Битумполимерная композиция (варианты)

 

Изобретение относится к битуминозным составам для производства кровельных и гидроизоляционных материалов, может быть использовано для гидроизоляции строительных конструкций и герметизации швов в автодорожном строительстве. Сущность изобретения заключается в том, что в известной битумсодержащей композиции, включающей битум с полимерной добавкой и наполнителем, в качестве полимерной добавки используют тиолсодержащий эфир ТПМ-2, тиокол и дополнительно вводят отвердитель - сшивающий агент-окислитель, например оксиды, диоксиды металлов (диоксид марганца, окись цинка, бихромат натрия), а также пластификатор полярного типа, например, дибутилфталат, стеариновая кислота. При этом композиция имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: битум - 46,14-85,0, полимерная добавка - 4,744-33,33, отвердитель - 0,40-2,48, пластификатор - 0,322-1,91, наполнитель - 4,53-31,67. В состав отверждающей пасты может быть введен ускоритель вулканизации дифенилгуанидин. Такая композиция является высокоэластичным материалом, стойким к термоокислительному старению, обладает повышенной температурой размягчения композиции, является устойчивой к деструкции системой при низких температурах, тем самым обеспечивается более широкий рабочий температурный диапазон, высокая стабильность эксплуатационных свойств, большая долговечность службы гидроизоляционных материалов на ее основе. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к битуминозным составам для производства кровельных и гидроизоляционных материалов, может быть использовано для гидроизоляции строительных конструкций и герметизации швов в автодорожном строительстве.

Известны композиции [1-3] для гидроизоляции на основе битумов, содержащие полимерные добавки - эластомеры, наполнители, обеспечивающие хорошие физико-механические характеристики, однако эти композиции имеют слабую стойкость к тепловому старению, узкий температурный диапазон эксплуатации, что сокращает эксплуатационные сроки материалов на их основе. Тепловое старение известных композиций вызвано, в основном, испарением из битума его легких фракций, особенно при повышении температуры окружающей среды, что делает битум хрупким, не отвечающим требованиям по деформативности, в частности эластичности, водостойкости. Неширокий температурный диапазон ограничивается плюсовыми температурами, когда композиция размягчается и становится текучей, а также минусовыми температурами, когда композиция становится хрупкой и не отвечает своему назначению, появляются микротрещины, пропускающие воду. Так, гидроизоляционное вяжущее [3], используемое для устройства кровель, герметизации стыков в дорожном строительстве, содержит битум, высокомолекулярный бутилкаучук, пентахлорфенол, олигомер бутилкаучука и наполнитель.

Стойкость к тепловому старению материалов, их температурный диапазон эксплуатации характеризуют такие показатели, как температура размягчения, пенетрация, температура хрупкости, водопоглощение. Указанные характеристики в этом решении несколько улучшены за счет использования в гидроизоляционном вяжущем в качестве полимерной добавки олигомеров бутилкаучука [3], однако для резкоконтинентального климата с большим разбросом температур рабочий температурный диапазон вяжущего недостаточен. Другим недостатком известного вяжущего является сложность его приготовления, использование мощного, энергоемкого смесителя, необходимого для перемешивания вязкого бутилкаучука.

Наиболее близким аналогом является жидкая мастика - "битизол-1" по a.c. 382658 для гидроизоляционных работ [4], содержащая битум и наполнители при следующем соотношении компонентов, в вес. ч.: Жидкий тиокол - 80-100 Эпоксидная смола - 4-6 Разжижитель - 15-25 Вулканизатор - 20-34 Битум - 24-40 Белая сажа - 10-15 Тальк - 18-22 Жидкая мастика после улетучивания растворителя образует однородную структурированную тонкую пленку, отличающуюся при различной температуре высокими показателями эластичности, прочности, трещиностойкости, воздухо- и паронепроницаемости, стойкости к ультрафиолетовому облучению и воздействию высококонцентрированных агрессивных сред.

Основу мастики составляет тиокол, свойства которого и определяют свойства мастики. Во-первых, мастика - это жидкое вещество, которое наносится на обрабатываемую поверхность тонким слоем, при высыхании образующем пленку. При увеличении толщины покрытия мастики она пузырится, в результате чего ухудшаются характеристики покрытия (адгезия, водостойкость); при этом есть необходимость использовать мастику для заделки достаточно глубоких швов, поэтому мастика в этом случае неприменима. Многослойное нанесение мастики для увеличения толщины повышает трудоемкость ее использования, время обработки, при этом толщина все же остается небольшой. Кроме того, высокое содержание тиокола резко увеличивает стоимость такой мастики, что также ограничивает ее применение.

Задачей изобретения является расширение области применения композиции, улучшение характеристик покрытия, в частности адгезии, водостойкости, удешевление композиции.

Указанные задачи решаются в битумсодержащей композиции, включающей битум (его различные модификации, например, БН-70/30) с полисульфидным олигомером - тиоколом, отвердителем, пластификатором, наполнителем, в которой соотношение компонентов следующее, мас.%: Битум - 46,14-85,0
Тиокол - 4,744-33,33
Отвердитель - 0,4-2,48
Пластификатор - 0,322-1,91
Наполнитель - 4,53-31,67
Указанные задачи решаются также в битумсодержащей композиции, включающей битум, полисульфидный олигомер, отвердитель, пластификатор, наполнитель, в которой в качестве полисульфидного олигомера используют ТПМ-2-полимер, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум - 46,14-85,0
ТПМ-2-полимер - 4,744-33,33
Отвердитель - 0,4-2,48
Пластификатор - 0,322-1,91
Наполнитель - 4,53-31,67
Полисульфидный олигомер должен отвечать ряду требований, а именно он должен быть веществом гибкоцепным, насыщенным, водостойким, растворимым в битуме, т.е. совместимым с битумами, быть способным создавать с ним гомогенную однородную структуру.

Водостойкость полисульфидного олигомера должна быть ограничена не менее 1% набухания в воде от общего объема добавки в течение 24 часов. Этим условиям отвечают тиокол, ТПМ-2-полимер и некоторые вещества из группы полисульфидных олигомеров.

ТПМ-2-полимер известен, например, из статьи А.А.Идиятовой, Ю.Н.Хакимуллина, С.И.Вольфсона, С.А.Лиакумовича "Регулирование вязкостных и тиксотропных свойств герметиков на основе полисульфидных олигомеров". Журнал прикладной химии, 1999 г. , т. 72, вып. 5, стр. 849-852, подписано в печать 23.04.99 [5] и соответствует требованиям ТУ 38.103636-87 [6], имеет структурную формулу:

где N=20-24, и следующие характеристики
Массовая доля SH групп, % - 1,7-2,7
Динамическая вязкость при 25^oС, Па•С - 1,0-4,0
Массовая доля Н₂0, %, не более - 0,4
Жизнеспособность, ч - 4-36
Условная прочность в момент разрыва, МПа - 0,3-1,0
Относительное удлинение в момент разрыва %, - не менее 350
В качестве отвердителя (вулканизатора) может быть использован сшивающий агент-окислитель, например оксиды, диоксиды металлов (диоксид марганца, окись цинка, бихромат натрия); в качестве пластификатора - пластификатор полярного типа, например дибутилфталат, стеариновая кислота и т.п.

В состав отверждающей пасты может быть введен ускоритель вулканизации, например дифенилгуанидин, однако в ряде рецептур композиции, например, в случае применения композиции для дорожных покрытий, он не нужен.

Жидкая полимерная добавка с отвердителем (вулканизатором), формируя устойчивую эластичную структуру в виде каркасной трехмерной сетки с молекулами битума, с распределенным отвердителем в полимерной добавке, препятствует расслоению композиции, делает композицию высокоэластичным материалом, стойким к термоокислительному старению, связывает молекулы битума, предотвращая испарение его легких фракций, эластифицируя его, сообщает композиции повышенную температуру размягчения, стойкость к деструкции при низких температурах, имеющей низкую температуру хрупкости, тем самым обеспечивает широкий рабочий температурный диапазон, высокую стабильность эксплуатационных свойств, большую долговечность службы гидроизоляционных материалов на основе композиции; расширяется область применения композиции, например, ее можно использовать для нанесения толстым слоем в широкие и глубокие швы дорожных покрытий, при этом сохраняются высокие характеристики по адгезии и водостойкости. По сравнению с прототипом стоимость композиции уменьшается за счет меньшего (примерно в три раза) содержания более дорогого тиокола. Получаемая композиция может наноситься любой толщиной, не ухудшая физико-механических свойств заделываемого шва.

В таблице 1 приведены составы композиции и разные качественные и количественные составы компонентов предлагаемой композиции и одного из аналогов, в таблице 2 - свойства композиции в зависимости от ее состава и свойства одного из аналогов.

Способ получения композиции осуществляется следующим образом.

В нагретый до 140-150^oС битум вводится отвердитель, например двуокись марганца, и равномерно распределяется в битуме с помощью лопастного смесителя. В смесь может быть добавлен ускоритель вулканизации. Затем в полученную смесь вводится тиокол либо ТПМ-2-полимер и перемешивается до образования гомогенной массы в течение 15-30 минут при температуре 140^oС. При этом состав композиции подобран таким образом, что введение вулканизатора не приведет к увеличению вязкости композиции непосредственно в процессе ее приготовления, что делает его технологичным. Наполнитель вводится либо в тиокол (ТПМ-2-полимер), либо непосредственно в битум. Пластификатор может быть введен непосредственно в битум перед отвердителем, либо смешан с отвердителем. При применении композиции в качестве покровного слоя рулонных материалов из смесителя готовая масса самотеком поступает в покровную ванну агрегата, где производят нанесение покровных слоев на основу. Готовый материал пропускают через зону холодильных цилиндров, магазин запаса готовой продукции и наматывают в рулоны. В случае модификации битумов гидроизоляционного назначения битумполимерную композицию используют в виде мастики.

Предлагаемая композиция в отличие от прототипа может использоваться для заделки широких и глубоких швов и трещин дорожного, аэродромного покрытия, т. е. имеет расширенный диапазон применения, при этом свойства композиции, такие как адгезия и водостойкость, имеют лучшие значения. Как показывают исследования, водопоглощение, характеризующее водостойкость, в предлагаемой композиции составляет от 0,049 до 0,12%, в то время как при нанесении мастики-прототипа слоем более 2 мм водопоглощение будет составлять не менее 2-3%. Снижение стоимости композиции по сравнению с прототипом обусловлено более низким процентным содержанием дорогого тиокола. В пересчете на мас.% содержание тиокола в прототипе составляет 43,4%, в то время как в предлагаемой композиции - в среднем 14,3%, что в три раза меньше. В пересчете на потребное количество композиции для ремонта дорожного покрытия выигрыш в стоимости будет существенным.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 383724, С 08 L 95/11, 11.02.71.

2. Авторское свидетельство 398586, С 08 L 95/11, 27.03.72.

3. Авторское свидетельство 761527, С 08 L 95/00, 07.09.90.

4. Авторское свидетельство 382658, C 08 H 13/00, опубликовано 23.05.73, бюлл. 23 прототип.

5. А.А.Идиятова, Ю.Н.Хакимуллин, С.И.Вольфсон, С.А.Лиакумович "Регулирование вязкостных и тиксотропных свойств герметиков на основе полисульфидных олигомеров". Журнал прикладной химии, 1999 г., т. 72, вып. 5, стр. 849-852, подписано в печать 23.04.99.

6. ТУ 38.103636-87.

Формула изобретения

1. Битумполимерная композиция, включающая битум, полисульфидный олигомер - тиокол, отвердитель из группы окислителей, пластификатор полярного типа, наполнитель, отличающийся тем, что компоненты композиции используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Битум - 46,14-85,0
Полисульфидный олигомер - тиокол - 4,744-33,33
Отвердитель из группы окислителей - 0,40-2,48
Пластификатор полярного типа - 0,322-1,91
Наполнитель - 4,53-31,67
2. Битумполимерная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя используют окислы металлов.

3. Битумполимерная композиция по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя используют диоксид марганца.

4. Битумполимерная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора используют дибутилфталат.

5. Битумполимерная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно используют ускоритель вулканизации.

6. Битумполимерная композиция, включающая битум, тиолсодержащий олигомер, отвердитель из группы окислителей, пластификатор полярного типа, наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве тиолсодержащего олигомера она содержит тиолсодержащий эфирный олигомер ТПМ-2, а компоненты композиции используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Битум - 46,14-85,0
ТПМ-2 - 4,744-33,33
Отвердитель из группы окислителей - 0,40-2,48
Пластификатор полярного типа - 0,322-1,91
Наполнитель - 4,53-31,67
7. Битумполимерная композиция по п. 6, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя используют окислы металлов.

8. Битумполимерная композиция по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя используют диоксид марганца.

9. Битумполимерная композиция по п. 6, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора используют дибутилфталат.

10. Битумполимерная композиция по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительно используют ускоритель вулканизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2