マルテネス

マルテンは、アスファルトのn-アルカン（ペンタンまたはヘプタン）可溶性分子成分であり、石油精製業者が原油からガソリンや灯油などの有用な誘導体を取り除いた後に残る残留物です。アスファルテン化合物は、アスファルトのもう一つの主成分です。

構成

粘性液体であるマルテンは、重質で暗色のアスファルト樹脂、第一酸親和物、第二酸親和物、飽和脂肪酸^[1]と、より淡色の油^[2]から構成されています。樹脂はアスファルトの接着性を担い、油はマルテン樹脂とアスファルテン化合物の両方の担体として機能します。マルテンは、アスファルテンと比較して分子量が低く、溶解性が高いという特徴があります。酸性試薬存在下での吸着クロマトグラフィーを用いることで、マルテンは以下の4つの画分に分離できます。

極性化合物は、アスファルテン基質のコロイド分散安定剤として作用する、反応性の高い石油樹脂です。
第一アシダフィンは、酸素、窒素、硫黄を含む、または含まない芳香族炭化水素です。これらは、解膠アスファルテンに対して化学的に適合性のある分散剤となります。
第二アシドアフィンは、直鎖または環状の不飽和石油炭化水素（別名オレフィン）です。やや油状で、やや樹脂状です。
飽和炭化水素（別名パラフィン）は、直鎖または分岐鎖の飽和炭化水素です。アスファルトバインダーの真の油成分であり、アスファルト化合物のゲル化剤として機能します。

分析

アスファルト舗装の劣化は、アスファルト成分の化学反応に起因するのではないかと長年疑われてきました。1959年、フリッツ・ロスラーは次のように述べています。「アスファルト舗装の劣化は、経年劣化に伴う脆化やその他の物理的特性の変化によって引き起こされ、アスファルト成分の全部または一部の化学反応に起因することが一般的に認識されている。」^[3]

アスファルトの成分と劣化過程に寄与する化学反応を特定するために必要な研究を行ったのはロスラーでした。彼の手法は、まず硫酸を用いて可溶性成分を分離し、次にn-ペンタン溶媒を用いて不溶性成分を分離することでアスファルト成分を分離するというものでした^{[4] 。}

ロスラーのゴム産業における研究は、軽質分画のマルテン、酸親和性化合物、飽和脂肪酸の関係を正確に特定する ASTM試験D-2006-70の開発につながりました。この試験は1970年以降更新されていませんが、アスファルト舗装における望ましいマルテン含有量の分布を定義するための正確な基準として今もなお用いられています。

ロストラー分析（別名ASTM試験D-2006-70）

ここで、PC は極性化合物、A1 は第一酸性親和性、A2 は第二酸性親和性、S は飽和炭化水素を表します。

最小最大マルテン分配比 D-2006-70 0.3 0.6 (PC + A1) / (S + A2)

ロスラーは、アスファルト中の低分子量マルテン成分の損失が、老朽化した舗装路面に見られるひび割れや硬化の大きな原因であると突き止めました。この発見は、アスファルト舗装路面に浸透する担体とアスファルト中のマルテン成分を混合し、アスファルト成分の適切なバランスを回復させる市販の再生剤の開発につながりました。

地球化学

マルテンの地球化学的組成は原油の供給源によって異なり、任意のマルテン分画には、例えばコバルト、クロム、銅、鉄、モリブデン、マンガン、ニッケル、ストロンチウム、バナジウム、亜鉛など、さまざまな濃度の基本元素が含まれています。^[5]

参考文献

^ 重油科学センター、「アスファルテンとマルテンの化学についての詳細」、Foster Learning Inc. (http://www.lloydminsterheavyoil.com/asphaltenes2.htm)
^ アスファルト協会、ES-8、1980年1月
^ 舗装保全におけるアスファルト再生剤の役割：アスファルト再生剤の使用と必要性、ジム・ブラウンリッジ http://www.digitalrealitysolutions.com/prl/leaflets/Reclamite-paper-2010.pdf
^ アスファルトバインダーの科学入門、ブライアン・J・マジェスカ、アドベンチャー・マテリアル・ストラテジーズ：https://adventusmaterialdotcom.wordpress.com/2016/07/19/introduction-to-the-science-of-asphalt-binders/
^ López, Liliana; Lo Mónaco, Salvador (2004年2月). 「ベネズエラ、マラ油田およびマラ・オエステ油田産原油の飽和脂肪酸、芳香族脂肪酸、樹脂分画における微量元素および硫黄の地球化学的意義」. Fuel . 83 (3): 365– 374. Bibcode :2004Fuel...83..365L. doi :10.1016/j.fuel.2003.06.001.

[1] 重油科学センター、「アスファルテンとマルテンの化学についての詳細」、Foster Learning Inc. (http://www.lloydminsterheavyoil.com/asphaltenes2.htm)

[2] アスファルト協会、ES-8、1980年1月

[3] 舗装保全におけるアスファルト再生剤の役割：アスファルト再生剤の使用と必要性、ジム・ブラウンリッジ http://www.digitalrealitysolutions.com/prl/leaflets/Reclamite-paper-2010.pdf

[4] アスファルトバインダーの科学入門、ブライアン・J・マジェスカ、アドベンチャー・マテリアル・ストラテジーズ：https://adventusmaterialdotcom.wordpress.com/2016/07/19/introduction-to-the-science-of-asphalt-binders/

[5] López, Liliana; Lo Mónaco, Salvador (2004年2月). 「ベネズエラ、マラ油田およびマラ・オエステ油田産原油の飽和脂肪酸、芳香族脂肪酸、樹脂分画における微量元素および硫黄の地球化学的意義」. Fuel . 83 (3): 365– 374. Bibcode :2004Fuel...83..365L. doi :10.1016/j.fuel.2003.06.001.