ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2226203
БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
Имя изобретателя: Глуховской В.С.; Самоцветов А.Р.; Степанов В.Ф.; Ситникова В.В.; Брехов П.П.; Нечиненный В.А.; Дубина С.И.; Якимова Л.А.; Яковлева Т.А.
Имя патентообладателя: Закрытое акционерное общество "Техпрогресс"
Адрес для переписки: 109147, Москва, ул. Воронцовская, 23, ЗАО "Техпрогресс", Ген. директору В.Ф.Степанову
Дата начала действия патента: 2001.12.24
Изобретение относится к области получения битумных композиций, содержащих
полимерные добавки, используемых в дорожном строительстве, для изготовления
кровельных, гидроизоляционных материалов и герметиков. Битумная композиция содержит
битум, блок-сополимер бутадиена со стиролом и адгезионную добавку - малеинизированный
низкомолекулярный полибутадиен с содержанием связанного малеинового ангидрида 12-21
мас.%, имеющий динамическую вязкость при 25ºС 10-100 Па·с,
и имеет следующий состав, мас.ч.: битум 81,0-97,5, блок-сополимер бутадиена со стиролом 2,0-14,0,
указанная адгезионная добавка 0,5-5,0. Битумная композиция может дополнительно содержать
триэтаноламин или полиэтиленполиамин в количестве 0,25-2,0 мас.ч. на 1 мас.ч. указанной
адгезионной добавки. Изобретение позволяет сохранять высокие адгезионные свойства
битумной композиции, при незначительных дозировках адгезионной добавки повысить
физико-механические характеристики битумной композиции, а также расширить
ассортимент применяемых адгезионных добавок.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области получения битумных композиций, содержащих
полимерные добавки, в частности - блок-сополимеры (термоэластопласты), используемых в
дорожном строительстве, для изготовления кровельных, гидроизоляционных материалов и
герметиков.
Известна композиция для кровельных и гидроизоляционных материалов, включающая
в качестве полимерной добавки смесь 0,5-10,0 мас.% линейного блок-сополимера АВ, 2,0-5,0 мас.%
линейного блок-сополимера АВА, 65,0-95,0 мас.% звездообразного блок-сополимера (АВ)4Х,
где А - блок полистерола с молекулярной массой 10000-30000, В - блок полибутадиена с
молекулярной массой, Х - полифункциональный сшивающий агент, и 2,0-20,0 мас.% полистирола с
молекулярной массой 10000-30000, неокисленный битум, наполнитель и шинный регенерат или
полибутадиен при соотношении компонентов в композиции, мас.%:
Указанная смесь блок-сополимеров и полистирола 7-12
Неокисленный битум 58-73
Наполнитель 10-12
Шинный регенерат или полибутадиен 5-15
Причем для приготовления композиции в смеситель с обогревом и мешалкой при
температуре 130±20ºС загружают указанную полимерную
добавку, шинный регенерат и наполнитель (тальк), ведут перемешивание в течение 15 мин,
после чего частями подают неокисленный битум, разогретый до температуры 150-170ºС,
и ведут перемешивание в течение 45-75 мин до получения гомогенной массы (патент № 1807999
СССР, МПК С 08 L 95/00, C 08 К 7/00 // C 08 L 95/00, 9:00, 25:06, 53:00, приоритет 29.11.90 г., опубл. 07.04.93 г., БИ № 13)
Известное техническое решение позволяет повысить относительное удлинение при разрыве
и прочность крепления к металлу материала на основе композиции, а также снизить
температуру ее приготовления.
Недостатком известного изобретения является многокомпонентность полимерной основы
композиции, многостадийность способа ее получения, усложнение технологии ее
приготовления за счет необходимости предварительного подогрева полимерной добавки и
битума до довольно высоких температур, а также необходимость применения ее в
расплавленном состоянии.
Известна битумная композиция, содержащая 80-99 мас.ч. битума, 1-20 мас.ч. каучука (гомополимеры
сопряженных диенов, статистические сополимеры типа стирол-сопряженный диен и линейные
или разветвленные блок-сополимеры типа стирол-сопряженный диен, предпочтительнее
линейный или разветвленный блок-сополимер типа стирол-бутадиен), 1-20 мас.ч. смеси серы и
серусодержащего соединения в массовом соотношении 20-60:40-80 соответственно, которую
получают смешением при температуре 150-170ºС в течение
1,5-2,0 ч битума и каучука (преимущественно блок-сополимера стирол-сопряженный диен),
затем вводят смесь серы и серусодержащего соединения и возможно дополнительно -
аминосодержащую добавку, растворимую в битуме (триэтаноламин), и ведут перемешевание в
течение 1,5-4,0 ч (патент РФ № 2011166, МПК С 08 L 95/00, С 08 К 13/02, приоритет 07.12.90 г., опубл. 30.04.94 г., БИ
№ 8).
