Способ получения адгезионной битумной присадки
Изобретение относится к области получения композиций, которые входят в состав битумов, используемых при строительстве дорог любых категорий, для обустройства дорожных покрытий, для выполнения ямочного ремонта, получения холодного асфальта и для других видов дорожно-ремонтных и строительных работ. Получают битумную присадку для модификации дорожных битумов синтезом при повышенной температуре полиэтиленполиамина и жирового компонента. В качестве жирового компонента используют органические вещества или их смеси, имеющие кислотное число не менее 40 мг КОН/1 г. При этом содержание жирового компонента в составе сырья составляет 60±5% мас. Продукт синтеза разбавляют исходным жировым компонентом присадки в количестве 20-40% мас., при получении присадки катионного типа. Для получения битумной присадки двойного действия продукт синтеза разбавляют исходным жировым компонентом в количестве 45-50% мас. Для получения присадки анионного типа продукт синтеза разбавляют 50-90% мас. жирового компонента. Технический результат изобретения состоит в расширении диапазона исходных продуктов, пригодных для производства битумной присадки без потери качественных показателей, в снижении затрат при производстве с одновременным повышением безопасности при производстве и применении. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области получения композиций, которые входят в состав битумов, используемых при строительстве дорог любых категорий, для обустройства дорожных покрытий, для выполнения ямочного ремонта, получения холодного асфальта и для других видов дорожно-ремонтных и строительных работ.
Известна адгезионная присадка для битумов класса имидазолинов, получаемая путем термической циклоконденсации синтетических жирных кислот и полиэтиленполиаминов (Бабаев В.И., Королев И.В., Гридчин A.M., Шухов В.И. Технические поверхностно-активные вещества из вторичных ресурсов в дорожном строительстве - М.: Транспорт, 1991, с.47).
Недостатком присадки, полученной вышеприведенным способом технологии, является низкая термостабильность в битуме, а также слабое антиокислительное действие, т.е. недостаточно высокая степень замедления старения битума, в состав которого входит эта присадка.
Известна производимая в промышленном масштабе и применяемая в дорожном строительстве адгезионная битумная присадка катионного типа БП-3М, представляющая собой продукт, полученный взаимодействием высокомолекулярных органических природных или синтетических жирных кислот или их кубовых остатков (жировой основы) с полиэтиленполиаминами (фракция 160-210°С) [ТУ 0256-001-00151822-93. Присадка адгезионная БП-3М к дорожным битумам].
К существенному недостатку присадки, полученной по вышеприведенному способу, следует отнести высокое значение показателя «температура каплепадения» (выше 75°С), в связи с чем перед применением продукт необходимо разогреть с использованием специальных приемов или оборудования, которым как правило не оснащаются типовые асфальтобетонные заводы. Кроме того, активность присадки и время ее «жизни» в составе битума недостаточны, этот недостаток компенсируется обычно повышением содержания присадки в составе битума до 1,5-2,0% мас., что приводит к повышению затрат при производстве асфальтобетонной смеси.
Наиболее близким к заявляемому способу является технология получения адгезионной битумной присадки БП-КСП, представляющей собой продукт синтеза полиэтиленполиаминов и жировой основы, причем в качестве жировой основы используют баковый отстой, образующийся при хранении нерафинированного подсолнечного масла (фуз). Продукт синтеза дополнительно разбавляют (до 40%) нефтепродуктом - остаточным экстрактом селективной очистки масел (см. описание к патенту РФ №2192438, МПК7 C08L 95/00, 10.11.2002).
В процессе производства и эксплуатации этой присадки выявились следующие недостатки:
- низкая температура вспышки присадки, что приводит к повышению пожароопасности производства, в котором присадка смешивается с горячим битумом;
- нестабильное качество отдельных партий присадки, обусловленное тем, что в отходах от производства подсолнечного масла содержится от партии к партии разное количество активного компонента, имеющего к тому же различное значение основного показателя - «кислотное число»; в связи с этим активность конечного продукта неодинакова, а в некоторых партиях недостаточна, что на практике компенсируется перерасходом продукта при его применении;
- в производстве присадки требуется дополнительный компонент - нефтепродукт - остаточный экстракт селективной очистки масел, который в настоящее время не производится и потребителю не отгружается;
- в связи с постоянным совершенствованием технологии производства и очистки растительных масел такие компоненты как фуз в настоящее время практически не производятся и не реализуются, т.е. сырьевая база для производства присадки данного типа постоянно уменьшается и в недалеком будущем иссякнет;
- применение присадки эффективно только в случаях смешивания модифицированного ею битума с минеральными породами кислого характера. На минеральные материалы основного характера действие присадки либо не распространяется, либо выражено недостаточно эффективно.
