JP4366308B2 - アスファルト改質材、それを含むアスファルト混合物およびそれを製造する方法 - Google Patents
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Description
これら改質アスファルトの性能は、アスファルトと高分子ポリマー(改質材)の相溶状態が大きく影響することが知られており、高性能な改質アスファルトとするためには、アスファルト中に高分子ポリマー(改質材)を均一に分散させる必要がある。ところがアスファルトと高分子ポリマー(改質材)の相溶性は必ずしも良いとは言えず、均一分散のためには高せん断ミキサーなどの専用設備を用いたプレミックス方式で1時間以上、通常2〜8時間もの加熱攪拌混合が必要であり、多大な時間と労力、専用設備、設備稼働のための多大なエネルギーが必要であった。
しかしながら、上記従来の方法ではいずれも改質材とアスファルトとの混合短縮には十分な効果が得られておらず、改質材とアスファルトの均一分散、特にプラントミックス方式においての短時間での均一分散性が十分でないため、改質材による改質効果が十分に発揮できていないのが現状である。
しかしながら、重質油は上記のような溶融分散促進の点では有利であるが、しかし、最終的なアスファルト物性を低下させる傾向があるので必ずしも好ましくない。
すなわち、高分子ポリマーの溶融分散性は従来と同等以上でありながら、最終的なアスファルトの物性も従来と同等以上のアスファルト改質材が提供される。
さらに、本発明の第3は、アスファルト合材プラントにて、骨材、骨材に対して4〜10質量%の量のアスファルト類およびアスファルト類100重量部に対して上記本発明の第1に記載のプラントミックスタイプのアスファルト改質材3〜40重量部を、加熱・混合することからなるアスファルト混合物の製造方法に関する。
すなわち、高分子ポリマーを石油樹脂と重質油で処理する従来の改質材と比較して、高分子ポリマーの溶融分散性や、最終的なアスファルトの物性とも優れたアスファルト改質材が得られる。
(アスファルト改質材の組成)
本発明のアスファルト改質材は、高分子ポリマー100重量部に対し、所定の性状を有する石油樹脂50〜200重量部を配合してなるものである。高分子ポリマー100重量部に対して石油樹脂の配合量が50重量部未満の場合、高分子ポリマーの相溶性を高めることが十分にできず、アスファルト中に速やかにかつ均一に混合することができず好ましくない。一方、石油樹脂の配合量が200重量部を超えた場合、アスファルト改質材中の高分子ポリマーの配合割合が小さくなるため、アスファルトの改質効果が小さくなり、アスファルト改質材としての役割を果たせなくなるため好ましくない。
本発明のアスファルト改質材に配合する高分子ポリマーは、アスファルト改質材用に使用される高分子ポリマーならばいずれのものも使用される。好ましくは、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロックブロック共重合体(SEBS)などの熱可塑性エラストマーが好適に使用でき、これら熱可塑性エラストマーを1種もしくは2種以上を組み合わせ適宜配合することが可能である。なかでもスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)がより好ましく使用される。
より好ましいスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体としては、スチレン含有量が5〜40質量%であり、重量平均分子量(Mw)が5万〜40万のものが好ましい。スチレン含有量の下限は、アスファルト改質材がべた付きブロッキングを起こす、添加したアスファルトの改質効果が期待できない等を防止する観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上であり、一方、上限は、溶融温度が高いことによるアスファルト改質材の成形のし難さを改善するために、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下である。また、重量平均分子量の下限は、アスファルト改質材の改質効果を発揮させるために5万以上が好ましく、10万以上がより好ましく、15万以上がより好ましい。一方、上限は溶融温度が高温になりアスファルト改質材の成形が難しくなるのを防ぐために、40万以下が好ましく、30万以下がより好ましく、20万以下がさらに好ましい。
本発明のアスファルト改質材に用いる石油樹脂の軟化点は、120℃以下であることが必要であり、好ましくは100℃以下、さらに好ましくは90℃以下である。軟化点が120℃を超える場合、高分子ポリマーを配合した後のアスファルト改質材の軟化点が高くなるだけでなく、溶融下においても粘ちょうな組成物となるため得られるアスファルト改質材をアスファルト中に速やかにかつ均一に混合することが難しく好ましくない。
また、本発明のアスファルト改質材に用いる石油樹脂の分子量は、1800以下であることが必要であり、好ましくは1500以下である。石油樹脂の分子量は大きくなると、高分子ポリマーとの相溶性が低下してくる懸念があるため、分子量が1800を超えることは好ましくない。
