Резиносодержащий модификатор битума

Резиносодержащий модификатор битума

Реферат

Изобретение относится к области получения композиций, используемых в дорожном строительстве для покрытий дорог, тротуаров, площадок, а также для модификации битумов, применяемых для гидроизоляции кирпичных и бетонных строительных конструкций и кровли.

Известен полимерный модификатор битума [Патент РФ 2158742, 7 C08L 95/00, опубл. 10.11.2000], включающий битум БНД 60/90 или 90/130, полиизопреновый каучук СКИ-3 1-5%, полимер этилена или сополимер этилена с пропиленом 1-10%, минеральное масло 1-15% и в качестве модифицирующей добавки содержащий предварительно деструктированную в битуме резиновую крошку в количестве 10-25%. Недостатки данного модификатора обусловлены применением каучука СКИ-3, вязкость по Муни которого составляет 75-85, что снижает технологические свойства из-за наличия в сырых каучуках плотных гетерогенных включений. Такие включения нарушают однородность смеси. Также недостатком модификатора является большое содержание предварительно частично деструктированной резиновой крошки, частицы которой имеют развитую пористую поверхность, что приводит к значительному поглощению масла и еще больше повышает неоднородность смеси.

Известен резиносодержащий полимерный модификатор битума [Патент РФ 2266934, C08L 95/00, опубл. 27.12.2005], который содержит, мас.%: битум БНД 60/90 42-47, мазут 2-5, резиновая крошка 30-35, вторичный полиэтилен низкого или высокого давления 3-7, известь строительная 3.0-6.0. Модификатор повышает температуру размягчения и снижает температуру хрупкости битума. Однако он имеет существенный недостаток, который обусловлен высоким содержанием резиновой крошки, что приводит к образованию комков и увеличивает неоднородность композиции.

В качестве прототипа выбрана резиносодержащая добавка, по сути своей являющаяся модификатором и служащая для улучшения свойств неокисленного битума [авторское свидетельство СССР 1807999, опубл. 07.04.93], в состав которой входит полимерная добавка, наполнитель (тальк) и шинный регенерат по ОСТ 38422-86 или полибутадиен. Полимерная добавка представляет собой смесь двух линейных блоксополимеров, звездообразного блоксополимера и полистирола.

В предварительно приготовленный модификатор, полученный смешиванием его компонентов, нагретых до температуры 130°С, вводится неокисленный битум, также предварительно разогретый до температуры 150-170°С, и вся композиция перемешивается. Недостатки данного модификатора обусловлены тем, что он содержит большое количество талька, способствующего быстрому отверждению модифицируемого битума. Основные недостатки модификатора по прототипу - недостаточно высокая эластичность и низкая адгезия к наполнителю битумов, модифицируемых описанным составом.

Задача изобретения - создание модификатора, способствующего повышению эксплуатационных характеристик материалов на основе битума.

Технический результат - повышение эластичности битума при одновременном повышении адгезии к наполнителю.

Поставленная задача решается тем, что модификатор битума имеет в своем составе битум, полимерную добавку и регенерат резинотехнических изделий. От прототипа модификатор отличается тем, что дополнительно содержит мазут и/или гудрон, органическую перекись (перекись дикумила или перекись бензоила), в качестве полимерной добавки содержит полиамид, а в качестве упомянутого регенерата использован регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе и содержащий фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000 не менее 10%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум	15-18
полиамид	3-9
гудрон и/или мазут	15-20
органическая перекись (перекись дикумила или перекись бензоила)	5-8
регенерат остальное	до 100

В качестве полиамида используют кордный синтетический материал, находящийся в регенерате.

Более подробно сущность изобретения раскрывается в приведенных ниже примерах реализации.

В примерах используются следующие компоненты, входящие в состав модификатора:

- регенерат резинотехнических изделий - преимущественно шинный регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе, содержит фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000, соответствует ТУ 2511-011-23143512-05, а метод его получения описан в журнале «Каучук и резина» [Шаховец С.Е., Смирнов Б.Л. Интенсивная технология регенерации резины. - Каучук и резина, №1, 2006 г., стр.34-36];

- битум БДУС 70/100 (ТУ 0256-096-00151807-97) или БНК 45/180;

- полиамид - шинный синтетический корд;

- мазут ГОСТ 10585-63;

- гудрон масляный ГОСТ 783-63;

- перекись дикумила ТУ 38-40-255-83;

- перекись бензоила - перкадокс - инструкция НИИРП - И-405/1-001-2006.

Модификатор готовят следующим образом.

В смеситель, обогреваемый до температуры 160°С, загружают 1260 граммов регенерата резинотехнических изделий (РТИ), 400 граммов гудрона, 160 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивают в течение 5-7 минут, после чего осуществляют подачу 400 граммов битума, разогретого до температуры 150-170°С, и перемешивают еще 5 минут. После смешивания жидкая масса выливается в диспергатор, откуда выходит в виде гомогенной массы и собирается в аппарате с мешалкой. В нем полученный модификатор перемешивается в течение 10-15 минут. В случае, если регенерат получен из крошки отходов автомобильных шин [Крошка резиновая СТО 2511-001-58146599-2004], то он уже содержит от 6 до 115 граммов переработанного кордного синтетического волокна, например полиамида. В противном случае полиамид в соответствующем количестве вводят дополнительно.

Ниже приводятся примеры композиций модификатора, приготовленных описанным выше образом.

Пример 1

Модификатор готовят в смесителе при температуре 150-160°С. В смеситель загружается 1260 граммов регенерата, состоящего из 660 граммов шинного регенерата с содержанием 58.8 граммов синтетического корда и из 600 граммов регенерата РТИ на основе метилстирольного каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.

После 5 минут перемешивания добавляют 300 граммов разогретого до 160°С битума (марка БНК 45/180) и 300 граммов гудрона, после чего добавляется 100 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой.

Пример 2

Модификатор готовят в смесителе при температуре 150-160°С. В смеситель загружается 1347 граммов регенерата, состоящего из 639 граммов шинного регенерата с содержанием 74.9 граммов синтетического корда и из 708 граммов регенерата РТИ на основе бутилового каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.

После 5 минут перемешивания добавляют 424 грамма разогретого до 160°С битума (марка БДУС 70/100), затем 250 граммов гудрона и 250 граммов мазута, после чего добавляется 150 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой.

Пример 3

В смеситель загружается 1000 граммов регенерата, состоящего из 730 граммов шинного регенерата с содержанием 100 граммов синтетического корда и из 270 граммов регенерата РТИ на основе бутилового каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.

После 5 минут перемешивания добавляют 362 грамма разогретого до 160°С битума (марки БДУС 70/100) и 400 граммов гудрона, после чего добавляется 140 граммов перекиси бензоила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой.

Пример 4

В смеситель загружается 1056 граммов регенерата, состоящего из 700 граммов шинного регенерата, содержащего 105 граммов синтетического корда, и из 356 граммов регенерата на основе натурального каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.

После 5 минут перемешивания добавляют 380 граммов разогретого до 160°С битума (БДУС 70/100), добавляют 420 граммов мазута, после чего добавляется 148 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается еще 5 минут и через роликовый диспергатор направляется в аппарат с мешалкой.

Пример 5

Композицию готовят в смесителе при температуре 150-160°С. В смеситель загружается 1160 граммов регенерата, содержащего 660 граммов шинного регенерата с содержанием 60 граммов синтетического корда и 500 граммов регенерата РТИ на основе метилстирольного каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.

После 5 минут перемешивания добавляют 340 граммов разогретого до 160°С битума и 320 граммов мазута, после чего добавляется 120 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой. В качестве битума использовался БНК 45/180.

Процентные соотношения ингредиентов по примерам 1-5 сведены в Таблицу 1.

