JP6857605B2

JP6857605B2 - 重合油及びその製造方法

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Publication number: JP6857605B2
Application number: JP2017544645A
Authority: JP
Inventors: トッド・カース; クリストファー・スティーバーマー; ハッサン・タバタベー; スコット・ニーブンス
Original assignee: Cargill Inc
Current assignee: Cargill Inc
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: US20180023259A1; US12122917B2; EP3262237B1; RU2017133092A3; EP3262236B1; JP7371152B2; DK3262236T3; CN107250168B; EP3262083A1; US20240002666A1; US12134699B2; EP3262082A1; JP6652973B2; US10316190B2; WO2016138407A1; CA2976951A1; JP6665195B2; US11787945B2; EP3262083A4; US11905416B2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年２月２７日に出願された米国特許出願第６２／１２６，０６４号の利益を主張し、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、重合油、ならびに再利用の及び劣化した瀝青材料を含有する新アスファルト及び／または舗道の性能を強化するために、油を重合してアスファルトに混合する方法に関する。

アスファルト産業に直面する最近の技術的課題は、アスファルト全体の性能向上のための農業系製品の導入の機会をもたらした。このような性能向上は、アスファルトの有用温度域（ＵＴＩ）を拡大することと、劣化したアスファルトを再生することと、アスファルト中にエラストマー性熱可塑性ポリマーを相溶性化することと、を含むことができる。

本明細書に記載の態様は、約２〜約８０重量％のオリゴマー含有量を有するポリマー分布、約１．３０〜約２．２０の範囲の多分散指数、及び０．００１重量％〜約８重量％の範囲の硫黄分を含む、重合油を提供する。

本明細書に記載の他の態様は、生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油を少なくとも１００℃まで加熱することと、硫黄含有化合物を加熱した油に添加することと、硫黄含有化合物を油と反応させることと、を含む、油を重合する方法を提供して、約２〜約８０重量％のオリゴマー含有量を有するポリマー分布、約１．３０〜約２．２０の範囲の多分散指数、及び０．００１重量％〜約８重量％の範囲の硫黄分を含む、重合油を生成する。

本明細書に記載の更に他の態様は、アスファルト舗装、ルーフィング及びコーティング用途への重合油の取り込みを提供する。

減少した荷重振動数の関数として、アスファルトの複素弾性率曲線を示す。減少した荷重振動数の関数として、アスファルトの複素弾性率曲線を示す。ＤＳＣ比熱曲線の比較を示す。

「引火点」または「引火点温度」は、物質が最初にわずかな炎により発火する、最低温度の程度である。それは、クリーブランド開放を用いたＡＳＴＭＤ−９２法に従って測定されて、摂氏（℃）で報告される。

「オリゴマー」は、１０００超の数平均分子量（Ｍｎ）を有するポリマーとして定義される。モノマーは他のすべてを占めており、モノアシルグリセリド（ＭＡＧ）、ジアシルグリセリド（ＤＡＧ）、トリアシルグリセリド（ＴＡＧ）及び遊離脂肪酸（ＦＦＡ）を含む。

「性能グレード」（ＰＧ）は、特定のアスファルト製品が設計される、温度域として定義される。例えば、高温６４℃及び低温−２２℃に適応するように設計されたアスファルト製品は、６４−２２のＰＧを有する。性能グレード規格は、ＡｍｅｒｉｃａＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆＳｔａｔｅＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＯｆｆｉｃｉａｌｓ（ＡＡＳＨＴＯ）及びｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ（ＡＳＴＭ）によって設定される。

「多分散指数」（別名「分子量分布」）は、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）の比である。多分散データは、Ｗａｔｅｒｓ５１０ポンプ及び４１０示差屈折計を備える、ゲル透過クロマトグラフィー器具を用いて収集する。試料は、ＴＨＦ溶媒中の約２％の濃度で調製される。１ｍｌ／分の流量及び３５℃の温度を使用する。カラムは、５０、１００、１０００及び１００００オングストロームの、Ｐｈｅｎｏｇｅｌ５マイクロメートル線形／混合ガードカラムならびに３００×７．８ｍｍのＰｈｅｎｏｇｅｌ５マイクロメートルカラム（スチレン−ジビニルベンゼンコポリマー）からなる。分子量は、以下の標準を使用して決定された。

「有用温度域」（ＵＴＩ）は、特定のアスファルト製品が設計される、最高温度と最低温度の間の間隔として定義される。例えば、高温６４℃及び低温−２２℃に適応するように設計されたアスファルト製品は、ＵＴＩ８６を有する。道路舗装の用途において、温度の季節的及び地理的両端値は、アスファルト製品が設計されなければならない、ＵＴＩを決定する。アスファルトのＵＴＩは、ＳｔｒａｔｅｇｉｃＨｉｇｈｗａｙＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍ（ＳＨＲＰ）（別名「性能グレード」（ＰＧ）規格）により開発される、一連のＡＡＳＨＴＯ及びＡＳＴＭ標準試験によって測定される。

アスファルト及び瀝青材料
本発明の目的において、アスファルト、アスファルト結合材及び瀝青は、アスファルト舗装の結合相を意味する。瀝青材料は、アスファルト結合材と他の材料（例えば骨材またはフィラー）の配合物を意味する。本発明で使用する結合材は、アスファルトを生産する精製所、フラックス、精製所の真空塔底部、ピッチ及び真空塔底部処理の他の残留分、ならびに例えば再生アスファルト舗装（ＲＡＰ）などの再利用された瀝青材料からの酸化及び劣化アスファルト及び再利用アスファルトシングル（ＲＡＳ）から得た材料であり得る。

出発油材料
生物再生可能な油は、出発油材料として使用してよい。生物再生可能な油は、植物、動物及び藻から分離される油を含むことができる。

植物系油の例は、ダイズ油、亜麻仁油、キャノーラ油、菜種油、ヒマシ油、トール油、綿実油、ヒマワリ油、パーム油、落花生油、サフラワー油、コーン油、コーン蒸留残油、レシチン（リン脂質）及びこれらの組み合わせ、ならびにこれらの粗製流を含むことができるが、これらに限定されない。

動物系油の例は、動物脂（例えば、ラード、獣脂）及びレシチン（リン脂質）ならびにこれらの組み合わせ、ならびにこれらの粗製流を含むことができるが、これらに限定されない。

生物再生可能な油は、共役結合による部分硬化油及びスタンド油も含むことができ、そこでヘテロ原子は、例えばジアシルグリセリド、モノアシルグリセリド、遊離脂肪酸、脂肪酸のアルキルエステル（例えば、メチル、エチル、プロピル及びブチルエステル）、ジオール及びトリオールエステル（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリメチロールプロパン）ならびにこれらの混合物に誘導されないが、これらに限定されない。生物再生可能な油の例は、廃棄料理油または他の使用済み油であり得る。

あらかじめ改質または官能化された油を、出発油材料として用いることもできる。あらかじめ改質された油の例は、他の重合技術によってあらかじめ加硫または重合（例えば、無水マレイン酸またはアクリル酸改質、水素添加、ジシクロペンタジエン改質、ヨウ素との反応を介した共役、エステル交換、または酸価、ヒドロキシル価もしくは他の特性改質のための処理）したものである。あらかじめ改質された油のいくつかの例は、ポリオールエステル（例えばポリグリセリンエステルもしくはヒマシ油エステル）、またはエストリドである。このような改質油は、非改質の植物系油もしくは動物系油、脂肪酸、グリセリン及び／またはレシチンと混合することができる。官能化された油の例は、ヘテロ原子（酸素、窒素、硫黄及びリン）が誘導されたものである。

好ましい態様において、出発油材料は、回収コーン油（通常、コーンをエタノールに変える製造プロセスから生じている残留液体）（別名「コーン蒸留残油」）または他の低コストの廃油である。別の好ましい態様において、出発油材料は遊離脂肪酸を含む。高官能性が要求される場合、より高濃度の不飽和を有する植物系油を使用することが可能であることを、当業者は理解するであろう。

油の硫黄架橋
種々の態様において、生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油の重合は、硫黄含有化合物を利用した生物再生可能な、あらかじめ改質もしくは官能化された油に含有される、脂肪酸鎖及び／またはトリグリセリド分子のグリセリド留分の架橋によって達成される。硫黄含有化合物の硫黄は、好ましくは還元体である。重合法は、（ａ）生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油を加熱する工程と、（ｂ）硫黄含有化合物を加熱した油に添加する工程と、（ｃ）硫黄含有化合物を油と反応させる工程と、を含み、所望のポリマー分布（約２〜約８０重量％のオリゴマー含有量を有する）、多分散指数（約１．３０〜約２．２０）、及び硫黄分（０．００１重量％と約８重量％の間）を含む重合油を生成する。

第一工程において、生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油は、撹拌器を備えた容器で少なくとも１００℃まで加熱される。より好ましい態様において、生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油（本明細書では一括して「油」とも言われ得る）は、少なくとも１１５℃まで加熱される。好ましい態様において、硫黄含有化合物は、加熱した生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油に少しずつ加えられて、固体または融解形状で加えられることができるが、硫黄含有化合物は、油の前に、または油と同時に加えられることができると理解される。好ましい態様において、硫黄含有化合物は、硫黄元素でもよいが、そのようなものに限定されない。硫黄と油の間の反応は、油−硫黄混合物の温度を本質的に上昇させて、好ましい態様において、反応は、反応中、約１３０℃と約２５０℃の間に、より好ましくは約１３０℃と約２２０℃の間に、更により好ましくは約１６０℃と約２００℃の間に維持される。

