PL209237B1 - Sposób wytwarzania asfaltu ekologicznego o niskiej emisji związków rakotwórczych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania asfaltu ekologicznego o niskiej emisji związków rakotwórczych.

Asfalt - bitum konwencjonalny będący odpadem produkcyjnym w rafineriach ropy naftowej, stosowany jest w budownictwie drogowym. Wadą asfaltów konwencjonalnych jest, że nawierzchnia drogowa wytworzona z mieszanki mineralno - asfaltowej wytworzona z ich udziałem wykazuje podatność na koleinowanie w podwyższonej temperaturze i pękanie w niskich temperaturach. Aby wyeliminować wyżej wymienione wady asfalt surowy poddawany jest uszlachetnieniu poprzez wprowadzenie różnego rodzaju domieszek, które mają na celu zwiększenie jego sprężystości i elastycznoś ci.

Znany jest patent polski nr 183847, w którym proponuje się wprowadzenie do asfaltu upłynnionego zawierającego rozpuszczalniki organiczne środek modyfikujący składający się z 3-40% wagowych elastomeru termoplastycznego styren-butadien-styren, 5-15% wagowych, tiamin tłuszczowych zawierających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla, 0,8-8% wagowych N,N-di(2-hydroksyetylo)alkiloamin zawierających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla oraz do 100% wagowych aromatycznych rozpuszczalników, korzystnie takich jak: ksyleny, toluen, etylobenzen lub ich mieszaniny. Modyfikator ten wyraźnie polepsza właściwości asfaltu nim uszlachetnionego. Natomiast jego wadą jest wydzielanie się pewnych ilości rakotwórczego styrenu i benzenu.

Znane jest inne rozwiązanie według patentu polskiego nr 167953, którego cechą charakterystyczną jest to, że jako elastomer termoplastyczny stosuje się kopolimer blokowy styren-butadien-styren i/lub styren-izopren-styren w postaci proszku lub granulatu, który dodaje się do kruszywa mineralnego, mineralnego następnie miesza się z lepiszczem asfaltowym w temperaturze od 170 do 220°C przez co najmniej 15 min. Także w tym przypadku opory wydzielające się w trakcie prac zawierają rakotwórcze związki takie jak styren i benzen. Według patentu polskiego nr 162870 uszlachetnianie mieszanki asfaltu uzyskuje się poprzez przygotowanie zawierającej powyżej 30 części wagowych asfaltu naftowego i powyżej 30 części wagowych smoły węglowej. Składniki te łączy się, korzystnie przez stapianie w temperaturze 363-383 K, a powstały roztwór bitumiczny stabilizuje się za pomocą 1-60 procent wagowych stabilizatora, którym są polimery chelatujące, oligomery chelatujące lub polimery alifatyczne. W patencie polskim nr 161537 przedstawiony jest sposób uszlachetniania asfaltu polegający na tym, że do mieszaniny składającej się z 30-60% wagowych gorącego asfaltu ponaftowego i 0,1-10% wagowych żywicy silikonowej lub jej roztworu lub żywic otrzymywanych z frakcji ubocznych powstających przy produkcji silikonów, korzystnie żywic metylosilikonowych wprowadza się układ dyspersyjny składający się z 2-15% wagowych plastyfikatory naftowego, 0,3-5% wagowych emulgatora anionowego, korzystnie w postaci płynnych amin odpadowych z olejów roślinnych, 3-10% wagowych lateksu butadienowego-styrenowego i 0-3% wagowych dodatków stabilizująco-wiskozujących w postaci kopolimeru estrów kwasu metakrylowego i styrenu lub roztworów polimetakrylanów w olejach mineralnych. W tym przypadku także w oparach występuje rakotwórczy styren i benzen. Inny sposób wytwarzania uszlachetnionej masy asfaltowej przedstawiony jest według patentu polskiego nr 159521, który polega na mieszaniu 40-60 części wagowych mieszaniny asfaltu przemysłowego kruchego PK-70 z asfaltem izolacyjnym PS-85/25 w proporcji wagowej tych dwóch składników, odpowiednio od 1:2,5 do 2,8:1, 25-43 części wagowych frakcji naftowej o zakresie temperatury wrzenia 130-260°C, 2-5 części wagowych włóknistego pyłu celulozowego i 10-20 części wagowych mączki serycytowej lub popiołów lotnych i 0,2-1 części wagowych -fenoksyetanolu (Rokafenol F-1) lub 0,2-1 części wagowych mieszaniny eteru glikolowego fenolu z eterem glikolowym fenylo-fenolu (Roksol OF-2).

