Адгезионная добавка для битумов полифункционального действия

Адгезионная добавка для битумов полифункционального действия

Реферат

 

Описывается адгезионная добавка для битумов полифункционального действия, включающая имидазолины различной структуры, отличающаяся тем, что имидазолины различной структуры представлены амидо-, бис- и аминоэтилимидазолинами и дополнительно добавки содержит амидопиперазины, мас.%: 1. Амидоимидазолины - 40 - 50, n = 1,2; 2. Бисимидазолины - 10 - 20; 3. Аминоэтилимидазолины - 15 - 25, m = 1,2; 4. Амидопиперазины - 5 - 25, x = 0,1, где R - углеводородный радикал С_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смесей. Технический результат - получение ПАВ "Амидан" для битума, которое максимально улучшает адгезию битума к кислым породам при минимальном расходе, обладает высокой термостальностью и хорошим антиокислительным действием в битуме. 3 табл.

Изобретение относится к области получения строительных материалов, а именно к получению поверхностно-активных веществ (ПАВ) для улучшения адгезии битума к кислым горным породам, для замедления старения битума, к синтезу ПАВ с повышенной термостабильностью в битуме, т.е. сохраняющим свои функциональные свойства при повышенных температурах в течение длительного времени.

Известна адгезионная поверхностно-активная добавка БП-3 для улучшения сцепления битумов с кислыми и основными горными породами, получаемая реакцией циклоконденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами, основными поверхностно-активными соединениями в котором являются алкиламидоамины. Недостатком ПАВ БП-3 является повышенный расход (1-2%), низкая термостойкость в битуме (при температуре выше 140^oC начинают происходить процессы деструкции ПАВ).

Наиболее близким к заявленным ПАВ являются адгезионные ПАВ для битумов класса имидазолинов, получаемые термической циклоконденсацией синтетических жирных кислот и полиэтиленполиамина (ПЭПА) [2]. Недостатком указанных ПАВ является невысокая термостабильность в битуме, слабое антиокислительное действие, т.е. слабое замедление старения битумов.

Целью изобретения является получение ПАВ "Амидан" для битума, которое максимально улучшает адгезию битума к кислым породам при минимальном расходе, обладает высокой термостабильностью и хорошим антиокислительным действием в битуме. Поставленная цель достигается тем, что добавка ПАВ включает амидо-, бис- и аминоэтилимидазолины и дополнительно содержит амидопиперазины, мас.%: 1. Амидоимидазолины - 40 + 50, n = 1, 2 2. Бисимидазолины - 10 - 20 3. Аминоэтилимидазолины - 15 - 25, m = 1, 2 4. Амидопиперазины - 5 - 25, x = 0, 1 где R - углеводородный радикал С_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смеси.

ПАВ "Амидан" получают термической реакцией циклоконденсации смеси полиэтиленполиаминов (ПЭПА) и пиперазинов со смесью насыщенных и ненасыщенных жирных кислот с длиной углеводородного радикала от С₈ до С₂₆. Состав смеси ПЭПА и пиперазинов следующий, мас. %: Диэтилентриамин (ДЭТА) - 25 - 35 Триэтиленпентамин (ТЭТА) - 15 - 25 Тетраэтиленпентамин (ТЭПА) - 15 - 25 - Аминопиперазин ( - АП) - 8 - 12 ди- Аминопиперазин (ди -АП) - 5 - 10 Реакция циклоконденсации смеси ПЭПА и пиперазинов со смесью ненасыщенных и насыщенных жирных кислот осуществляется при молярном соотношении кислот и ПЭПА с пиперазинами 1: (1,1 - 1,3).

Расчетные количества ПЭПА, пиперазинов и жирных кислот из емкостей через дозирующие устройства подаются в реактор. При перемешивания исходных компонентов происходит повышение температуры реакционной массы вследствие экзотермической реакции нейтрализации жирных кислот ПЭПА. После перемешивания реакционной массы в течение 20-30 мин включали подачу азота, обогрев и постепенно повышали температуру в реакторе в течение 3-4 ч до 200^oC и далее от 200 до 240^oC в течение 1 ч. Процесс циклизации завершается нагреванием реакционной массы при 240 - 260^oC в течение 3-4 ч с последующей отгонкой избыточных аминов при пониженном давлении (20-50 мм рт. ст.).

Физико-химические показатели ПАВ "Амидан" приведены в таблице 1.

Пример. Для получения ПАВ "Амидан" использовали смесь ПЭПА и пиперазинов со смесью насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (состав ПЭПА с пиперазинами приведен выше) при молярном соотношении кислот и ПЭПА с пиперазинами 1 : 1,2. После окончания реакции циклоконденсации полученный продукт имел воскообразный вид, светло-коричневый цвет, температуру плавления 50^oC, аминное число, мг HCL/г - 120; кислотное число, мг КОН/г - 10; содержание амидоимидазолинов - 45% масс, бисимидазолинов - 15 мас.%, аминоэтилимидазолинов - 15%, амидопиперазинов - 25 мас.% (структурные формулы названных веществ приведены выше).

Известно, что битумы имеют плохое сцепление (адгезию) с кислыми горными породами (гранит, кварц и т.д.). Битумы, находясь в составе композиционных материалов, в процессе эксплуатации подвергаются атмосферному старению, т.е. происходят процессы окисления битумов кислородом воздуха, сопровождающиеся повышением хрупкости битума, что усиливает процессы коррозии битумоминеральных материалов и уменьшает их срок службы. На условия применения существующих адгезионных ПАВ оказывает влияние низкая их термостабильность, т.е. ограничения по температуре и сроку жизни добавок в битуме при технологической температуре до момента их объединения с минеральными материалами.

Заявляемое изобретение решает следующую техническую задачу: улучшение адгезии битума к кислым горным породам, замедление старения битумов путем использования термостабильного адгезионного ПАВ.

Введение расплавленного ПАВ производится в разогретый до рабочей температуры (100-150^oC) битум, перемешивание продолжается 10-20 с. Расход ПАВ "Амидан" составляет 0,25-1% от массы битума. Оценка адгезионной стойкости битума проводилась путем оценки сцепления битума с кислыми горными породами по ГОСТ 11508-74 при различном количестве ПАВ в битуме. Данные по сцеплению и физико-механические свойства битума приведены в таблице 2.

Битумная пленка для битумов без ПАВ отслаивается от минерального материала после 30 минут кипячения почти полностью. При введении в битум 0,25% ПАВ от его массы сохраняется для известного ПАВ менее 3/4 площади битумной пленки после кипячения, а для предлагаемого ПАВ более 3/4 площади.

При увеличении расхода ПАВ у битума с предлагаемым ПАВ сцепление также выше, чем у битума с известным ПАВ. При расходе ПАВ 1% от массы битума показатели сцепления у битума с известным и предлагаемым ПАВ одинаковые.

Для определения антиокислительных свойств ПАВ, т.е. способности ПАВ замедлять старение, битум прогревался в тонком слое в течение 5 ч при 163^oC с различным количеством ПАВ в битуме. Затем определялась температура размягчения битума. Данные по изменению температуры размягчения битума после прогрева ( Т) приведены в таблице 3.

У предлагаемого ПАВ "Амидан" температура увеличивается при всех концентрациях ПАВ в меньшей степени, чем для известного ПАВ.

ПАВ "Амидан" термостабильно при высоких температурах. После прогрева при 170^oC в течение 12 ч при концентрации ПАВ "Амидан" 1% от массы битума сцепление его с кварцевым песком остается по образцу N 1 по ГОСТ 11508-74.

Для известного ПАВ сцепление битума при 1%-ной концентрации известного ПАВ [2] в битуме после прогрева ухудшается до образца N 3 по ГОСТ 11508-74.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Кучма М.И. Поверхностно-активные вещества в дорожном строительстве. - М.: Транспорт, 1980, с. 151.

2. Бабаев В.И., Королев И.В., Гридчин А.М., Шухов В.И. Технические поверхностно-активные вещества из вторичных ресурсов в дорожном строительстве - М.: Транспорт, 1991, с. 47.

Формула изобретения

Адгезионная добавка для битумов полифункционального действия, включающая имидазолины различной структуры, отличающаяся тем, что имидазолины различной структуры представлены амидо-, бис- и аминоэтилимидазолинами и дополнительно добавка содержит амидопиперазины, мас.%: 1. Амидоимидазолины - 40 - 50, n = 1, 2 2. Бисимидазолины - 10 - 20 3. Аминоэтилимидазолины - 15 - 25, m = 1, 2 4. Амидопиперазины - 5 - 25, x = 0, 1.

где R - углеводородный радикал С_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3