油−硫黄混合物は、油と硫黄の間の重合反応中、気体含有流によって、連続的に散布されることができる。気体含有流は、窒素、空気及び他の気体からなる群から選択されることができる。気体含有流は反応を促進するのを助けることができて、最終製品で、反応と関連した匂い（Ｈ_２Ｓ及び他の硫化物）を減らすことを手助けすることもできる。空気の使用は、硫化プロセスに加えて、それが油の酸化重合をもたらすことができるので、有益であり得る。

所望により促進剤は、本反応の速度を上昇させるために用いることができる。促進剤の例は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ジチオカルバメートを含むが、これらに限定されない。

所望の重合度が後述するように得られるまで、反応は続くことができて、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）及び／または粘性を用いて連続的に監視されることができる。

硫黄架橋反応の頑強性、ならびに高遊離脂肪酸分及び残留水分を含有する低コスト原材料の重合のためにそれを使用する能力は、出発物質選択に柔軟性を提供する、他の方法と比較したこの重合方法の利点である。

重合特性
約２重量％と約８０重量％の間のオリゴマー（２０重量％〜９８重量％のモノマー）、より好ましくは約１５重量％〜約６０重量％の間のオリゴマー（４０重量％〜８５重量％のモノマー）、更により好ましくは約２０重量％〜約６０重量％の間のオリゴマー（４０重量％〜８０重量％のモノマー）を有する、ポリマー分布が得られるまで、硫黄含有化合物と、生物再生可能な、あらかじめ改質または官能化された油の間の反応は引き起こされる。更により好ましい態様において、ポリマー分布は、約５０重量％〜約７５重量％のオリゴマー及び約２５重量％〜約５０重量％のモノマーの範囲である。

重合油の多分散指数は、約１．３０〜約２．２０、より好ましくは約１．５０〜約２．０５の範囲である。

本明細書に記載の反応の効果は、得られた重合油の低硫黄分である。いくつかの態様において、硫黄分は、重合油の８重量％未満を占める。他の態様において、硫黄分は、重合油の６重量％未満を占める。更に他の態様において、硫黄分は、重合油の４重量％未満を占める。他の態様において、硫黄分は、重合油の２重量％未満を占める。しかし硫黄分は、重合油の少なくとも０．００１重量％を含む。

クリーブランド開放法を使用して測定されるように、得られた重合油の発火点は、少なくとも約１００℃、かつ約４００℃以下である。いくつかの態様において、重合油の引火点は約２００℃と約３５０℃の間である。他の態様では、重合油の引火点は約２２０℃と約３００℃の間である。更に他の態様において、重合油の引火点は約２４５℃と約２７５℃の間である。本明細書に記載の重合油は、特に他の重合法と比較すると、その出発油材料より高い引火点を有し得る。

重合油の粘度は、出発油材料の種類に基づいて変化するが、一般的に１００℃で約１ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲である。

最終用途
一態様では、本発明は、６０重量％〜９９．９重量％のアスファルト結合材及び０．１重量％〜４０重量％の重合油のブレンドを含む、改質アスファルトならびにその製造方法を提供し、油の重合は上述のように硫黄架橋により得られる。改質アスファルトは、道路舗装またはルーフィング用途のために使用できる。

別の態様では、本発明は、６０重量％〜９９．９重量％のアスファルト結合材及び０．１重量％〜４０重量％の重合油のブレンドを含む、改質アスファルトならびにその製造方法を提供し、そこで重合油は、上述のとおり硫黄架橋により得られた重合油、ならびに前述した生物再生可能な、あらかじめ改質もしくは官能化された油（例えば非改質植物系油、動物系油、脂肪酸、脂肪酸メチルエステル、ガムまたはレシチン、及び改質油もしくは他の油のガムまたはレシチン、または脂肪酸）のうちの１つ以上のブレンドである。

重合油に加えて、他の成分をアスファルト結合材に混合して、改質アスファルトを作成することができ、例えば熱可塑性エラストマー性及びプラストマー性ポリマー（スチレン−ブタジエン−スチレン、エチレン酢酸ビニル、官能化ポリオレフィンなど）、ポリリン酸、耐剥離添加剤（アミン系、リン酸塩系など）、中温化混合添加剤、乳化剤及び／または繊維を含むが、これらに限定されない。通常、これらの成分は、約０．１重量％〜約１０重量％の範囲の分量で、アスファルト結合材／重合油に添加される。

アスファルトの改質
瀝青の品質の低下は、アスファルト製品の品質を改善するために、化学改質剤の添加の必要性を高める。石油精製からの重鉱油は、最も一般的に使用されている改質剤である。これらの鉱油は、結合材を「可塑化する」ことによってアスファルト製品の低温限界を拡大するが、これはアスファルトの高温限界を低減する傾向もある。

鉱物フラックス油、石油系粗蒸留物及び再精製鉱油は、アスファルトを軟化する試みで使用されてきた。多くの場合、このような材料の使用は、低温を上回る、アスファルトの高温弾性率の低下をもたらして、アスファルトに高温でわだちをつけやすくする。このような効果は、有用温度域（ＵＴＩ）の減少をもたらす。

鉱物フラックス油、石油系粗蒸留物及び再精製鉱油は、多くの場合、舗装施工温度（例えば１５０〜１８０℃）で揮発留分を有しており、一般的にアスファルトより低い引火点を有し、酸化劣化により性能のより高い喪失の傾向があり得る。

本明細書に記載の重合油及びブレンドは、鉱油の実用的な代替物であるだけでなく、アスファルトのＵＴＩを他の性能改質より高い程度まで拡大して、それによってアスファルト製造者に十分な価値を提供することを更に示している。本明細書に記載の重合油を使用したＵＴＩの観察された増加は、他のアスファルト軟化添加材（例えばアスファルトフラックス、重油またはフラッシュオイル）では見られない固有の特性である。一般的に、多くの国で使用するＳＨＲＰ性能グレード（ＰＧ）規格または針入度グレードシステムのいずれかのグレード改善は、アスファルトの重量に対して約２〜３重量％の重合油で達成される。例えば、重合油の約３重量％の添加で見られるＵＴＩの増加は、４℃と同程度であり、したがってより広範なＰＧ改変範囲を提供して、その結果、下限温度は上限温度を犠牲にせずに低くなることができる。

劣化瀝青材料の再生
アスファルトは、主に酸化及び揮発のメカニズムの組み合わせにより劣化する。劣化はアスファルト弾性率を上昇させて、粘性減衰及び応力緩和を減少させて、低い性能温度で脆性を増加させる。その結果、アスファルトは、亀裂及び損傷蓄積により影響されやすくなる。供給源（再生アスファルト舗装（ＲＡＰ）及び再利用アスファルトシングル（ＲＡＳ）など）からの非常に劣化したアスファルト結合材を含む、再利用及び再生瀝青材料の増加する利用は、劣化アスファルトのレオロジー及び破壊特性を、部分的にまたは完全に回復することが可能な「再生用添加剤」の必要性を生み出した。アスファルトの劣化は、更に結合し得る高分子量及び高極性不溶性の「アスファルテン」の含量を増加させることによって、コロイド不安定性及び相の非相溶性を増加させることも示した。本明細書に記載の重合油の使用は、特にＲＡＰ及びＲＡＳ用途に有用である。本明細書に記載の重合油は、特に劣化及び酸化アスファルト中で、アスファルト留分の相溶化剤として機能して、回復した性能及び耐久性を備えた均整がとれたかつ安定的なアスファルト結合材をもたらす。

プラント製造中、アスファルトは高温（通常１５０〜１９０℃の間）、ならびに軽質留分の著しい酸化及び揮発が生じ得る空気への曝露にさらされて、弾性率の増加及び粘稠挙動をもたらし得る。劣化作用は、ローリング薄膜オーブン（ＡＳＴＭＤ２８７２）を使用してシミュレートされて、そこでアスファルトのローリング薄膜は約１６３℃で約８５分間、加熱空気の噴射にさらされる。レオロジー特性は、劣化後対劣化前の｜Ｇ^＊｜／ｓｉｎδの比を使用したＡＳＴＭＤ７１７５に続いて、動的剪断レオメーターを使用した劣化処理の前後に測定され、そこでＧ^＊は複素弾性率であり、δは位相角である。劣化後の（｜Ｇ^＊｜／ｓｉｎδ）対劣化前の（｜Ｇ^＊｜／ｓｉｎδ）の比が大きければ、試験したアスファルトの酸化劣化及び揮発の効果は高くなる。

この処理を使用して、本発明に記載の重合油またはそのブレンドで処理したアスファルトは、低い比率を有することが示され、したがって酸化劣化及び揮発の結果としてのレオロジー特性の変化は下降傾向を示す。

したがって本明細書に記載の重合油は、劣化アスファルト結合材を回復させることが可能であり、劣化がより少ないアスファルト結合材のレオロジー特性を改質することがわかっている。その結果、少量の重合油を使用して、高含有量の劣化した再利用アスファルト材を舗装及び他の用途に組み入れて、新しい資源の使用の減少による、著しい経済節減及び舗装の自然環境への影響を低下させる可能性もたらすことができる。

エラストマー性熱可塑性ポリマーのアスファルトへの相溶化
アスファルトは多くの場合、熱可塑性エラストマー性及びプラストマー性ポリマー（スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）など）によって改質されて、高温弾性率及び弾性を増加させ、大量の交通荷重への抵抗を高め、及び反復性荷重による損傷蓄積に対するアスファルト基材の強靱化を高める。このようなポリマーは、通常アスファルトの３〜７重量％の分量で使用されて、１８０℃超の温度でアスファルト内に高剪断ブレンドされて、同程度の温度で「硬化」されて、その間、ポリマーは、連続体積相をアスファルトに得るまで、アスファルトの軽質留分の吸着によって膨潤する。

十分に硬化したポリマーの体積相は、アスファルトへのポリマー相溶性の程度及び分散した粒子の細かさの影響を受けて、アスファルトとポリマーの間の境界面の増加による、増加した特定領域及び改善した膨潤特性をもたらす。

