Модифицирующая добавка к битумам

Изобретение относится к модифицирующей добавке к битумам, включающей смесь синтетического товарного каучука и целевых компонентов. В качестве синтетического товарного каучука линейной структуры использован гранулированный синтетический бутадиен-нитрильный каучук, также использованы жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С и малеиновый ангидрид, при этом названные компоненты в составе модифицирующей добавки использованы при следующем соотношении, мас.%: гранулированный синтетический каучук 17-22,5; малеиновый ангидрид 7,5-10; жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С - остальное. Использование добавки для приготовления полимерно-битумного вяжущего обеспечивает возможность одновременного повышения значений его эластичности, температурной хрупкости и адгезии с металлом и бетоном. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности добавкам, используемым для изготовления полимерно-битумных вяжущих, и может быть использовано для изготовления кровельных, изоляционных и герметизирующих мастик и дорожных материалов, например, полимерасфальтобетонов или составов для поверхностной обработки.

Известна модифицирующая добавка к битумам, включающая смесь гексаметилентетрамина и побочного технического продукта пиролиза твердых горючих ископаемых и/или нефтяного шлама, при этом массовая доля второго в добавке составляет 97,5-99,9%, а гексаметилентетрамин составляет остальное (см. RU 2208024, C08L 95/00, С08K 5/17, С08K 5/13, 2003.07.10). Добавка, полученная согласно изобретению, обеспечивает хорошую адгезию к основным и кислым минеральным материалам и обладает биоцидными свойствами, и, как следствие, введение добавки в битум предотвращает его разрушение под воздействием микроорганизмов, что в целом повышает долговечность битумных материалов.

Недостаток этого решения - ограниченность области применения (для дорожного, аэродромного и гидротехнического строительства, а также для формирования изоляционного покрытия различных подземных сооружений) и отсутствие комплексного воздействия на параметры полимерно-битумного вяжущего.

Известна также модифицирующая добавка к битумам, включающая смесь синтетических товарных каучуков и целевых компонентов (см. полимерный модификатор «Каудест-Д» (ТУ 227-045-05766793-96) и «Каудест-Д» (улучшенный) (ТУ 2257-004-01393728-00) производства ОАО «Омский каучук», разработанный ФГДУП «Омский Союздорнии». В качестве синтетических товарных каучуков использованы синтетические бутадиенальфаметилстирольные каучуки линейной структуры. Целевые компоненты включают адгезионный компонент и стабилизирующие добавки. При этом модификатор находится в гелеобразном состоянии. Модифицирующая добавка «Каудест-Д» характеризуется хорошей совместимостью с нефтяными битумами разной химической природы и способна обеспечивать полимерно-битумному вяжущему необходимый комплекс физико-механических свойств, в том числе эластичность, в соответствии с требованиями нормативной документации. «Каудест-Д» повышает способность битума к растяжению при разных температурах; ПВБ имеет улучшенные деформативные свойства при пониженной температуре (растяжимость при 0°С в 4 и более раза выше, чем у битума, а пенетрация при аналогичной температуре больше в 1.2-1.4 раза).

Недостаток этого технического решения - способность улучшения только ограниченного спектра эксплуатационно-технологических характеристик битума. При этом, попытка обеспечить одновременное улучшение более широкого спектра характеристик битума не всегда возможна, поскольку ввод дополнительных модифицирующих добавок зачастую при улучшении одних характеристик приводит к ухудшению других, что усложняет подбор оптимальных концентраций отдельных добавок в таком их комплексе.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в обеспечении возможности одновременного повышения значений эластичности, температурной хрупкости и адгезии с металлом, при использовании модифицирующей добавки для приготовления полимерно-битумного вяжущего.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности изготовления полимерно-битумного вяжущего, эффективно «работающего» в суровых климатических условиях (при температурах наружного воздуха ниже -30°С и выше +30°С) и эффективного, как изолирующий материал для металлоконструкций, в том числе размещаемых под землей.

Поставленная задача решается тем, что модифицирующая добавка к битумам, включающая смесь синтетического товарного каучука и целевых компонентов, отличается тем, что в качестве синтетического товарного каучука линейной структуры использован гранулированный синтетический каучук, в качестве целевых компонентов использованы жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С и малеиновый ангидрид, при этом названные компоненты в составе модифицирующей добавки использованы при следующем соотношении, мас.%:

гранулированный синтетический каучук	17-22,5
малеиновый ангидрид	7,5-10
жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной
смолы с температурой кипения выше 230°С	остальное

Кроме того, в качестве гранулированного синтетического каучука использован бутадиен-нитрильный каучук.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач:

Признаки «...в качестве синтетического товарного каучука линейной структуры использован гранулированный синтетический каучук» обеспечивают возможность его эффективного диспергирования в жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы, а затем и в битуме (при вводе в него добавки), при этом, распределяясь равномерно в объеме полимерно-битумного вяжущего, этот компонент способствует повышению его эластичности после затвердевания.

Признаки, указывающие, что в качестве одного из целевых компонентов использована «жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы» обеспечивают пластификацию битума и эффективное растворение (диспергацию) синтетического каучука (последнее, в свою очередь, обеспечивает равномерность распределения последнего в объеме битума). Кроме того, этот компонент способствует повышению адгезии полимерно-битумного вяжущего с металлом. Кроме того, снижается дефицитность основного компонента добавки, т.к. он производится непосредственно в Дальневосточном регионе, на основе липтобиолитовых углей Липовецкого месторождения (Приморский край).

Признаки, указывающие на использование жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы «с температурой кипения выше 230°С», исключают непроизводительные потери этого компонента в процессе приготовления добавки и ее смешивания с битумом, которые сопровождаются термической обработкой, что также повышает безопасность процесса приготовления добавки (для персонала) и снижает выбросы в атмосферу.

Признаки, указывающие, что в качестве второго из целевых компонентов «использован малеиновый ангидрид», обеспечивают создание с указанным типом каучука полимерного комплекса, обеспечивающего повышение адгезии полимерно-битумного вяжущего с различными материалами (с наполнителями, с бетоном и металлом).

Признаки, указывающие на диапазон концентраций гранулированного синтетического каучука и фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы, обеспечивают достижение максимально возможных значений концентраций этих компонентов, при которых наблюдается получение однородного геля. Таким образом, заданный диапазон концентраций этих компонентов определяет не столько технологические и эксплуатационные характеристики полимерно-битумного вяжущего, после смешивания битума с модифицирующей добавкой, которые изменяются в узком диапазоне, сколько гомогенность самой добавки.

Признаки, указывающие на диапазон концентраций малеинового ангидрида, обеспечивают температуру размягчения добавки на уровне 130°С.

Признаки второго пункта формулы позволяют конкретизировать вид синтетического каучука оптимально с позиций поставленной задачи изобретения.

Для приготовления модифицирующей добавки используют:

- фракцию с температурой кипения выше 230°С, получаемую из смолы каменноугольной липтобиолитовой (ТУ 14-7-100). Смолу каменноугольную липтобиолитовую получают при полукоксовании липтобиолитовых углей. Она имеет следующие характеристики: плотность при 20±2°С, г/см³ 1,02-1,1; показатель преломления 1,588±0,002; концентрация водородных ионов 10-11; групповой состав (% по массе) фенолы 8-18, парафины и олефины 4-12, нейтральные кислородные соединения 20-30; карбоновые кислоты 1-2; пиридиновые основания 1-3; ароматические углеводороды 22-34. Названную фракцию получают как жидкий остаток после возгонки легколетучих фракций при термической обработке исходной смолы (нагреве до 230°С).

В качестве синтетического товарного каучука линейной структуры используют бутадиен-нитрильный синтетический каучук марки БНКС 28 АСМЭ, производимый ОАО «Красноярский завод синтетического каучука», поставляемый в гранулах.

Используют малеиновый ангидрид по ГОСТ 11153-75.

Для приготовления добавки используют мешалки известной конструкции, выполненные в виде емкости с лопастной мешалкой и средствами поддержания температурного режима не менее 140°С.

Добавку готовят и используют следующим образом.

При приготовлении и использовании лакокрасочной композиции необходимо соблюдение следующего комплекса мер безопасности:

- работники должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты в соответствии с ГОСТ 12.4.103: (комбинезоны, фартуки, ботинки кожаные, средствами защиты органов дыхания - респираторы с аэрозольным фильтром, для защиты глаз - очками);

- работы, связанные с использованием композиции, должны проводиться в соответствии с «Санитарными правилами организации технологических процессов и гигиеническими требованиями к производственному оборудованию» ГОСТ 12.3.002, ГОСТ 12.3.035;

- работы, связанные с приготовлением и применением композиции в замкнутых помещениях, должны проводиться только при непрерывно действующей приточно-вытяжной вентиляции или с использованием средств защиты органов дыхания, при этом рабочим запрещается применение открытого огня;

- при работе в закрытых помещениях разрешается применение светильников только во взрывобезопасном исполнении;

- перед началом работы следует проверить исправность электрооборудования и наличие заземления во избежание искрения.

Основу добавки получают путем ввода эффективного количества гранулированного синтетического каучука в нагретую до 80°С жидкую фракцию липтобиолитовой каменноугольной смолы (с температурой кипения выше 230°С), их перемешивания и выдерживания до 2 часов при этой температуре до завершения процесса набухания каучука. Далее температуру повышают до 140°С и перемешивают смесь до получения гомогенной массы. Затем, продолжая перемешивание, вводят заявленное количество малеинового ангидрида и перемешивают смесь при температуре 180°С до окончания процесса синтеза добавки (ориентировочно, до 1,5 часов). После охлаждения материала, полученного по окончанию процесса синтеза, добавка готова.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. 75,5 кг (75,5%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 17 кг (17 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ, перемешивают эти компоненты и смесь выдерживают до 2 часов при температуре 80°С, далее температуру повышают до 140°С и перемешивают смесь до получения гомогенной массы. Затем, продолжая перемешивание, вводят 7,5 кг (7,5%) малеинового ангидрида и эту смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания процесса синтеза добавки. Общая продолжительность процесса приготовления добавки составляет до 4 часов. Далее полученный материал охлаждают.

Пример 2. 69,8 кг (69,8%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 20,9 кг (20,9 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ, перемешивают эти компоненты и смесь выдерживают до 2 часов при температуре 80°С, далее температуру повышают до 140°С и перемешивают смесь до получения гомогенной массы. Затем, продолжая перемешивание, вводят 9,3 кг (9,3%) малеинового ангидрида и эту смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания процесса синтеза добавки. Общая продолжительность процесса приготовления добавки составляет до 4 часов. Далее полученный материал охлаждают.

Пример 3. 67,5 кг (67,5%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 22,5 кг (22,5 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ, перемешивают эти компоненты и смесь выдерживают до 2 часов при температуре 80°С, далее температуру повышают до 140°С и перемешивают смесь до получения гомогенной массы. Затем, продолжая перемешивание, вводят 10 кг (10%) малеинового ангидрида и эту смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания процесса синтеза добавки. Общая продолжительность процесса приготовления добавки составляет до 4 часов. Далее полученный материал охлаждают.

Наиболее оптимальным по нашим данным является состав, соответствующий примеру 2, поэтому пример использования заявленной добавки иллюстрируем на примере получения битумно-полимерной композиции (БПК) - основы кровельной и изоляционной мастики. Для получения битумно-полимерной композиции использован битум строительный БН 90/10 по ГОСТ 6617-76 и заявленная модифицирующая добавка, соответствующая примеру 2.

Приготовление битума с добавкой включает автоматическое дозирование добавки, подогрев битума до температуры 100-180°С и внесение добавки в эффективном количестве (от 33,3,до 40% от массы битумно-полимерной композиции), при постоянном перемешивании.

Готовую добавку расфасовывают в металлические, герметично закрывающиеся емкости согласно ГОСТ 9980.3. Емкости хранятся в местах, защищенных от прямых солнечных лучей, с температурой воздуха от 5 до 35°С. Гарантийный срок хранения устанавливается 6 месяцев со дня изготовления. При использовании основы по истечению гарантийного срока хранения перед ее использованием необходимо провести контроль ее качества.

«Холодную» битумно-полимерную композицию наносят на защищаемую поверхность вручную с помощью кисти или валика, при температуре окружающей среды от 5 до 60°С. При этом металлические поверхности должны быть очищены до степени 2 по ГОСТ 9.402, а бетонные иметь класс шероховатости 3, поверхностную пористость до 10% по СНиП 3.04.03.

«Горячую» битумно-полимерную композицию наносят на поверхность наливом и распределяют по ней шпателем.

Гарантийный срок хранения готовой битумно-полимерной композиции составляет 4 часа с момента изготовления.

Результаты испытаний защитного покрытия, сформированного на основе приготовленной битумно-полимерной композиции, приведенные в таблице, показывают, что использование заявленной добавки позволяет повысить характеристики битумно-полимерной композиции по сравнению с аналогичными характеристиками исходного битума.

Соотношение битум: добавка	Температура	Относительное удлинение при разрыве, %	Прочность сцепления, МПа
размягчения, °С	хрупкости, °C	с металлом	с бетоном
1:0	87	-10	120	2,1	0,4
1,63:1	70	-52	700	3,5	1,5
2:1	76	-34	500	2,9	0,8
1,5:1	66	-55	900	3,6	1,7
0:1	137	<-60	1300	4,2	2,1

1. Модифицирующая добавка к битумам, включающая смесь синтетического товарного каучука и целевых компонентов, отличающаяся тем, что в качестве синтетического товарного каучука линейной структуры использован гранулированный синтетический каучук, в качестве целевых компонентов использованы жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С и малеиновый ангидрид, при этом названные компоненты в составе модифицирующей добавки использованы при следующем соотношении, мас.%:

гранулированный синтетический каучук	17-22,5
малеиновый ангидрид	7,5-10
жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной
смолы с температурой кипения выше 230°С	остальное

2. Модифицирующая добавка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве гранулированного синтетического каучука использован бутадиен-нитрильный каучук.