Способ модификации битума

Авторы патента:

Митюшина Светлана Александровна (RU)

C08L95 - Композиции битуминозных материалов, например асфальта, гудрона, вара

Владельцы патента RU 2296142:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (RU)

Изобретение относится к области модификации битумов полимерами. Описан способ модификации битумов путем введения в битум полимерной добавки, отличающийся тем, что перед введением полимерной добавки осуществляют введение в битум изоционатного компонента, выбранного из группы, включающей 2,4-толуилендиизоцианат или полидиизоционат для образования в битуме свободных активных изоционатных групп, осуществляют выдержку образовавшейся смеси двух компонентов, а в качестве полимерной добавки используют сложные или простые полиэфиры, выбранные из группы, включающей полиэтиленбутиленгликольадипинат или полиоксипропилендиол или полиоксипропилентриол с функциональными группами, образующие с активными изоционатными группами битум-полиуретановую композицию в соотношении битум-полиуретан как 95-67:5-33. Технический эффект - получение битум-полиуретановой композиции с улучшенными физико-техническими характеристиками. 2 табл.

Изобретение относится к области модификации битумов полимерами и может быть использовано в строительной промышленности, гидроизоляции, дорожном строительстве.

Известен способ модификации битума полимерами, основанный на введении в готовый битум раствора каучука ["Автомобильные дороги", №7, июль 1998 г."Об опыте применения битумов, модифицированных полимерами", с.10-12].

Известны способы модификации битумов введением в битум измельченной полимерной добавки путем сплавления. А.М.Кисина, В.И.Куценко "Полимербитумные кровельные и гидро-изоляционные материалы" Ленинград. Стройиздат. Ленинградское отделение. 1983, с.24. Получаемые битум-полимерные материалы применяются для дорожных покрытий, для защиты трубопроводов от коррозии, для кровельных, рулонных и гидроизоляционных материалов и др.

Известны способы модификации битумов введением в раствор битума раствора полимерной добавки для получения защитных покрытий для защиты от подземной коррозии трубопроводов водо- и теплоснабжения, а также от атмосферной коррозии различных металлических изделий и конструкций, в том числе трубопроводов, емкостей, металлических гаражей и др. RU 21070806, C 09 D 195/00, C 09 D 195/00, C 09 D 109/00, C 09 D 123/22, 1998.03.20.

Однако в указанных способах модификация осуществляется путем введения в битум отдельно синтезированной полимерной добавки.

Наиболее близким по технической сущности изобретением является способ модификации битумов и битумных продуктов полиуретанами "Битумные продукты, содержащие полиуретаны" путем последовательного или одновременного смешения полиэфирных и изоцианатных компонентов с битумом при температуре 180-200°С, причем полиэфирный компонент должен содержать не менее 5-ти (от 5 до 8) гидроксильных групп в одном из компонентов, то есть быть на основе сорбита или сахарозы в качестве стартового вещества, и дальнейшей конденсациеи с алкиленоксидами, такими как этиленоксид или пропиленоксид. Причем молекулярная масса полиэфиров составляет от 400 до 10,000. В качестве изоцианатного компонента предлагаются: толуилендиизоцианат, дифенилметан-диизоцианат и полиметиленполифенилизоцианат при соотношении изоцианатных и гидроксильных групп от 1:1 до 1:2 с преимущественным отношением приблизительно 1,1:1, GB 1314352 A.

К недостаткам следует отнести сложность процесса получения из-за достаточно высокой температуры, а также использования отдельно полученного полиэфирного компонента на основе сорбита или сахарозы путем конденсации с алкиленоксидами такими, как этиленоксид или пропиленоксид.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу - осуществление модификации при более низкой температуре с образованием полимера непосредственно в битуме путем проведения в нем химической реакции и получения битум-полиуретановой композиции с повышенными физико-техническими характеристиками, тем самым расширяя ассортимент средств данного назначения.

Это достигается тем, что в способе модификации битумов путем введения в битум полимерной добавки согласно изобретению перед введением полимерной добавки осуществляют введение в битум изоционатного компонента, выбранного из группы, включающей 2,4-толуилендиизоцианат или полидиизоционат для образования в битуме свободных активных изоционатных групп, а в качестве полимерной добавки используют сложные или простые полиэфиры, выбранные из группы, включающей полиэтиленпропиленгликольадипинат или полиоксипропилендиол, или полиоксипропилентриол с функциональными группами, образующие с активными изоционатными группами битум-полиуретановую композицию в соотношении битум-полиуретан как 95-67:5-33.

Отличием заявляемого решения от известных является то, что непосредственно в битуме, представляющем собой сложную коллоидную систему, состоящую из асфальтенов, смол и масел, в которых имеются функциональные группы, содержащие подвижный атом водорода (гидроксильные, альдегидные, карбоксильные, фенольные, меркаптановые и др.) /1/, происходит химическая реакция, в которой модификация изоционатом приводит сначала к образованию уретановой группы

где R - битум, имеющий ряд функциональных групп, способных взаимодействовать с -NCO группой (гидроксильные, карбоксильные, меркаптановые и др.),

R' - полиэтиленпропиленгликольадипинат или полиоксипропиленгликоль,

а затем при добавлении полиэфиров реагирует 2-ая -NCO группа с образованием полиуретанов. Таким образом, происходит сшивание молекул битума посредством реакции уретанообразования. При этом модификация проводится при более низкой температуре, чем по прототипу. При этом полученная битум-полиуретановая композиция имеет улучшенные свойства, а именно пониженную температуру стеклования, повышенную температуру текучести, увеличенные деформационные характеристики коррозионной стойкости.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Битум БНИ-IV растворяют в толуоле в соотношении 1:1. К навеске битума в толуоле добавляют 2,4 толуилендиизоционат (ТДИ) или (ПИЦ) в количестве согласно таблице 1, чтобы при добавлении полиэфира (ПЭ) получались следующие составы %: битум + полиуретан (ПУ) (95:5; 90:10; 85:15 и тд). Составы битум + 2,4-толуилендиизоционат выдерживают при комнатной температуре в течение 5-7 суток. Далее к полученным составам добавляют раствор ПЭ 3003 (Лапрол 3003) (табл.1 составы 1-6; 27-31; 32-36) или ПЭ П6БА (полиэтиленбутиленгликольадипинат) (табл.1 составы 11-16, 37-41). Все перемешивают в течение 3 минут и разливают в формы, в которых в течение 3-5 дней происходит образование битум-полиуретановой композиции. Испытания образцов приведены в табл.2. Количество ТДИ и ПИЦ зависит от молекулярной массы полиэфира и соотношений битум: ПУ и колеблется от долей процента до единиц, хотя можно и больше, но не выгодно экономически.

Пример 2.

К разогретому битуму БНИ-IV добавляют 2,4-толуилендиизоционат или ПИЦ в количестве согласно табл.1. Смесь выдерживают в печи в течение 3 суток при температуре 60°С, после чего вводят ПЭ5003-2Б-14 (Лапрол 5003) (табл.1 составы 7-10) или ПЭ 5003 (полиоксипропилентриол) (табл.1 составы 17-21) и после перемешивания выливают в соответствующие формы, которые оставляют в печи при температуре 60°С еще на 3 суток до образования битум-полиуретановой композиции. Испытания образцов 7-10 и 17-21 приведены в табл.2

Пример 3.

К разогретому до 100-140°С битуму БНД 90/130 добавляют 2,4-ТДИ в количестве, указанном в табл.1, после чего смесь перемешивают в течение 2,5 часов при той же температуре. Затем добавляют ПЭ П914 согласно составам 22-26 и продолжают перемешивание 1-5 часов при температуре 100-140°С до образования битум-полиуретановой композиции. Испытания образцов 22-26 приведены в табл.2

В предлагаемом способе могут быть использованы различные марки битума, традиционно применяемые для изготовления асфальтобетонов, например битумы нефтяные дорожные вязкие: БНД 90/130, БНД 200/300, БНД 130/200 - ГОСТ 22245-90; битумы нефтяные изоляционные: БНИ - IV ГОСТ 9812-74 и др.

2,4-толуилендиизоционат - ТУ 113-03-331-79; полидиизоционат - ТУ 113-03-375-75; ПЭ 3003 - полиоксипропилентриол - ТУ 6-05-1513-75; ПЭ 5003 - полиоксипропилентриол - ТУ 2226-023-95; ПЭ 5003-2Б-10 - полиоксипропилентриол - ТУ 2226-023-10488057-95; ПЭ П6БА - полиэтиленбутиленгликольадипинат - ТУ 38.103582-85; ПЭ П914 - полидиэтиленгликоли разветвленные с добавкой глицерина - ТУ 38.303 - 04-03-90; ПЭ 2102 - полиоксипропилендиол - ТУ 6-05-021-266-80.

