硫改性的沥青乳液和粘结剂组合物制造技术

本发明专利技术公开了性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液，其是通过混合增粘剂、乳化剂、性能分级硫磺强化沥青粘结剂、任选的皂化剂和基础水溶液而制成的。生成所述沥青乳液期间，所述组分或它们的组合都不超过275°F。还公开了性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液残留物，其是通过利用德克萨斯交通部蒸发回收方法处理所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液而制成的。还公开了性能分级硫磺强化沥青粘结剂组合物，其是通过混合单质或元素硫、直链烷烃材料、任选的饱和主链聚合物改性剂、任选的非水性酸和基础沥青而制成的。生成所述沥青粘结剂期间，所述组分或它们的组合都不超过275°F。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硫改性的沥青乳液和粘结剂组合物
本专利技术的领域涉及沥青粘结剂和乳液组合物。更具体地说，所述领域涉及硫磺强化沥青粘结剂(sulfur-extendedasphaltbinder，SEAB)和硫磺强化沥青粘结剂乳液(SEABE)。
技术介绍
在包含沥青(例如沥青涂覆的集料和热沥青混合物)的材料的制造和加工期间，超过300°F的工作温度可对工人和他们的设备产生问题。在大于300°F的温度下，沥青或沥青混合物中存在的硫和硫化合物(例如元素硫和天然存在的杂有机(heterorganic)化合物)，通常开始与沥青中和空气中的其它成分反应。硫反应的主要产物之一是硫化氢气体。少量的硫化氢是刺激物，但是大量对人有毒。类似地，加热的硫在空气中氧化形成二氧化硫，它具有有害的臭味并且是空气污染物。硫，尤其是“单质”或“元素”硫，是丰富而廉价的材料。元素硫是非无硫天然气和石油加工的副产物。单质硫的来源包括石油炼厂和气体脱硫工厂。由于从天然气和石油提取的硫的量，许多硫生产者认为元素硫是废产物。其他人已经尝试利用废硫作为沥青粘结剂的强化剂(expander)或填充剂，但是极少成功。这些努力仅在沥青粘结剂中掺入少量的硫方面获得成功，通常最多只占总组合物的几个百分比。本领域技术人员了解在大约305°F开始，硫形成硫化氢(H2S)气体，它是对人有毒的。在该温度和超过该温度下，烃类环境中的单质硫使得烃脱氢并形成硫化氢。在氧的存在下，加热硫到高温形成二氧化硫，它是对人有害的并且是空气污染物。为工人舒适和安全以及更有利于环境起见，希望找到一种可在低于300°F的温度下有效的沥青材料组合。还希望找到元素硫的商业用途。在商业产品中掺入硫可将许多被认为可能的“废”产物转变成具有实际价值的产品。
技术实现思路
一种性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液，包含在所述乳液总重量的0.1％至3％范围内的增粘剂、在0.1％至5％范围内的乳化剂、在21.7％至89.8％范围内的基础水溶液和在10％至70％范围内的性能分级硫磺强化沥青粘结剂。性能分级硫磺强化沥青粘结剂是通过在不超过275°F的温度下，将在所述沥青粘结剂组合物总重量的10％至50％范围内的单质硫、在0.1％至5％范围内的直链烷烃材料和在38％至89.9％范围内的基础沥青合并而制造的。所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液能够有效地保持在不超过275°F的温度下。利用ASTMD244测试方法测定，所述沥青乳液能够有效地保持至少3小时的储存稳定性。所述乳液的一种实施方式包含在所述沥青乳液总重量的0.1％至0.3％范围内的皂化剂。利用ASTMD244测试方法测定，所述乳液的一种实施方式在24小时期间的储存稳定性值为0.0。一种性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液残留物，其是通过利用德克萨斯交通部蒸发回收方法(TexasDepartmentofTransportationEvaporationRecoveryProcedure)处理所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液制造的。所述乳液残留物的一种实施方式包含无痕粘结(tracklesstack)涂料。性能分级硫磺强化沥青粘结剂组合物包含在所述沥青粘结剂组合物总重量的10％至50％范围内的单质硫、在0.1％至5％范围内的直链烷烃材料和在38％至89.9％范围内的基础沥青。所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂保持在不超过275°F的温度下。沥青粘结剂组合物的一种实施方式包含。所公开的性能分级硫磺强化沥青粘结剂和性能分级沥青硫磺强化沥青粘结剂乳液允许操作者在远低于300°F的温度下，直接利用这些产物，或与集料和其他材料结合以混合和掺合所述组合物，并将所述组合物应用于本领域。混合和应用温度的降低显著减少了形成硫化氢和二氧化硫的可能性。这进而提高了沥青粘结剂和沥青粘结剂乳液使用者的安全，以及降低了使用其中掺有大量单质硫的产品的负面环境影响。工作温度降低还有利于更高的经济效率。