沥青粘合剂组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及在基本上不存在交联剂的情况下，制备聚合物改性的沥青粘合剂组合物的方法，该方法包括：通过在搅拌罐内加热沥青组分到１６０℃－２２１℃的温度，添加嵌段共聚物组合物到沥青组分中，在搅拌沥青组分的同时，形成沥青组分和嵌段共聚物组合物的均匀混合物，和继续搅拌该均匀混合物，同时维持１８０℃－２２１℃的温度４小时－３０小时的总时间段，从而形成固化的聚合物改性的沥青粘合剂组合物。用于该方法的嵌段共聚物组合物包括具有至少一个单乙烯基芳族嵌段和乙烯基含量小于１５ｍｏｌ％的至少一个聚丁二烯嵌段与乙烯基含量大于２５ｍｏｌ％的至少一个聚丁二烯嵌段的一种或更多种嵌段共聚物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求2007年5月1日提交的美国临时专利申请序列号No.60/927049的优先权，其内容在此通过参考引入。
本专利技术涉及聚合物改性的沥青粘合剂组合物的制备方法，该组合物具有改进的延展性，尤其在低温下，且适合于在基本上不存在交联剂情况下热混沥青路面的应用。本专利技术进一步涉及尤其在低温下具有改进的延展性的聚合物改性的沥青粘合剂组合物，它包括沥青组分和嵌段共聚物组合物，所述嵌段共聚物组合物含有具有至少一种单乙烯基芳族嵌段，和或者(I)乙烯基含量小于15mol％的至少一个聚丁二烯嵌段和乙烯基含量大于25mol％的至少一个聚丁二烯嵌段或者(II)在与单乙烯基芳族嵌段相邻的第一端处乙烯基含量小于15mol％锥变到离单乙烯基芳族嵌段最远的第二端处乙烯基含量大于25mol％的至少一个聚丁二烯嵌段的一种或更多种嵌段共聚物。本专利技术进一步涉及聚合物改性的沥青粘合剂组合物的浓缩物和所使用的嵌段共聚物组合物。
技术介绍
路面应用用的聚合物改性的沥青和各种聚合物改性的沥青组合物的制备方法是本领域众所周知的。通常将各种聚合物，其中包括二烯烃弹性体，例如聚丁二烯、EPDM、EPR和苯乙烯类嵌段共聚物(SBC)，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物与沥青结合，以改进沥青的性能。参见，例如美国专利No.5190998和美国专利No.6150439。本领域众所周知使用苯乙烯类嵌段共聚物改进沥青的性能。所实现的性能改进的程度取决于嵌段共聚物和沥青的相容性。过去数年来，-->研究者开发了一系列的化学技术来改进聚合物与沥青的相容性。为了“固化”或“交联”聚合物和沥青的目的，使用宽泛范围的添加剂(硫交联剂和含硫交联剂)，进而赋予混合物相容性。长期以来对于硫被加入到聚合物改性的沥青中，以增强并加速聚合物-沥青的粘结和固化工艺是已知的。参见，例如，美国专利No.4145322和美国专利No.4242246。尽管硫本身相对安全，但硫、嵌段共聚物和沥青之间的反应产生极其有害的硫化氢(H2S)。结果，省去辅助沥青配方固化的硫和含硫交联剂被视为积极的方面。与US2007/0112102A1一样公开的美国专利申请No.11/598511公开了在基本上不存在交联剂的情况下，使用含有高乙烯基含量二嵌段共聚物和任选地选自直链三嵌段共聚物、多臂偶联嵌段共聚物及其混合物中的高乙烯基含量的嵌段共聚物的嵌段共聚物组合物，制备聚合物改性的沥青粘合剂组合物的方法。使用这一方法和组合物导致储存稳定、可容易混合，且最小化因添加硫或含硫交联剂引起的环境影响的同时快速固化的产品。在具有适中寒冷到严寒冬季的地区，低温下的高延展性也是极其理想的性能。延展性不足的沥青材料倾向于在适中寒冷或严寒的气候中产生杂乱(spurious)的路面和龟裂，从而导致沥青故障和差到危险的表面状况。因此，需要改进的聚合物改性的沥青粘合剂组合物及其制备方法，它不仅显示出高的延展性，而且显示出当使用美国公布2007/0112102A1的沥青粘合剂组合物时实现的性能。理想的是，这一方法和产品将提供容易的混合，储存稳定，具有快速的聚合物和沥青固化，且具有改进的延展性，尤其在低温下。
技术实现思路
