Composiciones bituminosas, procedimiento de preparación y material para carreteras.

Composición bituminosa que comprende al menos un betún modificado o no modificado,

caracterizada porquecomprende al menos un agente polimérico tensoactivo catiónico Tc, el cual comprende al menos un copolímerosecuenciado Cp seleccionado entre los copolímeros secuenciados que portan al menos dos bloques A y Bunidos entre sí,

el bloque A que comprende al menos un segmento hidrófilo, obteniéndose dicho bloque A al menos a partir demonómeros a, idénticos o diferentes entre sí, que portan al menos un átomo de nitrógeno ionizado o ionizable enmedio ácido, y que se seleccionan del grupo que comprende:

- los (meta)acrilatos de alquilaminas, de arilaminas, de alquilamonio, de arilamonio y de alquilarilamonio;

- los (meta)acrilatos de dialquilaminoetilo;

- las (meta)acrilamidas y sus derivados, y sus mezclas, y

el bloque B que comprende al menos un segmento hidrófugo que puede estar parcial o totalmente hidrogenado,obteniéndose dicho bloque B al menos a partir de monómeros b, idénticos o diferentes entre sí, y seleccionadosentre los dienos, sustituidos o no,

efectuándose la unión entre el bloque A y el bloque B o bien por medio de un enlace covalente directo entre losbloques, o bien por medio de un enlace molecular intermedio unido a uno de estos bloques por un primer enlacecovalente y, al otro bloque, por un segundo enlace covalente,

estando la composición en forma de emulsión acuosa.

Composiciones bituminosas, procedimiento de preparación y material para carreteras La presente invención se refiere a composiciones bituminosas, denominadas habitualmente ligantes bituminosos, para aplicaciones de carretera y aplicaciones industriales. Se refiere en particular a las composiciones manipulables a temperatura ambiente tales como las emulsiones de betún puro o modificado, útiles para la realización de materiales y revestimientos de carreteras, por ejemplo aglomerados bituminosos y riegos superficiales. La invención se refiere igualmente a los procedimientos asociados.

El betún es un producto pesado que puede proceder de diferentes orígenes. Puede proceder especialmente de la fracción más viscosa producida durante la destilación directa del petróleo bruto. La composición del betún es variable y depende del origen del petróleo bruto. Los betunes comprenden esencialmente aceites saturados, aceites aromáticos, resinas, denominados maltenos y asfaltenos. Para más información se puede remitir provechosamente, por ejemplo a la patente europea EP-B-0 246 956.

El betún es un material coloidal cuyo comportamiento reológico es de tipo viscoelástico. La composición de un betún influye considerablemente sobre su estructura y, así, sobre sus propiedades mecánicas y térmicas.

La utilización del betún para la fabricación de materiales para aplicaciones de carretera e industriales se conoce desde hace mucho tiempo. No obstante, por el hecho de la elevada viscosidad del betún a temperatura ambiente, su empleo es problemático. Con objeto de resolver este problema se han desarrollado varias técnicas que apuntan a disminuir la viscosidad del betún. En el caso de aplicaciones en caliente, el betún se lleva a una temperatura elevada, superior a 160ºC, lo que permite disminuir su viscosidad. No obstante, estas técnicas son grandes consumidoras de energía (almacenamiento, transporte de los betunes) . Conllevan, además, a una exposición del personal que lo aplica a los vapores del betún y al betún caliente, sometidos a temperaturas elevadas.

Una técnica denominada “en frío”, referida a temperaturas próximas a 60ºC, consiste en preparar una emulsión de betún, de tipo aceite en agua, utilizando un agente tensoactivo apropiado. En función de su utilización, se emplean diversos agentes tensoactivos: aniónicos, catiónicos, anfóteros o no iónicos, eventualmente en combinación.

La solicitud EP-A-1 111 009 da a conocer emulsiones bituminosas y emulsionantes útiles para la preparación de tales emulsiones. Más exactamente, estos emulsionantes son poliaminas y polímeros catiónicos añadidos por separado unos de otros durante la preparación de la emulsión bitumionosa.

Por ejemplo, la solicitud de patente francesa FR-A-2 769 917 (KAO Corp.) se refiere a un procedimiento para emulsionar un asfalto con ayuda de agentes tensoactivos no iónicos de tipo éter de polioxietileno. Además, este documento indica diversas familias de agentes tensoactivos que pueden ser tenidas en cuenta. Propone utilizar indistintamente tensoactivos aniónicos tales como ácidos grasos, alquilsulfatos o sales de ácidos alquilfosfónicos, tensoactivos catiónicos tales como sales de ácidos minerales, sales de ácidos carboxílicos inferiores o sales de amonio cuaternario o aminas o, también, tensoactivos anfóteros tales como los derivados de betaína.

En el caso de la preparación de aglomerados bituminosos, cuando la emulsión bituminosa se pone en contacto con los áridos, ésta se rompe, a saber la fase de betún se separa de la fase acuosa. Por lo tanto, es importante poder controlar esta ruptura, particularmente su velocidad, puesto que determina especialmente la buena adherencia de los áridos y del revestimiento de carretera.

La elección del agente tensoactivo en función del o de los betunes utilizados influye sobre el conjunto de propiedades de la emulsión como, por ejemplo, su ruptura, así como su estabilidad en el transcurso del almacenamiento.

Además, el revestimiento de carretera realizado debe presentar una buena resistencia a las condiciones de tráfico y a las climáticas. En particular, debe resistir a la formación de roderas al mismo tiempo que presenta un comportamiento satisfactorio a bajas temperaturas, especialmente un bajo riesgo de fisuración térmica y/o de fatiga.

Además, es conocido el modificar el ligante bituminoso mezclando al betún al menos un compuesto que puede ser de tipo polimérico, con objeto de mejorar sus cualidades mecánicas y térmicas. Un punto importante a resolver entonces es el de la compatibilidad del betún y del polímero empleado. En la práctica, la compatibilidad se define como una situación en la que el betún y el polímero se pueden combinar para formar un producto cuyas propiedades son mejores y que no requiere precauciones de manipulación importantes. En otros términos, se desea evitar una desmezcladura del betún y del polímero a escala macroscópica.

En lo que se refiere a las mezclas físicas en el sector de carreteras, como polímeros se utilizan en particular los elastómeros y los plastómeros. Por ejemplo, como se indica en la solicitud de patente europea EP-A-1 010 729, en nombre de la solicitante se incorpora un copolímero secuenciado de tipo estireno-butadieno-estireno (SBS) , en una relación de 3 a 6% en peso del peso total de la composición.

Por lo tanto, parece ser que las composiciones bituminosas, y en particular las emulsiones, pueden comprender varios aditivos y/o compuestos destinados a conferirles propiedades funcionales.

Para minimizar la utilización de varios aditivos y/o agentes sin excluir por lo tanto su utilización, la demandante ha puesto a punto nuevas composiciones bituminosas, en particular emulsiones, que comprenden un agente polimérico tensoactivo que juega a la vez el papel de agente tensoactivo para realizar la emulsión y el papel de aditivo funcional, destinado a conferir, incluso mejorar, las propiedades mecánicas y térmicas compatibles con una utilización industrial o de carretera, especialmente para la realización de revestimientos de carretera “en frío”.

La utilización de este nuevo agente tensoactivo en la composición según la invención (e.g. una emulsión) permite simplificar el procedimiento de preparación de una composición de este tipo (e.g. una emulsión) , así como el procedimiento de realización de un revestimiento industrial o de un revestimiento de carretera con ayuda de éste.

Otro objetivo de la invención es proponer composiciones bituminosas, en particular emulsiones, que se puedan aplicar en frío para la realización de revestimientos de carreteras. Por lo tanto, esto implica una viscosidad suficientemente baja a las temperaturas de aplicación, pero igualmente suficientemente elevada para que la composición bituminosa no fluya fuera de la zona de aplicación. Esto implica igualmente una estabilidad en el almacenamiento satisfactoria en términos de duración y de temperatura de almacenamiento.

Un objetivo de la invención es igualmente suministrar emulsiones bituminosas cuya ruptura esté controlada.

Otro objetivo de la invención es proponer revestimientos de carretera y composiciones útiles para la fabricación de tales revestimientos, cuyas propiedades mecánicas y térmicas sean tales que estos revestimientos sean poco sensibles a las roderas, a la fisuración y a las fuertes variaciones de temperatura estacionales.

También un objetivo de la invención es mantener al tráfico las buenas cualidades del revestimiento de carretera preparado con ayuda de la composición según la invención, especialmente en términos de tiempo de vida del revestimiento.

Un objetivo suplementario de la invención es suministrar composiciones bituminosas, especialmente emulsiones, particularmente para aplicaciones de carretera, cuyas temperaturas de aplicación sean reducidas y permitan evitar al personal aplicador una exposición a los humos y vapores del betún.

Así, es mérito de los inventores haber desarrollado composiciones bituminosas que comprenden un agente polimérico tensoactivo cuyo papel es emulsionar el betún, mejorar las cualidades del ligante residual obtenido después de la ruptura y eludir los problemas de compatibilidad entre el betún y el polímero, al tiempo de dar respuesta a diversas pegas de aplicación y de servicio.

Por lo tanto, la presente invención propone en primer lugar composiciones bituminosas, denominadas habitualmente ligantes bituminosos (e.g. emulsiones bituminosas) , utilizables para la preparación de materiales de carretera, un procedimiento para la preparación de emulsiones bituminosas y un procedimiento para la fabricación de un... [Seguir leyendo]

1. Composición bituminosa que comprende al menos un betún modificado o no modificado, caracterizada porque comprende al menos un agente polimérico tensoactivo catiónico Tc, el cual comprende al menos un copolímero secuenciado Cp seleccionado entre los copolímeros secuenciados que portan al menos dos bloques A y B

unidos entre sí,

el bloque A que comprende al menos un segmento hidrófilo, obteniéndose dicho bloque A al menos a partir de monómeros a, idénticos o diferentes entre sí, que portan al menos un átomo de nitrógeno ionizado o ionizable en medio ácido, y que se seleccionan del grupo que comprende:

-los (meta) acrilatos de alquilaminas, de arilaminas, de alquilamonio, de arilamonio y de alquilarilamonio;

- los (meta) acrilatos de dialquilaminoetilo;

- las (meta) acrilamidas y sus derivados, y sus mezclas, y

el bloque B que comprende al menos un segmento hidrófugo que puede estar parcial o totalmente hidrogenado, obteniéndose dicho bloque B al menos a partir de monómeros b, idénticos o diferentes entre sí, y seleccionados entre los dienos, sustituidos o no,

efectuándose la unión entre el bloque A y el bloque B o bien por medio de un enlace covalente directo entre los bloques, o bien por medio de un enlace molecular intermedio unido a uno de estos bloques por un primer enlace covalente y, al otro bloque, por un segundo enlace covalente,

estando la composición en forma de emulsión acuosa.

2. Composición bituminosa según la reivindicación 1, caracterizada porque los monómeros a constituidos por 20 acrilato y metacrilato responden a la fórmula general siguiente:

en la cual

- R1 representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo,

- R2, radical divalente, representa un grupo alquilo, lineal o ramificado que comprende 1 a 18 átomos de

carbono, un grupo cicloalquilo que comprende 3 a 10 átomos de carbono, un grupo arilo que comprende 3 a 10 átomos de carbono, un grupo alquil-cicloalquilo que comprende 3 a 18 átomos de carbono cuya parte cicloalquilo comprende 3 a 10 átomos de carbono, o un grupo arilalquilo que comprende 3 a 18 átomos de carbono cuya parte arilo comprende 3 a 10 átomos de carbono, dicho radical pudiendo estar sustituido o no sustituido;

- R3, R4 y R5, radicales monovalentes, representan independientemente los unos de los otros, un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo, lineal o ramificado que comprende 1 a 18 átomos de carbono, un grupo cicloalquilo que comprende 3 a 10 átomos de carbono, o un grupo arilo que comprende 3 a 10 átomos de carbono, un grupo alquil-cicloalquilo que comprende 3 a 18 átomos de carbono cuya parte cicloalquilo comprende 3 a 10 átomos de carbono, o un grupo arilalquilo que comprende 3 a 18 átomos de carbono cuya parte arilo comprende 3 a 10 átomos de carbono, dichos radicales pudiendo estar eventualmente sustituidos o no sustituidos, y q vale 0 ó 1;

- o bien R3 representa un átomo de hidrógeno y R4 representa un grupo carbonilo que forma un grupo amida con el átomo de nitrógeno, lineal o ramificado, que comprende 1 a 18 átomos de carbono, y q vale 0.

3. Composición bituminosa según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el monómero b es un 40 dieno conjugado.

4. Composición bituminosa según la reivindicación 3, caracterizada porque el monómero b se selecciona del grupo que comprende el butadieno, el 2, 3-dimetil-butadieno, el isopreno, el 1, 3-pentadieno, el 1, 4-pentadieno, el 1, 4hexadieno, el 1, 5-hexadieno, el 1, 9-decadieno, el 5-metilen-2-norborneno, el 5-vinil-2-norborneno, los 2-alquil

2, 5-norbornadienos, el 5-etilen-2-norborneno, el 5- (2-propenil) -2-norborneno, el 5- (5-hexenil) -2-norborneno y sus mezclas.

5. Composición bituminosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el copolímero tensoactivo Cp posee un grado de polimerización DP comprendido entre 100 y 5000.

6. Composición bituminosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el copolímero Cp es un copolímero dibloque o tribloque, que comprende al menos un bloque A y al menos un bloque B..

7. Composición bituminosa según la reivindicación 6, caracterizada porque el copolímero dibloque A-B responde a la fórmula Ai-Bj, y el copolímero tribloque A-B-A y B-A-B responde respectivamente a la fórmula Ai-Bj-Ak y a la fórmula Bj-Ai-Bi, en donde:

- i y k están comprendidos entre 50 y 800, y

- j e i están comprendidos entre 150 y 850.

8. Composición bituminosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el betún en el seno de la composición está modificado por al menos un polímero seleccionado especialmente del grupo que comprende:

- los homopolímeros y copolímeros olefínicos de etileno, propileno, butileno, hexeno, 4-metil-1-penteno;

- los elastómeros tales como el etilen-propileno dieno monómero (EPDM) , el etilen-propileno monómero (EPM) , el poliisobutileno, el polibutadieno, el poliisopreno;

- los elastómeros termoplásticos tales como los copolímeros estadísticos o secuenciados de estireno y de butadieno, lineal o en estrella (SBR, SBS) o de estireno e isopreno (SIS) , eventualmente reticulados;

- el poli (cloruro de vinilo) ;

- y los copolímeros de etileno y acetato de vinilo.

9. Composición bituminosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la emulsión comprende:

- 0, 1 a 20% en masa de agente tensoactivo TC,

- 20 a 90% en masa de betún,

-al menos 10% en masa de agua, siendo la suma de los porcentajes igual a 100.

10. Procedimiento para la preparación de una emulsión bituminosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende las etapas que consisten en:

a) disolver en una fase acuosa ácida, al menos parcialmente, al menos un agente tensoactivo Tc, que comprende al menos un copolímero secuenciado Cp seleccionado entre los copolímeros secuenciados que portan al menos dos bloques A y B unidos entre sí,

el bloque A que comprende al menos un segmento hidrófilo, obteniéndose dicho bloque A al menos a partir de monómeros a, idénticos o diferentes entre sí, que portan al menos un átomo de nitrógeno ionizado o ionizable en medio ácido, y que se seleccionan del grupo que comprende:

- los (meta) acrilatos de alquilaminas, de arilaminas, de alquilamonio, de arilamonio y de alquilarilamonio;

- los (meta) acrilatos de dialquilaminoetilo;

- las (meta) acrilamidas y sus derivados, y sus mezclas, y

el bloque B que comprende al menos un segmento hidrófugo que puede estar parcial o totalmente hidrogenado, obteniéndose dicho bloque B al menos a partir de monómeros b, idénticos o diferentes entre sí, y seleccionados entre los dienos, sustituidos o no,

efectuándose la unión entre el bloque A y el bloque B o bien por medio de un enlace covalente directo entre los bloques, o bien por medio de un enlace molecular intermedio unido a uno de estos bloques por un primer enlace covalente y, al otro bloque, por un segundo enlace covalente,

b) añadir después al menos un betún modificado o no modificado.

11. Aglomerados bituminosos, preferentemente en frío, a base de una mezcla de áridos y de al menos una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Riego bituminoso a base de al menos una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

13. Utilización de un tensoactivo polimérico catiónico TC a base de al menos un copolímero secuenciado Cp seleccionado entre los copolímeros secuenciados que portan al menos dos bloques A y B unidos entre sí,

el bloque A que comprende al menos un segmento hidrófilo, obteniéndose dicho bloque A a partir de al menos monómeros a, idénticos o diferentes entre sí, que comprenden al menos un átomo de nitrógeno ionizado o ionizable en medio ácido, y seleccionado (s) del grupo que comprende:

- los (meta) acrilatos de alquilaminas, de arilaminas, de alquilamonio, de arilamonio y de alquilarilamonio;

- los (meta) acrilatos de dialquilaminoetilo;

- las (meta) acrilamidas y sus derivados, y sus mezclas, y

el bloque B que comprende al menos un segmento hidrófugo que puede estar parcial o totalmente hidrogenado, obteniéndose dicho bloque B a partir de al menos monómeros b, idénticos o diferentes entre sí, seleccionados entre los dienos, sustituidos o no,

efectuándose la unión entre el bloque A y el bloque B o bien por medio de un enlace covalente directo entre los bloques, o bien por medio de un enlace molecular intermedio unido a uno de estos bloques por un primer enlace covalente y, al otro bloque, por un segundo enlace covalente,

para la preparación de una composición bituminosa en forma de una emulsión acuosa.

14. Utilización según la reivindicación 13 de un tensoactivo polimérico catiónico TC, caracterizada porque el copolímero Cp es un copolímero dibloque o tribloque que comprende al menos un bloque A y al menos un bloque B.

15. Utilización según la reivindicación 14 de un tensoactivo polimérico catiónico TC, caracterizada porque el copolímero dibloque A-B responde a la fórmula Ai-Bj, y el copolímero tribloque A-B-A y B-A-B responde respectivamente a la fórmula Ai-Bj-Ak y a la fórmula Bj-Ai-Bi, en donde:

- i y k están comprendidos entre 50 y 800, y -j e i están comprendidos entre 150 y 850.