[发明专利]硫改性的沥青乳液和粘结剂组合物

说明书

技术领域

本发明的领域涉及沥青粘结剂和乳液组合物。更具体地说，所述领域涉及硫磺强化沥青粘结剂(sulfur-extended asphalt binder，SEAB)和硫磺强化沥青粘结剂乳液(SEABE)。

背景技术

在包含沥青(例如沥青涂覆的集料和热沥青混合物)的材料的制造和加工期间，超过300°F的工作温度可对工人和他们的设备产生问题。在大于300°F的温度下，沥青或沥青混合物中存在的硫和硫化合物(例如元素硫和天然存在的杂有机(heterorganic)化合物)，通常开始与沥青中和空气中的其它成分反应。硫反应的主要产物之一是硫化氢气体。少量的硫化氢是刺激物，但是大量对人有毒。类似地，加热的硫在空气中氧化形成二氧化硫，它具有有害的臭味并且是空气污染物。

硫，尤其是“单质”或“元素”硫，是丰富而廉价的材料。元素硫是非无硫天然气和石油加工的副产物。单质硫的来源包括石油炼厂和气体脱硫工厂。由于从天然气和石油提取的硫的量，许多硫生产者认为元素硫是废产物。

其他人已经尝试利用废硫作为沥青粘结剂的强化剂(expander)或填充剂，但是极少成功。这些努力仅在沥青粘结剂中掺入少量的硫方面获得成功，通常最多只占总组合物的几个百分比。

本领域技术人员了解在大约305°F开始，硫形成硫化氢(H₂S)气体，它是对人有毒的。在该温度和超过该温度下，烃类环境中的单质硫使得烃脱氢并形成硫化氢。在氧的存在下，加热硫到高温形成二氧化硫，它是对人有害的并且是空气污染物。为工人舒适和安全以及更有利于环境起见，希望找到一种可在低于300°F的温度下有效的沥青材料组合。

还希望找到元素硫的商业用途。在商业产品中掺入硫可将许多被认为可能的“废”产物转变成具有实际价值的产品。

发明内容

一种性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液，包含在所述乳液总重量的0.1％至3％范围内的增粘剂、在0.1％至5％范围内的乳化剂、在21.7％至89.8％范围内的基础水溶液和在10％至70％范围内的性能分级硫磺强化沥青粘结剂。性能分级硫磺强化沥青粘结剂是通过在不超过275°F的温度下，将在所述沥青粘结剂组合物总重量的10％至50％范围内的单质硫、在0.1％至5％范围内的直链烷烃材料和在38％至89.9％范围内的基础沥青合并而制造的。所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液能够有效地保持在不超过275°F的温度下。利用ASTM D244测试方法测定，所述沥青乳液能够有效地保持至少3小时的储存稳定性。所述乳液的一种实施方式包含在所述沥青乳液总重量的0.1％至0.3％范围内的皂化剂。利用ASTM D244测试方法测定，所述乳液的一种实施方式在24小时期间的储存稳定性值为0.0。

一种性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液残留物，其是通过利用德克萨斯交通部蒸发回收方法(Texas Department of Transportation Evaporation Recovery Procedure)处理所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂乳液制造的。所述乳液残留物的一种实施方式包含无痕粘结(trackless tack)涂料。

性能分级硫磺强化沥青粘结剂组合物包含在所述沥青粘结剂组合物总重量的10％至50％范围内的单质硫、在0.1％至5％范围内的直链烷烃材料和在38％至89.9％范围内的基础沥青。所述性能分级硫磺强化沥青粘结剂保持在不超过275°F的温度下。沥青粘结剂组合物的一种实施方式包含。

所公开的性能分级硫磺强化沥青粘结剂和性能分级沥青硫磺强化沥青粘结剂乳液允许操作者在远低于300°F的温度下，直接利用这些产物，或与集料和其他材料结合以混合和掺合所述组合物，并将所述组合物应用于本领域。混合和应用温度的降低显著减少了形成硫化氢和二氧化硫的可能性。这进而提高了沥青粘结剂和沥青粘结剂乳液使用者的安全，以及降低了使用其中掺有大量单质硫的产品的负面环境影响。

工作温度降低还有利于更高的经济效率。所公开的性能分级硫磺强化沥青粘结剂和性能分级沥青乳液可保持在低于300°F的制造和工作温度下。在这些降低的温度下，与需要保持高于300°F温度的传统热混合沥青材料对比，它们在形成和应用期间需要较少的能量。