Битумная эмульсия

 

Изобретение относится к производству битумных эмульсий и может быть использовано в дорожном строительстве. Битумная эмульсия содержит эмульгатор, полученный путем омыления жирового отхода водным раствором щелочи при нагревании. В качестве жирового отхода используют вторичный продукт переработки хлопкового масла, образующийся после дистилляции жирных кислот хлопкового масла. Соотношение компонентов, мас.%, в битумной эмульсии: битум 50-55, вторичный продукт переработки хлопкового масла 0,5-1,0, NaOH 0,15-0,3 или КОН 0,2-0,4, вода остальное. Технический результат - эмульгатор на основе отходов хлопкового масла повышает устойчивость эмульсии к расслоению. 2 табл.

Изобретение относится к производству битумных эмульсий и может быть использовано в дорожном строительстве для их приготовления в качестве вяжущего для органо-минеральных смесей, холодных асфальтобетонов, устройства безрулонных кровель для гидроизоляционной защиты, а также для создания антикоррозионных покрытий.

Известны битумные эмульсии, содержащие битум и эмульгатор, в качестве которого используются высокомолекулярные жирные кислоты и их эфиры, содержащиеся, например, в остатках производства жирных кислот таллового масла, кубовых остатках синтетических жирных кислот, в госсиполовой смоле, талловом пеке, либо в продуктах их окисления, в жировой массе, с добавлением раствора щелочи [А. В.Бернштейн. Самопроизвольное эмульгирование битумов. Киев: изд. Наукова Думка, 1969, с. 18; SU 731 999 В 01 F 17/00, публ. 05.05.80; SU 612925, С 07 С 51/52, публ. 30.06.78; SU 933 857, Е 01 С 7/24, публ. 07.06.82; RU 2 071 455, С 04 В 26/26, публ. 10.01.97; SU 617 461, С 08 L 95/00, публ. 30.07.78] . В описанных эмульсиях эти вещества, вступая в реакцию нейтрализации со щелочью, образуют соли, обладающие поверхностно-активными свойствами, молекулы которых, адсорбируясь на поверхности раздела капелек битума, образуют защитные слои вокруг них и предотвращают коалесценцию (слияние) и расслоение эмульсии. Многие из перечисленных аналогов имеют недостаточную стойкость к расслоению, что ограничивает их использование в дорожном строительстве.

Наиболее близким аналогом битумной эмульсии является битумная эмульсия в соответствии с А.с. SU 731 999, В 01 F 17/00, публ. 05.05.80, которая в качестве компонента содержит отход производства хлопкового масла - жировую массу, полученную при очистке сточных вод масло--жирового производства, и другие компоненты со следующим количественным соотношением, мас.%: Битум - 50-60 Едкий натр - 0,3-0,35 Мировая масса - 1,0-1,2 Вода - Остальное При этом жировая масса содержит жирные кислоты: C₁₆ - 26,11% C_18:1 - 21,88% C_18:2 - 48,08% и имеет следующие характеристики:
Кислотное число, мг КОН /г - 85-90
Число омыления, мг КОН /г - 76-81
Йодное число, г J₂/100 г - 80-95
Содержание жировых веществ, % - 42-48
Содержание нежировых веществ, % - 3-5
Содержание воды, мас.% - 30-40
Указанная эмульсия имеет тот недостаток, что технология подготовки отхода для использования жировой массы усложнена вследствие необходимости дополнительной операции в виде очистки сточных вод, а также для получения устойчивой эмульсии при реакции омыления требуется примерно в 4,5-4,7 раз больше количества щелочи, чем это необходимо по числу омыления, что свидетельствует о недостаточной эффективности эмульгатора, а значит, и устойчивости битумной эмульсии.

Задачей изобретения является повышение эффективности эмульгатора и устойчивости эмульсии к расслоению при использовании отходов переработки хлопкового масла.

Задача решается рецептурой битумной эмульсии с использованием эмульгатора, полученного путем омыления жирового отхода водным раствором щелочи при нагревании, где в качестве жирового отхода используют вторичный продукт переработки хлопкового масла, образующийся после дистилляции жирных кислот хлопкового масла, а в качестве щелочи едкий натр или едкий калий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум - 50-55;
Вторичный продукт переработки хлопкового масла - 0,5-1,0;
NaOH - 0,15-0,3
Или
КОН - 0,2-0,4
Вода - Остальное
При этом вторичный продукт переработки хлопкового масла состоит из мономерных (30%):
C₁₄ - 0,2
C₁₆ - 6,5
C₁₈ - 7,8
C_18:1 - 12,9
C_18:2 - 2,6 в мас.%
и олигомерных (70%) карбоновых кислот и имеет следующие характеристики:
Кислотное число, мг КОН/г - 110-125
Число омыления, мг КОН/г - 150-165
Йодное число, г J₂/100 г - 80-90
Среднечисловая молекулярная масса - 1130
Содержание жировых веществ, мас.% - 84-88
Содержание нежировых веществ, мас.% - 4-6
Содержание воды, мас.% - 8-10
Эти характеристики были получены в процессе исследований указанного вторичного продукта переработки хлопкового масла авторами с использованием различных физико-химических и химических методов анализа: ЯМР-, ИК-спектроскопии, гельпроникающей хроматографии, хроматомасс-спектрометрии и др.

При использовании такого компонента расходный коэффициент эмульгатора ниже, чем в прототипе; количества щелочи при ее более высоком содержании требуется примерно в 2,4 раза больше, чем необходимое по числу омыления по сравнению с указанным содержанием щелочи в 4,5-4,7 раз больше для прототипа, что свидетельствует о более эффективности эмульгатора и позволяет повысить физико-механические свойства и устойчивость эмульсии при ее хранении и транспортировке. Ввиду отсутствия необходимости обработки указанного отхода процесс производства эмульсии по сравнению с прототипом будет проще, так как не требует дополнительной операции по очистки отходов.

В табл. 1 приведены составы компонентов в нескольких вариантах предлагаемого изобретения и прототипа для битумной эмульсии, в табл. 2 -свойства битумной эмульсии в соответствии с изобретением, эмульсии с использованием прототипа.

Для приготовления различных вариантов эмульсий используют битумы нефтяные дорожные по ГОСТ 22245-76 марок БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, при этом марку битума назначают с учетом климатических условий района дорожного строительства и конструктивного слоя дорожной одежды.

Для приготовления анионных эмульсий использована мягкая вода с показателем жесткости не выше 3 мг-экв/л.

Процесс приготовления эмульсии заключается в объединении в эмульсионной машине битума и водного раствора эмульгатора, дозируемых в соответствии с предлагаемыми соотношениями. Температура нефтяного битума, поступающего в эмульсионную машину, зависит от используемой марки битума; для марки БНД 90/130 она должна быть в пределах 120-140^oС. Температура водного раствора эмульгатора, поступающего в эмульсионную машину, должна быть в пределах 60-80^oС. Температуру битума и раствора эмульгатора следует назначать так, чтобы суммарная температура не превышала 200^oС для исключения вспенивания смеси и выбрасывания ее из машины.

Для приготовления эмульсии может быть использована установка периодического действия.

Технология получения битумной эмульсии включает следующие операции:
- приготовление водного раствора эмульгатора: в 49,3 л воды при использовании КОН или 49,35 л для NaOH, нагретой до температуры 60-80^oС, вводят вторичный продукт переработки хлопкового масла в количестве 0,5 кг и едкий калий в количестве 0,2 кг либо едкий натр в количестве 0,15 кг. Полученную смесь перемешивают при той же температуре в лопастной мешалке в течение 3 ч со скоростью вращения ротора 100 об/мин.;
- в готовый водный раствор эмульгатора при работе ротора мешалки 300 об/мин вводят тонкой струей разогретый до 120^oС битум в количестве 50 кг, и эта операция занимает около трех минут;
- готовую битумную эмульсию хранят в закрытых емкостях, препятствующих испарению воды.

Контроль качества эмульсии осуществляется в процессе приготовления эмульсии визуально. Эмульсии испытывают через сутки после приготовления. Перед испытаниями каждую пробу эмульсии процеживают через сито с сеткой 1,25, смоченной 1% раствором едкого натра, температура эмульсии должна быть 20^oС+ 2^oС. Определение свойств эмульсии осуществлялось в соответствии с ГОСТ 18659-81. Эмульсии битумные дорожные. Технические условия. Государственный комитет по делам строительства, М.: изд. Стандартов, 1981.

Формула изобретения

Битумная эмульсия, включающая битум и жировой отход с водным раствором щелочи, отличающаяся тем, что в качестве жирового отхода используют вторичный продукт переработки хлопкового масла, образующийся после дистилляции жирных кислот хлопкового масла, а в качестве щелочи - едкий натр или едкий калий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Битум - 50-55
Вторичный продукт переработки хлопкового масла - 0,5-1,0
NaOH - 0,15-0,3
или
КОН - 0,2-0,4
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2