ポリマーの混入または硬化段階前に、油は加えられて、アスファルト内に混合されるとき、本明細書に記載の重合油は、アスファルトへのエラストマー系ポリマーの更なる相溶性化を可能にすることができることを、示した。エラストマー系ポリマーとあまり相溶性のないアスファルト結合材に、これは特に効果的である。更に、油は、硬化期間中、ポリマーを膨潤する軽質留分に役立つことができる。

中温化添加剤とアスファルト
近年、舗装の増加する部分は、「中温化」アスファルト舗装を製造するための一般に「中温化添加剤」と呼ばれるものを使用して製造される。中温化舗装は、より低い製造温度で製造かつ固められることができて、目標混合密度を得るためにより少ない固め作業を必要とし、その結果、プラントから工事現場までのアスファルト混合物の最大運搬距離の増加を可能する低温で、固めるために必要な特性を保持できる。

中温化添加剤が利点を提供する異なるメカニズムは、アスファルト混合物の圧密中の骨材の増加した潤滑、製造温度の結合材粘度の低減、ならびに骨材のより良好なコーティング及び湿潤性を含む。したがって様々な範囲の化学物質及び添加剤は、アスファルト混合物に加えられるとき、中温化添加剤に起因する特性のうちの１つ以上を示すことができる。

本明細書に記載の重合油は、中温化添加剤から期待される多くの効果を得るために、中温化添加剤及び／または圧密補助剤として使用することができ、その効果は、骨材の潤滑性及び骨材の湿潤性の増加による製造及び施工温度を最少に減少させることを含む。このような用途において、添加剤は、好ましくは瀝青の約０．１と２重量％の間の範囲の分量で使用される。

以下の実施例は、本発明を説明し、それを製造及び使用する際に当業者を補助するために存在する。実施例は、決して本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

実験方法
沈降硫黄（６．５ｇ〜５６．５ｇの質量範囲）の分量を、６５０ｇの植物油を含む１リットル丸底フラスコに加える。それから反応容器は、加熱マントルを使用して、目標温度を５℃以上超えないように注意しながら、目標反応温度まで加熱される。反応混合物は、撹拌軸及びブレードを備えた電動撹拌機を使用して撹拌される。反応は、１時間当たり２〜１２標準立方フィート（ＳＣＦＨ）で窒素によって連続的に散布される。コンデンサ及び受けフラスコは、あらゆる蒸留液も収集するために使用される。

硫黄が油内に溶解するとき、１１０〜１１５℃くらいで泡状物質を生成することに注意されたい。オリゴマー含有量及び分布を測定するために、反応はＧＰＣを使用して監視されて、粘度はＡＳＴＭＤ４４５を使用して４０℃で測定される。所望のオリゴマー含有量が得られたとき、反応は完了したとみなされる。それから反応容器は６０℃まで冷却される。

実施例１：重合パーム油で改質されたアスファルト＃１
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・標準グレードＰＧ６４−２２（及び「真」グレードＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純（すなわち、非改質）アスファルト結合材９７．０重量％。注意：真グレードとは、アスファルトが制御規格値に合致した正確な温度を表し、それは常に対応する標準グレードに合致し、それを上回る（すなわち、真高温グレードは常に標準高温グレードより高く、真低温グレードは常に標準低温グレードより低い）。
・窒素スパージ下１６０℃で５時間、硫黄元素３重量％と反応させた硫化精製パーム油３．０重量％。これにより、以下を有する改質材を得た。
・オリゴマー３１．８％
・１００℃で１７．２ｃＳｔの粘度
・多分散指数（ＰＤＩ）約１．３０

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、４．８℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、０．８℃改善した有用温度域が得られた。詳細を表１に示す。

^１ＵＴＩ：有用温度域とは、ＡＡＳＨＴＯＭ３２０を使用して測定される、高温性能グレードと低温性能グレードの差。
^２Ｏ−ＤＳＲ：ＡＳＴＭＤ７１７５及びＡＡＳＨＴＯＭ３２０に続いて、動的剪断レオメーター（ＤＳＲ）を使用して測定される、非劣化（「新しい」）アスファルト結合材の高温性能グレード。
^３Ｒ−ＤＳＲ：ＡＳＴＭＤ７１７５及びＡＡＳＨＴＯＭ３２０に続いて、動的剪断レオメーター（ＤＳＲ）を使用して測定される、ローリング薄膜オーブン劣化（ＡＳＴＭＤ２８７２後のＲＴＦＯ）アスファルト結合材の高温性能グレード。
^４Ｓ−ＢＢＲ：ＡＳＴＭＤ６６４８及びＡＡＳＨＴＯＭ３２０に続いて、曲げビームレオメーターを用いて、ローリング薄膜オーブン（ＡＳＴＭＤ２８７２）と加圧劣化試験機（ＡＳＴＭＤ６５２１）の両方を連続使用してアスファルト結合材で測定される、クリープ剛性パラメータ（「Ｓ」）によって制御される、低温性能グレード。
^５ｍ−ＢＢＲ：ＡＳＴＭＤ６６４８及びＡＡＳＨＴＯＭ３２０に続いて、曲げビームレオメーターを用いて、ローリング薄膜オーブン（ＡＳＴＭＤ２８７２）と加圧劣化試験機（ＡＳＴＭＤ６５２１）の両方を連続使用してアスファルト結合材で測定される、クリープ率パラメータ（「ｍ」）によって制御される、低温性能グレード。

実施例２：重合したパーム油で改質されたアスファルト＃２
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・窒素スパージ下１６０℃で２０．５時間、硫黄元素４重量％と反応させた硫化精製パーム油３．０重量％。これにより、以下を有する改質材を得た。
・オリゴマー５６．１８％
・１００℃で２５．０ｃＳｔの粘度
・ＰＤＩ約１．５０

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、５．９℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、１．５℃改善した有用温度域が得られた。詳細を表２に示す。

実施例３：硫化回収コーン油で改質されたアスファルト＃１
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・窒素スパージ下１６０℃で７時間、硫黄元素１．５重量％と反応させた硫化回収コーン油（ＲＣＯ）３．０重量％。これにより、以下を有する改質材を得た。
・オリゴマー１６．０％
・ＰＤＩ約１．５０

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、６．０℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、０．４℃改善した有用温度域が得られた。詳細を表３に示す。

実施例４：硫化回収コーン油で改質されたアスファルト＃２
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・窒素スパージ下１６０℃で６時間、硫黄元素６．０重量％と反応させた硫化回収コーン油（ＲＣＯ）３．０重量％。これにより、以下を有する改質材を得た。
・オリゴマー５０．３％
・４０℃における粘度は２７０ｃＳｔ
・ＰＤＩ約２．１９

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、４．４℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、０．７℃改善した有用温度域が得られた。詳細を表４に示す。

実施例５：硫化精製ヒマワリ油ブレンドで改質されたアスファルト＃１
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・以下を有する、ブレンド３．０重量％
・窒素スパージ下１６０℃で１９時間、硫黄元素７．０重量％と反応させた硫化精製ヒマワリ油１４．５重量％。これにより、オリゴマー７０．８％を有する改質材を得た。
・精製ヒマワリ油８５．５重量％
・硫化油と非改質油のブレンドは、オリゴマー含有量１１．９％、４０℃で粘度５５ｃＳｔ、ＰＤＩは約１．６４。

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、５．３℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、低温グレードの十分な改善が得られ、有用温度域は変化を示さなかった。詳細を表５に示す。

実施例６：硫化精製ヒマワリ油ブレンドで改質されたアスファルト＃２
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・以下を有する、ブレンド３．０重量％
・窒素スパージ下１６０℃で１９時間、硫黄元素７．０重量％と反応させた硫化精製ヒマワリ油５３．９重量％。これにより、オリゴマー７０．８％を有する改質材を得た。
・精製ヒマワリ油４６．１重量％
・硫化油と非改質油のブレンドは、オリゴマー含有量４２．７６％、４０℃で粘度１７７ｃＳｔ、ＰＤＩは約３．１６。

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。改質により、４．８℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、０．１℃改善した有用温度域が得られた。詳細を表６に示す。

実施例７：硫化した精製ヒマワリ油ブレンドで改質されたアスファルト＃３
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・以下を有する、ブレンド３．０重量％
・窒素スパージ下１６０℃で１９時間、硫黄元素７．０重量％と反応させた硫化精製ヒマワリ油６３．４重量％。これにより、オリゴマー７０．８％を有する改質材を得た。
・精製ヒマワリ油３６．６重量％
・硫化油と非改質油のブレンドは、オリゴマー含有量４８．３％、４０℃で粘度２５４ｃＳｔ、ＰＤＩは約３．５５。

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、５℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、０．８℃改善した有用温度域が得られた。詳細を表７に示す。

実施例８：精製ヒマワリ油とパーム油のブレンドで改質されたアスファルト＃１
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・以下を有する、ブレンド３．０重量％
・窒素スパージ下１６０℃で１９時間、硫黄元素７．０重量％と反応させた硫化精製ヒマワリ油１４．５重量％。これにより、オリゴマー７０．８％を有する改質材を得た。
・パーム油８４．５重量％
・硫化油とパーム油のブレンドは、オリゴマー含有量約１１．９％
・ＰＤＩは約１．７７

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、５℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、わずかに０．２℃だけ低下した有用温度域が得られた。詳細を表８に示す。

実施例９：硫化精製ヒマワリ油とパーム油のブレンドで改質されたアスファルト＃２
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。
・以下を有する、ブレンド３．０重量％
・窒素スパージ下１６０℃で１９時間、硫黄元素７．０重量％と反応させた硫化精製ヒマワリ油５９．０重量％。これにより、オリゴマー７０．８％を有する改質材を得た。
・パーム油４１．０重量％
・硫化油と非改質油のブレンドは、オリゴマー含有量約４３％、ＰＤＩは約２．３７。

