MX2011006019A - Composiciones de asfalto mineral que contienen un compuesto de organosilicio cationico. - Google Patents
Composiciones de asfalto mineral que contienen un compuesto de organosilicio cationico.Info
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Abstract
La presente invención se relaciona con composiciones de asfalto y de asfalto mineral que incluyen al menos un compuesto de organosilicio catiónico seleccionado del grupo que consiste de: Y3-aSi(R1a)R2N+R3R4R5X-, Y3-aSi(R1a)R2P+R3R4R5X-, Y3-aSi(R1a)R2ZX-; o mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, O(CH2CH2O)nH, (CH3OCH2CH2O) y (CH3CH2OCH2CH2O); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es alquilo de C1-C4; R1 es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de C1-C4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C1-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y-(CH2)yNHC(O)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C1-C12 X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+.
Description
COMPOSICIONES DE ASFALTO MINERAL QUE CONTIENEN UN
COMPUESTO DE ORGANOSILICIO CATIÓNICO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con composiciones de asfalto y de asfalto mineral, adecuadas para pavimentar o revestir construcciones. Las composiciones incluyen al menos un compuesto de organosilicio catiónico y exhiben una adhesión mejorada del aglutinante del asfalto a los agregados.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El asfalto es un material común utilizado para la preparación de materiales para pavimentar y para colocación de techos. Una amplia variedad de compuestos se ha agregado a las composiciones de revestimiento de asfalto en un intento por mejorar la adhesión/humectación del asfalto al agregado.
Una amplia variedad de compuestos de silicio, incluyendo silanos, se ha utilizado para la impregnación y tratamiento de la superficie de fibras de vidrio para fomentar la adhesión de varias resinas orgánicas, tales como las resinas de poliéster, resinas de epóxido o resinas de fenol formaldehido, y para el tratamiento superficial de textiles, pieles, cerámicas y materiales de vidrio. Se ha encontrado que la adhesión del asfalto a las
superficies silíceas, podría mejorarse marcadamente tratando primero las superficies con vapores de una mezcla de metilclorosilanos. Sin embargo, este método exótico de aplicar silanos a la superficie del agregado no es práctico en aplicaciones a gran escala. Sanderson, F. C, "Methylchlorosilanes as Anti-stripping Agents". Proceedings, Highway Research Board, 31 , 288 (1952). La Patente de E.U.A. No. 2,570,185, describe que las propiedades de recubrimiento y las propiedades antidesprendimiento del asfalto, se mejoran por la adición de un producto de reacción de aminoalcoxisilanos y aminas primarias alifáticas de alto peso molecular, que contienen al menos 6 átomos de carbono, al asfalto. El único ejemplo de un silano mostrado en la Patente de E.U.A. No. 2,570,185, es el di-t-butoxi-diamino silano. La Patente de E.U.A. No. 2,985,678, describe que los radicales alquilo o arilo superiores en los compuestos de silicio, disminuyen progresivamente la estabilidad de los compuestos. Sin embargo, se muestra que el radical butilo terciario incrementa la estabilidad de los compuestos de silicio, incluso en los compuestos de silicio que contienen un alquilo de cadena larga tal como un grupo laurilo.
La Patente Alemana No. 800,685, enseña los silanos de la fórmula SiRm Xn como agentes de adhesión del asfalto, en donde X representa un halógeno o un alcoxi, R representa un residuo orgánico y m y n representan enteros de 1 a 3. Los ejemplos específicos de R incluyen metilo, fenilo y 2-cloroetileno. La Patente de E.U.A. No. 4,036,661 , describe utilizar una variedad de silanos organofuncionales como promotores de la adhesión
para las composiciones de asfalto mineral. La Patente de E.U.A. No. 5,130,354, describe el uso de polímeros funcionalizados de silano como promotores de la adhesión para mezclas de hormigón de asfalto para pavimentación. Las Patentes de E.U.A. Nos. 4,170,484 y 4,038,096, describen el uso de silanos para mejorar la adhesión de los aglutinantes del asfalto al agregado mineral.
La estabilidad térmica de los compuestos de silicio, sin embargo, es también de importancia primaria. Esto es, es altamente deseable que los compuestos no sólo fomenten la adhesión del asfalto al agregado mineral, sino que también permanezcan estables en una amplia gama de temperaturas, y durante un periodo de tiempo extendido. Además de esto, es altamente deseable que los promotores de la adhesión sean capaces de utilizarse sin métodos de aplicación exóticos. Para ser adecuados para materiales para pavimentación, las mezclas de compuesto de asfalto-silicio deben mezclarse en el asfalto, y permanecer mezclados durante el procesamiento posterior. El compuesto debe ser capaz de la oxidación durante el procesamiento y durante el envejecimiento a largo plazo, debido al desgaste ocasionado por los elementos naturales. La estabilidad a una temperatura mayor de 180°C del asfalto modificado con el compuesto de silicio, es una consideración mayor. Una presión de vapor más baja, un punto de ebullición más alto y una estabilidad oxidativa de 150°C-180°C son importantes para mejorar el desempeño.
Una desventaja de utilizar los organosilanos es su incapacidad para agotar y reaccionar completamente con las superficies de los agregados si se mezclan con el asfalto. Por lo tanto, el pretratamiento de los agregados con un silano se requiere siempre, para lograr la eficacia deseada de los promotores de la adhesión. El pretratamiento de los agregados no es práctico y es muy caro de llevar a cabo.
Además de los silanos, las aminas terciarias y las aminas cuaternarias de cadena larga se han utilizado tradicionalmente como aditivos en el asfalto, para mejorar la adhesión de hormigón de asfalto. Estos productos se desempeñan de manera adecuada a 0.5%-3% en peso del asfalto. Estos compuestos, sin embargo, tienen la desventaja de incrementar la formación de surcos y tener una resistencia a la fatiga y función deficientes, por el mecanismo de humectación y enlaces físicos. Además, debido a los problemas de disponibilidad y sustentabilidad y la necesidad de reducir al mínimo el consumo e incrementar la falta de buena calidad de los agregados y el asfalto, existe la necesidad de composiciones de asfalto mineral que tengan una adhesión mejorada y/o una susceptibilidad reducida a la humedad.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención satisface al menos algunas de las necesidades mencionadas anteriormente, proporcionando composiciones de asfalto y composiciones de asfalto mineral que tienen una adhesión mejorada
entre el asfalto y el agregado. Las composiciones de asfalto y las composiciones de asfalto mineral incluyen al menos un compuesto de organosilicio catiónico. El compuesto de organosilicio catiónico está presente de manera preferida en las composiciones, que varia de 0.001 a 5% en peso del asfalto.