Таблица 1
Примеры заявляемого состава
Ингредиенты, мас.%	Номера примеров
1	2	3	4	5
Регенерат РТИ	61.3	54	46	50	58
Битум	15.3	17	18	18	17
Синтетический корд	3	3	8	5	3
Гудрон	15.3	10	20	-	-
Мазут	-	10	-	20	16
Органическая перекись	5.1	6	8	7	6
	100%	100%	100%	100%	100%

Полученный модификатор имеет однородную гомогенную структуру.

Модификатор, приготовленный согласно приведенным примерам, в количестве 5-7% добавляют к предварительно подогретому до 165-170°С нефтяному дорожному битуму марки БДУС 70/100.

Испытания свойств модифицированного битума проводились на образцах, изготовленных методом прессования. Испытания образцов проводили согласно принятым в этой области методикам аналогично тому, как это подробно описано в прототипе. Сравнение произведено со значениями показателей прототипа: средние значения и интервал значений. Свойства модифицированного битума приведены в Таблице 2

Таблица 2
Свойства модифицированного битума
Наименование показателей	По патенту 1807999 средние значения/интервал значений	Изобретение, номера примеров по Таблице 1
		1	2	3	4	5
Температура размягчения,°С	95/(80-103)	115	117	112	105	114
Определение пенетрации (Глубина проникновения иглы при 25°С, ⊘ 0,1 мм), мм	32,6/(30-40)	27	26	29	29	28
Температура хрупкости по Фраасу, °С	-20	-21	-22	-21	-21	-21
Относительное удлинение при разрыве, %	86,1/(55-120)	140	180	170	150	140
Прочность крепления к металлу и камню, кг/см2	5/(3-6)	6.4	6.7	6.5	6.6	6.4

Исследования молекулярной структуры используемого шинного регенерата на гель-хроматографе Waters 2000 показало содержание 80-85% высокомолекулярной части и 15% низкомолекулярной части (Mw=18000-22000) каучука. Наличие 10-15% низкомолекулярной части приводит к повышенной адгезии регенерата. Низкомолекулярная часть по вязкости сравнима с вязкостью битума и поэтому хорошо с ним совмещается, оказывая модифицирующее на него действие, а 80-85% высокомолекулярной части обеспечивает прочностные показатели. Как видно из данных, приведенных в Табл.2, введение заявленного модификатор в битум повышает его эластичность при одновременном повышении адгезии к наполнителю.

Из Табл.2 видно, что возрастает температура размягчения. Это обусловлено изменением коллоидной системы битума. Вследствие возрастания алифатичности среды растет массовая доля не растворимых в ней компонентов, т.е. объемная доля набухшего регенерата несколько увеличивается, уменьшается расстояние между частицами и растет энергия их взаимодействия, что проявляется в повышении температуры размягчения.

Также видно, что температура хрупкости уменьшается вследствие обогащения битума наиболее низкомолекулярными продуктами. В то же время битум наполняется регенератом, содержащим наполнители входящие в резиновую смесь, поэтому пенетрация (глубина проникновения иглы) начинает снижаться. Чем выше степень набухания полимера в битуме, тем большее модифицирующее воздействие оказывает он на битум.

Таким образом, полученный модификатор позволяет улучшить эксплуатационные свойства модифицируемого им битума - расширяется интервал эластично-пластичного состояния за счет увеличения температуры размягчения и снижения температуры хрупкости, уменьшается зависимость пенетрации от температуры при одновременном повышении адгезии к наполнителю.

1. Модификатор битума, включающий битум, полимерную добавку и регенерат резинотехнических изделий, отличающийся тем, что дополнительно содержит мазут и/или гудрон, содержит перекись дикумила или перекись бензоила, в качестве полимерной добавки содержит полиамид, а в качестве упомянутого регенерата использован регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе, и содержащий фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000 не менее 10% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум	15-18
полиамид	3-9
гудрон и/или мазут	15-20
перекись дикумила или перекись бензоила	5-8
регенерат	остальное до 100

2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве полиамида используют кордный синтетический материал, находящийся в регенерате.