Podobnie wykorzystanie kauczuku butadienowego-styrenowego jako dodatku uszlachetniającego przedstawione jest w patencie polskim nr 159309, natomiast dodatek mieszaniny mono- i dwusterów kwasu oleinowego i sorbetu przedstawiono w patencie polskim nr 156054.

Inny sposób wytwarzania asfaltu o niskiej wrażliwości termicznej opisano w patencie polskim nr 191553, który polega na tym, że asfalt drogowy lub surowiec do wytwarzania asfaltu drogowego to jest pozostałość próżniową po destylacji ropy naftowej lub mieszaninę pozostałości próżniowej z ekstraktami po selektywnej rafinacji olejów mineralnych lub z ciężkimi destylatami olejowymi z próżniowej destylacji ropy naftowej, miesza się z 20-80% masowymi asfaltu utlenionego do temperatury mięknienia wg Pik 64-120°C, korzystnie 80-110°C, zawierającym w swoim składzie 15-40 masowych asfaltePL 209 237 B1 nów rozpuszczalnych w n-heptanie. Natomiast według patentu polskiego nr 191982 zaproponowano dodatek parafiny FT z syntezy Fischera-Tropscha w ilości 0,1-10%.

Inny sposób wytwarzania uszlachetnionego asfaltu przedstawiono w patencie polskim nr 184043, który polega na tym, że środek uszlachetniający składa się z 0,5-20% wagowych olejów wysokowrzących w temperaturze krzepnięcia nie wyżej niż 10°C, 0,05-5% wagowych N,N-di(polioksyetyleno)alkiloamin posiadających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla i zawierających 4-15 grup oksyetylenowych w cząsteczce, 0,025-5% wagowych elastomeru termoplastycznego styren-butadienstyren oraz do 100% wagowych alkiloamidopoliamin i/lub 2-alkiloimidazoplin posiadających w łańcuchu alkilowym 12-22 atomów węgla.

W patencie polskim nr 171725 zaproponowano jako dodatek uszlachetniający kopolimer blokowy, o strukturze liniowej rozgałęzionej lub gwieździstej: styren-butadien-styren lub styren-izoprenstyren, mieszane w odpowiedniej proporcji.

Inny sposób wytwarzania uszlachetnionego asfaltu odpornego na termiczną deformację opisano w patencie polskim nr 182706, który polega na wprowadzeniu do asfaltu 0,2-15% wagowych kopolimeru winylowego z dostępnymi grupami epoksydowymi, zawierającego etylen i 0,1-15% wagowo, w przeliczeniu na kopolimer, przyłączonego etylenowo nienasyconego monomeru, o 4-21 atomach węgla, zawierającego grupy epoksydowe; 0,02-5% wagowo kwasu wywołującego wiązania chemiczne pomiędzy asfaltem i dostępnymi grupami epoksydowymi; i ewentualnie 0,5-20% wagowo oleju.

W opisie patentowym USA nr 5331028 opisano kompozycje PMA zawierające asfalt, kopolimer etylenowy zawierający reszty glicydylowe oraz kopolimer blokowy styrenu i sprzężonego drenu. Kompozycja ta według twórców patentu posiada podwyższoną odporność termiczną, zaś w opisie patentowym USA nr 5306750 zaproponowano jako dodatek uszlachetniający termoplastyczny polimer o udoskonalonych właściwościach wytrzymałościowych przy jego niskich stężeniach. Polimery te są dobrze znane z patentów USA nr 4070532 i nr 4175428. Są one głównym składnikiem modyfikatora ELVALOYTMAM produkowanego przez firmę DuPont.

Opatentowana jest również modyfikacja stosowania polimerów według patentów USA nr 5288392, nr 4882373, nr 5070123, nr 5095055 oraz patentu niemieckiego nr 22551713, polegającej na obróbce kwaśnej najczęściej z dodatkiem kwasów HCl i H3PO4.

W polskim zgł oszeniu patentowym nr 373932 twórcy proponują otrzymywanie modyfikowanego asfaltu naftowego, który zawiera od 0,5% do 30% wagowych frakcji oleju popirolitycznego, będącej produktem ubocznym pirolizy oleinowej benzyn, charakteryzującej się temperaturą wrzenia powyżej 300°C i temperaturą mięknienia powyżej 50°C.