En un aspecto, la presente invención proporciona una composición de asfalto que incluye al menos un compuesto de organosilicio catiónico intermezclado con el asfalto. Las composiciones de asfalto exhiben una adherencia mejorada a una amplia variedad de agregados. En ciertas modalidades, el compuesto de organosilicio catiónico tiene una fórmula seleccionada del grupo que consiste de:
Y3-aSi(R a)R2N+R3R4R5X-,
Y3-aSi(R1a)R2P+R3R R5X"; y
Y3-aSi(R1a)R2ZX"; o mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula:
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10;
R es alquilo de C C4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de C C ;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C1-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C-i-Ci2;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y
Z es un anillo de piridinio de fórmula CsHsNf.
En otro aspecto, la presente invención proporciona composiciones de asfalto mineral que incluyen un agregado de mineral, un asfalto, y al menos un compuesto de organosilicio catiónico. En una modalidad, ias composiciones de asfalto mineral incluyen 100 partes en peso de un agregado mineral, 3 a 20 partes en peso de un asfalto, y de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico por peso del asfalto. En ciertas modalidades, el compuesto de organosilicio catiónico presente en las composiciones de asfalto mineral se selecciona del grupo que consiste de:
Y3.aSi(R1a)R2P+R3R'R X-; y
Y3.aSi(R1a)R2ZX"; o mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula:
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10;
R es alquilo de C C4;
R es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de d-C4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C Ci2;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y
Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Habiendo descrito asi la invención en términos generales, se hará referencia ahora a los dibujos acompañantes, que no están dibujados de manera necesariamente a escala, y en donde:
La Figura 1A muestra la muestra de control del hormigón de asfalto después de una prueba de ebullición;
La Figura 1 B muestra una muestra del hormigón de asfalto que tiene un compuesto de organosilicio catiónico de acuerdo con una modalidad de la presente invención, después de una prueba de ebullición;
La Figura 2A muestra el agua residual de una muestra de control después de 6 horas de una prueba de ebullición;
La Figura 2B muestra el agua residual de una muestra de hormigón de asfalto que tiene un compuesto de organosilicio catiónico de acuerdo con una modalidad de la presente invención, después de 6 horas de una prueba de ebullición;
La Figura 3A muestra el agua residual de una muestra de control después de una prueba de ebullición; y
La Figura 3B muestra el agua residual de una muestra de hormigón de asfalto que tiene un compuesto de organosilicio catiónico de acuerdo con una modalidad de la presente invención, después de una prueba de ebullición.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se describirá ahora más completamente aquí posteriormente. En realidad, la invención puede incorporarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las modalidades expuestas en la presente; en su lugar, estas modalidades se proporcionan de manera que esta descripción satisfaga los requisitos legales aplicables. Como se utiliza en la especificación, y en las reivindicaciones anexas, las formas en singular "un, una", "el, la", incluyen las referencias en plural a menos que el contexto lo dicte claramente de otra manera.
Los asfaltos se utilizan de manera acostumbrada para pavimentar construcciones como un pegamento aglutinante para las partículas de agregados. Esto es, el asfalto se utiliza para recubrir y unir las partículas de agregados. Estos materiales similares a termoplásticos que se ablandan cuando se calientan y se endurecen tras el enfriamiento, también exhiben propiedades viscoelásticas (por ejemplo, exhiben las características mecánicas del flujo viscoso y la deformación elástica) en un cierto intervalo de temperatura.
Los asfaltos, sin embargo, son materiales altamente complejos y no están bien caracterizados, que contienen una variedad de compuestos alifáticos y aromáticos saturados y no saturados. Estos compuestos pueden incluir con frecuencia hasta 150 átomos de carbono. Las composiciones de asfalto particulares varían dependiendo de la fuente del petróleo crudo. Muchos de los compuestos contienen oxígeno, nitrógeno, azufre y otros heteroátomos. El asfalto contiene típicamente, aproximadamente 80% en peso de carbono; aproximadamente 10% de hidrógeno; hasta 6% de azufre; pequeñas cantidades de oxigeno y nitrógeno; y cantidades en trazas de metales tales como hierro, níquel y vanadio. Los pesos moleculares de los compuestos constituyentes varían de varios cientos a muchos miles.
Una amplia variedad de asfaltos puede utilizarse para preparar las composiciones de asfalto y asfalto mineral, de acuerdo con la presente invención. En general, cualquier aglutinante asfáltico grado pavimentación satisfactorio, para preparar las composiciones para pavimentación, está
contemplado como útil. Los asfaltos grado pavimentación pueden tener una amplia gama de valores de penetración que varían de tan bajo como 30 ó 40 dmm para los asfaltos más duros a 200 a 300 dmm a 25°C (100 g, segundos) para los asfaltos más blandos. Los asfaltos para pavimentación utilizados más ampliamente, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, generalmente tienen una penetración a 25°C de aproximadamente 60 a 100 dmm (por ejemplo, 60-70, 70-80 u 80-100 dmm). En las modalidades preferidas, sin embargo, el asfalto permanece viscoelástico en todas las condiciones climáticas.
En ciertas modalidades de la presente invención, el asfalto puede incluir bitumen, asfalto natural, residuo de petróleo de grado pavimentación, residuo plástico de la destilación del alquitrán de carbón, pez de petróleo y alquitrán de carbón.
Los promotores de la adición son aditivos o modificadores utilizados para mejorar la adhesión (por ejemplo, la resistencia al desprendimiento) a los agregados. Los promotores de la adhesión de acuerdo con la presente invención, son compuestos de organosilicio catiónicos de acuerdo con las siguientes fórmulas:
Y3-aS¡(R1 a)R2P+R3R4R5X-; y
Y3-aSi(R a)R2ZX"; o mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula:
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es un valor de 1 a 10 (por ejemplo, 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); R es alquilo de CrC4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de Ci-C4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de CrC22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5) -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C-|-C-|2;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y
Z es un anillo de piridinio de fórmula CsHsNT.
Los agregados o los agregados minerales son materiales particulados gruesos utilizados en la construcción, incluyendo arena, grava, piedra triturada, tierra, escombros, concreto reciclado o mezclas de los mismos. Los rellenos minerales también son agregados que incluyen típicamente dolomita, granitos, grava triturada del lecho de los ríos, arenisca, cal, basalto y otras piedras inorgánicas que pueden agregarse al sistema.
Los agregados particulares, arena, tierra, etc., utilizados para formar las composiciones de asfalto mineral de la presente invención, no son críticos, siempre que tengan grupos funcionales o sitios reactivos (por
ejemplo, grupos silanol) en la superficie, que se unirán con los silanoles creados por la hidrólisis de los grupos alcoxi del silano. En un aspecto, la presente invención proporciona composiciones de asfalto que pueden recubrirse en una variedad de agregados para unirlos juntos. Las composiciones de asfalto de acuerdo con las modalidades de la presente invención, exhiben una adhesión mejorada a una amplia variedad de partículas de agregados. Esto es, la cantidad de las composiciones de asfalto, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, retenida en la superficie de los agregados después de la exposición o inmersión repetida en agua, se incrementa de manera significativa debido a la incorporación de un compuesto de organosilicio iónico catiónico, de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
En ciertas modalidades, las composiciones de asfalto incluyen un asfalto y de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico, basándose en el peso del asfalto. En una modalidad, el compuesto de organosilicio catiónico se selecciona de las siguientes fórmulas:
Y3.aSi(R a)R2P+R3R R5X'¡ y
Y3.aSi(R a)R2ZX"; o mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n puede tener un valor de 1 a 10;
R es alquilo de CrC4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de CrC4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de Ci-Ci2;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato, y
Z es un anillo de piridinio de fórmula CsHsNf.
En otras modalidades, las composiciones de asfalto incluyen de 0.01 a 5%, o de 0.01 a 3% en peso, o de 0.02 a 1 % en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico, basándose en el peso del asfalto. En una modalidad, las composiciones de asfalto incluyen de 0.02 a 0.1 % en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico, basándose en el peso del asfalto.
En otro aspecto, la presente invención proporciona una composición de asfalto mineral que incluye un agregado mineral, asfalto y un compuesto de organosilicio catiónico. En una modalidad, la composición incluye 100 partes en peso de un agregado mineral y 3 a 20 partes en peso de asfalto, que comprende de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de
organosilicio catiónico, basándose en el peso del asfalto. En ciertas modalidades, el compuesto de organosilicio catiónico en la composición, se selecciona del grupo que consiste de:
Y3.aSi(R a)R2N+R3R4R5X\
Y3.aSi(R1 a)R2P+R3R4R5X "; y
Y3 aSi(R a)R2ZX"; o mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es cualquier vaior seleccionado de 1 a 10;
R es alquilo de CrC4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de C-|-C4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de Ci-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(O)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C-i-C12;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y
Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+.
En una modalidad preferida, el compuesto de organosilicio catiónico es de la fórmula:
en donde en cada fórmula
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, O(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH2O) y (CH3CH2OCH2CH2O);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es cualquier valor seleccionado de 1 a 10;
R es alquilo de Ci-C4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de CrC4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de CrC22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de Ci-C-i2;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato.
En otra modalidad, R2 en los siguientes compuestos:
Y3-aSi(R1a)R2P+R3R R5X\ y
Y3-aSi(R1a)R2ZX"; o mezclas de los mismos, en un grupo alquileno de C4.
En aún otra modalidad, el compuesto de organosilicio catiónico en la composición es al menos uno seleccionado de cloruro de 3-(trimetoxisilil)propildimetiloctadecil amonio, cloruro de
3-(trimetoxisilil)propilmetildidecil amonio, cloruro de
3-(trimetoxisilil)propildimetilhexadecil amonio y cloruro de 3-[dimetox¡(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio.
Los compuestos de organosilicio catiónico están presentes en la composición para revestimiento (por ejemplo, composiciones de asfalto y de asfalto mineral) en una cantidad efectiva para incrementar sustancialmente la cantidad del asfalto retenido en las superficies de los agregados después de la prueba de inmersión en agua descrita a continuación. En general, la cantidad del compuesto de organosilicio catiónico necesaria para incrementar sustancialmente el asfalto retenido que recubre el agregado, arena, tierra, etc., después de la prueba de desprendimiento, varia de aproximadamente 0.001 partes a aproximadamente 5 partes en peso por 100 partes de asfalto. De manera preferida, los compuestos de organosilicio catiónicos están presentes en cantidades que varían de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.1 partes en peso por 100 partes de asfalto.
Los compuestos de organosilicio catiónicos pueden introducirse en las composiciones de recubrimiento (por ejemplo, las composiciones de asfalto y de asfalto mineral), en una variedad de formas durante la fabricación de los mismos. Por ejemplo, los compuestos de organosilicio catiónicos pueden agregarse al asfalto fundido o a una emulsión de asfalto como un método preferido, antes de mezclarlo con el agregado. Si se desea por alguna razón, los compuestos de organosilicio catiónicos pueden aplicarse o recubrirse en las superficies de los agregados antes de mezclar el asfalto y los
agregados. De manera alterna, los compuestos de organosilicio catiónicos pueden agregarse a una composición premezclada que contiene asfaltos y agregados.
Además de los ingredientes mencionados anteriormente, varios otros materiales pueden estar presentes de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. Estos pueden incluir materiales que afectan las propiedades físicas de la composición de la superficie terminada. En general, cualesquier aditivos que se hayan utilizado típicamente para mejorar las composiciones de revestimiento resultantes, y que son compatibles con el compuesto de organosilicio catiónico, pueden agregarse a las composiciones de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
En el caso de asfalto emulsificados que pueden ser aniónicos, catiónicos o no iónicos, las mezclas frías pueden prepararse agregando los agregados finos, útiles para el sello de suspensión acuosa espesa, microrrevestimiento, recubrimiento del sello, etc., para la conservación y reparaciones del pavimento. En tales casos, el compuesto de organosilicio catiónico se agrega a la emulsión antes del mezclado con los agregados. La prueba de la compatibilidad de los aditivos propuestos con los compuestos de organosilicio catiónicos de acuerdo con las modalidades de la presente invención, se realiza de manera directa y fácil. Por ejemplo, pueden prepararse muestras pequeñas y probarse para la estabilidad de la emulsión mínima durante 12 a 24 horas.
En otro aspecto, la presente invención proporciona una composición de asfalto basada en agua que incluye una emulsión que comprende asfalto disperso en agua, y de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto.
En las modalidades preferidas, el compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de:
Y3.2S¡(R1a)R2N+R3R R5X-,
Y3-aS¡(R a)R2P+R3R4R5X-,
Y3-3Si(R1a)R2ZX"; y mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es un valor de 1 a 10;
R es un alquilo de CrC4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de C C4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de Ci-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radial perfluoroalquilo de C1-C12;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y
Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+.
En ciertas modalidades, las composiciones de asfalto basadas en agua pueden opcionalmente, incluir también uno o más cosolventes orgánicos. Los solventes orgánicos adecuados de manera preferida, no deben tener un impacto negativo en la estabilidad de los compuestos de organosilicio catiónicos en la composición.
Los solventes adecuados pueden incluir, generalmente, de manera no exclusiva, alcoholes (de manera preferida, glicoles), cetonas, solventes basados en éster y solventes de acetato polares.
Los ejemplos de alcoholes incluyen metanol, etanol, isopropanol y glicoles; los ejemplos de glicoles que pueden utilizarse de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención incluyen, de manera no exclusiva, etilenglicol, propilenglicol, alcoholes de éter, tales como etilenglicol, éter monoetílico de etilenglicol y éter monobutilico de etilenglicol; éteres de dialquilo de etileno, éter monoetílico de etilenglicol, éter monobutilico de etilenglicol, éter dibutílico de etilenglicol, acetato de éter monoetílico de etilenglicol, acetato de éter monohexílico de etilenglicol, éter monoetílico de propilenglicol y éter dibutílico de propilenglicol; los éteres mono y dialquílicos de dietilenglicol, tales como éter monoetílico de dietilenglicol, éter dibutílico de dietilenglicol, éter dietilico de dietilenglicol y acetato de éter monobutilico de dietilenglicol.
Los ejemplos de cetonas que pueden utilizarse de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención incluyen, de manera no
exclusiva, acetona, acetofenona, butanona, ciclohexanona, etil isopropil cetona, diacetona, isoforona, metil isobutil cetona, metil isopropil cetona, metiletil cetona, metilamil cetona y 3-pentanona.
Los ejemplos de solventes basados en ésteres y solventes de acetato que pueden utilizarse de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención incluyen, de manera no exclusiva, benzoato de bencilo, acetato de butilo, acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de n-propilo, acetato de isobutilo, acetato de isoamilo, acetato de isopropilo, acetato de n-butilo, acetato de isobutilo, acetato de amilo, acetato de sec-butilo, acetato de ter-butilo, acetato de etilo, acetoacetato de etilo, acetato de metilo, acetato de propilo, acetato de éter monometílico de etilengiicof y acetato de éter monoetilico de etilenglicol.
La presente invención también proporciona una composición de asfalto mineral basada en agua que incluye una emulsión que comprende asfalto disperso en agua, al menos un agregado mineral, y de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. Las composiciones de asfalto mineral basadas en agua de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención, pueden incluir también opcionalmente, uno o más de los orgánicos discutidos previamente. En las modalidades preferidas, el compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de:
Y3.2Si(R1a)R2N+R3R4R5X-,
Y3.aS¡(R1a)R2P+R3R4R5X-,
Y3-3Si(R1 a)R2ZX'¡ y mezclas de los mismos,
en donde en cada fórmula
Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH2O)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20);
a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2;
n es un valor de 1 a 10;
R es un alquilo de C C4;
R1 es metilo o etilo;
R2 es un grupo alquileno de CrC4;
R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C1-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radial perfluoroalquilo de CrC12;
X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y
Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+.
Las emulsiones de asfalto basadas en agua de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención, comprenden gotas o partículas cortadas de asfalto dispersas dentro del agua.
Típicamente, el asfalto de mantiene en una fase dispersa con ayuda de estabilizantes químicos conocidos (por ejemplo, emulsificantes). Las emulsiones de asfalto basadas en agua de acuerdo con las modalidades de la presente invención, pueden proporcionarse cortando el asfalto fundido
en gotas finas en un sistema de alto esfuerzo cortante, tal como un molino coloidal. El asfalto puede llevarse en contacto intimo con una solución de estabilizante químico de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Tras la descarga del molino, la emulsión comprende agua con partículas finas de asfalto dispersas en la misma.
Los emulsificantes ejemplares que pueden utilizarse para los sistemas de asfalto-agua (por ejemplo, emulsiones) de acuerdo con las modalidades de la presente invención incluyen, de manera no exclusiva, octadecil amina, sebo amina, sulfato de laurilo sódico, etoxilados de alquil fenol, tales como condensados de nonil fenol, octil fenol de óxido de etileno. De acuerdo con ciertas modalidades, tales emulsificantes (10 a 20 moles), pueden utilizarse para preparar las emulsiones de acuerdo con las modalidades de la presente invención, para proporcionar una emulsión estable. En ciertas modalidades, la concentración del emulsificante puede variar de 0.2-2.0% en peso de la emulsión final o de 0.2-1.0%, o de 0.2-0.5% en peso de la emulsión final.
Algunos beneficios logrados utilizando las emulsiones de asfalto basadas en agua de acuerdo con las modalidades de la presente invención, incluyen el control de la contaminación, eliminando la evaporación de los materiales de "recorte", utilizados típicamente (por ejemplo, queroseno y vapores de gasóleo), seguridad mejorada debido a que las composiciones no son inflamables o explosivas, y facilidad de uso. Por ejemplo, las emulsiones de asfalto basadas en agua de acuerdo con las modalidades de la presente
invención, pueden rociarse simplemente en una superficie para el tratamiento o manejarse directamente de un tambor vertiendo o dispersando a mano o con herramienta (por ejemplo, una pala o deflector). Además, puesto que las emulsiones están basadas en agua, los agregados no necesitan estar secos para la aplicación.
En ciertas modalidades, las composiciones de asfalto mineral en forma de HMA (Asfalto en Mezcla Caliente) o emulsión de acuerdo con las modalidades de la presente invención, son ideales para utilizarse como una membrana de asfalto, para tejas para colocación de techos, o como capas bituminosas subyacentes. Varias modalidades son ideales para utilizarse como una "hoja superior" y/o una "hoja de base". Las "horas superiores", tienen una superficie expuesta al medio ambiente, mientras que las "hojas de base", no pretenden estar expuestas a los elementos del medio ambiente. Las hojas superiores o tejas se aplican típicamente sobre la parte superior de las hojas de base. Las capas bituminosas subyacentes que se refuerzan típicamente con fibra de vidrio (por ejemplo), pero que no tienen ningún material de refuerzo, se utilizan más típicamente bajo las tejas.
En tales modalidades, la composición puede incluir opcionalmente, varios aditivos polimérícos y/o no poliméricos, que se emplean típicamente en tales aplicaciones. Por ejemplo, unos cuantos polímeros utilizados comúnmente para modificar el asfalto, incluyen polipropileno amorfo o atáctico (APP), polialfaolefina amorfa (APAO), poliolefina termoplásgica (TPO), estireno-butadieno-estireno (SBS), estireno-etileno-butadieno-estireno
(SEBS), caucho sintético u otros modificadores asfálticos que mejoran las propiedades del asfalto. La incorporación de tales modificadores al asfalto, amplia su intervalo de temperatura de trabajo para aplicaciones de colocación de techos, y resulta en propiedades mecánicas y viscoelásticas mejoradas.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un material para la colocación de techos, que comprende un núcleo que está saturado y/o recubierto con la composición de acuerdo con una o más modalidades de la presente invención. El núcleo es típicamente un portador de refuerzo o una estera reforzada con fibra de polímero de telas no tejidas, tejidas o una combinación de ambas como refuerzo. Estas esteras pueden hacerse de fibras orgánicas como vidrio o de polímeros orgánicos como poliéster, nylon, poliuretano, polipropileno, etc., o una combinación de polímeros inorgánicos y orgánicos.
Las membranas de asfalto de acuerdo con las modalidades de la presente invención, de manera preferida, exhiben un grado deseable de estirabilidad y resistencia estructural. Algunas membranas pueden utilizarse de manera benéfica para aplicaciones a prueba de agua y de barrera para el agua. En tales modalidades, el contenido de asfalto está por encima de 50% (por ejemplo, 50-100% o 50-90% o 50-70%). En ciertas modalidades, la composición de asfalto está por encima de 60% (por ejemplo, 60-100% o 60-90% o 60-70%), 70% (por ejemplo, 70-100% o 70-90% o 70-80), 80% (por ejemplo, 80-100% u 80-90%), o 90% (por ejemplo, 90-100% o 90-95%).
