Полимерный модификатор битума

Полимерный модификатор битума

Реферат

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, к получению модификатора для полимерно-битумных вяжущих, применяемых в дорожном и гражданском строительстве для устройства дорог, герметизации швов автодорожного полотна, аэродромов, спортивных площадок; устройства кровли и гидроизоляции строительных конструкций, а также мостовых сооружений; в лакокрасочной промышленности.

Известна композиция (патент RU №2266934, C08L 95/00, опубл. 27.12.2005), включающая в качестве резиносодержащего полимерного модификатора битум, полиэтилен, резиновую крошку, в качестве пластифицирующей добавки мазут, а в качестве девулканизирующего неорганического соединения - известь строительную, при этом используется вторичный полиэтилен как низкого, так и высокого давления. Основным недостатком получения данного резиносодержащего полимерного модификатора битума является высокая продолжительность его приготовления при высоких температурах: ввод в битум резиновой крошки, смешанной с известью строительной, производится при температуре 160°С в течение 3-4 часов для достижения максимальной степени набухания крошки. Как известно, нагрев битума при таких высоких температурах в течение столь длительного времени приводит к деструкции битумного вяжущего, что влечет ухудшение эксплутационных свойств мастичного материала. К тому же такой технологический режим является очень дорогостоящим по энергозатратам.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является полимерный модификатор битума (патент RU №2158742, C08L 95/00, C08L 95/00, C08L 9:00, C08L 17:00, C08L 23:16, опубл. 10.11.2000 г., прототип), включающий битум, полидиеновый каучук, полимер этилена или сополимер этилена с пропиленом, минеральное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум БНД 60/90 или 90/130	50-80
Резиновая крошка	10-25
Каучук синтетический полиизопреновый СКИ-3	1-5
Сополимер этилена с пропиленом или полиэтилен
высокого давления ПЭВД	1-10
Масло минеральное (соляровое, индустриальное
масло И-8А, нафтапласт)	1-15

При введении в битум известного полимерного модификатора битума (прототипа) получаемые мастики обладают относительно низкими значениями температуры размягчения, что не соответствует требованиям материалов, применяемых для устройства кровельного ковра и аэродромных битумных покрытий. Кроме того, изобретение было отнесено к получению модификатора для битумно-полимерных вяжущих (БПВ), применяемых в дорожном и гражданском строительстве для покрытия дорог, аэродромов, спортивных площадок, кровли. Однако ряд физико-химических показателей, а именно теплостойкость, температура гибкости на стержне R=25 мм, адгезия как к минеральной части, так и к бетонной поверхности, водопоглощение и некоторые другие, не приведены, а значит, полного соответствия БПВ с применением известного модификатора требованиям вышеперечисленных покрытий не достигается, что является существенным недостатком. Еще одним недостатком является использование относительно большого количества (до 15%) различных синтетических каучуков, что значительно удорожает себестоимость модификатора. Также существенным недостатком является достаточно сложная, энергозатратная, дорогостоящая технологическая схема и высокая продолжительность приготовления (около 2 ч) данного модификатора (прототипа) при высоких температурах (до 250°С), что приводит к деструкции битумного вяжущего, как следствие, к ухудшению эксплутационных свойств мастичного материала и дополнительно появляется отрицательное влияние на экологию окружающей среды.

Задачей изобретения является создание полимерного модификатора битума для приготовления битумно-полимерных вяжущих, используемых при устройстве и ремонте дорожного полотна и устройстве кровельного ковра различных сооружений, в том числе мостовых и в лакокрасочной промышленности, обладающих улучшенными показателями теплостойкости, упругодеформационными свойствами и увеличенным сроком службы кровельного, гидроизоляционного покрытия и мастики для ремонта дорожного полотна на базе более доступных компонентов и их меньшего количества при более высокой технологичности получения модификатора и повышении экологичности производства модификатора и БПВ с его содержанием.

Поставленная задача решается созданием:

1. Полимерного модификатора битума, отличающегося тем, что в качестве полимера содержит нефтеполимерную смолу и сополимер этилена с винилацетатом, в качестве растворителя и дополнительно пластификатора - масло растительное при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смола нефтеполимерная	20-80
Сополимер этилена с винилацетатом	10-30
Масло растительное	10-50

2. По п.1, отличающийся тем, что в качестве масла растительного используют масла рапсовые, жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ), дистиллированное талловое масло (ДТМ).

