按等級(jí)劃分可達(dá)到PG 75-22等級(jí)或者97℃，要比按超鋪路材料性能等級(jí)劃分的等級(jí)增加9℃。這會(huì)在較大溫度范圍內(nèi)提高瀝青性能。
實(shí)施例5在本實(shí)施例中，在與實(shí)施例2相同的生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)上，在初始的反應(yīng)中只將少量的水移出。得到的MAC粉末經(jīng)過包裝運(yùn)送到用戶手中，用戶必須提高警惕，以防止在將MAC粉末加入混合設(shè)備的過程中產(chǎn)生大量泡沫。在這種情形下，為了控制泡沫需要在混合設(shè)備中加入消泡劑。
實(shí)施例6
在本實(shí)施例中，在與上面實(shí)施例4相同的生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)上，不進(jìn)行研磨反應(yīng)產(chǎn)物的程序。MAC粉末物質(zhì)經(jīng)過包裝運(yùn)送到用戶手中。用戶需要采用一種更主動(dòng)的方式將MAC粉末與膏體地瀝青混合，例如混合過程采用高能量的剪切混合設(shè)備而不采用高速混合設(shè)備。
實(shí)施例7根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施例，在采用相同的反應(yīng)物和過程中，無論采用小型區(qū)域加工設(shè)備還是位置特殊的設(shè)備都可以制造MAC粉末。在較小批次中生產(chǎn)MAC粉末的能力依賴于與特殊操作過程相關(guān)的主要設(shè)備、原材料以及操作成本。
盡管本發(fā)明已經(jīng)通過特殊方式、材料以及實(shí)施例進(jìn)行描述，從以上的描述中，一個(gè)本領(lǐng)域的熟練工可以輕易地?cái)喽ū景l(fā)明的主要特征，并且可以采用各種變化和改良，在不遠(yuǎn)離上面所描述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下使本發(fā)明適應(yīng)于各種用途，具有各種特征。
權(quán)利要求
1.一種多等級(jí)瀝青添加劑，主要包括以下反應(yīng)產(chǎn)物a)至少有一種可皂化有機(jī)酸；b)至少有一種樹脂酸；c)至少一種非飽和有機(jī)化合物；和d)一種堿金屬基，其特征在于水在反應(yīng)過程中被移走，使得最終反應(yīng)產(chǎn)物中水的質(zhì)含量大約為0.2％～1.5％。
2.如權(quán)利要求1所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于在松漿油中添加至少一種可皂化有機(jī)酸和至少一種樹脂酸。
3.如權(quán)利要求1所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物為粉末狀。
4.如權(quán)利要求1所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于至少一種可皂化有機(jī)酸至少包含硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、有機(jī)磺酸以及這些酸的混合物中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于至少一種樹脂酸至少包含樅酸、新樅酸、二羥化樅酸、長葉松酸、異海松酸以及這些酸的混合物中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于至少一種非飽和有機(jī)化合物包含至少一種烯烴或者類似的化合物以及這些化合物的混合物。
7.如權(quán)利要求1所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于堿金屬基至少包含一種堿金屬、一種堿金屬的氧化物、一種堿金屬的氫氧化物、一種堿金屬鹽以及這些物質(zhì)的混合物中的一種。
8.如權(quán)利要求7所述多等級(jí)瀝青添加劑，其特征在于堿金屬基包含至少一種鈉、鉀、鋰的化合物。
9.一種制造多等級(jí)粉末狀添加劑的方法，包括a)提供至少一種可皂化有機(jī)酸；b)提供至少一種樹脂酸；c)提供至少一種非飽和有機(jī)化合物；d)提供一種堿金屬基；e)將至少一種可皂化有機(jī)酸，至少一種樹脂酸和堿金屬基混合，以形成一種能進(jìn)行皂化反應(yīng)的反應(yīng)混合物；f)在皂化反應(yīng)過程中將水從反應(yīng)混合物中移出；并且g)回收反應(yīng)產(chǎn)物。
10.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于至少一種可皂化有機(jī)酸和至少一種樹脂酸可作為松漿油提供。
11.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物做成粉末狀。
12.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于脂肪酸與樹脂酸的比例大約在0.7～2之間。