Совместное применение используемой в известной битумной композиции вулканизующей
системы и аминосодержащей добавки значительно повышает сопротивление битумного
вяжущего материала к образованию трещин.
Недостатком известной композиции является длительность ее приготовления,
необходимость использования серной вулканизующей группы, представляющей собой смесь
элементарной серы и серусодержащего соединения, получение которой выделено в
отдельную стадию, возможность неконтролируемого повышения вязкости битумной
композиции при хранении из-за протекания процессов вулканизации во времени.
Известна также битумная композиция для гидроизоляции и герметизации, включающая 70-79
мас.% битума, 9,5-15 мас.% бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ-30 или каучуковой
крошки (отход производства синтетических каучуков и бутадиенстирольных латексов), 1,0-3,0
мас.% низкомолекулярного сополимера бутадиена с пипериленом или акрилонитрилом, 8,0-10,0
мас.% пластификатора (нафтеноароматические углеводороды), 0,5-1,0 мас.% стеариновой
кислоты, 1,5-3,0 мас.% поверхностно-активного вещества (ОП-7 или ОП-10), которую получают
смешением в течение 1,5-2,0 ч компонентов либо в смесителе, куда подают нагретый до 160-170ºС
битум, а затем в него вводят порциями термоэластопласт (или каучуковую крошку) и
стеариновую кислоту, перемешивают до однородной маcсы, после чего последовательно
вводят низкомолекулярный сополимер, пластификатор и поверхностно-активное вещество,
либо в две стадии: на первой стадии получают концентрат смешением в вакуум-мешалке в
течение 1 ч при температуре 70ºС части битума со всеми
остальными компонентами, на второй стадии вводят в смеситель оставшуюся часть
нагретого до 160-170ºС битума, вводят концентрат,
полученный на первой стадии, и ведут перемешивание при температуре 150-170ºС
в течение 1,5-2,0 ч, причем соотношение битума, введенного на первой и второй стадиях,
составляет 1:1,41-2,95 соответственно (патент РФ № 2011667, МПК С 08 L 95/00, C 08 К 5/00, приоритет 09.01.91 г.,
опубл. 30.04.94 г., Бюл.№8).
Известная битумная композиция обладает повышенной морозостойкостью, прочностью,
пониженным относительным удлинением при разрыве при положительных температурах.
Недостатком ее является многокомпонентность, изпользование низкомолекулярного
сополимера бутадиена с нитрилом акриловой кислоты (НАК), что небезопасно в
экологическом отношении, так как при длительном воздействии высоких температур при
растворении сополимера в битуме возможно выделение остаточного
незаполимеризованного мономера (НАК) в окружающую среду.
Известна битумно-полимерная гидроизоляционная мастика, включающая 72-85 мас.%
низкомарочного битума, 5-8 мас.% бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ-30 и 10-20 мас.%
тонкодисперсного наполнителя - фосфогипса полугидрата, которую получают следующим
образом: в турбосмеситель подают битум, нагревают его до температуры 160-180ºС,
вводят при постоянном перемешивании часть наполнителя в соотношении битум
наполнитель 1:0,028 и перемешивают в течение 10-20 мин, затем в полученную смесь вводят
первую порцию термоэластопласта ДСТ-30 до получения смеси с соотношением битум:
термоэластопласт: наполнитель 1:0,002:0,028, после чего в течение 5-10 мин равными частями
загружают остальную часть термоэластопласта до получения смеси с соотношением битум:
термоэластопласт: наполнитель 1:0,058-0,110:0,028, смесь перемешивают в течение 40-60 мин, после
чего вводят оставшееся количество наполнителя в течение 4-8 мин, затем осуществляют
окончательное перемешивание в течение 10-30 мин до полной гомогенизации композиции (патент
РФ № 2016019, МПК С 08 L 95/00, С 08 К 3/24 // С 08 L 95/00, 53:02, приоритет 31.01.92 г., опубл. 15.07.94 г.).
Недостатками известного технического решения является многостадийность и
длительность процесса, а также неудобная для транспортировки, хранения и последующего
использования выпускная форма - при температуре окружающей среды композиция
представляет собой небрикетированную массу.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой
является битумная композиция, включающая битум, бутадиенстирольный термоэластопласт
и адгезионную добавку, в качестве которой используют талловое масло или продукт
взаимодействия таллового масла и триэтаноламина при массовом соотношении талловое
масло: триэтаноламин (66-68):(32-34), при следующем соотношении компоненотов в композиции,
мас.%: битум 97,3-77, бутадиенстирольный термоэластопласт 2-16, указанная адгезионная
добавка 0,7-7,0 (патент РФ № 2119513; С 08 L 95/00, опубл. 27.09.98 г., БИ № 27).
Недостатками известной композиции являются:
неопределенный состав таллового масла, в зависимости от типа исходного природного
сырья (хвойные или лиственные породы дерева) и технологии получения значительно
изменяется содержание смоляных кислот, которые определяют, главным образом,
адгезионные свойства таллового масла;
недостаточно эффективное смешение таллового масла или продукта взаимодействия
таллового масла и триэтаноламина с термоэластопластами, что может приводить к
нарушению дозировок компонентов при получении полимерно-битумной композиции;
необходимость введения стадии предварительного подогрева используемой адгезиооной
добавки, что приводит к дополнительному расходу пара или электроэнергии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение дозировок
адгезионной добавки при сохранении высоких адгезионных свойств битумной композиции,
повышение ее физико-механических характеристик, расширение ассортимента используемых
адгезионных добавок.
Используемый в предлагаемом изобретении низкомолекулярный малеинизированный
полибутадиен по химической природе аналогичен полибутадиеновому блоку
термоэластопласта, что способствует эффективному совмещению указанных полимеров и
внедрению малеиновых групп непосредственно в полимерную цепь тармоэластопласта,
усиливая воздействие последнего как модификатора битума.
Поставленная техническая задача решается тем, что битумная композиция включает битум,
бутадиенстирольный блок-сополимер и адгезионную добавку - низкомолекулярный
малеинизированный полибутадиен с содержанием связанного малеинового адгидрида 12-21
мас.%, имеющий динамическую вязкость 10-100 Па·с при
температуре 25ºС, при следующем соотношении компонентов,
мас.%
Битум 97,5-81,0
Бутадиенстирольный блок-сополимер 2,0-14,0
Указанная адгезионная добавка 0,5-5,0
Поставленная техническая задача решается также тем, что битумная композиция
дополнительно содержит органическое азотсодержащее соединение с третичным атомом
азота, выбранное из группы: триэтаноламин, полиэтиленполиамин в массовом соотношении
указанная адгезионная добавка: азотсодержащее соединение 1,0:0,25-2,0.
Известно использование малеинового ангидрида для модификации ненасыщенной
нефтеполимерной смолы, которая применяется в качестве эмульгатора при получении
водной дисперсии шинной резины, входящей в состав асфальтобетонной смеси (а.с. СССР №
975646, МКИ С 04 В 13/30, опубл. 23.11.82 г., БИ № 43), но использование малеинового андгидрида или
малеинизированных полимеров в качестве адгезионных добавок полимернобитумных смесей
из литературы неизвестно.
Изобретение подтверждается конкретными примерами. При осуществлении изобретения
используют: в качестве бутадиенстирольного блок-сополимера - бутадиенстирольный
термоэластопласт линейного строения ДСТ-30-01 по ТУ 38.103267-99, бутадиенстирольный
термоэластопласт разветвленного строения ДСТ-30Р-01 по ТУ 38.40327-98; триэтаноламин по ТУ
6-04-573445-90; полиэтиленполиамин по ТУ 6-02-594-85.
Используемый в качестве адгезионной добавки низкомолекулярный маленизированный
полибутадиен ПБНМ получают способом, описанным в патенте РФ № 2153508.
Физико-механические показатели полимерно-битумных композиций определяют по следующим
методам:
Определение глубины проникания иглы - по ГОСТ 11501-78;
Определение температуры размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73;
Определение температуры хрупкости по Фраасу - по ГОСТ 11507-78;
Определение растяжимости - по ГОСТ 11505-75;
Определение эластичности - по ОСТ 218.010-98;
Определение адгезионных свойств по сцеплению с мрамором или песком по ГОСТ 11508-74.
Данные по составу полимерно-битумных композиций представлены в таблице 1, по свойствам
- в таблице 2.
Пример 1.
В резиносмеситель загружают термоэластопласт линейного строения ДСТ-30Р-01 в
виде крошки в количестве 2,0 кг, низкомолекулярный малеинизированный полибутадиен в
количестве 0,5 кг, содержащий 12 мас.% связанного малеинового ангидрида и имеющий
динамическую вязкость 10 Па·с. Смешение полимеров
проводят в течение 15-20 мин при температуре окружающей среды.
Полученную смесь в виде сыпучей крошки в количестве 2,5 кг подают в емкость, снабженную
лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, с 97,5 кг нефтяного битума, разогретого до
температуры 140-160ºС, и ведут перемешивание при
температуре 150-160ºС в течение 60 мин до полного
растворения полимера. Образец полученной битумной композиции подвергают стандартным
испытаниям.
Пример 2.
В емкость, снабженную лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, загружают
81,0 кг нефтяного дорожного битума, нагревают до 140-160ºС,
загружают последовательно 14 кг термоэластопласта разветвленного строения ДСТ-30Р-01 в
виде сыпучего порошка с размером части менее 2,5 мм и 5 кг низкомолекулярного
малеинизированного полибутадиена ПБН-М с содержанием связанного малеинового
ангидрида 21%, имеющего динамическую вязкость при 25ºС 100
Па·с. Перемешивание ведут 60 мин при температуре 150-160ºС
до полного растворения полимера. Образец полученной битумной композиции испытывают по
стандартным методикам.
Пример 3.
В смеситель, снабженный лопастной мешалкой, загружают 17,5 кг 20% раствора
термоэластопласта линейного строения ДСТ-30-01 в смешанном растворителе (соотношение
циклогексан: нефрас = 70:30 мас.%) и 1,5 кг низкомолекулярного малеинизированного
полибутадиена ПБН-М, содержащего 17 мас.% связанного малеинового ангидрида и имеющего
динамическую вязкость 50 Па·с. Ведут перемешивание в
течение 20-30 мин при температуре окружающей среды. Затем выделяют полученную смесь
полимеров методом водной дегазации и высушивают в воздушной сушилке.
Полученную смесь полимеров в виде сыпучего порошка в количестве 5 кг подают в емкость с
95 кг нефтяного битума, разогретого до температуры 140-160ºС,
и ведут перемешивание при температуре 150-160ºС в течение
60 мин до полного растворения. Образец композиции испытывают по стандартным методикам.
Пример 4.
Битумную композицию получают, как в примере 1, но дополнительно вводят в битум 1
кг триэтаноламина (ТЭА). Массовое соотношение ПБН-М: ТЭА=1:2.
Пример 5.
Битумную композицию получают, как в примере 2, но дополнительно вводят в битум
полиэтиленполиамин (ПЭПА) в количестве 1,25 кг. Массовое соотношение ПБН-М: ПЭПА =1:0,25.
Пример 6.
Битумную композицию получают, как в примере 3, но дополнительно вводят в битум
триэтаноламин в количестве 1,5 кг. Массовое соотношение ПБН-М: ТЭА=1:1.
Пример 7. (По прототипу).
В смеситель, снабженный лопастной мешалкой, загружают 2 кг термоэластопласта ДСТ-30Р-01
разветвленного строения в виде порошка с размером частиц менее 2,3 мм и 0,7 кг нагретого
до температуры 40-50ºС продукта "ТМТ", полученного
при взаимодействии таллового масла с триэтаноламином. Перемешивание ведут 15 мин.
Полученный наполненный ТЭП ДСТ-30Р-01 ТМ в виде сыпучего порошка подают в емкость с
нефтяным дорожным битумом, взятым в количестве 97,3 кг и разогретым до температуры 140-160ºС.
Перемешивание ведут в течение 20 мин до полного растворения полимера. Образец битумной
композиции анализируют по стандартным методикам.
Как показывают данные таблицы 2, образцы полимерно-битумных композиций имеют высокие
адгезионные свойства - битумная пленка сохраняется на 100% поверхности минерального
наполнителя при граничных дозировках адгезионной добавки ниже, чем по прототипу.
Показатели растяжимости и эластичности температуры размягчения по кольцу и шару
полимерно-битумных композиций, полученных по заявляемому техническому решению, выше,
чем аналогичные показатели для композиций, полученных по известному способу. Наиболее
высокие значения указанных показателей имеют полимерно-битумные композиции,
содержащие малеинизированный полибутадиен и азотсодержащее соединение. Реакции
взаимодействия между последними обеспечивают повышенную эластичность и
температуростойкость смеси.
Таким образом, предлагаемое техническое решение расширяет ассортимент адгезионных
добавок для полимерно-битумных композиций, позволяет несколько снизить дозировку
адгезионной добавки и получить полимерно-битумные композиции с высокими физико-механическими
характеристиками, причем технология приготовления композиции проста и предполагает
любые удобные для производителя варианты смешения компонентов без ухудшения свойств
композиции.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Битумная композиция, включающая битум, блок-сополимер бутадиена со стиролом и
адгезионную добавку, отличающаяся тем, что в качестве адгезионной добавки композиция
содержит малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен с содержанием связанного
малеинизированного ангидрида 12-21 мас.%, имеющий динамическую вязкость при 25ºС
10-100 Па·с, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Битум 81,0 - 97,5
Блок-сополимер бутадиена со стиролом 2,0 - 14,0
Указанная адгезионная добавка 0,5 - 5,0
2. Битумная композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит
органическое азотсодержащее соединение с третичным атомом азота, выбранное из группы
триэтаноламин, полиэтиленполиамин, в массовом соотношении указанная адгезионная
добавка: азотсодержащее соединение 1:0,25 - 2,00 соответственно.
Версия для печати
Дата публикации 18.01.2007гг
вверх
|