В таблице 2 приведены следующие показатели модифицированных битумов: прочность при разрыве (σ_р-р), относительное удлиннение при разрыве(ε, %). Испытания проводились по ГОСТ 11262-80 на разрывной машине РМ-30 М W, % (водопоглощение) по ГОСТ 7025-91; R, % (коррозионная стойкость) - метод основан на измерение сопротивления металлических пластин (сталь 08КП), покрытых исследуемым составом, до и после выдержки их в гидростате Г4. Сопротивление измерялось мостом Р-38. σ_адг, МПа, ГОСТ 15140-78 - измерение адгезионной прочности на приборе Р-0,5

Таблица 1
Пример 1	№	%ПУ	Состав	Масса бит, г	Масса изоц., г	Масса ПЭ, г

	1	8	БНИ-IV+2,4-ТДИ+	9,2	0,1184	0,6816
	2	10	ПЭ 3003	9,0	0,1480	0,8520
	3	13		8,7	0,1924	1,1076
	4	17		8,3	0,2516	1,4484
	5	23		7,7	0,3404	1,9596
6	33		6,7	0,4884	2,8116
Пример 2
	7	5	БНИ-IV+2,4-ТДИ+	9,5	0,0475	0,4525
	8	10	ПЭ 5003-2Б-10	9,0	0,0950	0,9050
	9	15		8,5	0,1425	1,3575
10	20		8,0	0,1900	1,8100
Пример 1
	11	8	БНИ-IV + 2,4-ТДИ+	9,2	0,1186	0,6814
	12	10	ПЭ П6БА	9,0	0,1482	0,8518
	13	13		8,7	0,1927	1,1073
	14	17		8,3	0,2519	1,4481
	15	23		7,7	0,3408	1,9590
16	33		6,7	0,4891	2,8109
Пример 2					-	-
	17	5		9,5	0,0475	0,4525
	18	10	БНД90/130+2,4-ТДИ+	9,0	0,0950	0,0950
	19	15	ПЭ 5003	8,5	0,1425	1,3575
	20	20		8,0	0,1900	1,8100
21	30		7,0	0,2820	2,7180

Пример 3	22	5	БНД90/130+2,4-ТДИ+	9,5	0,0741	0,4259
Пример 3	23	10	ПЭ П914	9,0	0,1482	0,8518
24	15		8,5	0,2223	1,2777
	25	20		8,0	0,2960	1,7040
	26	30		7,0	0,4440	2,5560

Пример 1	27	5		9,5	0,0625	0,4375
	28	10	БНИ-IV+ПИЦБ+	9,0	0,1250	0,8750
	29	15	ПЭ 2102	8,5	0,1875	1,3125
	30	20		8,0	0,2500	1,7500
	31	30		7,0	0,3750	2,6250

Пример 1	32	5	БНИ-IV+ПИЦБ+	9,5	0,0625	0,4375
	33	10	ПЭ 3003	9,0	0,1250	0,8750
	34	15		8,5	0,1875	1,3125
	35	20		8,0	0,2500	1,7500
36	30		7,0	0,3750	2,6250

Пример 1	37	5	БНИ-IV+ПИЦБ+	9,5	0,0625	0,4375
	38	10	П6БА	9,0	0,1250	0,8750
	39	15		8,5	0,1875	1,3125
	40	20		8,0	0,2500	1,7500
41	30		7,0	0,3750	2,6250

Где ПЭ - полиэфир.
Таблица 2
№ составов	Тст., °С	Ттек.,°С	σр-р, МПа	ε, %	Wсутки, %	Rсутки, %	σадг. МПа
1	-	-	0,19	23	1,22	8,9	1,50
2	-	-	0,20	25	1,04	5,5	1,80
3	-	-	0,20	27	1,24	5,3	1,85
4	-42	-8	0,20	27	1,25	4,2	1,90
5	-50°	+31°	0,40	59	1,39	4,0	2,0
6	-70	+78	0,53	65	1,43	3,8	2,1
7			0,18	23	0,94	9,7	1,2
8			0,18	23	1,0	4,8	1,25
9			0,19	25	1,4	6,6	1,35
10			0,23	28	2,1	6,6	1,80
11			0,18	24	0,39	8,7	1,20
12			0,18	34	0,67	6,2	1,45
13			0,23	39	0,69	5,1	1,60
14			0,35	47	0,70	4,9	1,80
15			0,43	49	0,70	4,1	2,18
16			0,93	79	1,39	3,9	2,50
17	-46	+25	0,18	18	0,30	5,7	0,90
18	-18		0,18	18	0,50	4,5	1,10
19	-25		0,19	20	0,54	3,5	1,45
20	-17		0,19	25	0,57	3,2	1,60
21	-18		0,26	28	1,12	1,6	2,10
22	-61	+33	0,33	35	1,97	1,6	3,10
23			0,18	19	0,32	4,7	1,47
24			0,18	21	0,65	3,8	1,58
25			0,19	22	0,79	3,7	1,75
26			0,20	23	1,82	2,5	1,90
27			0,27	28	1,95	1,5	2,17
28			0,18	1,223	1,54	-	1,50
29			0,19	1,325	1,56	-	1,58
30			0,22	1,325	1,56	-	1,68
31			0,22	1,427	2,03	-	1,90
32			0,27	1,939	2,20	-	2,30
33			0,19	1,325	1,62		1,70
34			0,20	1,325	1,64		1,72
35			0,22	1,530	1,75		1,85
36			0,24	2,041	1,88		2,02
37			0,38	1,847	2,30		2,35
38			0,20	1,223	1,28		1,50
39			0,22	1,325	1,35		1,58
40			0,23	1,325	1,44		1,65
41			0,26	1,417	1,68		1,98
42			0,31	1,635	1,73		2,18
			ГОСТ	ГОСТ	ГОСТ		ГОСТ 15140-
			11262-80	11262-80	7025-91		78

Из таблицы следует, что битум, модифицированный полиуретаном, по сравнению с не модифицированным битумом, обладает улучшенными свойствами, а именно имеет пониженную температуру стеклования, повышенную температуру текучести, увеличенные деформационные характеристики коррозионной стойкости, прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве, что расширяет ассортимент средств данного назначения. При этом, чем выше содержания ПУ в битуме, тем лучше свойства, по сравнению с чистым битумом.

Способ модификации битумов путем введения в битум полимерной добавки, отличающийся тем, что перед введением полимерной добавки осуществляют введение в битум изоционатного компонента, выбранного из группы, включающей 2,4-толуилендиизоцианат или полидиизоционат для образования в битуме свободных активных изоционатных групп, осуществляют выдержку образовавшейся смеси двух компонентов, а в качестве полимерной добавки используют сложные или простые полиэфиры, выбранные из группы, включающей полиэтиленбутиленгликольадипинат или полиоксипропилендиол или полиоксипропилентриол с функциональными группами, образующие с активными изоционатными группами битумополиуретановую композицию в соотношении битум - полиуретан как 95-67:5-33.

Похожие патенты:

Гидроизоляционная мастика // 2291172

Изобретение относится к области производства полимерных строительных гидроизоляционных материалов, применяемых в производстве и ремонте кровли, герметиков и ремонтных материалов, используемых для гидроизоляционной защиты бетонных, кирпичных и т.п.

[(гетерилонио)метилкарбонилоксиполи(алкиленокси)]-[(аммонио)метилкарбонилоксиполи(алкиленокси)]пропан трихлориды, обладающие свойствами эмульгаторов водобитумных и водомазутных эмульсий, способ их получения // 2286990

Изобретение относится к новым [(гетерилонио)метилкарбонилокси-поли(алкиленокси)]-[(аммонио)метилкарбонилоксиполи(алкиленокси)]пропан трихлоридам, общей формулы: где: при X+=Y+= Z+=-N+R1R2 R3, R1=R2=H, R3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е (общая степень оксипропилирования)=49, b+d+f (общая степень оксиэтилирования)=9; при X+=Y+= Z+=-N+R1R2 R3, R1=R2=H, R3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=55, b+d+f=10; при X+= Y+=Z+=-N+R1 R2R3, R1=R2=H, R 3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=49, b+d+f=9; при X+= Y+=Z+=-N+R1 R2R3, R1=R2=H, R 3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=55, b+d+f=10; при X+= Y+=Z+=-N+R1 R2R3, R1=R2=H, R 3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=49, b+d+f=0; X+= Y+=Z+=-N+R1 R2R3, R1=R2=H, R 3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=55, b+d+f=0; при X+=Y+ = Z+=-N+R1R2 R3, R1=R2=H, R3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=49, b+d+f=0; при X+= Z+=-N+R1R2 R3, R1=R2=H, R3=алифатический углеводородный радикал, содержащий 10-16 атомов углерода, а+с+е=55, b+d+f=0, и к способу их получения.

Способ изготовления битумосодержащих смесей с минеральным компонентом // 2285707

Изобретение относится к способам изготовления битумосодержащих смесей, используемых для материалов дорожных и аэродромных покрытий, кровельных гидроизоляционных покрытий.

Битумно-каучуковая мастика // 2285024

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в качестве кровельных материалов, для защиты металлических, бетонных и других оснований, а также для герметизации швов в дорожном строительстве.

Способ получения комплексной битум-полимерной композиции // 2281963

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, а именно к способам создания битум-полимерных композиций с высокой адгезией к минеральным материалам асфальтобетонных смесей, повышенной морозостойкостью и сдвигоустойчивостью, которые могут быть использованы в дорожном и аэродромном строительстве.

Защитное покрытие для труб, труба с защитным покрытием, способ нанесения покрытия и его применение // 2279454

Эмульсионный состав для дорожного строительства // 2279453

Изобретение относится к области производства эмульгированных связующих, используемых при дорожном строительстве и ремонте для пропитки щебеночных и гравийных оснований, восстановления верхнего защитного слоя автодорог, обеспыливания грунтовых, щебеночных, асфальтированных дорог и аэродромов, при ямочном ремонте автодорог и закреплении откосов насыпей и водоотводных канав.

Битумополимерный состав для приклеивания и гидроизоляции // 2276678

Изобретение относится к промышленному строительству и может быть использовано для приклеивания рулонных материалов и гидроизоляции строительных конструкций. .

Способ получения полимерно-битумной композиции // 2276116

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, а именно к способам создания полимерно-битумных композиций с повышенной адгезией к минеральным материалам асфальтобетонных смесей, которые могут быть использованы в дорожном и аэродромном строительстве.

Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона // 2273615

Изобретение относится к технологии стабилизирующих добавок, используемых в асфальтобетонах, а именно при изготовлении покрытия шоссейных дорог на основе щебеночно-мастичных асфальтобетонов.

Полимерная композиция // 2295550

Изобретение относится к полимерной композиции на основе эпоксиуретановой смолы, используемой при изготовлении броневых покрытий, для вкладных зарядов баллистного твердого ракетного топлива, а также в качестве заливочных компаундов в электронике, электро- и радиотехнике, строительстве и других целей.

Бумага с покрытием, обладающая шелковистостью на ощупь // 2294998

Полиуретановая композиция // 2292367

Изобретение относится к составам полиуретановых композиций различного назначения, перерабатываемых методом реакционного формования по литьевой технологии для получения крупногабаритных изделий различного назначения, в том числе изделий, эксплуатируемых при отрицательных температурах.

Жидкий отвердитель для полиуретановых систем // 2292358

Изобретение относится к получению жидкого отвердителя, предназначенного для отверждения форполимеров с концевыми изоцианатными группами для полиуретановых композиций различного назначения, в частности для получения по литьевой технологии крупногабаритных изделий и изделий сложного профиля, эксплуатируемых при больших нагрузках и в режиме циклического нагружения при высокой степени деформирования.

Сырьевая смесь для получения теплоизоляционных плит // 2291886

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве теплоизоляционных плит. .

Полиуретановая композиция, содержащая полиальдимин // 2291162

Изобретение относится к отверждающимся под действием влаги полиуретановым композициям, а именно к композициям, содержащим, по крайней мере, один полиуретановый форполимер А с изоцианатными группами, полученный из, по крайней мере, одного полиизоцианата, и, по крайней мере, одного полиола.

Полиуретановая композиция // 2283851

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к полимерным композициям, включающим, по меньшей мере, один полиуретановый форполимер А с изоцианатными концевыми группами, полученный, по меньшей мере, из одного полиизоцианата, по меньшей мере, с одним полиолом А1 и, при необходимости, по меньшей мере, с одним полиолом А2, где А1 является линейным полиоксиалкиленполиолом со степенью ненасыщенности менее 0,04 м-экв/г; А2 является полиолом и присутствует в количестве 0-30 вес.%, предпочтительно 0-20 вес.%, в частности 0-10 вес.%, в расчете на общее количество А1+А2 и, по меньшей мере, один полиальдимин В.

Композиция для изготовления эластичного абразивного инструмента, полиуретановое связующее для этой композиции и способ изготовления композиции // 2275293

Изобретение относится к полимерным композициям для изготовления пористого эластичного абразивного инструмента, предназначенного для обработки изделий сложного профиля.

Иономерный термопластичный полиуретан // 2272817

Полимерная композиция // 2263695

Изобретение относится к полимеризующимся смесям, которые применяются для получения водоотталкивающих и антикоррозионных покрытий. .

Прессованный материал, содержащий полиуретановый эластомер и каучук, способ его получения // 2297327

Изобретение относится к прессованному материалу, содержащему полиуретановый эластомер и каучук, а также способу получения материала, включающему смешивание, формование и прессование исходных материалов, и может быть использовано при строительных, декоративных и инженерных работах