3. Способ получения битумно-полимерных вяжущих, используемых при ремонте дорожного полотна и устройстве кровельного и гидроизоляционного ковра различных сооружений, в том числе мостовых сооружений, при получении битумных лакокрасочных материалов, включающий смешение битума, полимерного модификатора (ПМ) и, возможно, наполнителя, отличающийся тем, что в качестве ПМ используют полимерный модификатор по п.1 и дополнительно введенное растительное масло в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум	70,0-98,7
Нефтеполимерная смола	0,5-10,0
Сополимер этилена с винилацетатом	0,3-5,0
Масло растительное (общее количество)	0,5-10,0
Наполнитель	0,0-5,0

4. По п.3, отличающийся тем, что в качестве битума используют битумы нефтяные строительные марки БН 90/10, БН 70/30, или битумы нефтяные дорожные марки БНД 60/90, БНД 90/130, или вторично использованный битум (ВИБ).

5. По п.3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя могут быть использованы тальк, доломит, отходы катализатора или любое неорганическое соединение, содержащее металлы переменной валентности (Со, Mn, Pb, Ni, Cu, Fe, Cd, Cr, Zn, Ca, Mg).

В качестве битума нефтяного строительного БН 90/10, БН 70/30, битума нефтяного дорожного БНД 60/90, БНД 90/130 используются соответствующие марки битумов по ГОСТ 6617-76 и по ГОСТ 22245-90 соответственно или другим стандартам, имеющим качество не меньшее, чем в приведенных ГОСТ; а в состав применяемого вторично использованного битума входили следующие изношенные компоненты, мас.%: битум нефтяной кровельный по ГОСТ 9548 59-68, тальк 22-24, песок для строительных работ по ГОСТ 8736 2-4, стеклоизол 8-13.

В качестве растительного масла могут использоваться масла рапсовые по ГОСТ 8988-77, ГОСТ 8808-91, ГОСТ 8807-94, ГОСТ 8988-2002, которые вырабатываются путем прессования и экстракции семян рапса, жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ) по ГОСТ 14845-79, дистиллированное талловое масло (ДТМ) по ТУ 13-4000177-26-84.

В качестве нефтеполимерной смолы может использоваться, например, смола синтетическая нефтеполимерная по ТУ 2451-089-05766801-99 - конечный продукт процесса инициированной и каталитической полимеризации стиролсодержащих фракций продуктов пиролиза.

В качестве сополимера этилена с винилацетатом может использоваться, например, сополимер этилена с винилацетатом марки 11507-070 (с 21-30 мас.% содержанием винилацетата) по ТУ 6-05-1636-97.

В качестве наполнителя используют тальк по ГОСТ 21235-75, доломит по ГОСТ 23735-79, отходы катализатора по ГОСТ 849-97 и любое неорганическое соединение, содержащее металлы переменной валентности (Со, Mn, Pb, Ni, Cu, Fe, Cd, Cr, Zn, Ca, Mg).

Последовательность приготовления полимерного модификатора битума и получения битумно-полимерных вяжущих при его использовании следующая:

1. Приготовление полимерного модификатора битума: нефтеполимерная смола измельчается (диспергируется) до мелкозернистого состояния, после чего в расчетном количестве вводится в растительное масло. Далее добавляется расчетное количество сополимера этилена с винилацетатом. После чего смесь нагревается до температуры 100-110°С и перемешивается в течение 15-20 минут до полного растворения.

2. Получение битумно-полимерных вяжущих с применением разработанного полимерного модификатора: битум нефтяной строительный (или битум нефтяной дорожный, или ВИБ) разогревается до 140-150°С и тщательно перемешивается. Далее в битум вводится расчетное количество разработанного полимерного модификатора, после чего полученное БПВ перемешивается в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С.

Далее введением и перемешиванием в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С в вышеприготовленную смесь дополнительного количества растительного масла (пластификатора) достигается необходимое качество получаемого материала.

Введение модификатора возможно как постадийно: сначала разработанный ПМ, а затем дополнительное количество растительного масла, так и одновременно двумя потоками или в виде смеси. Затем в разогретое БПВ при 140-150°С дозируется в расчетном количестве наполнитель.

Примеры приготовления образцов III и VI

Образец III

1. Приготовление полимерного модификатора битума: нефтеполимерная смола измельчается (диспергируется) до мелкозернистого состояния, после чего в количестве 58 г вводится в 25 г растительного масла, затем дозируется 17 г сополимера этилена с винилацетатом (расчет на 100 г смеси), таким образом, получается 75%-ная дисперсия смеси полимеров в пластификаторе (компонент А). Данная смесь нагревается до температуры 100-110°С и перемешивается в течение 15-20 минут до полного растворения.

2. Получение битумно-полимерного вяжущего с применением разработанного полимерного модификатора (введение ПМ в данном образце предусмотрено постадийно): 90 г битума нефтяного строительного (БН 90/10) разогревается до 140-150°С и тщательно перемешивается. Далее в битум вводится 5 г (компонент А) разработанного ПМ, после чего полученное БПВ перемешивается в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С.

Далее введением и перемешиванием в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С в выше приготовленную смесь 5 г растительного масла (пластификатора - компонент В) достигается необходимое качество получаемого материала.

Таким образом из расчета на 100 г содержание компонентов следующее: 90 г битума нефтяного строительного (БН 90/10), 10 г ПМ (компонент А+компонент В).

А в пересчете на количественный состав компонентов модификатора, состав БПВ имеет следующий вид: 90 г битума нефтяного строительного (БН 90/10), 3 г нефтеполимерной смолы, 1 г сополимера этилена с винилацетатом и 6 г растительного масла.

Образец VI

Получение битумно-полимерного вяжущего с применением разработанного ПМ: 75 г битума нефтяного строительного (БН 70/30) разогревается до 140-150°С и тщательно перемешивается, затем вводится 15 г описанного выше (см. образец III) компонента А ПМ и тут же дозируется 5 г растительного масла при перемешиваниии в течение 15-20 мин и температуре 140-150°С для достижения необходимого качества получаемого материала. Затем в полученное БПВ вводится 5 г наполнителя и перемешивается при той же температуре и продолжительности.

Таким образом из расчета на 100 г содержание компонентов следующее: 75 г битума нефтяного строительного (БН 70/30), 20 г. ПМ (15 г компонента А и 5 г компонента В), 5 г наполнителя.

А в пересчете на количественный состав компонентов модификатора, состав БПВ имеет следующий вид: 75 г битума нефтяного строительного (БН 70/30), 9 г нефтеполимерной смолы, 3 г сополимера этилена с винилацетатом, 8 г растительного масла и 5 г наполнителя.

Результаты физико-химических испытаний некоторых образцов битумно-полимерных вяжущих (БПВ) представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Компонентный состав исследуемых БПВ
Компонентный состав	Образцы	Прототип
не модифицированные (%)	модифицированные (%)
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Битум нефтяной строительный БН 90/10	100	-	-	-	-	98,5	70	90	87	-	-	-	-	-	-	-
Битум нефтяной строительный БН 70/30	-	100	-	-	-	-	-	-	-	91	75	-	-	-	-
Битум нефтяной дорожный БНД 60/90	-	-	100	-	-	-	-	-	-	-	-	-	93	88	-	80
Битум нефтяной дорожный БНД 90/130	-	-	-	100	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	89	-
Вторично использованный битум (ВИБ)	-	-	-	-	100	-	-	-	-	-	-	78	-	-	-	-
Нефтеполимерная смола						0,5	10	3	5	4	9	9	5	7	9	-
Сополимер этилена с винилацетатом	-	-	-	-	-	0,3	5	1	-	-	3	3	-	-	-	-
Растительное масло						0,5	10	6	5	5	8	10	2	3	2	-
Наполнитель	-	-	-	-	-	-	5	-	3	-	5	-	-	2	-	-
Модификатор прототипа	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	20