結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、４．２℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、わずかに０．１℃だけ低下した有用温度域が得られた。詳細を表９に示す。

実施例１０：硫化ダイズ油脂肪酸油（「酸性化石けん素材」）で改質されたアスファルト
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９７．０重量％。

窒素スパージ下１６０℃で８時間、硫黄元素５．０重量％と反応させた硫化精製ダイズ油脂肪酸油３．０重量％。これにより、オリゴマー２８．１４％、４０℃で粘度１６７ｃＳｔ、ＰＤＩは約２．３６を有する改質材を得た。結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混入された。性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。改質により、３．３℃の低温グレードの改善が得られて、純結合材グレードはＰＧ６４−２２からＰＧ５８−２８になった。高性能グレードと低性能グレードの純変化により、１．５℃低下した有用温度域が得られた。本実施例は、高温グレードで生じる滴下と比較して低温性能グレードを改善することに、それが著しくより効果的でないので、改質材の性能における遊離脂肪酸分の望ましくない影響の可能性を強調する。詳細を表１０に示す。

実施例１１：相溶化剤として、スチレン−ブタジエン−スチレンと硫化回収コーン油で改質されたアスファルト＃１
改質アスファルト結合材は以下を含む。
・ＰＧ６４−２２（真ＰＧ６４．８８−２４．７）で等級分けされる純アスファルト結合材９２．４１重量％。
・直鎖スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）５．５重量％
・元素硫黄０．０９重量％（アスファルト結合材中ＳＢＳ架橋として使用）
・実施例＃３に記載のとおり、硫化回収コーン油（ＲＣＯ）２．０重量％
混合手順：
１．結合材を１時間１５０℃でアニールした後、改質材はアスファルトに混合された。改質結合材を、ポリマー改質のために約１９３℃まで加熱した。
２．ＳＢＳを添加しながら（１分以内）、高剪断ミキサーのＲＰＭを１０００に設定した。ポリマー追加の直後、ＲＰＭは、約１０分間３０００ｒｐｍまで短時間で増やされて、ＳＢＳペレットの十分な粉砕を確実にして、その後、剪断レベルは１０００ｒｐｍまで下げられた。
３．ポリマーの混合は、合計２時間１０００ｒｐｍで続けられた。
４．温度は１５０ｒｐｍで約１８２℃まで下げられて、そこで、硫黄架橋剤を加えた。
５．混合は、２時間１８２℃かつ１５０ｒｐｍで続けられた。
６．重合結合剤は、約１２〜１５時間（一晩）１５０℃でオーブンに置かれて、ポリマーの十分な膨潤を得た。

性能グレード試験をＡＡＳＨＴＯＭ３２０に従って実施した。複数の応力クリープ及び回収試験は、ＡＡＳＨＴＯＴ３５０に従って、７６℃の未劣化結合材及び６４℃のＲＴＦＯ残留物で実施された。弾性率の低下にもかかわらず、結合材回収の平均パーセントは、改質材を含有する結合材において増加したことを、結果は示しており、ＳＢＳの相容化剤としての改質剤の効果を示し、改質剤及びしたがってより効率的な弾性ネットワークを含有しない結合材と比較して、同一質量のエラストマー系ポリマーの良好な分布をもたらした。詳細を表１１に示す。

実施例１２：実施例＃３の油を使用した、非常に劣化したスファルト結合材の再生
図１に示す例は、ＡＳＴＭＤ７１７５に続いて動的剪断レオメーター（ＤＳＲ）を使用して測定した、減少した荷重振動数の関数としてのアスファルトの複素弾性率（Ｇ^＊）曲線を示す。測定は、３つのレベルに実験室劣化した後、実施例＃３で使用したアスファルト結合材（ＰＧ６４−２２）の試料を測定した。
・劣化レベル１：１６３℃のローリング薄膜オーブンで８５分の酸化劣化（ＡＳＴＭＤ２８７２に続いて）。
・劣化レベル２：加圧劣化試験機を用いて１００℃で２．１ＭＰａの空気圧で、それを２０時間の酸化劣化させることによる、劣化レベル１後の試料の連続的劣化（ＡＳＴＭＤ６５２１に続いて）。性能グレード規格に従って、２０時間のＰＡＶ劣化は、通常アスファルト舗装の性能寿命中に発生する、模擬劣化を促進する。
・劣化レベル３：合計４０時間のＰＡＶ劣化のために、加圧劣化試験機（ＰＡＶ）を用いて、それを更に２０時間の酸化劣化させることによる、劣化レベル１及び２後の試料の連続的劣化であり、著しく劣化した舗装からの結合材の劣化レベルを表す。

レベル１〜レベル２及びレベル２〜レベル３への更なる劣化は、減少した振動数スペクトルにわたる複素弾性率の著しい増加を生じさせることを、図１は示す。

劣化レベル３のアスファルト結合材は、結合材を１時間の１５０℃まで加熱して、実施例＃３の油の全結合材５重量％を混入することによって「再生した」。図１の再生した結合材に対応する曲線は、再生が、減少した振動数の全スペクトルにわたって劣化アスファルトのＧ^＊を著しく減少させたことを示し、それは、著しく低級の劣化アスファルト結合材のレオロジー特性を有する結合材をもたらす。

実施例１３：実施例＃４の油を使用した、非常に劣化したスファルト結合材の再生
図１に示す例は、ＡＳＴＭＤ７１７５に続いて動的剪断レオメーター（ＤＳＲ）を使用して測定した、減少した荷重振動数の関数としてのアスファルトの複素弾性率（Ｇ^＊）曲線を示す。測定は、前述のとおり実施例１２に記載されている３つのレベルに実験室劣化した後、実施例＃３で使用したアスファルト結合材（ＰＧ６４−２２）の試料を測定して、それは、更なる劣化が、減少した振動数スペクトルにわたる複素弾性率の著しい増加を生じさせることを示す。

劣化レベル３のアスファルト結合材は、結合材を１時間の１５０℃まで加熱して、実施例＃４の油の全結合材５重量％を混入することによって「再生した」。図２の再生した結合材に対応する曲線は、再生が、減少した振動数の全スペクトルにわたって劣化アスファルトのＧ^＊を減少させたことを示し、それは、低級劣化アスファルト結合材のレオロジー特性を有する結合材をもたらす。

実施例１４：ガラス転移の硫化油の効果
アスファルトの低温性能は、アスファルトのガラス転移温度の影響を著しく受けることがわかっており、それは、多くの場合冬（約−５〜−４０℃）に経験する性能温度の範囲で発生する。更にアスファルトの物理的硬化の速度は、最高速度がＴｇで生じて、アスファルトのガラス転移と密接に関連していることもわかっている。したがって、低いガラス転移温度を有して、アスファルトが性能寿命中、ガラス転移に達する可能性を低減することが望ましい。劣化は、アスファルトのガラス転移温度を高めることは周知であり、したがって、有効な再生用添加剤の望ましい特性は、一旦混合されたら劣化アスファルトのガラス転移を低下させることである。

第１の測定は、著しい実験室劣化後の、ＰＧ６４−２２アスファルト結合材の試料について行われた。実験室劣化は、１６３℃のローリング薄膜オーブン８５分（ＡＳＴＭＤ２８７２）、続いて加圧劣化試験機を使用した１００℃、２．１Ｍｐａ空気圧での４０時間の酸化劣化（ＡＳＴＭＤ６５２１に続いて）から構成されて、著しく劣化した舗装からの結合材の劣化レベルを示した。試料は、図１で「劣化アスファルト」と標示される。
「劣化したアスファルト＋重合油」と標示される第２の試料は、以下からなる。
・上述のＰＧ５８−２８純結合材９５重量％
・窒素スパージ下１６０℃で７時間、硫黄元素１．５重量％と反応させた硫化回収コーン油（ＲＣＯ）５重量％。これにより、オリゴマー１６．０％、ＰＤＩ約１．５０を有する改質材を得た。
重合油を用いた再生の前後の結合材の熱解析は、表１２に示すように、改質剤が劣化アスファルトのＴｇをより低い温度へ大きく変えたことを示す。ＤＳＣ比熱曲線の比較を図３に示す。

Claims

アスファルト用途に重合油を組み込む方法であって、前記方法が、
（ａ）ｉｖ．約２〜約８０重量％のオリゴマー含有量を有するポリマー分布、
ｖ．約１．３０〜約２．２０の範囲の多分散指数、及び
ｖｉ．約８重量％未満の硫黄分と、を含む、重合油を得ることと、
（ｂ）前記重合油を、水、乳化剤、瀝青及び熱可塑性ポリマーを含むエマルションに添加することと、を含む方法。
再生アスファルト舗装切削材（ＲＡＰ）を前記重合油を含むエマルションで処理することを更に含み、前記処理済みＲＡＰが、アスファルト舗装で再利用される、または既存のアスファルト舗装の表面に加えられ、それによって改質かつ再生アスファルトを得て、前記重合油の量が前記改質かつ再生アスファルトの０．１〜４０重量％の範囲である、請求項１に記載の方法。
アスファルト用途に重合油を組み込む方法であって、前記方法が、
（ａ）ｉ．約２〜約８０重量％のオリゴマー含有量を有するポリマー分布、
ｉｉ．約１．３０〜約２．２０の範囲の多分散指数、及び
ｉｉｉ．約８重量％未満の硫黄分と、を含む、重合油を得ることと、
（ｂ）中温化添加剤及び／または圧密補助剤として前記重合油をアスファルトに添加して、それによって改質アスファルトを得ることと、を含み、前記中温化添加剤が前記改質アスファルトの約０．１〜約２重量％の範囲である、前記方法。