所公开的性能分级硫磺强化沥青粘结剂和性能分级沥青乳液可保持在低于300°F的制造和工作温度下。在这些降低的温度下，与需要保持高于300°F温度的传统热混合沥青材料对比，它们在形成和应用期间需要较少的能量。所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂和所述性能分级沥青硫磺强化沥青粘结剂乳液是“废”硫的重要的商业和实际用途。所述沥青组合物符合并超过美国州际公路及运输工作者协会(AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfficials)(AASHTO)性能分级沥青粘结剂规格M320。PG评级的沥青粘结剂和乳液商业上适用于道路与公路修复和建筑工程，这些工程使用大量的沥青基材料。所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂含有至少10重量％到最多50重量％的单质硫。性能分级沥青硫磺强化沥青粘结剂乳液的主要组分是性能分级硫磺强化沥青粘结剂。所公开的性能分级硫磺强化沥青粘结剂和性能分级沥青硫磺强化沥青粘结剂乳液的性能尤其适合于较温暖的气候。相对于基础沥青材料，所公开的沥青粘结剂和沥青粘结剂乳液在特定的所需物理和化学相关性质方面表现出改进。附图简述根据以下优选实施方式的详细说明、所附的权利要求书和附图，可以更好地了解本专利技术的这些及其他特征、方面和优点，其中：图1是具有专门的样品装置的Marshall测试机的图像，可用于进行粘结层粘合剪切测试。优选实施方式的详细说明说明书和所附的权利要求书涉及本专利技术的具体特征(包括工艺或方法步骤)，所述说明书包括
技术实现思路
、附图简述和优选实施方式的详细说明。本领域技术人员了解，本专利技术包括本说明书中描述的具体特征的全部可能的组合和应用。本领域技术人员了解，本专利技术不限于或不受限于本说明书给出的实施方式的描述。只要在说明书和所附权利要求书中所述的精神以外，本专利技术的主题不受任何限制。本领域技术人员还了解，用于描述具体实施方式的术语不限制本专利技术的范围或幅度。在解释所述说明书和所附权的利要求书时，所有的术语应该以符合每个术语背景的可能的最广义方式来解释。除非另有定义，否则在本说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语都与本专利技术所属领域的普通技术人员通常了解的含义相同。在本说明书和所附权利要求书中使用时，单数形式的“一个”、“该”和“所述”包括复数指代物，除非上下文另外明确指出不是那样。动词“包含”和它的变化形式应该解释为是指非排他方式的要素、组分或步骤。所提到的要素、组分或步骤可以与没有明确提及的其它要素、组分或步骤一起存在、使用或组合。“任选地”及其各种形式是指随后描述的事件或情形可以发生或可以不发生。所述描述包括所述事件或情形发生的情况和不发生的情况。空间性的术语描述物体或一组物体相对于另一个物体或另一组物体的相对位置。空间关系沿垂直和水平的轴应用。取向和关系词是为了描述方便，而非限制，除非另外指明。在说明书或所附权利要求书中提供的数值范围理解为所述区间包括上限和下限之间的每个中间值以及上限和下限。在进行任何具体排除时，本专利技术包括并以所述区间的较小范围为界。本说明书中提到的所有出版物通过引用并入，以结合所引用的出版物来公开和描述方法或材料或二者。本说明书中讨论的出版物只提供它们在本申请提交日之前的公开内容。不能解释为承认本专利技术无权早于通过在先专利技术的这种公布。此外，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液，包含：在乳液总重量的0.1％至3％范围内的增粘剂；在乳液总重量的0.1％至5％范围内的乳化剂；在乳液总重量的21.7％至89.8％范围内的基础水溶液；和在乳液总重量的10％至70％范围内的性能分级硫磺强化沥青粘结剂，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂是通过在不超过275°F的温度下，将在沥青粘结剂组合物总重量的10％至50％范围内的单质硫、在0.1％至5％范围内的直链烷烃材料和在38％至89.9％范围内的基础沥青合并而制得的；其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂保持在不超过275°F的温度下，并且利用ASTM D244测试方法测定，所述沥青乳液能够有效地保持至少3小时的储存稳定性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.26 US 61/551,6481.一种性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液，包含：在乳液总重量的0.1％至3％范围内的增粘剂；在乳液总重量的0.1％至5％范围内的乳化剂；在乳液总重量的21.7％至89.8％范围内的基础水溶液；和在乳液总重量的10％至70％范围内的性能分级硫磺强化沥青粘结剂，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂包含在所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂总重量的10％至50％范围内的单质硫、在0.1％至5％范围内的直链烷烃材料和在38％至89.9％范围内的基础沥青，其中根据AASHTO性能分级沥青粘结剂规格M320-10，所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂是性能分级沥青粘结剂；其中利用ASTMD244测试方法测定，所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液的储存稳定性为至少3小时。