本专利技术提供用于道路/路面应用的聚合物改性沥青粘合剂组合物的生产方法，在不需要添加交联剂的情况下，所述组合物具有高的延展性。通过在本专利技术的方法中使用本专利技术的嵌段共聚物组合物，可最小化与使用含硫交联剂有关的环境和安全考虑，且与此同时提供特别-->是在低温环境下显示出改进的延展性的产品。更具体地，本专利技术提供在基本上不存在交联剂的情况下，制备具有改进的延展性的聚合物改性沥青粘合剂组合物的方法，该方法包括：(a)在搅拌罐内加热沥青组分到160℃-221℃的温度；(b)添加嵌段共聚物组合物到沥青组分中，同时搅拌该沥青组分，形成沥青组分与嵌段共聚物组合物的均匀混合物；和(c)在180℃-221℃的温度下继续搅拌该均匀混合物2小时-30小时的总时间段，从而形成固化的聚合物改性的沥青粘合剂组合物；条件是当步骤(c)的温度大于199℃时，在步骤(c)中继续搅拌该均匀混合物2-15小时的总的时间段；和其中所述嵌段共聚物组合物包括具有至少一个单乙烯基芳族嵌段，和或者(I)乙烯基含量小于15mol％的至少一个聚丁二烯嵌段和乙烯基含量大于25mol％的至少一个聚丁二烯嵌段或者(II)在与单乙烯基芳族嵌段相邻的第一端处乙烯基含量从小于15mol％锥变到离单乙烯基芳族嵌段最远的第二端处乙烯基含量大于25mol％的至少一个聚丁二烯嵌段的一种或更多种嵌段共聚物。任选地，该方法可进一步包括下述步骤：在聚合物改性的沥青粘合剂组合物固化之中或之后，稀释该均匀混合物到较低的浓度。在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术的嵌段共聚物组合物包括：(i)化学式为S-B1-B2的嵌段共聚物，其中S是峰值分子量为约10,000-约25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，和B1与B2之比大于或等于1∶1，和其中S-B1-B2嵌段共聚物的峰值分子量为约40,000-约200,000；和(ii)任选地，化学式为(S-B1-B2)nX的一种或更多种嵌段共聚物，其中每一S是峰值分子量为约10,000-约25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，每一B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，每一B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，n是2-6的整数，和X是偶联剂的残基，B1与B2之比大于或等于1∶1，和其中(S-B1-B2)nX嵌段共聚物的峰值分子量是S-B1-B2嵌段共聚物峰值分子量的1.5-6.0倍；-->和其中当在该嵌段共聚物组合物内存在S-B1-B2和(S-B1-B2)nX二者时，S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于1∶1。在这一实施方案的再进一步的改性中，嵌段共聚物含有与B2嵌段相邻的任选的聚丁二烯嵌段，以便在以上(i)和(ii)部分中表示的化学式分别是S-B1-B2-B3和(S-B1-B2-B3)nX，其中每一B1和B2如前面所定义，和每一B3是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段。在这一实施方案中，B3嵌段的峰值分子量范围为约1000-约25,000，和该嵌段共聚物总的峰值分子量在前面所定义的相同范围内。在本专利技术的替代实施方案中，本专利技术的嵌段共聚物组合物包括：(i)化学式为S-B4的嵌段共聚物，其中S是峰值分子量为约10,000-约25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，B4是在与单乙烯基芳族嵌段(S)相邻的第一端处乙烯基含量小于15mol％锥变到离单乙烯基芳族嵌段(S)最远的第二端处乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，和其中S-B4嵌段共聚物的峰值分子量为约40,000-约200,000；和(ii)任选地，化学式为(S-B4)nX的一种或更多种嵌段共聚物，其中每一S是峰值分子量为约10,000-约25,000的单乙烯基芳族嵌段，和每一B4是在与单乙烯基芳族嵌段(S)相邻的第一端处乙烯基含量小于15mol％锥变到离单乙烯基芳族嵌段(S)最远的第二端处乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段本文档来自技高网...

