Método para preparar un betún mejorado mediante la adición de ácido polifosfórico y una base de polímero reticulado.

Método para producir un betún mejorado que comprende las etapas de:

(a) proporcionar un betún o mezcla de betunes calentado a una temperatura;

(b) añadir ácido polifosfórico al betún o mezcla de betunes;

(c) después de la adición de ácido polifosfórico, añadir al betún o mezcla de betunes al menos un elastómero reticulable con azufre y al menos un agente de acoplamiento donante de azufre,

donde uno o más ácidos además del ácido polifosfórico se añade al betún calentado, caracterizado por el hecho de que en el paso a) el betún o mezcla de betunes se calienta a una temperatura de entre aproximadamente 100°C a aproximadamente 230°C, que en el paso b) el ácido se añade en una cantidad de entre aproximadamente 0,005% a 5% en peso del peso del betún y la mezcla resultante se mantiene a una temperatura de entre aproximadamente 100°C a aproximadamente 230°C mientras se agita durante un periodo de al menos aproximadamente 10 minutos, que en el paso c) al menos un elastómero reticulable con azufre se añade en una cantidad de entre 0,5% a 20% en peso del peso del betún y el agente de acoplamiento donante de azufre se añade en una cantidad capaz de proporcionar una cantidad de azufre libre que representa entre el 0,1% y 20% del peso del elastómero reticulable con azufre mientras se mantiene la temperatura del betún entre 100°C y 230°C con agitación durante un periodo de al menos aproximadamente 10 minutos, y que uno o más ácidos es al menos uno de un ácido organosulfúrico de la fórmula R--(COO)t--SO3H, por la cual t es 0 o 1, y R es un radical de hidrocarbilo C1 a C12.

Método para preparar un betún mejorado mediante la adición de ácido polifosfórico y una base de polímero reticulado [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de ligantes de betún mejorados mediante adición de ácido polifosfórico (PPA) al betún, seguido de la adición de un polímero y de un agente de reticulación. La invención se refiere también a la aplicación de los ligantes de betún mejorados para el tratamiento de la superficie de la carretera (es decir, pavimento) , recubrimientos u otras aplicaciones. Los ligantes de betún de la presente invención muestran propiedades mejoradas. Por ejemplo, los ligantes de betún pueden tener una gama de plasticidad más amplia en comparación con otros betunes preparados sin los aditivos o por otro método.

Los betunes se usan frecuentemente como material ligante en asfaltos usados para pavimentar calles u otras superficies. Ejemplos de betunes que se pueden utilizar en las composiciones y métodos de la presente invención incluyen betunes naturales, pirobetunes y betunes artificiales. Los betunes que se prefieren particularmente son los usados para carreteras, tales como asfalto o malta. El material de pavimentación asfáltico se hace mediante la mezcla del ligante de asfalto con agregado.

Los ligantes asfálticos que comprenden betunes se usan frecuentemente en aplicaciones donde puede haber una amplia variación de condiciones medioambientales, particularmente cuando se usa en pavimentos. Por consiguiente, las propiedades del ligante asfáltico en condiciones de altas y bajas temperaturas es de interés. A bajas temperaturas, algunos materiales ligantes pueden hacerse quebradizos, provocando largas fisuras transversales debido a la tensión térmica. A más altas temperaturas, el ligante asfáltico se vuelve más fluido (es decir, la viscosidad es inferior) , lo que puede llevar a un ahuellamiento de un pavimento debido al paso de vehículos sobre la superficie. La resistencia a la fatiga y el impacto, y la adherencia del ligante asfáltico para agregar a aplicaciones de pavimentación, son propiedades de un ligante particular que también se debe considerar en aplicaciones particulares. Algunos ligantes asfálticos pueden requerir un comportamiento elástico relativamente alto, por ejemplo donde la mezcla de pavimento asfáltico correspondiente se usa en áreas de altos índices de tráfico y altas cargas.

Se han desarrollado varios métodos para mejorar el plasticidad de los betunes y mejorar el desgaste de asfaltos utilizando los ligantes de betún. Por ejemplo, en la patente de EE.UU. nº 5.618.862, se describe un método en el que se combina betún con un elastómero reticulable con azufre y un agente de acoplamiento donante de azufre para formar una mezcla reactiva vulcanizada de azufre. La mezcla reactiva vulcanizada de azufre se combina luego con un adyuvante ácido para producir un producto de betún modificado. Según este método, el adyuvante ácido no se añade al betún hasta después de que la vulcanización de azufre esté completa.

Sería deseable contar con un método para hacer un betún modificado para su uso en asfaltos que sea simplificado. Por consiguiente, entre los objetos de la presente invención está proporcionar métodos para fabricar un material de betún modificado con elasticidad mejorada, y que tenga propiedades aceptables para su uso como material ligante en pavimentos asfálticos.