En aún otro aspecto, la presente invención proporciona una composición "concentrada", que puede diluirse mediante la adición de agua u otro solvente deseado (por ejemplo, solvente orgánico si asi se desea). En una modalidad, la composición "concentrada", incluye un compuesto de organosilicio catiónico de acuerdo con la presente invención en agua. En tales modalidades, el compuesto de organosilicio catiónico está presente típicamente de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 5.0% en peso. En otras modalidades, la presente invención proporciona una composición "concentrada", que tiene al menos un compuesto de organosilicio catiónico en uno o más solventes orgánicos, seleccionados de manera preferida de los solventes referidos previamente. De manera más preferida, ei solvente orgánico es etilenglicol. En otras modalidades, la composición "concentrada", incluye al menos un compuesto de organosilicio catiónico en una mezcla (por ejemplo, dispersión miscible o líquido-liquido) de agua y uno o más solventes orgánicos.
De manera benéfica, las composiciones "concentradas" de acuerdo con las modalidades de la presente invención, pueden empacarse, enviarse y/o almacenarse de manera económica sin requerir un gran volumen o espacio de retención. Las composiciones "concentradas", pueden diluirse con agua, por ejemplo, al momento de la aplicación si así se desea. Las relaciones de dilución para una composición "concentrada" a agua (u otro solvente si se desea), puede variar de 1 parte de la composición "concentrada" a 250 partes de agua, o de 1 parte del "concentrado" a 200,
150, 100, 75, 50, 25 ó 10 partes de agua (u otro solvente adecuado dependiendo del uso pretendido). En una modalidad preferida, la composición "concentrada", comprende al menos un compuesto de organosilicio catiónico en etilenglicol. De manera preferida, el contenido de sólidos de esta modalidad varia de aproximadamente 35% a aproximadamente 55%, o de aproximadamente 40% a aproximadamente 50%. La composición "concentrada" puede diluirse con agua (por ejemplo), para proporcionar una composición diluida que puede utilizarse de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
EJEMPLOS
PRUEBA DE LA ADHESIÓN DEL ASFALTO-AGREGADO
Procedimiento para la preparación de la muestra y prueba de inmersión en agua (resistencia al desprendimiento)
Las composiciones para recubrimiento se prepararon mezclando 3-5 partes de asfalto con 100 partes de agregados o arena. Antes del mezclado, tanto el asfalto como los agregados o la arena se calentaron a 165°C. La mezcla se curó durante 15 minutos a 135°C. Después de la cura prescrita, las muestras se enfriaron y a continuación se sometieron a una prueba de inmersión en agua. Se investigó una variedad de condiciones de inmersión. Éstas incluyen una exposición corta a agua a 80°C de una hora a veinticuatro horas y exposiciones más largas a 40°C (1 , 2 y 5 días). El por
7
ciento de recubrimiento del asfalto restante en el agregado a la terminación de la prueba de inmersión en agua se calificó visualmente en una escala de 0-100%. Las calificaciones por debajo de 95% de retención del asfalto en los agregados después de la prueba de inmersión, se consideran deficientes/fallas. En los siguientes ejemplos, todas las partes están en peso, a menos que se exprese de otra manera.
Las modalidades de la presente invención se ilustrarán ahora mediante los ejemplos de trabajo, que pretenden ilustrar las propiedades mejoradas logradas por las modalidades de la presente invención, y no deben interpretarse como que implican alguna limitación al alcance de la presente invención.
EJEMPLO 1
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C), que contienen de 0.0% a 0.1 % en peso de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)sililjpropiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). 5 partes de estas composiciones de asfalto compuestas, se mezclaron con 100 partes de agregados ígneos. Las mezclas se curaron durante 15 minutos a 135°C, y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Se realizaron las pruebas de inmersión en agua (a 40°C durante 24 horas). Los resultados se muestran en el Cuadro 1.
CUADRO 1
Los resultados muestran una mejora significativa con respecto al asfalto sin aditivo.
EJEMPLO 2
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C), que contienen 0.0% (es decir, un control sin compuesto de organosilicio catiónico) y 0.08% en peso de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). 5 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de agregados ígneos. Las mezclas se curaron durante 15 minutos a 135°C, y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Las pruebas de inmersión en agua se realizaron a 40°C durante cinco días. Los resultados se proporcionan en el Cuadro 2.
CUADRO 2
Las calificaciones del porcentaje de adhesión por debajo de 95% después de la prueba de inmersión se consideran deficientes/fallas. Como se muestra en el Cuadro 2, la composición que incluye 0.08% en peso de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicoi), mostró una adhesión superior a los agregados durante los 5 días. Así, estos resultados indican claramente una mejora significativa de la adhesión del asfalto a los agregados, debido a la adición del compuesto de organosilicio catiónico.
EJEMPLO 3
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C), que contienen 0.0% (es decir, un control sin compuesto de organosilicio catiónico) y 0.08% en peso de cloruro de 3-[trimetoxisilil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicoi). 5 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de agregados ígneos. Las mezclas se curaron durante 15 minutos a
135°C, y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente, después de lo cual las pruebas de inmersión en agua se hicieron a 40°C durante tres días. Los resultados se muestran en el Cuadro 3.
CUADRO 3
Nuevamente, las calificaciones de porcentaje de adhesión por debajo del 95% después de la prueba de inmersión se consideran deficientes/fallas.
EJEMPLO 4
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C), que contenían 0.0% y 0.08% (es decir, un control sin el compuesto de organosilicio catiónico) en peso de cloruro de 3-[dimetox¡(2-hidroxietoxi)silil]propil octadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). 5 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de agregados ígneos. Las mezclas se curaron durante 15 minutos a 135°C y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Las pruebas de inmersión en agua se realizaron a 80°C durante 24 horas.
Los resultados mostraron 98% de retención del recubrimiento del asfalto sobre la superficie de los agregados, en el caso del asfalto que incluye el compuesto de organosilicio catiónico en comparación con menos de 85% en la muestra controlada (es decir, asfalto que no incluye el compuesto de organosilicio catiónico).
EJEMPLO 5
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C) que contienen 0.0% (es decir, un control sin el compuesto de organosilicio catiónico) y 0.08% en peso de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propil-octadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). 3 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de agregados ígneos. Los agregados se clasificaron previamente de manera que 100% pasaron un tamiz estándar de 20 mm, y 100% se retuvieron en un tamiz estándar de 12 mm. Las mezclas se curaron durante 15 minutos a 135°C y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Las pruebas de inmersión en agua se realizaron a 40°C durante cinco días. Los resultados se proporcionan en el Cuadro 4.
CUADRO 4
Nuevamente, las calificaciones del porcentaje de adhesión por debajo de 95% después de la prueba de inmersión se consideran deficientes/fallas.
EJEMPLO 6
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C) que contienen 0.0% (es decir, un control sin el compuesto de organosilicio catiónico) y 0.08% en peso de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). 5 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de agregados de calidad deficiente (estos agregados no eran adecuados para la mezcla de hormigón de asfalto típica, debido a que su absorción de agua estaba por encima del 2%). Las mezclas se curaron durante 15 minutos a 135°C y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Las pruebas de inmersión en agua se realizaron a 40°C durante 24 horas.
Los resultados mostraron que más del 95% de recubrimiento de asfalto permaneció en la superficie de los agregados en el caso del asfalto que incluye el compuesto de organosilicio catiónico, en comparación con menos del 50% del recubrimiento de asfalto en la composición de asfalto de control, que no incluía un compuesto de organosilicio catiónico.
EJEMPLO 7
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C) que contienen 0.0% (es decir, un control sin el compuesto de organosilicio catiónico) y 0.08% en peso de cloruróte 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)sil¡l]propil-octadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). 3 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de arena. Las mezclas se curaron durante 15 minutos a 135°C y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Las pruebas de inmersión en agua se realizaron a 40°C durante un día.
Los resultados mostraron 95% de retención del recubrimiento de asfalto sobre la superficie de la arena en el caso del asfalto que incluye el compuesto de organosilicio catiónico, en comparación con menos del 80% en el agregado recubierto con la composición de asfalto de control, que no incluía un compuesto de organosilicio catiónico.
EJEMPLO 8
Se prepararon muestras de asfalto grado pavimentación (60/70 de penetración a 25°C) que contienen 0.0% (es decir, un control sin el compuesto de organosilicio catiónico) y 0.1 % en peso de cloruro de 3-[trimetoxisilil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en metanol). 4.5 partes de estas composiciones de asfalto compuestas se mezclaron con 100 partes de agregados ígneos. El perfil del tamaño de la partícula de la composición del agregado utilizada para la prueba y evaluación fue como sigue: aproximadamente 45% de las partículas eran menores de 20 mm, pero mayores de 10 mm; aproximadamente 10% de las partículas eran menores de 10 mm, pero mayores de 6 mm; y aproximadamente 45% de las partículas eran menores de 6 mm. Esto es, 100% pasó a través de un tamiz de 20 mm, 45% se retuvo en el tamiz de 10 mm, 10% se retuvo en el tamiz de 6 mm, y 45% pasó a través del tamiz de 6 mm. Las mezclas se curaron durante 120 minutos a 135°C como el tiempo de acondicionamiento estándar, y a continuación se dejaron enfriar a temperatura ambiente, después de lo cual se realizaron las pruebas con agua en ebullición de acuerdo con los procedimientos ASTM D3625. Los resultados se muestran en el Cuadro 5.
CUADRO 5
La muestra de control del hormigón de asfalto después de la prueba de ebullición se muestra en la Figura 1A. La muestra del hormigón de asfalto que incluye (sic) y 0.1 % en peso de cloruro de 3-[trimetoxisilil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en metanol) después de la prueba de ebullición se muestra en la Figura 1 B. La comparación de las Figuras 1A y 1 B, ¡lustra que la inclusión del organosilicio catiónico resulta en que significativamente más asfalto se retiene en los agregados. Esto es, la muestra de control mostrada en la Figura 1A es sin brillo y la mayoría del asfalto se ha retirado del agregado. Por el contrario, la Figura 1 B ilustra que casi todo el asfalto se retiene en la superficie del agregado, como es evidente por la apariencia negra brillante del hormigón de asfalto.
Después de las pruebas de ebullición, el agua residual se eliminó y se inspeccionó para la presencia de cualquier asfalto desprendido en el agua. La Figura 2A muestra el agua residual de la muestra de control. Como se muestra en la Figura 2A, el agua residual de la muestra de control es oscura (por ejemplo, negra), debido a la presencia significativa de asfalto
desprendido de los agregados. La Figura 2B muestra el agua residual de la muestra que incluye el asfalto tratado con el compuesto de organosilicio catiónico. Como se muestra en la Figura 2B, el agua residual es casi transparente, y contiene significativamente menos asfalto desprendido de los agregados. Estos resultados muestran que la muestra de hormigón de asfalto que contiene la sal cuaternario de organosilicio, exhibió más del 95% de adhesión de asfalto en la mezcla de agregados, mientras que la muestra de control perdió todo o casi todo el asfalto de los agregados (es decir, poca a ninguna adhesión al agregado).
EJEMPLO 9
índice de penetración del aglutinante del asfalto
El índice de penetración de los aglutinantes de asfalto grado 80-100 y 60-70, se determinó de acuerdo con el método ASTM D946-09: Especificación Estándar para el Cemento de Asfalto con Penetración Graduada para Utilizarse en Construcción de Pavimento. Los valores de la penetración se obtuvieron para las muestras con 0.1 % y 0.4% de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propil-octadecildimet¡l amonio (solución al 42% en etilenglicol), y para una muestra de control sin una sal cuaternaria de organosilicio de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Los resultados se proporcionan en el Cuadro 6.
7
CUADRO 6
Estos resultados ilustran que la adición de la sal cuaternaria de organosilicio (de acuerdo con las modalidades de la presente invención) al asfalto, ayuda a disminuir el índice de penetración, lo que resultará en una rigidez y resistencia a la tracción mejoradas del HMA (Asfalto en Mezcla Caliente).
EJEMPLO 10
Estabilidad del aglutinante del asfalto
Las muestras del asfalto envejecidas (grado de penetración 60-70) con y sin 0.1% de cloruro de 3-[dimetoxi(2- idroxietoxi)silil]propil-octadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol), se prepararon manteniendo las muestras en un horno a 160°C durante 15 días. Estas muestras de asfalto envejecido caliente se utilizaron para hacer las muestras de HMA (Asfalto en Mezcla Caliente), que contiene 5.1 % de asfalto utilizando agregados de basalto, 33% pasó a través de un tamiz de 20 mm, pero se
retuvo en un tamiz de 10 mm, 24% pasó a través de 10 mm, pero se retuvo en
un tamiz de 6 mm, y 41 % pasó a través de un tamiz de 6 mm. Las muestras
controladas se prepararon utilizando el mismo grado de asfalto sin
envejecimiento. La Estabilidad Marshall, la relación de estabilidad y el valor
del flujo se determinaron de acuerdo con la metodología ASTM
D1075/AASHTO T165: Método de Prueba Estándar para el Efecto del Agua
en la Resistencia a la Compresión de Mezclas Bituminosas Compactadas.
Los resultados se resumen en el siguiente Cuadro 7.
CUADRO 7
Muestra Estabilidad Estabilidad Relación de Valor del
Marshall Marshall estabilidad flujo en seco en (%) mm g húmedo Húmedo/Seco
Kg
5.1% de Asfalto HMA 1650 1260 76.3 2.78 sin la sal cuaternaria
de organosilicio;
controlada: sin
envejecimiento
5.1% de Asfalto HMA 2512 2461 97.9 2.95 con 0.1 de la sal
cuaternaria de
organosilicio;
controlada, sin
envejecimiento
5.1 % de Asfalto HMA 2652 2445 92.2 3.4 con 0.1 % de la sal
cuaternaria de
organosilicio;
Envejecido
Estos resultados ilustran claramente que el HMA que contiene la sal cuaternaria de organosilicio de acuerdo con las modalidades de la presente invención, proporciona mejor relación de estabilidad que sin el uso de una sal cuaternaria de organosilicio de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Estos resultados también sugieren que las muestras envejecidas 15 días que contienen una sal cuaternaria de organosilicio de acuerdo con las modalidades de la presente invención, retuvieron la estabilidad el valor del flujo.
EJEMPLO 11
Aglutinante del asfalto grado desempeño
Las pruebas del aglutinante del asfalto se realizaron utilizando un aglutinante de asfalto PG 64-22 clasificado para el desempeño con 0.0% (control), 0.05% y 0.1 % de cloruro de 3-[dimetox¡(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol). El aglutinante del asfalto se probó de acuerdo con los métodos estándar AASHTO. Los resultados se resumen en el Cuadro 8.
CUADRO 8
Estos resultados muestran que las viscosidades rotacionales a 135°C del aglutinante del asfalto con la sal cuaternaria del organosilicio, son menores que aquéllas del aglutinante del asfalto normal. Una viscosidad menor a 135°C es buena para mezclar y humectar los agregados con el aglutinante del asfalto.
Los resultados también muestran que el módulo de esfuerzo cortante complejo G*, es mayor, mientras que el ángulo de fase permaneció siendo el mismo para las muestras que contienen la sal cuaternaria de organosilicio. Esto es una clara indicación de que la adición de la sal cuaternaria de organosilicio mejora la rigidez con la misma respuesta viscoelástica (ángulo de fase).
La sal cuaternaria de organosilicio que contiene el residuo RFTOT del aglutinante del asfalto, también mostró un incremento en el valor de G* con un ángulo de fase similar. Estos resultados sugieren que los aglutinantes de asfalto que contienen la sal cuaternaria de organosilicio tienen una estabilidad oxidativa mejorada durante el procesamiento.
El residuo del aglutinante del asfalto que contiene la sal cuaternaria de organosilicio envejecido PAV, tuvo mejor rigidez con un valor más alto del ángulo de fase. Esto también indica que la sal cuaternaria de organosilicio mejora la estabilidad oxidativa a largo plazo, y mantiene su respuesta viscoelástica.
Los resultados del Reómetro con haz de flexión muestran que la presencia de la sal cuaternaria de organosilicio en el aglutinante del asfalto redujo la rigidez a una temperatura menor. Esto mejorará la resistencia a la fatiga a baja temperatura.
Todos estos resultados ilustran claramente que la presencia de la sal cuaternaria de organosilicio de acuerdo con las modalidades de la
presente invención, mejora de manera deseable las propiedades del asfalto, en comparación con las propiedades del aglutinante original.
EJEMPLO 12
Prueba de susceptibilidad a la humedad (AASHTO T283)
Se seleccionaron agregados de dos fuentes en Georgia (Lithonia y Lithia Springs) para las pruebas de la mezcla. Las clasificaciones del agregado con el tamaño nominal del agregado de 12.5 mm, se diseñaron para la prueba y la evaluación. Dos muestras de este diseño de la mezcla se hicieron con el aglutinante PG 64-22 con y sin cloruro de 3-(dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propil-octadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol), agregado al aglutinante del asfalto. Las mezclas de asfalto y agregados se compactaron a 65 giros.
Las evaluaciones de cada sensibilidad a la humedad de la mezcla se realizaron midiendo las resistencias a la tracción de acuerdo con el método AASHTO T 283. Las relaciones de la resistencia a la tracción se calcularon utilizando los valores de la resistencia a la tracción de las muestras acondicionadas y no acondicionadas. Un resumen de esos resultados de prueba se muestra en los Cuadros 9 a 14.
CUADRO 9
Agregados de Luthenia con aglutinante de asfalto PG 64-22 (Control)
CUADRO 10
Agregados de Luthenia con aglutinante del asfalto PG 64-22. 0.05% de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silii1propil-octadecildimetil amonio
(solución al 42% en etilenglicol)
Resistencia a Resistencia a Resistencia a Resistencia a Relación de la la Tracción la Tracción la Tracción la Tracción Resistencia a (PSI) no (PSI) no (PSI) (PSI) la Tracción Acondicionada Acondicionada Acondicionada Acondicionada (TSR)
Promedio Promedio
165.05 158.21 143.29 150.08 0.95
153.64 153.47
155.95 153.47
CUADRO 11
Agregados de Luthenia con aglutinante del asfalto PG 64-22, 0.1% de cloruro de 3-fdimetoxi(2-hidroxietoxi)silinpropil-octadecildimetil amonio
(solución al 42% en etilenglicol)
CUADRO 12
Agregados de Lithia Spring con aglutinante del asfalto PG 64-22
(Control)
Resistencia a Resistencia a Resistencia a Resistencia a Relación de la la Tracción la Tracción la Tracción la Tracción Resistencia a (PSI) no (PSI) no (PS!) (PSI) la Tracción Acondicionada Acondicionada Acondicionada Acondicionada (TSR)
Promedio Promedio
182.43 165.87 131.46 135.59 0.82
153.47 130.56
161.72 144.78
CUADRO 13
Agregados de Lithia Spring con aglutinante del asfalto PG 64-22. 0.05% de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silillpropil-octadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol)
CUADRO 14
Agregados de Lithis Spring con aglutinante del asfalto PG 64-22. 0.1% de cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silinpropil-octadecildimetil amonio
(solución al 42% en etilenglicol)
Los valores de TSR de la sal cuaternaria de organosilicio al 0.05% de Lithonia y la sal cuaternaria de organosilicio al 0.05% de Lithia Springs fueron de 0.95 cada uno, mientras que aquéllos de las mezclas de control fueron de 0.85 y 0.82, respectivamente. Las mezclas con 0.1 % de sal
cuaternaria de organosilicio mostraron los valores de TSR de 0.99 y 1.00, ilustrando que la sal cuaternaria de organosilicio ha mejorado de manera significativa la resistencia a la humedad de las mezclas HMA.
EJEMPL0 13
Composición de asfalto en mezcla fría
500 g de una mezcla de agregados de basalto tienen una distribución del tamaño de la partícula como sigue: 33% pasó a través de un tamiz de 20 mm, pero permaneció en un tamiz de 10 mm, 24% pasó a través de un tamiz de 10 mm, pero se retuvo en un tamiz de 6 mm, y 41 % pasó a través de un tamiz de 6 mm. Los 500 g de la mezcla de agregados de basalto se utilizaron para hacer el asfalto de mezcla en frío. La muestra de control se preparó mezclando los agregados con 58.3 g de una emulsión de asfalto grado endurecido rápido (que contiene 60% de sólidos) mediante mezclado manual.
La emulsión de asfalto de endurecido rápido se mezcló con 0.034 g de la sal cuaternaria de organosilicio, cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio (solución al 42% en etilenglicol) disuelto en 0.306 g de agua. La composición de asfalto de mezcla en frío se preparó como se describió anteriormente.