13.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于至少一種可皂化有機(jī)酸包含至少一種硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、有機(jī)磺酸以及這些的混合物。
14.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于至少一種樹脂酸至少包含樅酸、新樅酸、二羥化樅酸、長葉松酸、異海松酸以及這些酸的混合物中的一種。
15.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于至少一種非飽和有機(jī)化合物包含至少一種烯烴或者類似的化合物以及這些化合物的混合物。
16.如權(quán)利要求9所述制造多等級(jí)瀝青添加劑的方法，其特征在于堿金屬基至少包含一種堿金屬、一種堿金屬的氧化物、一種堿金屬的氫氧化物、一種堿金屬鹽以及這些物質(zhì)的混合物中的一種。
17.一種多等級(jí)瀝青，包括a)一種預(yù)制的反應(yīng)產(chǎn)物i)至少一種可皂化有機(jī)酸；ii)至少一種樹脂酸；iii)至少一種非飽和有機(jī)化合物；和iv)一種堿金屬基與下面物質(zhì)混合b)一種瀝青物質(zhì)。
18.如權(quán)利要求17所述的多等級(jí)瀝青，其特征在于在含有至少一種可皂化的有機(jī)酸、至少一種樹脂酸、至少一種非飽和有機(jī)化合物，以及一種堿金屬基的皂化反應(yīng)過程中將水移出，使得最終反應(yīng)產(chǎn)物中的水的質(zhì)含量大約為0.2％～1.5％。
19.如權(quán)利要求17所述的多等級(jí)瀝青，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物在與瀝青混合前就已被干燥。
20.如權(quán)利要求19所述的多等級(jí)瀝青，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物在與瀝青混合前就已經(jīng)形成粉末狀。
21.如權(quán)利要求20所述的多等級(jí)瀝青，其特征在于粉末物質(zhì)的尺寸為至少80％的粉末可以通過3mm的篩孔。
22.如權(quán)利要求17所述的多等級(jí)瀝青，包含質(zhì)含量大約為1.6％～4％的預(yù)制反應(yīng)產(chǎn)物。
23.一種制造多等級(jí)瀝青的方法，包括a)將下述物質(zhì)混合在一起并反應(yīng)i)至少一種可皂化有機(jī)酸；ii)至少一種樹脂酸；iii)至少一種非飽和有機(jī)化合物；和iv)一種堿金屬基以形成反應(yīng)產(chǎn)物；并且b)將反應(yīng)產(chǎn)物與瀝青物質(zhì)相混合。
24.如權(quán)利要求23所述制造多等級(jí)瀝青的方法，其特征在于在含有至少一種可皂化的有機(jī)酸、至少一種樹脂酸以及一種堿金屬基的皂化反應(yīng)過程中將水移出，使得最終反應(yīng)產(chǎn)物中的水的質(zhì)含量大約為0.2％～1.5％。
25.如權(quán)利要求23所述制造多等級(jí)瀝青的方法，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物在與瀝青混合前就已被干燥。
26.如權(quán)利要求23所述制造多等級(jí)瀝青的方法，，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物在與瀝青混合前就已經(jīng)形成粉末狀。
27.如權(quán)利要求26所述制造多等級(jí)瀝青的方法，其特征在于粉末物質(zhì)的尺寸為至少80％的粉末可以通過3mm的篩孔。
28.如權(quán)利要求23所述制造多等級(jí)瀝青的方法，其特征在于質(zhì)含量大約為1.6％～4％的反應(yīng)產(chǎn)物加入到質(zhì)含量大約為96％～98％的瀝青物質(zhì)中。
29.如權(quán)利要求23所述制造多等級(jí)瀝青的方法，其特征在于在第一個(gè)地點(diǎn)制得反應(yīng)產(chǎn)物，在第二個(gè)地點(diǎn)將反應(yīng)產(chǎn)物與瀝青物質(zhì)混合。
30.如權(quán)利要求29所述制造多等級(jí)瀝青的方法，其特征在于反應(yīng)產(chǎn)物從上述第一個(gè)地點(diǎn)運(yùn)送至上述第二個(gè)地點(diǎn)。
全文摘要
一種添加劑成分可以加入瀝青材料中，使其具有多等級(jí)性質(zhì)。添加劑是由至少一種可皂化有機(jī)酸、至少一種樹脂酸、至少一種非飽和有機(jī)化合物以及一種堿金屬基共同反應(yīng)所形成的反應(yīng)產(chǎn)物。隨反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水被取走。最終的反應(yīng)產(chǎn)品可以制成粉末狀，此粉末狀物質(zhì)與瀝青材料相混合可以制成多等級(jí)瀝青。
文檔編號(hào)C10C3/00GK1513916SQ02148759
公開日2004年7月21日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者安東尼·J.·卡瑞其, 赫伯特·L.·韋賽爾, 周海防, 劉雪峰, 徐峰, L. 韋賽爾, 安東尼 J. 卡瑞其 申請人:山東華瑞道路材料技術(shù)有限公司