上記の軟化点や分子量の下限値は特に限定されないが、石油樹脂として入手されるところから、また最終的なアスファルト混合物の粘度を確保する点等から自ずと画定される範囲のものである。
また本発明のアスファルト改質材に用いる石油樹脂は、上述の性状を有する限りは特に限定されるものではないが、芳香族系(C9系)石油樹脂、脂肪族系(C5系)石油樹脂、C5−C9共重合系石油樹脂、DCPD系石油樹脂、ならびにこれら石油樹脂の変性品などが1種もしくは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも特に好ましい石油樹脂としては、アスファルト改質材のアスファルトへの相溶性が高まる点からC9系石油樹脂が挙げられる。
なお上記物性の石油樹脂は、後記実施例等で示すように市販品として入手可能である。
本発明のアスファルト改質材の150℃における粘度は、200×103〜400×103mPa・sの範囲にあることが必要である。150℃における粘度の下限は、アスファルト混合物の動的安定度等の向上の点から、220×103以上が好ましく、240×103以上がより好ましい。一方、上限は、アスファルト合材プラントでの改質材の溶融分散を向上させる点から、370×103以下が好ましく、350×103以下がより好ましい。
なお、ここでいう150℃における粘度とは、JIS K7117「回転粘度計による粘度の測定の方法」に準拠して測定される値を指す。
なお、ここでいう重量平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフ法(GPC)により求められる重量平均分子量(MW)の値を指す。
なお、ここでいうメルトフローレート(190℃、21.2N)とは、ASTM D1238“Test Method for Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer”により測定される試験温度190℃、荷重21.2Nにおける値を指す。すなわち、190℃の一定温度で溶融したアスファルト改質材を規定の長さと径の円形ダイから一定荷重:21.2Nで押出すときの10分間の流量をグラム数で表した数値である。
本発明のアスファルト改質材の製造方法は、その配合割合、性状等が上記範囲を満足する限り、特に限定されるものではない。通常は、加熱溶融釜、高せん断ミキサー、バンバリーミキサー、ヘンシルミキサーなどの混合機を用いて、高分子ポリマーと石油樹脂を混合し、次いでペレタイザー、押出し成形機、加工成形機、プレス成形機などで適宜の形状に成形することができる。
なお、本発明のアスファルト改質材の形状は特に限定されるものではなく、任意の形状で使用できる。たとえばペレット状、板状、ひも状、ブロック状などが挙げられるが、プラントでの混合操作性を考慮すると、好ましくはペレット状である。アスファルト改質材のペレット化は、たとえば高分子ポリマーと石油樹脂を150〜180℃で3〜10分加熱混合した後、押出機を用いひも状に押出した後、ペレタイザーなどで裁断加工することにより可能である。好ましいペレット状としてのペレットのサイズは1〜50mm、好ましくは1〜20mm、さらに好ましくは1〜10mmであるならば、プラント混合においても速やかに溶融分散することが可能となるので有利である。
本発明のアスファルト改質材は、要すれば骨材等と共に、アスファルトに配合・混合され、アスファルト混合物の形態で道路舗装等としての使用に供される。
上記使用に供される本発明のアスファルト混合物は、以下の方法で製造することが好ましい。
すなわち、道路舗装においてはアスファルト合材プラントにてアスファルトと骨材が混合され、得られたアスファルト混合物を道路舗装に施工する。アスファルト合材プラントは現場施工のゆえに混合時間が短いが、本発明のアスファルト改質材は、かかる合材プラントでの混合状態でも十分溶融分散するものである。
このような混合は、具体的には、アスファルト合材プラントにて、骨材、投入骨材の4〜10質量%に相当する量のアスファルト類および投入アスファルト類100重量部に対して上述の本発明のアスファルト改質材を3〜40重量部添加して加熱・混合することによりアスファルト混合物を製造することができる。
より具体的には、160〜200℃に加熱した骨材をミキサーに投入し、続いて、150〜190℃に加熱したアスファルト類を投入骨材の4〜10質量%に相当する量を投入し混合する。その後、投入アスファルト類100重量部に対して上述のアスファルト改質材を3〜40重量部添加して混合する方法である。
本発明のアスファルト混合物には、骨材の4〜10質量%に相当する量のアスファルト類を用いる。アスファルト類が4質量%未満ではアスファルト施工作業が困難であり、10質量%を越えるような多量では舗装材料としての強度が不足する。
さらに、もちろんであるが、本発明のアスファルト改質材は、上記プラントミックス方式にも使用できるほか、従来のプレミックス用のアスファルト改質材としても何ら問題なく使用することができる。