2.权利要求1所述的乳液，其中所述增粘剂包括非离子纤维素基流变改性剂。3.权利要求1所述的乳液，其中所述乳化剂包括慢凝型阴离子乳化剂。4.权利要求1所述的乳液，还包含在所述乳液总重量的0.1％至0.3％范围内的皂化剂。5.权利要求4所述的乳液，其中所述皂化剂是氢氧化钠的水溶液。6.权利要求1所述的乳液，其中所述乳液的pH值在9至12的范围内。7.权利要求1所述的乳液，其中所述直链烷烃材料是费-托蜡。8.权利要求1所述的乳液，其中所述直链烷烃材料的碳数等于或大于40并且熔融温度小于或等于239°F。9.权利要求1所述的乳液，其中所述直链烷烃材料的碳数在18至150的范围内并且熔融温度在80°F至239°F的范围内。10.权利要求1所述的乳液，其中根据AASHTO性能分级沥青粘结剂规格M320-10，所述基础沥青是性能分级沥青。11.权利要求10所述的乳液，其中所述基础沥青包括PG64-22沥青。12.权利要求10所述的乳液，其中所述基础沥青包括PG64-28沥青。13.权利要求1所述的乳液，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂还包含在所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂总重量的0.1％至5％范围内的饱和主链聚合物改性剂。14.权利要求13所述的乳液，其中所述饱和主链聚合物改性剂还包含选自由伯醇和仲醇、伯胺和仲胺、酸酐、环氧化物、不饱和碳及其组合构成的组中的反应性部分。15.权利要求13的乳液，其中所述饱和主链聚合物改性剂至少部分源自于甲基丙烯酸缩水甘油酯的聚合。16.权利要求1所述的乳液，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂还包含在所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂总重量的0.1％至2％范围内的非水性酸。17.权利要求16所述的乳液，其中所述非水性酸是浓度在95％至118％磷酸浓度当量范围内的多磷酸。18.权利要求1所述的乳液，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的有效温度范围为95℃至115℃。19.权利要求1所述的乳液，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的有效温度范围值比所述基础沥青的有效温度范围至少宽8℃。20.权利要求1所述的乳液，其中所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的根据AASHTO性能分级沥青粘结剂规格M320-10的粘结剂分级高温值比用于生成所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的基础沥青的高温等级至少高12℃。21.权利要求1所述的乳液，其中利用AASHTOT316测试方法测定，所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的粘度值比用于生成所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的基础沥青的粘度值低至少35％。22.权利要求1所述的乳液，其中利用AASHTOT316测试方法测定，所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂的粘度值在0.200帕斯卡-秒至0.300帕斯卡-秒的范围内。23.权利要求1所述的沥青乳液，其中利用ASTMD244测试方法测定，所述乳液的24-小时期间的储存稳定性值为0.0。24.一种由权利要求1所述的性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液得到的性能分级硫磺强化沥青粘结剂，包含：在所述沥青粘结剂总重量的10％至50％范围内的单质硫、在所述沥青粘结剂总重量的0.1％至5％范围内的直链烷烃材料、和在所述沥青粘结剂总重量的38％至89.9％范围内的基础沥青，其中根据AASHTO性能分级沥青粘结剂规格M320-10，所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂是性能分级沥青粘结剂。25.权利要求24所述的沥...

【专利技术属性】
技术研发人员：米林德·M·维迪雅，赫瓦贾·H·安瓦尔，让皮埃尔·R·巴拉盖，洛朗·莱万多夫斯基，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA