木质素类生物柏油制造技术

本发明专利技术涉及组合物，该组合物包括沥青；任选地植物油或其衍生物；和木质素制剂，其中木质素制剂的特征在于：相对于木质素制剂的重量，木质素纯度为60‑100wt.％；和木质素平均分子量为1000‑5000g/mol。组合物可为柏油粘结剂组合物或柏油组合物。因此，本发明专利技术还涉及包括本发明专利技术的组合物的铺路材料或屋顶材料。此外，本发明专利技术涉及制备柏油组合物的方法，包括将沥青与填料材料混合，将木质素制剂和植物油添加至所获得的混合物，优选地其中同时添加木质素制剂和植物油。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】木质素类生物柏油
本专利技术涉及具有低沥青(bitumen)含量的柏油(asphalt)粘结剂和用于制备其的方法的领域。这些柏油粘结剂用于制备柏油组合物，例如用于柏油道路建设，尤其是玛蹄脂碎石柏油或多孔柏油道路建设。
技术介绍
柏油一般通过由沥青类粘结剂将集料和填料材料混合而制备。沥青来源于油蒸馏工艺中最重的部分。它可由于油的不同来源以及由于所采用的不同蒸馏工艺而具有不同的特性。然而，沥青的特征在于存在各自具有不同的分子量范围的四类物质：饱和烃、芳香烃、树脂和沥青质。因为沥青从化石来源获得，所以在减少CO2排放和有利的环境影响方面期望(部分地)用具有更高的可持续性的替代品代替沥青。来自生物质的木质素被认为是柏油和其他应用中部分沥青的潜在替代物。木质素在植物中充当粘结剂以向植物提供强度和刚度，并且具有与沥青的芳族馏分和沥青质馏分的结构相似性，例如因为两者都含有由烷基链连接的相似的不饱和芳族环。此外，木质素还具有粘合剂特性和UV稳定性特性。木质素是植物材料中存在的最丰富的天然聚合物之一(仅次于纤维素和半纤维素)。它作为纸浆和纸张的生产工艺中的侧流以及作为纤维素生物乙醇的生产中的不可发酵的侧流产生。由于上述原因，已经描述了含有沥青和木质素的柏油粘结剂组合物。然而，用这种粘结剂组合物获得的柏油组合物的加工需要高温。此外，所获得的柏油具有有限的强度。因此，本专利技术的目的是克服如上所述的一个或多个缺点，并且特别是提供改进的柏油粘结剂。
技术实现思路
本公开提供了一种组合物，该组合物包括：-沥青；-任选地植物油或其衍生物；和-木质素制剂，其中木质素制剂的特征在于：-相对于木质素制剂的重量，木质素纯度为60-100wt.％；和-木质素平均分子量为1000-5000g/mol。该组合物可为柏油粘结剂组合物或柏油组合物。因此，本公开也涉及包括本公开的组合物的铺路材料或屋顶材料。此外，本公开涉及制备柏油组合物的方法，该方法包括：将沥青与填料材料混合，将木质素制剂和植物油添加至所获得的混合物，优选地其中(基本上)同时添加木质素制剂和植物油。本公开的技术导致沥青的部分的但重要的替代，化石衍生的原油蒸馏馏分。因此本公开将使得化石沥青的使用显著降低，并且将提高化石工业的独立性并将节省能量和改进柏油的制造工艺中的CO2足迹。在本公开中，将特定的木质素制剂与(煮沸的)植物油或其衍生物结合使用，以优选地替代柏油粘结剂中大于50％的沥青。已经发现，根据本公开的具有特定特征的木质素制剂在干燥和湿润条件下均提供改进的柏油强度。木质素优选地在未经事先改性的情况下施加，并且通常在对于沥青的50％替代水平施加。植物油的添加有利于达到改进的相容性(例如更好的混合)和更低的加工温度，在该温度下没有可观察到的交联发生。具体实施方式在第一方面中，本公开涉及一种组合物，该组合物包括：-沥青；-任选地植物油或其衍生物；和-木质素制剂，其中木质素制剂优选地特征在于-相对于木质素制剂的重量，木质素纯度为至少30、35、40、45、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60wt.％，优选地至少61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77，78、79、80、85、90或70-100wt.％；和/或-木质素平均分子量为至少500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500g/mol和/或至多10000、8000、7000、6000、5000、4000、3000、2500g/mol，最优选地1000-5000g/mol。组合物可用作或包括在柏油(粘结剂)组合物中。因此，本公开进一步涉及包括如本文所描述的组合物的铺路材料，以及包括如本文所描述的组合物的屋顶材料。如所提到的，组合物的第一优选的成分为沥青，其对于不同应用是已知的，最重要的是作为道路铺路材料的集料掺混物。沥青来源于油蒸馏工艺中最重的部分。它可由于油的不同来源以及由于所采用的不同蒸馏工艺而具有不同特性。然而，沥青的特征在于存在各自具有不同分子量范围的四类物质：饱和烃、芳香烃、树脂和沥青质。本组合物中的沥青可选自原始沥青、再生沥青或其混合物。相对于木质素制剂的重量，沥青可以以至少0、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100wt.％和/或至多300、250、200、180、150、125、110wt.％，优选地80-120wt.％的量存在。组合物进一步包括(煮沸的)植物油，或非化石衍生的油，优选地选自亚麻籽油、大豆油、葵花籽油和红花油。优选地，植物油在20℃下的动态粘度为0.01-1600Pa.s或0.01-1000、0.03-500或0.05-250，优选地在20℃下为0.1-100、0.2-50、0.3-20、0.4-10、0.5-5或0.5-2Pa.s。运动粘度可根据ASTMD445或其等效的BS188通过使用Ubbelohde粘度计来确定。动态粘度可通过将运动粘度数据乘以密度而由运动粘度数据计算(参见例如Gallagher等人；Am.Oil.Chem.Soc.，54，68-70，1977)。植物油的较高动态粘度可通过煮沸实现，从而与没有煮沸的植物油比较，获得具有增加的粘度的煮沸的植物油。这里，煮沸可指植物油的氧化聚合以便获得期望的动态粘度。煮沸的亚麻籽油有时称被为lynpave油。植物油可为天然植物油(优选地非化石类)的衍生物，比如其多元醇酯或植物油类醇酸。这种醇酸通常通过植物油或脂肪酸与多羟基醇，如(二)季戊四醇、甘油、山梨糖醇、木糖醇等，和二酸或三酸(酸酐)；例如琥珀酸、呋喃二羧酸或酞酸(酸酐)的反应制备。或者和/或另外，植物油可为改性的。优选地，植物油选自由下述组成的组中：亚麻籽油、大豆油、葵花籽油和红花油，和/或在最优选的实施方式中，植物油是不饱和的。或者和/或除上面提到的植物油的衍生物之外，本公开中可使用干燥脂肪酸、半干燥脂肪酸或其混合物作为植物油衍生物，比如烯化的不饱和共轭或非共轭C12至C24羧酸，例如油酸、蓖麻油酸、亚油酸、亚麻酸、藤酸(licanoicacid)和桐酸或其混合物，通常以源自天然或合成油的脂肪酸的混合物的形式使用。适当的天然油的实例包括但不限于红花、妥尔油、金盏花油、菜籽油、花生油、大豆油、桐油、亚麻籽油、沙丁鱼油、鲱鱼油、芝麻油、橄榄油、脱水蓖麻油、动物油、葵花籽油、棉籽油和其混合物。相对于沥青的重量，植物油或其衍生物可以以至少0、0.1、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.组合物，包括：/n-沥青；/n-任选地植物油或其衍生物；/n-木质素制剂，其中所述木质素制剂的特征在于：/n-相对于所述木质素制剂的重量，木质素纯度为60-100wt.％；和/n-木质素平均分子量为1000-5000g/mol。/n其中所述组合物为：/na)用于制备柏油的粘结剂，相对于所述组合物的总重量，所述粘结剂包括至多90wt.％沥青，至少10wt.％木质素制剂，和任选地至少0.1wt.％植物油；或/nb)柏油组合物，相对于所述组合物的总重量，所述柏油组合物包括至多10wt.％沥青，至少0.5wt.％木质素制剂，至少60wt.％填料材料，和任选地至少0.05wt.％植物油。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171113 EP 17201291.61.组合物，包括：
-沥青；
-任选地植物油或其衍生物；
-木质素制剂，其中所述木质素制剂的特征在于：
-相对于所述木质素制剂的重量，木质素纯度为60-100wt.％；和
-木质素平均分子量为1000-5000g/mol。
其中所述组合物为：
a)用于制备柏油的粘结剂，相对于所述组合物的总重量，所述粘结剂包括至多90wt.％沥青，至少10wt.％木质素制剂，和任选地至少0.1wt.％植物油；或
b)柏油组合物，相对于所述组合物的总重量，所述柏油组合物包括至多10wt.％沥青，至少0.5wt.％木质素制剂，至少60wt.％填料材料，和任选地至少0.05wt.％植物油。


2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述木质素制剂的特征进一步在于：
-软化温度为至少95℃，优选地至少97℃；
-相对于所述木质素制剂的重量，碳水化合物含量为至多20wt.％，优选地至多10wt.％；
-相对于所述木质素制剂的重量，蛋白质含量为至多10wt.％，优选地至多5wt.％；
-相对于所述木质素制剂的重量，灰分含量为至多12wt.％，优选地至多5wt.％；和/或
-酚式羟基含量为每克所述木质素制剂至少2mmol。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的组合物，其中所述植物油选自亚麻籽油、大豆油、葵花籽油和红花油；和/或其中所述植物油具有在20℃下0.1-1600Pa.s，优选地在20℃下0.1-100Pa.s的动态粘度。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的组合物，其中所述沥青选自原生沥青、再生沥青或其混合物。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的组合物，其中所述组合物为用于制备柏油的粘结剂，所述组合物包括
-相对于所述组合物的总重量，至少10wt.％和/或至多75wt.％沥青，优选地至多60wt.％沥青；
-相对于所述组合物的总重量，至少25wt.％和/或至多80wt.％木质素制剂，优选地至少40wt.％木质素制...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·阿德里亚努斯·兰达，理查德·约翰内斯·安东尼厄斯·戈斯林卡，
申请(专利权)人：瓦赫宁根基础研究所，阿斯法特肯尼斯中心公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL