Способ получения битумно-полимерной композиции

 

Изобретение относится к области получения битумно-полимерных композиций, используемых в дорожном строительстве при получении полимерно-битумных вяжущих, при изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, герметиков, мастик. В способе получения битумно-полимерной композиции смешивают 100 мас. ч. термоэластопласта на основе сопряженного диена и винилароматического мономера, 70-200 мас. ч. предварительно нагретого до температуры 90-110^oС битума, 30-250 мас. ч. минерального наполнителя и ведут перемешивание при температуре 70-100^oС в течение 10-15 мин, полученную смесь гомогенизируют при температуре 130-160^oС в течение 10-15 мин в шнековом экструдере, снабженном гранулирующим устройством, охлаждаемым водой, имеющей температуру 20-40^oС, через которое проходит композиционная масса, затем полученные гранулы композиции сушат и упаковывают. В начале смешения в композицию можно дополнительно вводить пластификатор - индустриальное или талловое масло в количестве 10-20 мас. ч. на 100 мас. ч. указанного термоэластопласта. Способ позволяет упростить технологию получения битумно-полимерной композиции за счет устранения многостадийности и снижения длительности процесса, а также получать битумно-полимерную композицию с высокими эластическими свойствами в технологически удобной выпускной форме - гранулах, что обеспечивает упрощение транспортировки, хранения, дозирования композиции, возможность ее многофункционального использования - при изготовлении полимерно-битумных вяжущих, кровельных материалов, мастик, праймеров. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области получения битумно-полимерных композиций, используемых в дорожном строительстве при получении полимерно-битумных вяжущих, при изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, герметиков, мастик.

Известен способ получения полимерной композиции, используемой в гидроизоляционных материалах для устройства кровли, в качестве праймера, для герметизации стыков кровли, для ремонта кровли, заключающийся в смешении компонентов на обычном резиносмесительном оборудовании (вальцах или резиносмесителе) в три стадии: на первой стадии вводят 30-70 мас. ч. каучука с низкой непредельностью (бутилкаучук, полиизобутилен, этиленпропилендиеновый) и 30-70 мас. ч. статистического полиизопрена с содержанием (3,4+1,2) звеньев свыше 60%, далее одновременно добавляют 1/2 часть наполнителя (технический углерод) при его общем содержании в композиции 110-150 мас. ч. и 30-40 мас. ч. битума, на последней стадии вводят оставшуюся 1/2 часть наполнителя и 5-10 мас. ч. нефтяного масла (патент РФ 2068858, с. 3-4 описания, МПК С 08 L 23/16, 23/20, 23/22, С 08 К 3/04, приоритет 29.09.93, опубл. 10.11.96, Бюл. 31).

Недостатком известного способа является многостадийность процесса смешения, а также необходимость применения в полимерной фазе двух различных каучуков, что не только усложняет технологию получения полимерной композиции, но и отрицательно сказывается на ее эластических свойствах, о чем свидетельствует пониженное значение относительного удлинения.

Известен способ получения битумно-полимерных композиций для производства кровельных полотен, дорожных покрытий и т. п. , по которому в предварительный сосуд непрерывно дозируют регулируемые количества гранулированного синтетического каучука, например немаслонаполненного бутадиен-стирольного каучука, при необходимости - наполнители и другие вспомогательные вещества, где происходит механическое смешивание и смачивание, затем полученную механическую смесь непрерывно подают в работающее гомогенизирующее устройство с ротором и статором, в котором образуется композиция, содержащая 1-18% синтетического каучука (заявка 3727456 ФРГ, МПК С 08 L 95/00, 008 L 21/00, опубл. 2.03.89).

Недостатком известного способа является сложность технологического оформления, необходимость наличия специального устройства для его осуществления. Кроме того, получаемая данным способом композиция представляет собой при температуре окружающей среды неоформленную массу, которую трудно дозировать.

Известен также способ получения битумной композиции путем перемешивания в смесителе бутадиен-стирольного термоэластопласта, адгезионной добавки и битума, по которому вначале при температуре 25-50^oC 2-16 мас. % бутадиен-стирольного термоэластопласта смешивают с 0,7-7,0 мас. % предварительно нагретой до температуры 40-50^oC адгезионной добавки, в качестве которой используют талловое масло или продукт взаимодействия таллового масла и триэтаноламина при массовом соотношении талловое масло: триэтаноламин (66-68): (32-34), перемешивают в течение 15 мин, затем полученную смесь в виде сыпучего порошка подают в емкость с 77,0-97,3 мас. % нефтяного дорожного битума, предварительно нагретого до температуры 140-160^oC, и перемешивают в течение 20 мин (патент РФ 2119513, МПК С 08 L 95/00//С 08 L 95/00, 53: 02, 93: 00, приоритет 31.07.97, опубл. 27.09.98, Бюл. 27, с. 3-4 описания).

Недостатком известного способа является то, что выгрузка композиции возможна только в разогретом состоянии, что осложняет ее транспортировку и дальнейшее использование.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ, по которому в турбосмеситель подают низкомарочный битум, нагревают его до температуры 160-180^oС, вводят при постоянном перемешивании часть тонкодисперсного наполнителя - фосфогипса тригидрата в соотношении битум: наполнитель 1: 0,028 и перемешивают в течение 10-20 мин, затем в полученную смесь вводят первую порцию полимерной добавки - бутадиен-стирольного термоэластопласта ДСТ-30 до получения смеси с соотношением битум: полимерная добавка: наполнитель 1: 0,002: 0,028, после чего в течение 5-10 мин равными частями загружают остальную часть полимерной добавки до получения смеси с соотношением битум: полимерная добавка: 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, после чего осуществляют окончательное перемешивание в течение 10-30 мин до полной гомогенизации композиции при соотношении компонентов, мас. %: битум - 72-85, ДСТ-30 - 5-8, фоcфогипс полугидрат - 10-20 (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, опубл. 15.07.94, Бюл. 13, с. 4-5 описания).

К недостаткам указанного способа относится следующее: - многостадийность и длительность процесса; - выпускная форма композиции в виде небрикетированной массы при температуре окружающей среды, что ограничивает возможности транспортировки, хранения, использования в сопряженных процессах.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение технологии получения битумно-полимерной композиции за счет устранения многостадийности и снижения длительности процесса получения указанной композиции, а также получение битумно-полимерной композиции с высокими эластическими свойствами в гранулированной выпускной форме, обеспечивающей удобную транспортировку, дозирование, хранение композиции, возможность многофункционального использования - при изготовлении полимерно-битумных вяжущих, кровельных материалов, мастик, праймеров.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения битумно-полимерной композиции смешивают 100 мас. ч. термоэластопласта на основе сопряженного диена и винилароматического мономера, 70-200 мас. ч. предварительно нагретого до температуры 90-110^oС битума, 30-250 мас. ч. минерального наполнителя и ведут перемешивание при температуре 70-100^oС в течение 10-15 мин, полученную смесь гомогенизируют при температуре 130-160^oС в течение 10-15 мин в шнековом экструдере, снабженном гранулирующим устройством, охлаждаемым водой, имеющей температуру 20-40^oС, через которое проходит композиционная масса, затем полученные гранулы композиции сушат и упаковывают.

Поставленная задача решается также тем, что в начале смешения компонентов в композицию дополнительно вводят пластификатор - индустриальное или талловое масло в количестве 10-20 мас. ч. на 100 мас. ч. указанного термоэластопласта.

За счет гомогенизации композиции в экструдере при заявляемых температурном и временном режимах достигается эффективное смешение компонентов. Получают однородный по физико-механическим свойствам материал, обладающий высоким относительным удлинением и текучестью в расплаве, пригодный для многофункционального использования.

При осуществлении предлагаемого изобретения используют: - термоэластопласты бутадиен-стирольные линейного строения ДСТ-30-01 по ТУ 38.103267-80, разветвленного строения ДСТ-30Р-01 по ТУ 38.40327-98, бутадиен-альфа-метилстирольные ДМСТ-Р по ТУ 38.103585-85, изопрен-стирольные ИСТ-20Р по ТУ 38.103392-83; - битумы марок БН, БНД по ГОСТ 22245-90; - минеральные наполнители - мел марки МТД по ТУ 21-РФ-763-92, доломит по ГОСТ 23672-79, тальк по ГОСТ 19729-74, порошок минеральный для асфальто-бетонных смесей по ГОСТ 12784-78; сажа белая БС-50, БС-100 по ГОСТ 18307-78; - масло индустриальное марки И-20А, И-40А по ГОСТ 20799-88; - масло талловое по ТУ 38.303-064-93.

Определение физико-механических показателей битумно-полимерных композиций проводят по ГОСТ 270-75, твердости - по ГОСТ 263-75, показателя текучести расплава - по ГОСТ 11645-73.

Полимерно-битумные вяжущие испытывают в соответствии с ОСТ 218010-98.

Пример 1.

В аппарат, снабженный перемешивающим устройством, загружают 100 кг бутадиен-стирольного термоэластопласта разветвленного строения ДСТ-30Р-01, 200 кг разогретого до температуры 90^oС битума и 250 кг талька. Проводят смешение компонентов при температуре 100^oС в течение 15 мин. Затем полученную смесь подают в загрузочную зону экструдера и далее - в рабочую зону, где температура материала составляет 130^oС. Время пребывания материала в рабочей зоне 15 мин. По истечении указанного времени композиция поступает в гранулирующее устройство, представляющее собой фильерную плиту с множеством отверстий, оборудованную ножом для резки выходящих из фильерной плиты стренг. Фильерную плиту охлаждают технической водой с температурой 40^oС, грануляция материала происходит в водной фазе. Влажные гранулы направляют на сушку в воздушную сушилку и усредняют в циклоне, затем упаковывают.

Полученную гранулированную битумно-полимерную композицию испытывают по стандартным методикам.

Данные представлены в таблицах 1, 2.

Пример 2.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, но загружают в смеситель 100 кг бутадиен-стирольного термоэластопласта линейного строения ДСТ-30-01, 70 кг разогретого до температуры 100^oС битума и 30 кг минерального порошка для асфальто-бетонных смесей, проводят смешение компонентов при температуре 70^oС в течение 10 мин. Гомогенизацию композиции ведут в экструдере при температуре 160^oС в течение 10 мин. Температура охлаждающей воды 20^oС.

Пример 3.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, но загружают в смеситель 100 кг изопрен-стирольного термоэластопласта ИСТ-20Р, 120 кг разогретого до температуры 110^oС битума, 200 кг мела, смешение компонентов проводят при температуре 90^oС в течение 12 мин. Гомогенизацию композиции в экструдере ведут при температуре 150^oС в течение 12 мин. Температура охлаждающей воды 30^oС.

Пример 4.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, в тех же температурных и временных режимах, с тем же соотношением компонентов, но загружают в смеситель 100 кг бутадиен-альфа-метилстирольного термоэластопласта ДМСТ-Р.

Пример 5 (по прототипу).

В смеситель загружают битум БН и нагревают до температуры 160-180^oС. Затем вводят наполнитель - фосфогипсполугидрат сульфата кальция в соотношении битум: наполнитель= 1: 0,028 и перемешивают в течение 10-20 мин. Далее вводят в смеситель порциями бутадиен-стирольный термоэластопласт линейного строения ДСТ-30. После загрузки первой порции полимера соотношение компонентов смеси составляет битум: полимер: наполнитель= 1: 0,002: 0,028. Затем в течение 5-10 мин равными частями загружают остальную часть термоэластопласта ДСТ-30 до получения смеси со следуюшим соотношением компонентов битум: полимер: наполнитель= 1: 0,058-0,11: 0,028, после чего композицию перемешивают 40-60 мин. В полученную композицию во время перемешивания вводят оставшееся количество наполнителя в течение 4-8 мин, после чего осуществляют окончательное перемешивание в течение 10-30 мин.

Затем композицию в виде вязкой массы в разогретом состоянии выгружают в металлические емкости для транспортировки или хранения. Перед использованием композицию разогревают до вязкотекучего состояния, что осложняет ее дозирование.

Пример 6.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, но загружают в смеситель 100 кг бутадиен-стирольного термоэластопласта линейного строения ДСТ-30-01, 70 кг разогретого до температуры 90^oС битума, 250 кг минерального порошка, 20 кг индустриального масла И-40А. Смешение компонентов проводят при температуре 70^oС в течение 10 мин. Гомогенизацию компонентов ведут в экструдере при температуре 150^oС в течение 15 мин. Температура охлаждающей воды 25^oС.

Пример 7.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, но загружают в смеситель 100 кг бутадиен-стирольного термоэластопласта разветвленного строения ДСТ-30Р-01, 90 кг разогретого до температура 100^oС битума, 150 кг доломита в виде порошка и 15 кг индустриального масла И-20А. Смешение проводят при температуре 90^oС в течение 12 мин. Гомогенизацию композиции ведут в экструдере при температуре 130^oС в течение 10 мин. Температура охлаждающей воды 35^oС.

Пример 8.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, но загружают в смеситель 100 кг изопрен-стирольного термоэластопласта ИСТ-20Р, 150 кг разогретого до температуры 110^oС битума, 200 кг мела, 20 кг индустриального масла И-40А. Смешение компонентов проводят при температуре 70^oС в течение 10 мин. Гомогенизацию компонентов ведут в экструдере при температуре 160^oС в течение 12 мин. Температура охлаждающей воды 20^oС.

Пример 9.

Битумно-полимерную композицию получают, как в примере 1, в том же температурном и временном режиме, но загружают в смеситель 100 кг бутадиен-альфа-метил-стирольного термоэластопласта ДМСТ-Р, 200 кг разогретого битума, 30 кг доломита и 10 кг таллового масла.

Смешение проводят при температуре 100^oС в течение 15 мин. Гомогенизацию композиции ведут в экструдере при температуре 130^oС в течение 15 мин. Температура охлаждающей воды 40^oС.

Битумно-полимерная композиция, полученная заявляемым способом, универсальна, имеет технологически удобную выпускную форму - гранулы, что позволяет без осложнений использовать ее при изготовлении полимерно-битумных вяжущих, кровельных материалов, мастик и т. п. , о чем свидетельствуют приведенные ниже примеры.

Пример 10. Получение кровельного материала В обогреваемую емкость, снабженную перемешивающим устройством, загружают разогретый битум марки БНК в количестве 55 кг и 45 кг битумно-полимерной композиции в виде гранул, полученной по примеру 1. Смешение компонентов ведут в течение 1 часа при температуре 180±5^oС до полного растворения гранул. Полученный кровельный материал содержит битума - 71,3%, ДСТ-30Р-01 - 8,2%, талька - 20,5%.

Пример 11. Получение полимерно-битумного вяжущего В обогреваемую емкость, снабженную перемешивающим устройством, загружают разогретый битум марки БНД-89 кг, битумно-полимерную композицию в виде гранул -11 кг, полученную по примеру 6. Перемешивание ведут при температуре 160-165^oС в течение 1 ч до полного растворения гранул. Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) содержит (мас. %): ДСТ-30-01 - 2,5, минерального порошка - 0,25, масла И-40А - 0,50, битум - остальное.

Пример 12. Получение битумно-полимерной мастики
В смеситель загружают разогретый битум марки БН - 75 кг и 25 кг гранул битумно-полимерной композиции, полученной по примеру 3. Перемешивание ведут при температуре 160-180^oС в течение 1 часа до полного растворения гранул. Состав полученной мастики (мас. %): термоэластопласт ИСТ-20Р - 6, наполнитель - 12, битум - остальное.

Таким образом, в предлагаемом способе получения битумно-полимерной композиции снижена длительность процесса в 2-4 раза по сравнению с прототипом. Полученную композицию в удобной гранулированной выпускной форме с высокими эластическими свойствами используют без осложнений при изготовлении полимерно-битумных вяжущих, кровельных материалов, мастик и т. п.

Формула изобретения

1. Способ получения битумно-полимерной композиции путем смешения при нагревании термоэластопласта на основе сопряженного диена и винилароматического мономера, предварительно нагретого битума и минерального наполнителя, отличающийся тем, что смешивают 100 мас. ч. указанного термоэластопласта, 70-200 мас. ч. имеющего температуру 90-110^oC битума, 30-250 мас. ч. минерального наполнителя и ведут перемешивание при температуре 70-100^oC в течение 10-15 мин, полученную смесь гомогенизируют при температуре 130-160^oC в течение 10-15 мин в шнековом экструдере, снабженном гранулирующим устройством, охлаждаемым водой, имеющей температуру 20-40^oC, через которое проходит композиционная масса, затем полученные гранулы композиции сушат и упаковывают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в начале процесса смешения компонентов в композицию дополнительно вводят пластификатор - индустриальное или талловое масло в количестве 10-20 мас. ч. на 100 мас. ч. указанного термоэластопласта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2