说明书 耐冷流的沥青块 本发明所属技术领域和工业实用性
本发明涉及用于如屋顶和路面用途的改进沥青块。具体地讲，本发明进一步提供在模具内制得增强的沥青块，获得甚至在炎热天气下保持形状的沥青块。本发明的另外特征提供位于沥青块内用于提供增强和降低由于在温暖天气下沥青冷流造成的变形的增强模塑件。本发明的另一个特征提供聚合物模塑件用于增强处理特征如把手和楔，产生将沥青块敲在一个表面上时帮助使沥青块裂成两半的薄弱点。当在熔化锅内熔化沥青块时，由于插入沥青包装件中聚丙烯和/或TruMelt配制剂模塑件的熔化，本发明的进一步特征提供烟雾降低的能力。
【发明背景】
在沥青工业中，一种向用户运输沥青的方式是以单个包装件或块的形式，建筑承包商常将这种包装件或块用作屋顶或其它建筑用途的沥青来源。单个沥青包装件常常是以常规屋顶沥青加工设备，通过将熔化的沥青倾入由金属底和纸制圆筒形侧壁的容器中而形成的。典型的是在约177℃温度下将沥青倾入，在将包装件运送给用户如屋顶承包商之前将该沥青包装件冷却24小时。在除去纸张和金属容器后，这些纸张和金属容器成为废物，屋顶工人将固体沥青进行燃气熔化。
已经开发出不需除去或废弃容器的包装件。在美国专利5,452,800和5,307608中披露了这种包装的一种类型，这两篇专利涉及采用薄聚丙烯膜作为单独包装手段及制备方法。在此将这些专利披露的内容引入作为参考。
已经开发出的另一类可消耗沥青包装件是由专利US 5,733,616和5,765,686描述的可模塑容器，这两篇专利披露地内容在此引入作为参考。可消耗的容器由包括沥青和聚合物材料的组合物模塑而成。这种容器可设计成圆筒形或长方形，也可以是锥形以利堆垛，包括这样的特征如方便处理的手柄和用于加强尺寸稳定性的环状突出物或圆周肋。
尽管已经获得了具有在沥青熔化锅内烟雾减少优点的可模塑可消耗的容器，在下游传统沥青块模塑工艺中还特别需要进行改进以降低冷流和帮助处理模塑沥青块。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供在制造和使用过程中方便处理的沥青块或包装件。另外的目的是提供独立及坚固并能够抵抗特别是在温暖的天气下由于沥青冷流造成的变形的包装件。进一步的目的是提供可在工作现场，当其被敲击在一个硬表面时，容易破裂成小片的容器或沥青块，从而减少或消除清理小片沥青的工作。本发明的进一步目的是提供更坚固的沥青块，该沥青块具有在温暖天气下改进的耐冷流性能，同时也减少了当熔化用于在传统模塑工艺中生产下游沥青块时在熔化锅中的排放。可以通过本发明的沥青块达到这些和其它目的。
本发明的一个方面可用于如传统沥青模具的容器，该模具是不消耗的。这些传统模具的典型材质是金属、塑料、薄纸板或这些材料的结合，用于制造沥青块。这样制造的沥青块有严重的冷流问题。本发明的一个实施方案直接改进在不可消耗模具中生产的沥青块的冷流变形，该实施方案包括用于模具内的固位设施如聚合物膜衬里或带。衬里具有从约2-5密耳的厚度，衬附于沥青倾入其中的模具。衬里可以片或膜、仅衬附于模具的侧壁或边，或衬附于模具的整个内表面。在另一个实施方案中，用于改进冷流的固位设施包括聚合物的板、棒或梁。在这些实施方案中，固位件包括最高100％总的聚合物。在特别优选的实施方案中，聚合物是聚丙烯、聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯、EMA或和沥青结合的聚合物如TrumeltTM(见专利5,733,616)。
在一个实施方案中，本发明的沥青块或包装件包括破裂设施，该破裂设施包括衬里膜之后在模具或容器底部加入的楔或模塑部件。破裂设施也可用于不包含衬里膜的模具。楔或部件可在沥青倾入模具之前或之后加入，通过将楔或部件定向使锐边或更窄的边朝向块的内部。楔或模塑部件由如聚丙烯或任何其它不显著降低沥青强度或性能的聚合物制成。本发明的破裂设施使可在使用现场破裂的较大沥青块的生产成为可能。在优选的实施方案中，当块熔化时楔或模塑部件也降低气体排放。
在另一个实施方案中，在向模具内加入沥青之前将聚合物膜固位设施加入。在优选实施方案中，增强聚合物膜带可以放置、胶合、粘合、或印模在聚合物膜的内部或外部。另一个实施方案采用了聚合物膜带，但没采用聚合物膜衬里。聚合物膜带也可作为如可消耗容器或不可消耗容器中的固位件。
用于块增强以降低冷流问题的进一步实施方案包括采用增强模塑件或梁。将模塑件或梁沿模具的边使用，置于模具内部。可将梁用于在可消耗或不可消耗容器中采用聚合物膜衬里的场合。
另外的实施方案涉及采用将聚合物模塑件插入或模塑入模具内以形成在获得的沥青块中的把手。
结合详细描述和附图，本发明的其它特征和优势是显而易见的。
附图筒述
图1a表示如美国专利5,307,608中描述的规则聚丙烯模具。
图1b表示其中聚合物膜如PP或PE用作模具衬里的技术，该衬里在图1c所示的将沥青倾入之前进行。
图2a表示插入或模塑入模具内以形成在沥青块中的把手的模塑件。模塑件可置于每一边或某一边。至少将一个用于模具内。如图2a(ⅰ-ⅲ)所示的任何特征可以单独或一起使用以模塑沥青块。此外，在倾入熔融沥青之前，如图1所示将聚合物膜衬里插入模具内。
图3表示采用聚合物带以增强模具边。如图所示带也可和聚合物衬里一起使用。
图4a表示在模具的边4b采用增强模塑件。该图表示模塑件可在有或没有聚合物膜的情况下使用，当和膜一起使用时，可在膜的内部或外部。图4b和c显示用于边增强的模塑件也可作为把手或楔。
图5显示采用成形的模塑件以方便块破裂。
图6a显示采用位于模具内的多个聚合物带。
图6b表示采用位于模具内的多个梁以减少冷流。
本发明的详细描述和优选实施方案
在一个可供选择的优选实施方案中，将可溶于沥青中的薄聚合物膜，优选具有从约1密耳到5密耳厚度的聚丙烯膜，作为一个或多个容器的覆盖设施。在一个优选实施方案中，聚丙烯膜可放置在容器每层的顶部(如每层板9个沥青容器)。另一个实施方案包括采用收缩包装或伸展包装用作容器的覆盖设施。
用于本发明的沥青包括粗沥青或加工沥青，优选从约30到约100磅的数量，熔化用于如屋顶或路面的用途。名词“沥青”和“粗沥青或加工沥青”是指包括来自炼油厂的沥青残渣以及天然存在的含沥青物质如沥青、黑沥青、焦油沥青及硬沥青，或已经过吹气或化学加工或处理过的这些材料。例如，可在催化剂如氯化铁等存在下以空气吹制的沥青。沥青可以是常规屋顶软制沥青或路面级沥青，以及其它类型的沥青，包括如防水沥青、蓄电池用沥青及密封剂沥青的特种沥青。也可采用不同种类沥青的掺合物。优选沥青的环球软化点高于约90℃。这种软化点典型地是根据ASTM D36方法测量的。
容器或模具优选由木材、金属、纸张、薄纸板或其结合制成。例子可见美国专利5,452,800、5,307,608和3,387,778，这些专利在此引入作为参考。
在一个优选实施方案中，按照本发明的沥青块可用于包装路面沥青，降低这种沥青熔化时的烟雾。例如，块可包含从AC-2到AC-50范围，更优选为从AC-10或AC-20的气吹路面级沥青。用于这样沥青的聚合物添加剂(粒料、固位设施和/或破裂设施)，以块的总重量(添加剂加上包含的沥青)为基础，优选用于聚合物组合物的聚合物材料数量为从约0.25％到5％重量。优选的块组合物包括(按重量计)从约95％到约99.75％、最优选约97％到约99.75％沥青，和从约0.25％到约5％的聚合物材料。应当注意，尽管大部分聚合物可溶于沥青，但在按照确定在沥青中溶解性的ASTM方法中，有些聚合物不溶解。例如，聚丙烯尽管可溶于沥青，但不溶于用于ASTM方法中的三氯乙烯。因此，在0.25％到约5％的聚合物材料中，不溶于三氯乙烯的聚合物类型应当不大于约1％。根据采用的聚合物添加剂的数量，当材料在熔化锅或加热罐中熔化时，与单独的沥青(无任何聚合物)在熔化锅内熔化时相比，产生的目视烟雾明显减少。目视烟雾减少可以不透明性降低作为量度。
添加的聚合物优选具有从约10到约95克/10分钟的熔体流动指数，更优选为从约25到约85克/10分钟，甚至更优选为从约35到约75克/10分钟。较低的熔体流动指数一般表示更粘的聚合物。如果熔体指数太低，在没有搅拌的情况下，很难将聚合物在沥青中分散。按照ASTM D1238方法B在190℃和2.16kg负荷下测定熔体流动指数。当然，和在此提到的其它参数一样，这个参数也可用其它合适的测试方法测定。
在优选的实施方案中，加入的粒料聚合物(见系列号08/990,012的相关美国申请)、固位设施和/或破裂设施具有比沥青相对低的密度，这样它可以升到熔化锅的上表面并在熔化沥青的顶面形成聚合物渣沫或皮层，从而可减少烟雾。聚合物应当和沥青互溶和相容，以所添加的量使用不会明显地改变沥青的性能。优选的聚合物材料选自聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、合成橡胶如SBS、SBR、SEBS、EPDM，以及它们的混合物。优选的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为从约5％到约40％重量，优选为从约9％到约28％重量，因此它可溶于沥青。也可采用其它合适的聚合物以及这样聚合物的混合物。
在另一个实施方案中，加入的粒料、固位设施和/或破裂设施包括沥青聚合物掺合物，如美国专利5,733,616中描述的Trumelt。
优选加入按沥青和聚合物的总重量计从约0.25％到约5％重量的聚合物。对于用作屋顶沥青的块，以沥青和聚合物的总重量为基础，更优选从约0.5％到约3％，甚至更优选从约1％到约2.5％。对于用作路面级沥青的块，以沥青和聚合物的总重量为基础，更优选从约1％到约5％。
可将一种或多种填料材料，如碎石、玻璃纤维、滑石粉、碳酸钙、Permamob(从Owens-Corning获得)、EBS蜡或硅石加入到沥青中。在包装沥青的某些最终用途中不需要这样的填料材料。然而应当理解，当计算沥青中的其它指定材料的百分比时，应将填料材料忽略；因此，此处给出的成分重量百分比是以材料或组合物中任何填料或类似材料以外的材料或组合物总重量为基础计。
非必要地，可将非聚合物的化学改性剂如磷酸、氯化铁、EVA和EBS加入到块组合物中。这样可容许在容器中填充一种或几种标准沥青，而作为优化沥青实现预期用途的所需化学添加剂是通过添加剂加入到沥青中的。因此，可按照每个用户的规格有效地生产沥青块。
根据本发明的熔化沥青可用作路面沥青，优选易冷流的沥青。聚合物材料和/或另外成分可有益地增强用作路面应用沥青的性能，如高温性能，该性能可在包装件熔化时由联邦高速公路协会(Federal HighwayAssociation)制订的战略高速公路研究计划(Strategic HighwayResearch Program)(SHRP)的规范测定。用于改进沥青路面性能的举例聚合物是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、EMA、SBS和聚丙烯。添加剂的组成可非必要地包括一种或多种填料，如有机或无机纤维。
作为选择，按照本发明制成的熔化沥青可用作屋顶沥青。优选地，没有聚合物(加入聚合物之前)的沥青满足按照ASTM D312(见表1)、更具体ASTM D312-89至少一类屋顶沥青的要求。优选的例子包括Ⅲ型(该沥青用作建筑屋顶结构时，在具有从大约8.3％(1英寸/英尺)斜率到25％(3英寸/英尺)斜率的斜坡上和屋顶温度下，相对不易流动)和Ⅳ型沥青(该沥青用作建筑屋顶结构时，在具有从大约16.7％(2英寸/英尺)斜率到50％(6英寸/英尺)斜率的斜坡上和屋顶温度下，相对不易流动)。优选向沥青中加入聚合物能降低烟雾，但不显著改变沥青的性能。所以其中加入聚合物的沥青优选也满足按照ASTM D312至少一类屋顶沥青的要求。更优选地，其中加入聚合物的沥青满足用于Ⅲ型屋顶沥青的下述ASTM D312规范的要求：软化点(按ASTM D36)为85-96℃；闪点最小246℃；针入度(按ASTM D5)在0℃时最小为6dmm，在25℃时为15-35dmm，在46℃时最大为90dmm；延性(按ASTM D-113)25℃时最小为2.5厘米；溶解度(按ASTM D2042)在三氯乙烯中至少为99％。优选向沥青中加入聚合物使沥青软化点的改变不超过约9℃，更优选不超过约3℃；沥青针入度的改变在25℃时不超过约10dmm。优选的屋顶沥青包装件重约40到约100磅。优选为50(32.6kg)，包括容纳有Ⅲ型ASTM D312-89沥青的本发明容器。
表1用于屋顶沥青的物理要求 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 Ⅳ型性能 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大软化点°F(℃) 135 (57) 151 (66) 158 (70) 176 (80) 185 (85) 205 (96) 210 (99) 225 (107)闪点°F(℃) 475 (246) 475 (246) 475 (246) 475 (246)针入度在32°F(0℃) 3 6 6 6在77°F(25℃) 18 60 18 40 15 35 12 25在115°F(46℃) 90 180 100 90 75延性在77°F(25℃),cm 10.0 3.0 2.5 1.5在三氯乙烯中的溶解度，％ 99 99 99 99
优选将可消耗的聚合物组合物模塑成本发明的固位和/或破裂设施。将模塑的固位和破裂设施在加入熔化沥青之前或之后插入模具中，然后沥青经冷却而固化，优选采用冷却的或常温空气。
图3表示采用聚合物膜衬里或带用作制备沥青块的固位件。固位件包括最高100％总的聚合物，具有从约1.3密耳到约6密耳的厚度，优选为约2到约5密耳。合适的固位件包括如聚丙烯、聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯的聚合物。
在另一个实施方案中，固位设施是板、带、棒或置入模具内用于增强的聚合物。可将固位设施如图4b所示取向以提供沥青块冷流性能的改进。根据采用的聚合物及在固位设施中相对于沥青的量，被采用时固位设施也可以改进沥青的操作和强度性能。当和衬里一起使用时，固位设施可在向模具中放入衬里之前或之后放入模具内。在优选的实施方案中，将固位设施在衬里之后放入模具内。
固位设施可如图4b所示与模具边平行放置。也可将固位设施沿模具边平齐放置或保持一定的距离放置。在一个实施方案中，如图6所示采用至少两个这样的固位设施，然而如图6a所示也可将多个固位设施放置于模具内。也可采用固位设施和破裂设施的结合。
尽管已经参照优选的特征和实施方案对本发明作了详细的描述，但是，对于技术人员来说，对所述内容进行适当变更是不难的。例如，容器的尺寸和多种特征的构型是可适当变更的。侧面或端面凹槽可以是具有单个或多个平的或弯曲的表面，该凹槽可以一直向上延伸至容器顶面的周边，以有助于进一步减少充装沥青时发生的变形。因此，本发明并不受上述说明的限制，而是由所附权利要求书及其等同的内容所规定。