【技术保护点】
在基本上不存在交联剂的情况下，制备聚合物改性沥青粘合剂组合物的方法，所述方法包括下述步骤：　（ａ）在搅拌罐内加热沥青组分到１６０℃－２２１℃的温度；　（ｂ）添加嵌段共聚物组合物到沥青组分中，同时搅拌该沥青组分，形成沥青组分与嵌段共聚物组 合物的均匀混合物；和　（ｃ）在１８０℃－２２１℃的温度下继续搅拌该均匀混合物２小时－３０小时的总时间段，从而形成固化的聚合物改性的沥青粘合剂组合物；　其中所述嵌段共聚物组合物包括：　（ｉ）化学式为Ｓ－Ｂ１－Ｂ２的嵌段共聚物，其中Ｓ是峰 值分子量为１０，０００－２５，０００的单乙烯基芳族烃嵌段，Ｂ１是乙烯基含量小于１５ｍｏｌ％的聚丁二烯嵌段，Ｂ２是乙烯基含量大于２５ｍｏｌ％的聚丁二烯嵌段，和Ｂ１与Ｂ２的重量比大于或等于１∶１，和其中Ｓ－Ｂ１－Ｂ２嵌段共聚物的峰值分子量为４０，０００－２００，０００；和　（ｉｉ）任选地，化学式为（Ｓ－Ｂ１－Ｂ２）ｎＸ的一种或更多种嵌段共聚物，其中每一Ｓ是峰值分子量为１０，０００－２５，０００的单乙烯基芳族烃嵌段，每一Ｂ１是乙烯基含量小于１５ｍｏｌ％的聚丁二烯嵌段，每一Ｂ２是乙 烯基含量大于２５ｍｏｌ％的聚丁二烯嵌段，ｎ是２－６的整数，和Ｘ是偶联剂的残基，Ｂ１与Ｂ２的重量比大于或等于１∶１，和其中（Ｓ－Ｂ１－Ｂ２）↓［ｎ］Ｘ嵌段共聚物的峰值分子量是Ｓ－Ｂ１－Ｂ２嵌段共聚物峰值分子量的１．５－６．０倍；和　条件是当 步骤（ｃ）的温度大于１９９℃时，在步骤（ｃ）中搅拌该均匀混合物２－１５小时的总的时间；和　进一步条件是当在该嵌段共聚物组合物内存在Ｓ－Ｂ１－Ｂ２和（Ｓ－Ｂ１－Ｂ２）↓［ｎ］Ｘ二者时，Ｓ－Ｂ１－Ｂ２与（Ｓ－Ｂ１－Ｂ２）↓［ｎ］Ｘ之比大于１∶ １。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-1 60/927,0491.在基本上不存在交联剂的情况下，制备聚合物改性沥青粘合剂组合物的方法，所述方法包括下述步骤：(a)在搅拌罐内加热沥青组分到160℃-221℃的温度；(b)添加嵌段共聚物组合物到沥青组分中，同时搅拌该沥青组分，形成沥青组分与嵌段共聚物组合物的均匀混合物；和(c)在180℃-221℃的温度下继续搅拌该均匀混合物2小时-30小时的总时间段，从而形成固化的聚合物改性的沥青粘合剂组合物；其中所述嵌段共聚物组合物包括：(i)化学式为S-B1-B2的嵌段共聚物，其中S是峰值分子量为10,000-25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，和B1与B2的重量比大于或等于1∶1，和其中S-B1-B2嵌段共聚物的峰值分子量为40,000-200,000；和(ii)任选地，化学式为(S-B1-B2)nX的一种或更多种嵌段共聚物，其中每一S是峰值分子量为10,000-25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，每一B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，每一B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，n是2-6的整数，和X是偶联剂的残基，B1与B2的重量比大于或等于1∶1，和其中(S-B1-B2)nX嵌段共聚物的峰值分子量是S-B1-B2嵌段共聚物峰值分子量的1.5-6.0倍；和条件是当步骤(c)的温度大于199℃时，在步骤(c)中搅拌该均匀混合物2-15小时的总的时间；和进一步条件是当在该嵌段共聚物组合物内存在S-B1-B2和(S-B1-B2)nX二者时，S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于1∶1。2.权利要求1的方法，其中嵌段共聚物组合物包括S-B1-B2和(S-B1-B2)nX，且在该嵌段共聚物组合物内S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于或等于3∶2。