La presente invención proporciona un método para producir un producto de betún mejorado para su uso en la preparación de ligantes asfálticos para pavimentos de carretera. El método de la presente invención comprende la adición de ácido polifosfórico (PPA) y uno o más ácidos además del ácido polifosfórico al betún caliente. Después de que los ácidos se mezclen con el betún, un elastómero y un agente de acoplamiento se agregan al betún caliente y se mezclan durante un tiempo suficiente para producir el producto de betún modificado.

El betún preparado por el método de la presente invención ha mejorado las propiedades de elasticidad, haciéndolo deseable para su uso en las composiciones de pavimento asfáltico.

El método de la presente invención comprende los pasos de proporcionar un betún o mezcla de betunes y calentar el betún a una temperatura de entre 100º C y 230º C mientras se agita. Se añade ácido polifosfórico (PPA) al betún calentado con agitación, preferiblemente durante al menos 10 minutos. Además del ácido polifosfórico, se añade un ácido organosulfúrico. El peso total de ácido añadido al betún es de entre 0, 005% y 5% en peso del peso del betún o mezcla de betunes.

Tras la adición y mezcla del componente ácido, un elastómero reticulable de azufre y un agente de acoplamiento donante de azufre se agregan al betún mientras se mantiene la temperatura del betún entre 100º C y 230º C con agitación durante un periodo de al menos 10 minutos. El elastómero reticulable de azufre se proporciona en una cantidad de entre 0, 5% y 20% en peso del peso del betún o mezcla de betunes. El agente de acoplamiento donante de azufre se proporciona en una cantidad capaz de proporcionar una cantidad de azufre libre que represente entre el 0, 1% y el 20% del peso del elastómero reticulable de azufre.

El aditivo ácido está compuesto de PPA y un ácido de la fórmula general R-- (COO) t--SO3H. La combinación de aditivo ácido está preferiblemente compuesta por una combinación que comprende, en peso, de 20% a 95% y de forma más preferible de 40% a 90% de uno o más ácidos polifosfóricos, y de 80% a 5% y de forma más preferible de 60% a 10% de ácido metanosulfónico o de ácido sulfúrico y de ácido metanosulfónico.

Los compuestos ácidos se pueden incorporar bien como una mezcla o sucesivamente en el betún.

Los ácidos polifosfóricos que se pueden usar en el proceso según la invención son compuestos de fórmula empírica PqHrOs donde q, r y s son números positivos de manera que q sea mayor o igual a 2, y preferiblemente que en un rango de 3 a 20 o más, de manera que 5q+r-2s=O.

En particular, los ácidos polifosfóricos pueden ser compuestos lineales de fórmula empírica PqHq+2O3q+1, o pueden alternativamente ser productos con una estructura bidimensional, de hecho incluso una estructura tridimensional. Todos estos ácidos polifosfóricos pueden ser productos de policondensación formados a partir del calentamiento de ácido metafosfórico acuoso.

Los ácidos de fórmula R-- (COO) 1-SO3H son bien ácidos sulfónicos de fórmula R-SO3H, cuando t=0, o ácidos de fórmula R-COO-SO3H, cuando t=1. Los ácidos de fórmula R-COO-SO3H se pueden considerar como aductos de ácidos monocarboxílicos, R-COOH y de S3 o alternativamente como anhídridos mezclados de ácidos monocarboxílicos de fórmula R-COOH y de ácido sulfúrico. En estos ácidos de fórmula R-- (COO) t-SO3H, el radical R es preferiblemente un C1 a C12, y de forma más preferible un radical de hidrocarbilo C1 a C8. El radical R puede comprender un radical alquilo lineal o ramificado C1 a C12 y más especialmente C1 a C8, tal como por ejemplo un radical de metilo, etilo, propilo, butilo, hexilo u octilo, un radical de cicloalquilo C4 a C12, y preferiblemente C6 a C8, o alternativamente un radical aromático monovalente C6 a C12 y preferiblemente C6 a C8, en particular fenilo o tolilo, para el radical aromático, y ciclohexilo, ciclopentilo o cicloheptilo para el radical de cicloalquilo. Ejemplos de ácidos sulfónicos de fórmula R-SO3H que se pueden emplear en el proceso según la invención son ácido metanosulfónico, ácido etanosulfónico, ácido propanosulfónico, ácido bencenosulfónico y ácido toluenosulfónico, y preferiblemente ácido metanosulfónico y ácidoetanosulfónico. Ã?cidos de fórmula R--COO-SO3H, tales como los ácidos CH3-COO-SO3H y CH3-CH2-COOSO3H, que son aductos de SO3 con ácido acético y ácido propiónico respectivamente, también se pueden usar.