Zasadniczą niedogodnością przedstawionych wyżej rozwiązań jest, w większości przypadków to, że powodują emisję rakotwórczych związków benzenu i styrenu, a przy obróbce kwaśnej żrącego HCl.

Istotą sposobu wytwarzania asfaltu ekologicznego o niskiej emisji związków rakotwórczych z uż yciem modyfikatora jest to, ż e do asfaltu surowego dodaje się mieszaninę modyfikują c ą o skł adzie dicyklopentadien w ilości nie mniejszej niż 60% wagowo, korzystnie 74% wagowo oraz dodaje się cyklopentadien w ilości nie mniejszej niż 10% wagowo, korzystnie 16% wagowo, zmieszanych z mieszaniną rozpuszczalników w postaci toluenu od 1,5-6% wagowo i ksylenu od 2-6% wagowo i węglowodory alifatyczne C8-C12 w ilości 0,4-2% wagowych oraz 4% wagowych 4,7 metanoidenu, przy czym powstałą mieszaninę modyfikującą dodaje się w ilości od 0,5-8% wagowych w stosunku do masy surowej asfaltu.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że dodatek mieszaniny modyfikującej obniża emisję związków rakotwórczych w szczególności benzenu i dodatkowo polepsza odporność na zmiany temperatury, co w polskim klimacie ma duże znaczenie. Jego dodatek zwiększa także sprężystość, między innymi okleinowaniu.

P r z y k ł a d. Do asfaltu surowego - konwencjonalnego dodano mieszaninę modyfikującą o zawartoś ci dicyklopentadienu 74% wagowo oraz cyklopentadienu 15% wagowo, nastę pnie dodano mieszaninę rozpuszczalników w postaci ksylenu 4% wagowo, toluenu 3% wagowo i węglowodory alifatyczne w ilości 2% wagowo oraz 2% wagowo metanoidenu.

Sposobem według wynalazku otrzymano uszlachetniony asfalt posiadający następujące własności podane w tabeli:

PL 209 237 B1

Rodzaj badania	Metoda badania	Wynik
Penetracja w 25°C, [0,1 mm]	PN-EN 1426	45,5
Temperatura mięknienia, [°C]	PN-EN 1427	51,5
Temperatura zapłonu, [°C]	PN-EN 22592	>275
Temperatura łamliwości, [°C]	PN-EN 12593	-13,5
Zawartość składników rozpuszczalnych, [%]	PN-EN 12592	99,78
Zawartości parafiny, [%]	PN-EN 12606-1	1,3
Lepkości dynamiczne, [Pas]	PN-EN 12596	425
Zmiana masy po starzeniu, [%]	PN-EN 12607-1	-0,46
Pozostała penetracja po starzeniu, [%]	PN-EN 1426	55,5
Temperatura mięknienia po starzeniu, [°C]	PN-EN 1427	60,1
Wzrost temperatury mięknienia po starzeniu, [°C]	PN-EN 1427	7,1

₃

Poziomy emisji substancji rakotwórczych [ug/m ]

Typ mieszanki	Benzen	Toluen	Ksyleny	Styren	Benzotiofeny
Asfalt modyfikowany według zgłoszenia patentowego	13	353	93	36	nd
Pozostałe badane asfalty
35/50 niemodyfikowany	119	311	276	32	nd
Unibit 35/50 wielorodzajowy	124	378	231	113	9
Orbiton 30B modyfikowany SBS	78	404	258	214	32
D 35/50 Orlen	75	312	201	178	27

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania asfaltu ekologicznego o niskiej emisji związków rakotwórczych z użyciem modyfikatora, znamienny tym, że do asfaltu surowego dodaje się mieszaninę modyfikującą o składzie dicyklopentadienu w ilości nie mniejszej niż 60% wagowo, korzystnie 74% wagowo oraz dodaje się cyklopentadien w ilości nie mniejszej niż 10% wagowo, korzystnie 16% wagowo, zmieszanych z mieszaniną rozpuszczalników w postaci toluenu od 1,5-6% wagowo i ksylenu od 2-6% wagowo i węglowodory alifatyczne C8-C12 w ilości od 0,4-2% wagowych oraz 4% wagowych 4,7 metanoidenu, przy czym tak powstałą mieszaninę modyfikującą dodaje się w ilości od 0,5-8% wagowych w stosunku do masy surowej asfaltu.