すなわち、上記アスファルト類と、このアスファルト類100重量部に対して本発明のアスファルト改質材を5〜10質量部添加し0.5〜3時間攪拌混合することでプレミックス用としての改質アスファルトを製造できる。また、アスファルト改質材の添加量を任意に選択することにより高粘度改質アスファルトを製造することもできる。このようにして得られる改質アスファルトは、たとえば前記アスファルト合材プラントにおいて、投入されるアスファルト類の一部または全部として使用され、骨材と混合されてアスファルト混合物が得られる。
[実施例1〜8及び比較例1〜10]
表1に示す基材配合割合で高分子ポリマーと石油樹脂を150〜180℃で加熱溶融し、押出機を用いてひも状に押出した後、ペレタイザーで直径3mm、長さ4mm程度のペレット状に裁断加工してアスファルト改質材A〜Fを製造した。得られたアスファルト改質材A〜Fの物性値を表1に併記した。
また、石油樹脂Aとして新日本石油化学(株)社製ネオポリマーNP90(C9系石油樹脂、軟化点90℃、重量平均分子量1150)、石油樹脂Bとして新日本石油化学(株)社製 ネオポリマー NP130(C9系石油樹脂、軟化点130℃、重量平均分子量1850)を用いた。
150℃における粘度はJIS K7117「回転粘度計による粘度の測定の方法」に準拠して測定した。
重量平均分子量(MW)はゲル浸透クロマトグラフ法(GPC)により測定した。
メルトフローレート(190℃、21.2N)とは、ASTM D1238“Test Method for Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer”において試験温度190℃、荷重21.2Nにて測定した。
上記のアスファルト改質材、表2に示す骨材および以下のアスファルト類を混合してアスファルト混合物を製造した。混合の詳細は以下に別途示す。
アスファルトA 新日本石油(株)社製 根岸製油所 ストレートアスファルト60−80
アスファルトB 新日本石油(株)社製 改質II型アスファルト エコファルトK2
アスファルトC 新日本石油(株)社製 高粘度改質アスファルト エコファルトTA
パグミルミキサーを用い、表2に示す配合の骨材とアスファルトAまたはアスファルトBを攪拌混合し、さらにアスファルト改質材A〜Fを所定量(表3に示す)添加し1分間攪拌混合することでアスファルト混合物(密粒度アスファルト混合物(13))を製造した。この製造は、実機のアスファルト合材プラントにおけるいわゆるプラントミックス方式を模したものである。
得られたアスファルト混合物を6等分し、6つのマーシャル試験用供試体を作製しマーシャル安定度を評価した。
また、アスファルト量は、骨材に対してアスファルトとアスファルト改質材の合計量が5.7質量%になるように配合した。(アスファルトに対するアスファルト改質材の添加量は表3に示す。)骨材の加熱温度は180℃、アスファルトの加熱温度は170℃、アスファルト混合物作製時の攪拌混合温度は175℃、供試体締め固め温度は160℃、ならびに締め固め回数は片面50回とした。
社団法人 日本道路協会「舗装試験法便覧」3−7−1「マーシャル安定度試験法」
上記のマーシャル試験用供試体(円筒形供試体(直径約100mm、厚さ約63mm))の側面を円弧形の2枚の載荷ヘッドではさみ、規定温度(60℃)、規定載荷速度により荷重を加え、供試体が破壊するまでに示す最大荷重(安定度kN)を測定する。
最大荷重(kN)の値は大きいほど、アスファルト混合物の安定性が良いことを示す。
社団法人 日本道路協会「舗装試験法便覧」の3−7−3「ホイールトラッキング試験方法」
アスファルト混合物を所定の型枠(300×300×50mm)に入れ整形した供試体を60℃の恒温室で規定荷重(686±10N)の小型車輪を往復させ、45分および60分における変形量(わだち掘れ量)を測定し、動的安定度(回/mm)を求め、アスファルト混合物のわだち掘れに対する抵抗性を評価する。
動的安定度(DS:Dynamic Stability)の値は大きいほど、高温時におけるアスファルト混合物の耐わだち掘れ性が良いことを示す。
表3に密粒度アスファルト混合物(13)のマーシャル試験およびホイールトラッキング試験の評価結果を併記した。
実施例1〜4はアスファルトA、アスファルトBを、本発明のアスファルト改質材A〜Cで改質して製造したアスファルト混合物を試験評価した例である。アスファルト改質材A〜Cは溶融分散性が優れているため、アスファルト混合物の製造時に改質材を均一に分散できるので、調製したマーシャル供試体のマーシャル安定度のばらつきが小さく、物理的強度が均一な供試体が作製できている。
さらに、実施例1、2、4と比較例1の比較において、アスファルト改質材A〜Cの添加により、マーシャル強度の向上、すなわち混合物の物理強度の向上が見られる。またホイールトラッキング試験による動的安定度の向上、すなわち耐わだち掘れ性の向上も確認される。