3.权利要求2的方法，其中加入到沥青组分中的嵌段共聚物组合物的用量为2-36wt％，基于聚合物改性的沥青粘合剂组合物的总重量。4.权利要求3的方法，进一步包括在步骤(b)过程中，添加化学式为C-D-C或(C-D)nX的嵌段共聚物，其中C是单乙烯基芳烃嵌段，和D是共轭二烯烃嵌段，n是2-6的整数，和X是偶联剂残基。5.权利要求4的方法，其中C是苯乙烯，D是丁二烯、异戊二烯或其混合物，并添加用量最多为所添加的嵌段共聚物总量30wt％的额外的嵌段共聚物。6.权利要求3的方法，其中步骤(c)的温度为185℃-199℃。7.权利要求1的方法，其中在嵌段共聚物组合物内，S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比为3∶2到10∶1。8.权利要求7的方法，其中对于嵌段共聚物S-B1-B2来说，峰值分子量为65,000-160,000，S是苯乙烯，聚苯乙烯含量为15-35％，基于B1嵌段内单体重复单元的数量，B1中的乙烯基含量为5-15mol％，和基于B2嵌段内单体重复单元的数量，B2中乙烯基含量为25-80mol％，和对于(S-B1-B2)nX来说，峰值分子量是S-B1-B2的峰值分子量的1.8-5.0倍，S是苯乙烯，聚苯乙烯含量为15-35％，基于B1嵌段内单体重复单元的数量，B1中的乙烯基含量为5-15mol％，和基于B2嵌段内单体重复单元的数量，B2中乙烯基含量为25-80mol％。9.权利要求6的方法，其中所生产的聚合物改性的沥青粘合剂组合物为基于浓缩物的总重量，具有6-30wt％嵌段共聚物组合物的浓缩物形式。10.权利要求9的方法，进一步包括在固化聚合物改性的粘合剂组合物中的聚合物之中或之后，稀释该均匀混合物的步骤。11.权利要求1的方法，其中嵌段共聚物组合物包括S-B1-B2，其中S是苯乙烯，和聚苯乙烯含量为15-35％。12.权利要求6的方法，其中基于待使用的聚合物改性的沥青粘合剂组合物的最终的总重量，加入到沥青组分中的嵌段共聚物组合物的含量为2-10wt％。13.权利要求10的方法，其中基于聚合物改性的沥青粘合剂组合物的总重量，在稀释之后，嵌段共聚物组合物的最终浓度为2-6wt％。14.权利要求1的方法，其中在步骤(b)中的搅拌为在高剪切下，和在步骤(c)中的搅拌为在低剪切下。15.权利要求6的方法，其中在步骤(b)中的搅拌为在高剪切下0.5-4小时的时间段，和在步骤(c)中的搅拌为在低剪切下2.0小时-15小时的时间段。16.基本上不含交联剂的沥青粘合剂组合物，所述沥青粘合剂组合物包括：(a)64-98wt％的沥青组分；和(b)2-36wt％含下述组分的嵌段共聚物组合物：(i)化学式为S-B1-B2的嵌段共聚物，其中S是峰值分子量为10,000-25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，B1是乙烯基含量小于15mol％的共轭二烯嵌段，B2是乙烯基含量大于25mol％的共轭二烯嵌段，和B1与B2的重量比大于或等于1∶1，和其中S-B1-B2嵌段共聚物的峰值分子量为约40,000-200,000；和(ii)任选地，化学式为(S-B1-B2)nX的一种或更多种嵌段共聚物，其中每一S是峰值分子量为10,000-25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，每一B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，每一B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，n是2-6的整数，和X是偶联剂的残基，B1与B2的重量比大于或等于1∶1，和其中(S-B1-B2)nX嵌段共聚物的峰值分子量是S-B1-B2嵌段共聚物峰值分子量的1.5-6.0倍；和其中当在该嵌段共聚物组合物内存在S-B1-B2和(S-B1-B2)nX二者时，S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于1∶1。