Способ получения адгезионной присадки к битумам

 

Изобретение относится к технологии строительных материалов, например материалов, используемых при строительстве дорог (дорожные одежды, ремонт дорог). Задача изобретения – повышение эффективности действия присадки за счет улучшения адгезионных свойств присадки. Присадку получают путем совмещения кислотного компонента – жирных кислот или флотогудрона с основным компонентом - полиэтиленполиамином при 140-180°С до достижения кислотного числа продуктов реакции не более 25 мг КОН/г, затем смесь охлаждают до 60-45°С и в нее добавляют дибутилфосфорную кислоту в количестве 3-10 мас.%. 1 табл.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области технологии строительных материалов, а более конкретно к способам получения поверхностно-активных (адгезионных) веществ, применяемых в качестве присадки к битумам для улучшения сцепления битума с минеральными материалами.

Уровень техники

В качестве адгезионной присадки к битумам используют амидоамины, имидазолины и/или их смеси, образующиеся в процессе синтеза. Способы получения адгезионных присадок во многом определяют качество товарного продукта и достижение основной цели его введения в строительные материалы - улучшение адгезии битума и минеральных материалов в реальных условиях применения, например, при строительстве дорог.

Известен способ получения адгезионной добавки для битумов полифункционального действия [1]. Способ включает совмещение в реакторе смеси полиэтиленполиаминов с пиперазинами и смеси насыщенных и ненасыщенных жирных кислот с длиной углеводородного радикала С₈-С₂₆, перемешивание реакционной массы с саморазогревом вследствие экзотермической реакции в течение 2-30 мин, подачу инертного газа (азота), постепенное нагревание реакционной массы до 200°С в течение 3-4- ч, до 240-260°С в течение 1 ч и термостатирование реакционной массы при 240-260°С в течение 3-4 ч с последующей отгонкой избыточных аминов при давлении 20-50 мм рт.ст. Способ предусматривает использование смеси полиэтиленполиаминов с пиперазинами следующего состава, мас.%:

Диэтилентриамин, (ДЭТА) 25-35

Триэтиленпентамин (ТЭТА) 15-25

Тетраэтиленпентамин (ТЭПА) 15-25

β-Аминопиперазин (β-АП) 8-12

ди β-Аминопиперазин (ди β-АП) 5-10

Совмещение реакционных смесей полиэтиленполиаминов с пиперазинами и насыщенных и ненасыщенных жирных кислот осуществляют в соотношении 1:(1,1-1,3).

В результате реализации способа образуется адгезионная добавка следующего состава:

1. Амидоимидазолины 40+50, n=1, 2

2. Бисимидазолины 10-20

3. Аминоэтилимидазолины 15-25, m=1, 2

4. Амидопиперазины 5-25, х=0, 1

где R - углеводородный радикал C_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смеси.

После окончания реакции циклоконденсации адгезионная добавка характеризуется кислотным числом 2-85 мг КОН/г и имеет температуру плавления 45-85°С.

Наиболее близким по технической сущности и эффективности адгезии является способ получения катионоактивной адгезионной присадки к битумам, включающий совмещение в реакторе кислотных и основных компонентов и перемешивание в течение 1-2 часов при нагревании до 100-180°С. В качестве основных компонентов, согласно изобретению, используют растворы аминосодержащих смол, а в качестве кислотных компонентов - смеси синтетических жирных кислот фракции С₂₀ и выше [2]. Исходные характеристики смесей синтетических жирных кислот в известной способе (кислотное число) - 70-100 мг КОН/г. Режим синтеза адгезионной присадки в параметрах кислотного числа в описании изобретения не раскрыт. Показана устойчивость адгезионной присадки по изобретению к термообработке при 160-220°С.

Эффективность действия известных присадок, оцениваемая по показателю сцепления эталонного битума (методом адсорбции красителя), при количестве адгезионной добавки в битуме не менее 1%, составляет с песком 91-92%, с мрамором 92-94% (таблица).

Недостаток известного способа - большой расход присадки и недостаточная адгезия битума к мрамору и песку при применении в количествах менее 1 мас.%

Сущность изобретения

Задачей изобретения является повышение эффективности действия присадки преимущественно за счет увеличения адгезии битума к песку и уменьшение ее расхода.

Эта задача решается тем, что реакцию жирных кислот с аминосоединением осуществляют при температуре 140-180°С до достижения кислотного числа (Кч) не более 25 мг КОН/г (более чем 85%-ное превращение жирных кислот в амидоамины и имидазолины), затем смесь охлаждают до 60-45°С и в нее добавляют дибутилфосфорную кислоту.

В результате реакции при 140-180°С образуется преимущественно смесь амидоаминов и имидазолинов, которые при 60-45°С реагируют с дибутилфосфорной кислотой с образованием соответствующих солей. Последние обеспечивают высокое сцепление битума с минеральными материалами.

В качестве полиэтиленполиамина могут быть использованы триэтиленпентамин и тетраэтиленпентамин, а также их смесь. В качестве жирных кислот - олеиновая кислота, стеариновая кислота, синтетические жирные кислоты фракции C_14-18, а также флотогудрон.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. В реактор с мешалкой и обогревом загружают 700 г олеиновой кислоты с Кч=196 мг КОН/г и 300 гр полиэтиленполиамина с щелочностью 149 мл 0,1 н. НСl и нагревают до 160°С. При взаимодействии жирных кислот с полиэтиленполиамином (ПЭПА) протекают реакции образования солей:

RCOO^- NH₃ [(CH₂)₂NH]_nCH₂CH₂NH₂,

которые в результате дальнейших превращений образуют амидоамины:

и имидазолин:

лубина протекания процесса на 1-й стадии характеризуется кислотным числом (Кч). Кч определяют путем потенциометрического титрования навески продуктов реакции раствором едкого калия и выражается в мг КОН на 1 г продукта. Кч характеризует количество непрореагировавших жирных кислот, находящихся в свободном состоянии или в виде солей с ПЭПА.

При перемешивании в течение 90 мин Кч реакционной массы достигает 7,5 мг КОН/г, т.е. степень превращения жирных кислот в амидомины и имидазолины составляет 96,2%. Массу охлаждают до 45°С и вводят 100 г (10 мас.%) дибутилфосфорной кислоты.

Получают 1060 г продукта, содержащего преимущественно (более 85%) соли амидоаминов и имидазолинов с дибутилфосфорной кислотой, 5% солей жирных кислот, избыточный полиэтиленполиамин свободный или в виде солей - остальной.

Пример 2 (контрольный)

В условиях примера 1 реакционную смесь нагревают до 100°С. Через 9 ч Кч равняется 60 мг КОН/г. Массу 3 охладили и добавили 106 г дибутилфосфорной кислоты. Получили 1092 г продукта, содержащего около 60% соли амидоаминов и имидазолинов с дибутилфосфорной кислотой, 20% соли жирных кислот, избыточный полиэтиленполиамин свободный или в виде солей - остальное

Пример 3.

В реактор с мешалкой и обогревом загружают 500 г флотогудрона Кч=70 мг/г КОН и 200 г полиэтиленполиамина. Реакционную массу нагревают до 160°С. Через 30 мин Кч достигает 14 мг КОН/г. Охлаждают реакционную массу до 60°С и вводят 35,5 г дибутилфосфорной кислоты (5 мас.%) и получают 726 г соли.

Пример 4.

В реактор с обогревом и мешалкой загружают 500 г жирных кислот подсолнечного масла с 172,5 мг КОН/г и 357 г полиэтиленполиамина. Реакционную массу нагревают до 150°С, через 180 мин Кч достигает 24,3 мг КОН/г. Охлаждают реакционную массу до 60°С и добавляют 82,0 г (около 10 мас.%) дибутилфосфорной кислоты. Получают 919 г соли.

Пример 5 (контрольный)

В опыте по примеру 4 добавляют вместо дибутилфосфорной кислоты 92,0 г ортофосфорной кислоты. В реакционной среде образуется стекловидная масса, которую невозможно выгрузить из реактора.

Пример 6.

В опыте по примеру 4 добавляют 25,6 г (около 3 мас.%) дибутилфосфорной кислоты. Получают 852,6 г соли.

Пример 7.

В опыте по примеру 4 добавляют 16,9 г (около 2 мас.%) дибутилфосфорной кислоты. Получают 843,9 г соли.

Пример 8 (контрольный).

В опыте по примеру 5 добавляют 112,8 (12,0%) дибутилфосфорной кислоты. Получают 939,8 г соли.

Результаты испытаний адгезионных свойств присадок в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Как видно из примеров, осуществление реакции при температуре ниже 140°С приводит к значительному увеличению времени реакции (пример 2). Основным продуктом реакции являются соли полиэтиленполиамина и жирной кислоты.

В этом случае дибутилфосфорная кислота как более сильная вытесняет жирные кислоты из их солей с полиэтиленполиамином.

Образующиеся при этом соли полиэтиленполиамина и дибутилфосфорной кислоты не являются поверхностно-активными веществами и не будут работать как адгезионная присадка, а выделившиеся жирные кислоты будут являться балластом.

При массовой доле дибутилфосфорной кислоты менее 3% эффективность присадки снижается (пример 7), при массовой доле более 10% - не увеличивается (пример 8).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение адгезионной присадки с большей эффективностью сцепления при меньшем ее расходе по сравнению с аналогом.

Использованные источники

1. Патент РФ 2130954, кл. С 08 L 95/00, опубл. 1999 г., бюл.15.

2. Патент РФ 2185401, кл. С 04 В 26/26, опубл. 2002 г., бюл.20 - прототип.

3. Патент РФ 2099370, кл. С 08 L 95/00, опубл. 1997 г., бюл.35.

Формула изобретения

Способ получения адгезионной присадки к битумам, включающий совмещение в реакторе кислотных и основных компонентов, их перемешивание при нагревании, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента используют жирные кислоты или флотогудрон, в качестве основного компонента используют полиэтиленполиамины, перемешивание при нагревании осуществляют при температуре 140-180°С до достижения кислотного числа продуктов реакции не более 25 мг КОН/г, затем смесь охлаждают до 60-45°С и в нее добавляют дибутилфосфорную кислоту в количестве 3-10 мас.%.