比較例3は使用した石油樹脂の軟化点が120℃を超え、また石油樹脂の分子量も1800を超えているためアスファルトへの溶融分散性ならびに高分子ポリマーとの相溶性が低下しているため、アスファルト混合物の製造時にアスファルト改質材を均一に分散することができず、調製したマーシャル供試体のマーシャル安定度のばらつきが非常に大きく、かつ改質効果もあまり得られず、舗装用材料としては不向きとなっている。
また、比較例4はアスファルト改質材E中の石油樹脂量が不足しているため高分子ポリマーの相溶性を高めることが十分にできず、アスファルト中に速やかにかつ均一に混合することができず、同様に調製したマーシャル供試体のマーシャル安定度のばらつきが非常に大きく、かつ改質効果もあまり得られず、舗装用材料としては不向きとなっている。
さらに、比較例5はアスファルト改質材F中の石油樹脂量が過剰なため、アスファルト改質材中の高分子ポリマーの配合割合が小さくなるため、アスファルトの改質効果が得られないことから、マーシャル安定度の値を改善することができず、ばらつきも大きく、舗装用材料としては不向きとなっている。
パグミルミキサーを用い、表4に示す配合の骨材とアスファルトBまたはアスファルトCを攪拌混合し、さらにアスファルト改質材A〜Fを所定量(表5に示す)添加し1分間攪拌混合することでアスファルト混合物(排水性舗装用アスファルト混合物)を製造した。この製造は、実機のアスファルト合材プラントにおけるいわゆるプラントミックス方式を模したものである。
得られたアスファルト混合物を6等分し、6つのカンタブロ試験用供試体を作製し20℃におけるカンタブロ損失率を評価した。
また、アスファルト量は、骨材に対してアスファルトとアスファルト改質材の合計量が5.8質量%になるように配合した。骨材の加熱温度は180℃、アスファルトの加熱温度は170℃、アスファルト混合物作製時の攪拌混合温度は175℃、供試体締め固め温度は160℃、ならびに締め固め回数は両面50回とした。
社団法人 日本道路協会「舗装試験法便覧」の1−1−2T「カンタブロ試験方法」
上記のカンタブロ試験用供試体をロサンゼルス試験機(粗骨材のすりへり試験法に規定する機械)を用いて、毎分30〜33回転の回転速度でドラムを300回転させ、試験後の損失量を測定する。
損失率(%)=(試験前の供試体質量(g)−試験後の供試体質量(g))/試験前の供試体質量(g)×100
損失率(%)の値は、小さいほど排水性舗装用アスファルト混合物の安定性が良いことを示す。
密粒度アスファルト混合物(13)の評価試験と同様に排水性舗装用アスファルト混合物の評価試験を行った。
表5に排水性舗装用アスファルト混合物のカンタブロ試験およびホイールトラッキング試験の評価結果を併記した。
さらに、実施例5、6、8と比較例6の比較において、アスファルト改質材A〜Cの添加により、カンタブロ損失率の低下すなわち、骨材飛散抵抗性の向上が確認される。またホイールトラッキング試験による動的安定度の向上、すなわち耐わだち掘れ性の向上も確認される。
実施例7と比較例7の比較においても、やはりアスファルト改質材Bの添加により、カンタブロ損失率の低下すなわち、骨材飛散抵抗性の向上が確認される。またホイールトラッキング試験による動的安定度の向上、すなわち耐わだち掘れ性の向上が確認される。
また、比較例9はアスファルト改質材D中の石油樹脂量が不足しているため高分子ポリマーの相溶性を高めることが十分にできず、アスファルト中に速やかにかつ均一に混合することができず、同様に調製したカンタブロ試験供試体のカンタブロ損失率のばらつきが非常に大きく、かつ改質効果もあまりみられず、舗装用材料としては不向きとなっている。
さらに、比較例10はアスファルト改質材E中の石油樹脂量が過剰なため、アスファルト改質材の溶融粘度が高くなり、溶融下でも粘ちょうな状態となるため、やはりアスファルト中に速やかにかつ均一に混合することができず、調製したカンタブロ試験供試体のカンタブロ損失率のばらつきが非常に大きく、かつ改質効果もあまりみられず、舗装用材料としては不向きとなっている。
Claims (3)
- 高分子ポリマー100重量部に対し、軟化点120℃以下、かつ重量平均分子量(Mw)が1800以下の石油樹脂50〜200重量部を加熱混合して得られる150℃における粘度が200×103〜400×103mPa・s、重量平均分子量(Mw)が10×103〜150×103、メルトフローレート(190℃、21.2N)が10〜100g/10分であることを特徴とするプラントミックスタイプのアスファルト改質材。
- アスファルト合材プラントにて、骨材、骨材に対して4〜10質量%の量のアスファルト類およびアスファルト類100重量部に対して請求項1記載のプラントミックスタイプのアスファルト改質材の3〜40重量部を、加熱・混合することにより得られるアスファルト混合物。
- アスファルト合材プラントにて、骨材、骨材に対して4〜10質量%の量のアスファルト類およびアスファルト類100重量部に対して請求項1記載のプラントミックスタイプのアスファルト改質材3〜40重量部を、加熱・混合することからなるアスファルト混合物の製造方法。
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