Способ получения битумно-полимерной композиции для рулонного кровельного и гидроизоляционного материалов

Способ получения битумно-полимерной композиции для рулонного кровельного и гидроизоляционного материалов

Реферат

 

Описывается способ получения битумно-полимерной композиции для рулонного кровельного и гидроизоляционного материалов путем смешения при нагревании битума, полимера, наполнителя, отличающийся тем, что в качестве полимера используют полиэтилен и дополнительно вводят пластификатор - нефтяное масло, смешение производят в двух последовательно установленных планетарных смесителях, каждый из которых снабжен двумя мешалками: шнековой и рамной, причем в первый смеситель загружают битум и полиэтилен и перемешивают их при температуре 160-200°С в течение 90-100 мин, затем смесь перекачивают во второй смеситель, вводят пластификатор - нефтяное масло и перемешивают смесь в течение 15-20 мин. Затем добавляют наполнитель и продолжают перемешивать в течение 15-20 мин, при этом смешение компонентов во втором смесителе производят при температуре 140-160°С. Технический результат - разработка технологии смешения битумно-полимерного вяжущего, обеспечивающий равномерное распределение смешиваемых компонентов при сравнительно низких температурах, получение качественного вяжущего, а также кровельного и гидроизоляционного материалов на его основе.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Предлагаемый способ предусматривает технологический процесс приготовления битумно-полимерного вяжущего, состоящего из битума, полимера, пластификатора и минерального наполнителя, и предназначенного для изготовления рулонных мягких кровельных и гидроизоляционных материалов. Вяжущего используется в сочетании с волокнистой основой, пропитывает ее и с обеих сторон образует покровный слой, на который наносится слой посыпки или полимерная пленка для улучшения эксплуатационных характеристик материала и предотвращения слипания его в рулоне. Одним из условий хорошего качества рулонных материалов является однородность свойств вяжущего по объему, что достигается равномерным распределением смешиваемых компонентов в массе. Известны различные способы интенсификации процесса смешения битумно-полимерных композиций. Так в патенте РФ [1] описывается способ смешения в смесителе битума, бутилкаучука, пластификатора и наполнителя, в котором для повышения качества смешения в состав композиции дополнительно вводят фенолформальдегидную или нефтеполимерную смолу, при этом первоначально осуществляют смешение каучука, смолы и диоксида кремния до получения однородной массы, затем вводят разогретый до 170-190^oC битум с температурой размягчения 50^oC, наполнитель вводят до или после введения битума. Известен [2] способ получения битумно-резиновой композиции, в котором с целью повышения технологичности композиции вводят госсиполовую смолу. Смешение осуществляют в смесителе с электрообогревом при температуре 190-210^oC и скорости перемешивания 500-700 об/мин. Недостатками рассмотренных способов является достаточно высокая температура смешения (до 210^oC) и введение дополнительного компонента - смолы, что усложняет технологический процесс и повышает стоимость получаемого материала. Описан способ [3] приготовления битумно-каучукового вяжущего, в котором с целью равномерного распределения каучука в битуме, каучуксодержащий компонент вводят в растворенном состоянии с последующим удалением растворителя при нагреве вяжущего до 180^oC. Введение и последующее удаление растворителя усложняет технологический процесс, снижает безопасность процесса, ухудшает экологическую ситуацию на рабочих местах. Более равномерное распределение компонентов может быть достигнуто путем повышения температуры при смешении. Описан способ [4] , позволяющий уменьшить вязкость битумного вяжущего, согласно которому полиолефиновый материал, преимущественно полиэтилен или полипропилен, и битум смешивают и гомонизируют при температуре 260-310^oC наиболее близким к предлагаемому способу получения битумно-полимерной композиции является способ приготовления битумного вяжущего, описанный в заявке Великобритании [5], который авторами принят за прототип. Согласно описанию этого способа, для получения битумного вяжущего расплавленный битум при нагревании смешивают с полиолефином для растворения и равномерного распределения полиолефинов в расплаве битума и продолжают перемешивание при нагревании до тех пор, пока вязкость раствора при данной температуре не понизится до значения ниже той вязкости, которую этот раствор имел бы при той же температуре непосредственно после приготовления. Смешение проводят при температуре 260-310^oC. Минеральный наполнитель, например измельченный кварц, нагревают и нагретый смешивают с вяжущим. Недостатком данного способа является высокая температура смешения, которая усложняет технологический процесс, требует значительных энергетических затрат, может привести к деструкции полимера. Перед сливом в пропиточную ванну такое вяжущее необходимо охладить, т.к. нагретое до такой высокой температуры вяжущее пропитает волокнистую основу, но не сможет образовать покровный слой из-за низкой вязкости. Кроме того, нагрев минерального наполнителя является дополнительной операцией, требующий также энергетических затрат.

Технической задачей предлагаемого изобретения являлась разработка технологии смешения битумно-полимерного вяжущего, обеспечивающей равномерное распределение смешиваемых компонентов при сравнительно низких температурах, получение качественного вяжущего, а также кровельного и гидроизоляционного материалов на его основе.

Поставленная цель достигается путем применения двухстадийного смешения в двух последовательно установленных смесителях. В первом осуществляют смешение битума и полимера: полиэтилена при температуре 160-200^oC. Затем двойную смесь перекачивают во второй смеситель, к ней добавляют остальные компоненты - пластификатор, в качестве которого выбрано нефтяное масло, и минеральный наполнитель и смешение продолжают при более низкой температуре 140-160^oC. Удовлетворительное качество смешения получают путем оптимального выбора температуры.

Исследование зависимости вязкости битума от напряжения сдвига при различных температурах позволило выбрать температурные режимы смешения. В диапазоне температур от 85 до 160^oC проявляется тип кривых течения со слабо выраженным эффектом аномалии вязкости и высоким абсолютным значением вязкости. При последующих высоких температурах характер кривых течения изменяется: проявляется зависимость вязкости от нагрузки, т.е. реализует истинно вязкое течение. Это можно объяснить изменением структуры материала под воздействием температуры. Первый диапазон температур вызывает размягчение материала, однако сохраняет внутреннюю структуру его, обусловленную межмолекулярным взаимодействием. Второй диапазон температур приводит к разрушению пространственных контактов, что позволяет реализоваться перемещению макромолекул в направлении потока, поэтому вязкость изменяется по традиционной зависимости от нагрузки. Температура 160^oC является критической температурой, начиная с которой происходит истинно вязкое течение материала. Для смешения битума с полиэтиленом авторами выбран диапазон температур 160-200^oC, когда межмолекулярная структура битума разрушена и вязкость его низкая. В таком битуме полиэтилен легко распределяется, образуются новые надмолекулярные структуры битумно-полимерной смеси. Снижение температуры такой смеси уменьшает подвижность структурных элементов и таким образом фиксирует вновь образовавшуюся структуру, которую не следует разрушать при дальнейшем смешении с пластификатором и наполнителем, т.к. последние заполняют межструктурные ячейки и не участвуют в образовании структурной сетки. Перекачка двойной смеси из первого смесителя во второй и введение холодных пластификатора и наполнителя снижают температуру смеси. Во втором смесителе поддерживают температуру 140-160^oC. Повышения температуры в первом смесителе выше 210^oC следует избегать, т.к. при такой температуре возможны процессы деструкции и зашивки, наблюдается охрупчивание битума. Снижение температуры во втором смесителе ниже 140^oC нецелесообразно, т.к. выбранная температура обеспечивает оптимальную вязкость смеси после слива ее в пропиточную ванну, нужную для пропитки вяжущим волокнистой основы и формирования на ней покровного слоя.

Для смешения компонентов вяжущего выбран смеситель планетарный с электрообогревом и двумя мешалками: шнековой мешалкой с числом оборотов 48,9 об/мин и рамной мешалкой с числом оборотов 34,5 об/мин. И у рамной и у шнековой мешалки лопасти или угол атаки направлены на опускание смеси вниз. Сочетание таких мешалок обеспечивает перемещение смешиваемой массы вяжущего как вокруг оси, параллельно плоскости днища смесителя, так и вдоль оси, т.е. по высоте смесителя. Минимальное время смешения определялось временем, необходимым для получения однородного состава при смешении. Для смешения битумно-полимерной композиции в первом смесителе оно составляет 90 мин, для смешения всех компонентов во втором смесителе - 30 мин. Руководствуясь экономической и технологической целесообразностью, авторами выбран предел по времени смешения: для первого смесителя 90-100 мин, для второго 30-40 мин.

Технологический процесс осуществляется следующим образом.

Пример.

В смеситель планетарный с электрообогревом и двумя мешалками (шнековой и рамной) загружают 2000 кг битума марки БН - 70/30 с температурой 180^oC, вводят полимер-полиэтилен в количестве 125 кг, смешивают при температуре 170- 175^oC в течение 95 мин, смесь перекачивают во второй такой же конструкции смеситель, добавляют последовательно 100 кг нефтяного, например индустриального, масла и через 15 - 20 мин 700 кг минерального наполнителя, температура смеси снизилась до 140-150^oC, перемешивают в течение еще 15-20 мин, далее смесь вяжущего сливают в пропиточную ванну, через которую с помощью системы валков пропускают предварительно высушенную стеклоткань шириной 100 см и плотностью 200 г/м². Стеклоткань, пропитанную и покрытую с двух сторон вяжущим пропускают через ванну с водной суспензией каолина так, чтобы верхняя поверхность полотна была покрыта слоем водной суспензии каолина, далее нижнюю сторону полотна дублируют с полиэтиленовой пленкой и такой материал через систему охлаждающих барабанов направляют на намоточный станок и затем в виде рулонов на склад. Испытание пробы вяжущего из ванны показало удовлетворительную однородность при нанесении его на зеркальную поверхность и высокую температуру размягчения методом кольца и шара.

Формула изобретения

Способ получения битумно-полимерной композиции для рулонного кровельного и гидроизоляционного материалов путем смешения при нагревании битума, полимера, наполнителя, отличающийся тем, что в качестве полимера используют полиэтилен и дополнительно вводят пластификатор - нефтяное масло, смешение производят в двух последовательно установленных планетарных смесителях, каждый из которых снабжен двумя мешалками: шнековой и рамной, причем в первый смеситель загружают битум и полиэтилен и перемешивают их при температуре 160 - 200^oС в течение 90 - 100 мин, затем смесь перекачивают во второй смеситель, вводят пластификатор - нефтяное масло и перемешивают смесь в течение 15 - 20 мин, затем добавляют наполнитель и продолжают перемешивать в течение 15 - 20 мин, при этом смешение компонентов во втором смесителе производят при температуре 140 - 160^oС.