Ambas muestras se secaron durante 48 horas al aire libre (condición atmosférica, intervalo de temperaturas de 25°C a 40°C). Las
muestras se evaluaron utilizando el método ASTM D3625: Práctica Estándar para el Efecto del Agua en los Agregados Recubiertos con Mezcla Bituminosa Utilizando Agua en Ebullición. Los resultados se resumen en el Cuadro 15.
CUADRO 15
Después de las pruebas de ebullición, ei agua residual se eiiminó y se inspeccionó para la presencia de cualquier asfalto desprendido en el agua. La Figura 3A muestra el agua residual de la muestra de control. Como se muestra en la Figura 3A, el agua residual de la muestra de control incluye una gran capa de asfalto oscuro (por ejemplo, negro), que se desprendió de los agregados. La Figura 3B muestra el agua residual de la muestra que incluye el asfalto tratado con el compuesto de organosilicio catiónico. Como se muestra en la Figura 3B, el agua residual es transparente y no puede observase asfalto desprendido de una inspección visual. Estos resultados ilustran claramente que la muestra que contiene la sal cuaternaria de organosilicio mostró una unión mejorada del asfalto al agregado. Por ejemplo, la muestra de control exhibió aproximadamente 30% de desprendimiento (por ejemplo, aproximadamente 30% del asfalto se desprendió del agregado),
mientras que la muestra que contiene la sal cuaternaria de organosilicio exhibió aproximadamente un nivel de desprendimiento del 2% (por ejemplo, aproximadamente 2% del asfalto se desprendió del agregado) tras la inspección visual de acuerdo con la práctica estándar en el campo.
Muchas modificaciones y otras modalidades de las invenciones expuestas en la presente, vendrán a la mente de alguien con experiencia en la técnica a la cual pertenece esta invención, que tiene el beneficio de las enseñanzas presentadas en la descripción anterior. Por lo tanto, se entenderá que la invención no debe limitarse a las modalidades específicas descritas, y que las modificaciones y otras modalidades están pretendidas para incluirse dentro del alcance de ias reivindicaciones anexas. Aunque se emplean términos específicos en la presente, se utilizan en un sentido genérico y descriptivo únicamente, y no para propósitos de limitación.
Claims (1)
- NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1- Una composición de asfalto mineral, que comprende: (a) 100 partes en peso de un agregado mineral; y (b) 3 a 20 partes en peso de un asfalto que comprende de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. 2.- La composición de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de: Y3-aSi(R1 a)R2N+R3R4R5X", Y3. aSi(R1 a)R2P+R3R4R5X", Y3.aSi(R1 a)R2ZX"; y mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de C C ; R1 es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de C C4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C1-C12; X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+. 3. - La composición de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el compuesto de organosilicio catiónico es de la fórmula: Y3-aSi(R1a)R2N+R3R4R5X", en donde Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH2O); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 y 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de C-1-C4; R1 es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de C C4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C-i-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C-i-C-i2; y X se selecciona de cloro, bromo, flúor, yodo, acetato y tosilato. 4. - La composición de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el compuesto de organosilicio catiónico comprende entre aproximadamente 0.01 a aproximadamente 3 por ciento en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico. 5. - La composición de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el compuesto de organosilicio catiónico es al menos uno seleccionado de cloruro de 3-(trimetoxisilil)propildimetiloctadecil amonio, cloruro de 3-(trimetoxisilil)propilmetildidecil amonio, cloruro de 3-(trimetoxisilil)propildimetilhexadecil amonio y cloruro de 3-[dimetoxi(2-hidroxietoxi)silil]propiloctadecildimetil amonio. 6. - La composición de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque R2 es un grupo alquileno de C4. 7. - Una composición de asfalto que comprende; (a) un asfalto y (b) de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. 8. - La composición de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque al menos un compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de: Y3-aSi(R a)R2N+R3R4R5X', Y3-aSi(R1 a)R2P+R3R4R5X", Y3.2Si(R1a)R2ZX "; y mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de C C4; R1 es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de CrC4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C1-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de CrC-|2; X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+. 9 - Una composición de asfalto basada en agua que comprende: (a) una emulsión que comprende asfalto disperso en agua; y (b) de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. 10.- La composición de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque al menos un compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de: Y3.aSi(R1a)R2N+R3R4R5X', Y3_aSi(R1 a)R2P+R3R4R5X", Y3.2Si(R1a)R2ZX"; y mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH2O); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de Ci-C4; R es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de C C4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de C1-C22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C C12; X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+. 1 1 .- Una composición de asfalto mineral basada en agua que comprende: (a) una emulsión que contiene asfalto disperso en agua; (b) agregado mineral; y (c) 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. 12.- La composición de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizada además porque al menos un compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de: Y3-aSi(R1a)R2N+R3R4R5X", Y3.aS¡(R1 a)R2P+R3R4R5X-, Y3.aSi(R1a)R2ZX-; y mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH20) y (CH3CH2OCH2CH20); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de C C4; R1 es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de CrC4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de CrC22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(O)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C C12; X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula CsHsNT. 13 - Una membrana de asfalto que comprende; (a) asfalto; (b) relleno mineral; y (c) de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. 14 - La membrana de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque al menos un compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de: Y3-aSi(R1a)R2N+R3R4R5X', Y3.aSi(R a)R2P+R3R R5X\ Y3-aSi(R1 a)R2ZX"; y mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, O(CH2CH2O)nH, (CH3OCH2CH2O) y (CH3CH2OCH2CH20); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de C C4; R1 es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de C-i-C4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de CrC22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(0)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de C1-C12; X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+. 15 - Una composición utilizada para sistemas de colocación de techos de asfalto, que comprende: (a) asfalto; (b) relleno mineral; (c) una estera reforzada con fibra; y (d) de 0.001 a 5% en peso de al menos un compuesto de organosilicio catiónico en peso del asfalto. 16.- La composición de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque al menos un compuesto de organosilicio catiónico se selecciona del grupo que consiste de: Y3.aSi(R a)R2N+R3R4R5X', Y3-aS¡(R1 a)R2P+R3R4R5X-, Y3.aS¡(R1a)R2ZX-; y mezclas de los mismos, en donde en cada fórmula, Y se selecciona de manera independiente del grupo que consiste de OR, 0(CH2CH20)nH, (CH3OCH2CH2O) y (CH3CH2OCH2CH2O); a tiene un valor seleccionado de 0, 1 ó 2; n es un valor de 1 a 10; R es un alquilo de C C ; R-i es metilo o etilo; R2 es un grupo alquileno de CrC4; R3, R4 y R5 se selecciona cada uno de manera independiente del grupo que consiste de alquilo de CrC22, en donde al menos uno de tales grupos tiene más de 8 átomos de C, -CH2C6H5, -CH2CH2OH, -CH2OH y -(CH2)yNHC(O)R6, en donde y tiene un valor de 2 a 10, y R6 es un radical perfluoroalquilo de CrC12; X es cloro, bromo, flúor, yodo, acetato o tosilato; y Z es un anillo de piridinio de fórmula C5H5N+.
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