El betún, o mezcla de betunes, que se emplea para la implementación del proceso según la invención se elige preferiblemente de los diferentes betunes que tienen una viscosidad cinemática a 100º C de entre 0, 5 x10-4 m2/s y 3x10-2 m2/S, y preferiblemente entre 1x10-4 m2/s y 2x10-2 m2/s. Estos betunes pueden ser betunes de destilación directa o de destilación al vacío, betunes soplados o semisoplados, residuos de desasfaltación de propano o de pentano, residuos de rotura de viscosidad, o alguna fracción de petróleo o mezclas de betunes y de destilados al vacío, o mezclas de dos o más de los productos citados anteriormente. Además de tener una viscosidad cinemática en los rangos anteriormente descritos, el betún o la mezcla de betunes empleados en el proceso según la invención... [Seguir leyendo]

1. Método para producir un betún mejorado que comprende las etapas de:

(a) proporcionar un betún o mezcla de betunes calentado a una temperatura;

(b) añadir ácido polifosfórico al betún o mezcla de betunes;

(c) después de la adición de ácido polifosfórico, añadir al betún o mezcla de betunes al menos un elastómero reticulable con azufre y al menos un agente de acoplamiento donante de azufre, donde uno o más ácidos además del ácido polifosfórico se añade al betún calentado, caracterizado por el hecho

de que en el paso a) el betún o mezcla de betunes se calienta a una temperatura de entre aproximadamente 100º C a aproximadamente 230º C, que en el paso b) el ácido se añade en una cantidad de entre aproximadamente 0, 005% a 5% en peso del peso del betún y la mezcla resultante se mantiene a una temperatura de entre aproximadamente 100º C a aproximadamente 230º C mientras se agita durante un periodo de al menos aproximadamente 10 minutos, que en el paso c) al menos un elastómero reticulable con azufre se añade en una cantidad de entre 0, 5% a 20% en peso del peso del betún y el agente de acoplamiento donante de azufre se añade en una cantidad capaz de proporcionar una cantidad de azufre libre que representa entre el 0, 1% y 20% del peso del elastómero reticulable con azufre mientras se mantiene la temperatura del betún entre 100º C y 230º C con agitación durante un periodo de al menos aproximadamente 10 minutos, y que uno o más ácidos es al menos uno de un ácido organosulfúrico de la fórmula R-- (COO) t--SO3H, por la cual t es 0 o 1, y R es un radical de hidrocarbilo C1 a C12.

2. Método según la reivindicación 1, donde el ácido organosulfúrico se selecciona del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácido etanosulfónico, ácido propanosulfónico, ácido bencenosulfónico, ácido toluenosulfónico, ácido metanosulfónico y ácido etanosulfónico.

3. Método según una de las reivindicaciones 1 o 2, donde el elastómero reticulable se selecciona del grupo que consiste en poliisopreno, polinorborneno, polibutadieno, caucho butílico, copolímeros de randometileno/propileno (EP) , terpolímeros aleatorios de etileno/propileno/dieno (EPDM) , un copolímero en bloque o aleatorio de estireno y un dieno conjugado y una mezcla de los mismos.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el agente de acoplamiento donante de azufre se selecciona del grupo que consiste en azufre elemental en forma de polvo o cristalizado en forma ortorrómbica, polisulfuros de hidrocarbilo, aceleradores de vulcanización donantes de azufre y sus mezclas derivadas.

5. Método según la reivindicación 4, donde el polisulfuro de hidrocarbilo tiene la fórmula R1- (S) m- (R5- (S) m) x-R2, donde R1 y R2 indican un radical de hidrocarburo monovalente saturado o insaturado C1 a C20 o están conectados uno al otro para constituir un radical de hidrocarburo bivalente saturado o insaturado C1 a C20 que forme un anillo con los otros grupos de átomos asociados en la fórmula, R5 es un radical de hidrocarburo bivalente saturado o insaturado C1 a C20, los grupos - (S) m representan grupos bivalentes cada uno formado a partir de átomos de azufre m, los valores de m son los mismos o diferentes y están entre hasta 6 con al menos uno de los valores de m igual o mayor que 2, y x representa un número entero con un valor entre cero y 10.

6. Método según la reivindicación 4, donde el acelerador de vulcanización donante de azufre es un polisulfuro de tiuramo de fórmula (R4) 2NCS (S) uCSN (R4) 2 donde R4, puede ser idéntico o diferente y cada uno representa un radical de 45 hidrocarburo C1 a C12 y preferiblemente C1 a C8 y u es un número que va de 2 a 8.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además el paso de adición al betún o mezcla de betunes de un agente fundente en una cantidad igual a entre 1% y 40% en peso del peso del betún o mezcla de betunes.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, donde el agente fundente es un aceite de hidrocarburo que tiene un intervalo de destilación de presión atmosférica, determinado según la norma ASTM .

8. 67, de entre 100º C y 600º C.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además el paso de adición al betún o a la mezcla de 55 betunes antes del agente de acoplamiento donante de azufre de al menos una de una amina o una amida.

10. Método según una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además el paso de adición al betún o a la mezcla de betunes antes del agente de acoplamiento donante de azufre entre 0, 1% y 5% en peso del peso del betún o mezcla de betunes de un aditivo antigelificante.

11. Método según una de las reivindicaciones 1 a 10, donde el elastómero reticulable con azufre y el agente de acoplamiento donante de azufre se mezclan con un agente fundente antes de la adición al betún o mezcla de betunes.