16.权利要求15的沥青粘合剂组合物，其中该嵌段共聚物组合物包括S-B1-B2和(S-B1-B2)nX，和在该嵌段共聚物组合物内的S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于或等于3∶2。17.权利要求16的沥青粘合剂组合物，其中基于聚合物改性的沥青粘合剂组合物的总重量，加入到沥青组分中的嵌段共聚物组合物的含量为2-36wt％。18.权利要求17的沥青粘合剂组合物，其中该嵌段共聚物组合物进一步包括添加化学式为C-D-C或(C-D)nX的嵌段共聚物，其中C是单乙烯基芳烃嵌段，和D是共轭二烯烃嵌段，n是2-6的整数，和X是偶联剂残基。19.权利要求18的沥青粘合剂组合物，其中C是苯乙烯，D是丁二烯、异戊二烯或其混合物，和额外的嵌段共聚物存在于该嵌段共聚物组合物内，占加入到沥青粘合剂组合物中的嵌段共聚物总量的最多30wt％的含量。20.权利要求16的沥青粘合剂组合物，其中在嵌段共聚物组合物内的S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比为3∶2到10∶1。21.权利要求20的沥青粘合剂组合物，其中对于嵌段共聚物S-B1-B2来说，峰值分子量为65,000-160,000，S是苯乙烯，聚苯乙烯含量为15-35％，基于B1嵌段内单体重复单元的数量，B1中的乙烯基含量为5-15mol％，和基于B2嵌段内单体重复单元的数量，B2中乙烯基含量为25-80mol％，和对于(S-B1-B2)nX来说，峰值分子量是S-B1-B2的峰值分子量的1.8-5.0倍，S是苯乙烯，聚苯乙烯含量为15-35％，基于B1嵌段内单体重复单元的数量，B1中的乙烯基含量为5-15mol％，和基于B2嵌段内单体重复单元的数量，B2中乙烯基含量为25-80mol％。22.权利要求15的沥青粘合剂组合物，其中嵌段共聚物组合物包括S-B1-B2，其中S是苯乙烯，和聚苯乙烯含量为15-35％。23.权利要求21的沥青粘合剂组合物，其中该组合物包括6-36wt％嵌段共聚物组合物。24.权利要求22的沥青粘合剂组合物，其中组合物包括6-36wt％的嵌段共聚物组合物。25.权利要求23的沥青粘合剂组合物，其中S-B1-B2的峰值分子量为65,000-160,000，S是苯乙烯，聚苯乙烯含量为15-35％，基于B1嵌段内单体重复单元的数量，B1中的乙烯基含量为5-15mol％，基于B2嵌段内单体重复单元的数量，B2中乙烯基含量为40-75mol％。26.一种嵌段共聚物组合物，它包括：(i)化学式为S-B1-B2的嵌段共聚物，其中S是峰值分子量为10,000-25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，和B1与B2的重量比大于或等于1∶1，和其中S-B1-B2嵌段共聚物的峰值分子量为约40,000-约200,000；和(ii)任选地，化学式为(S-B1-B2)nX的嵌段共聚物，其中S是峰值分子量为10,000-25,000的单乙烯基芳族烃嵌段，B1是乙烯基含量小于15mol％的聚丁二烯嵌段，B2是乙烯基含量大于25mol％的聚丁二烯嵌段，n是2-4的整数，X是偶联剂的残基，其中B1与B2的重量比大于或等于1∶1，和其中偶联的嵌段共聚物的峰值分子量是S-B1-B2嵌段共聚物峰值分子量的1.5-6.0倍；和其中当在该嵌段共聚物组合物内存在S-B1-B2和(S-B1-B2)nX二者时，S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于1∶1。27.权利要求25的嵌段共聚物组合物，其中S-B1-B2与(S-B1-B2)nX之比大于或等于3∶2。28....

【专利技术属性】
技术研发人员：RQ克鲁兹，KE斯蒂芬斯，
申请(专利权)人：科腾聚合物美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]