アスファルト改質

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相互作用

改 質

クレイトンポリマーは、最も過酷な気候条件でも長期間の供用に耐えられる、高い性能特性をアスファルトに付与することができます。

クレイトンポリマーのユニークな分子構造は、アスファルトとの相互作用により、広い温度範囲の可撓性や弾性、強靭性を高めることができます。そのため、アスファルトの極端な温度域における感温性を低減し、非改質アスファルトと比較して、その性能物性を大幅に高めます。

 

相互作用

低温下では、ポリブタジエンとポリスチレンは混ざり合いません。このクレイトンポリマーDの組成により、ポリスチレンブロックは、海状のポリブタジエン鎖の中に硬い固形の島状に混ざり合っています。

ゴム状のポリブタジエンはいくつかの異なる島状のポリスチレンと結合し、ネットワークを形成します。ポリブタジエンは-90°Cの低温でもゴム状を保持しています。ポリスチレンは約100°Cのガラス転移温度まで固形状です。その結果、クレイトンDポリマーは、広い温度領域でゴム状の物性をもっています。この強いネットワーク構造は100°Cまで保持されます。この構造はポリスチレンドメイン中の物理的な可逆結合によるものなので、高温ではネットワークが壊れ、個々のSBやSBS分子となります。ネットワークは冷却すれば再現されます。この可逆的なネットワークの構成が、クレイトンポリマーの多様性に寄与する主な要因の一つです。

 

吸 着

クレイトンD SBSポリマーは、アスファルトのマルテン相と溶解度パラメータがほぼ同じです。ポリマーはその重量比で9倍までのアスファルト組成分を吸着できるので、低い添加量でも膨潤したポリマーはブレンドのかなりの容積を占めることができます。相溶性の高いアスファルトに3%添加した場合、ポリマーリッチ相は他の(アスファルテンリッチ)相と共連続構造の分散相を示すことが実証されています。

アスファルトの組成はブレンドの最終物性や相溶性のレベルにとって重要な要素です。例えば、注意深く選択されたアスファルトでは、130°C以上で単一分散構造を得ることもできます。芳香族性やマルテン相の平均分子量は、スチレンドメインの強度を弱め、軟化点などの物性に影響します。

 

相互作用

アスファルトとポリマーの相溶性は、改質の成功への鍵です。クレイトンポリマーは、平均溶解度パラメータがアスファルトと近似しており、ポリマーのネットワーク構造を保持しながらアスファルト中のオイル分を吸着することができるので、アスファルトとのブレンドに最適な材料です。

少量のポリマーがアスファルトの成分を吸着し、有効容積を増加させてネットワークを形成するこのユニークな組み合わせは、クレイトンDポリマー改質アスファルトの成功に不可欠なものです。

アスファルトは、粘調性の高い材料から、広い温度範囲にわたってゴム的な挙動を示す利点のあるアスファルトエラストマーに変化します。必要に応じて、最適なアスファルトやポリマー量およびポリマー構造を選択することで、ほとんどすべての気候条件にも適応することができます。

 

相溶性

アスファルト組成の項で述べたように、アスファルトは分子量の小さなものから大きなものまでの混合物ですが、その一部はオイル状のもので、ポリマーに吸着されます。しかし、これらのオイル状の成分は、また大きな分子量成分(アスファルテン)を溶解する役割も果たしています。ポリマーがこれらのオイル状の溶剤を過剰に吸着すると、相分離をひきおこしアスファルテンリッチ層が底部に、ポリマーリッチ層が上部に形成されます。

 

S型カーブ

ポリマー添加量と物性の変化を表すS型カーブは、ポリマーの少量添加による軟化点などの試験物性への劇的な影響を明確に示すものです。

S型カーブは、いろいろなポリマー添加量によって得られる性能レベルを必ずしも反映するものではありませんが、完全な溶解と、特に厳しい加工条件での劣化を避けることが、一定の性能レベルを確保する上で重要なことです。

 

エラストマー性状

クレイトンDポリマーを添加すると、基本的にアスファルトの挙動を粘調性の高い液体から高濃度(約12%)ではゴム状の製品に変えます。これらの変化については、下表を参照してください。

 

ブローンアスファルトとクレイトンDポリマー高濃度改質アスファルトの機械物性比較

測定

単位

ブローンアスファルト

アスファルト
10%クレイトンD

アスファルト
12%クレイトンD

伸び

%

140

1500

2000

永久歪み

%

›100

<10

<10

破断強度

N

0.5

10

15

低温曲げ温度

°C

-5

-20

-35

所 見:

  • 伸びは、高改質(約12%)の試験片が、破断までにオリジナルの長さの20倍伸びることを示しています。
  • 永久歪みは、引張により生じる永久変形が10%以下であることを示しています。
  • 破断強度は、20倍から30倍増加します。
  • 低温曲げ温度は、可撓性や、非常に低い温度でも脆くならない性状を示しています。

 

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