Таблица 2
Физико-химические показатели исследуемых БПВ
Показатели	Образцы	Прототип
не модифицированные	модифицированные
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
Температура размягчения, °C (ГОСТ 11506-73)	88	80	47	43	115	89	87	89	81	87	86	95	68	65	63	53
Глубина проникания иглы 0,1 мм при 25°С (ГОСТ 11501-78)	15	32	62	96	5	17	42	35	39	36	36	54	41	43	44	-
Теплостойкость, °С (ГОСТ 2678-81)	-	-	-	-	-	87	85	87	79	85	85	88	66	63	62	-
Гибкость слоя мастики при температуре, °С (ГОСТ 10296-79:- на стержне диаметром 15 мм	-	-	-	-	-	-8	-25	-25	-26	-20	-18	-20	-18	-16	-17	-
- на стержне диаметром 25 мм	-	-	-	-	-	-10	-30	-28	-29	-23	-21	-25	-21	-19	-20	-
Температура хрупкости (ГОСТ 11507-78)	-5	-7	-10	-11		-9	-30	-26	-27	-22	-20	-25	-20	-18	-19	-20
Водопоглощение за 24 часа при 20°С, г/м2 (ГОСТ 2678-81)	0,03	0,02	0,03	0,04	0,04	0,03	0,03	0,03	0,04	0,03	0,02	0,04	0,04	0,03	0,03	-
Адгезия к минеральной части, баллы (ГОСТ 11508-76)	1	1	3	3	2	1	1	1	1	1-2	1	1	2	2	2	-
Адгезия к бетонной поверхности, кГс/см2 (ГОСТ 2678-81)	2,2	2,1	1,5	1,5	3,2	2,3	2,3	2,3	2,5	2,3	2,5	1,7	1,8	1,7	1,7	-
Водонепроницаемость под гидростатическим давлением, кГс/см2	2,8	2,6	2,0	2,0	2,7	2,5	2,5	2,5	2,8	2,5	2,8	2,1	2,2	2,2	2,2	-

Как следует из таблицы 1, БПВ, полученные при использовании разработанного ПМ, превосходят известную композицию (прототип) по температуре размягчения (теплостойкости), температуре хрупкости и, как следствие, по поведению при перепаде температур в различных климатических зонах, а потому относятся к числу покрытий с увеличенным сроком службы как в случае кровельных материалов, так и вяжущих, используемых при дорожном строительстве. Кроме того, предложенные образцы БПВ не уступают, а по некоторым показателям и превосходят, значения различных ГОСТ (а именно по водопоглощению, водонепроницаемости под гидростатическим давлением, упругодеформационным свойствам при низких температурах, по показателю адгезии к минеральной части и к бетонной поверхности). Дополнительно необходимо отметить, что улучшенные показатели БПВ при применении предлагаемого модификатора достигаются при кратно меньшем содержании модификатора в составе БПМ, существенно меньшей себестоимости 1 тонны получаемого вяжущего, а также существенно более простой технологической схемы и экологичном производстве модификатора.

1. Полимерный модификатор битума, отличающийся тем, что в качестве полимера содержит нефтеполимерную смолу и сополимер этилена с винилацетатом, в качестве растворителя и дополнительно пластификатора - масло растительное при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смола нефтеполимерная	20-80
Сополимер этилена с винилацетатом	10-30
Масло растительное	10-50

2. Модификатор битума п.1, отличающийся тем, что в качестве масла растительного используют масла рапсовые, жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ), дистиллированное талловое масло (ДТМ).

3. Способ получения битумно-полимерных вяжущих, используемых при ремонте дорожного полотна и устройстве кровельного и гидроизоляционного ковра различных сооружений, в том числе мостовых сооружений, при получении битумных лакокрасочных материалов, включающий смешение битума, полимерного модификатора (ПМ) и возможно наполнителя, отличающийся тем, что в качестве ПМ используют полимерный модификатор по п.1 и дополнительно введенное растительное масло в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум	70,0-98,5
Нефтеполимерная смола	0,5-10,0
Сополимер этилена с винилацетатом	0,5-5,0
Масло растительное (общее количество)	0,5-10,0
Наполнитель	0,0-5,0

4. Способ п.3, отличающийся тем, что в качестве битума используют битумы нефтяные строительные марки БН 90/10, БН 70/30, или битумы нефтяные дорожные марки БНД 60/90, БНД 90/130, или вторично использованный битум (ВИБ).

5. Способ п.3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя могут быть использованы тальк, доломит, отходы катализатора или любое неорганическое соединение, содержащее металлы переменной валентности (Со, Mn, Pb, Ni, Cu, Fe, Cd, Cr, Zn, Ca, Mg).