Технической задачей совершенствования способа получения адгезионной битумной присадки является расширение диапазона продуктов, пригодных для ее производства без потери качественных показателей, расширение сферы ее применения, снижение затрат при производстве.
Указанная техническая задача достигается за счет того, что в предлагаемом способе получения адгезионной битумной присадки путем синтеза при повышенной температуре двух исходных компонентов: полиэтиленполиамина и жирового компонента, в качестве жирового компонента используют органические вещества или смеси этих веществ животного или растительного происхождения, имеющие кислотное число не менее 40 мг КОН/1 г, например госсиполовую смолу или флотогудрон, или талловые масла сырые и очищенные, или жирные кислоты талловых масел, или окисленный петролатум, или соапстоки, образующиеся в производстве жирных кислот животного и растительного происхождения, или отходы, образующиеся при рафинировании любых растительных масел, или смеси перечисленных продуктов, взятые в определенных соотношениях, при этом содержание жирового компонента в составе сырьевой композиции составляет 60±5% мас.; кроме того, процесс синтеза могут вести при 175±5°С, что позволяет сократить время синтеза в 1,5-2,0 раза; кроме того, продукт синтеза разбавляют исходным жировым компонентом присадки, при этом содержание разбавителя для получения присадки катионного типа составляет 20-40% мас.; кроме того, для получения присадки двойного действия продукт синтеза разбавляют исходным жировым компонентом в количестве 45-50% мас.
Если кислотное число жирового компонента менее 40 мг КОН/1 г, его перед синтезом окисляют путем продувки воздухом при нагреве.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Расчетное количество жирового компонента загружают в аппарат, снабженный рубашкой для подогрева (охлаждения), перемешивающим устройством и диспергатором воздуха, расположенным в нижней части аппарата. Включают обогрев и перемешивание, реакционную смесь нагревают до 110±5°С. Если кислотное число жирной основы меньше 40 мг КОН/1 г, включают подачу воздуха в реактор и нагревание продолжают до 155±5°С. Подачу воздуха в реактор продолжают в течение 1 час, после чего к подготовленной основе добавляют второй сырьевой компонент - полиэтиленполиамин и перемешивание продолжают еще 4 часа. Время синтеза уменьшается до 3-х часов, если процесс проводить при температуре 175±5°С. По окончании синтеза температуру продукта в аппарате снижают до 90-100°С и продукт при перемешивании разбавляют исходным жировым компонентом. Количество разбавителя определяется требованиями потребителя к свойствам конечного продукта и может составлять до 90% по массе.
Пример 1. Обезвоженный флотогудрон с кислотным числом 98 мг КОН/1 г загружают в реактор в количестве 60% мас. от общего количества реакционной смеси. Включают перемешивающее устройство и начинают подъем температуры. При достижении температуры в реакторе 100°С начинают порционную подачу в аппарат второго сырьевого компонента - полиэтиленполиамина (ПЭПА). Доводят температуру реакционной смеси до 160°С и продолжают перемешивание еще 4 часа. Температуру в реакторе снизили до 120°С, после чего продукт разбавили исходным флотогудроном на 20% мас. Получают продукт - адгезионную присадку катионного типа, обеспечивающую при введении ее в состав дорожного битума в количестве 0,6-1% мас. надежное сцепление модифицированного битума с минеральными материалами кислого характера (даже увлажненными), применяемыми в дорожном строительстве (песок, гравий, граниты и пр.). Продукт также характеризуется хорошими технологическими характеристиками - повышенной температурой вспышки (не менее 160°С), что обеспечивает безопасность при работе с ним и низкую температуру каплепадения - менее 20°С. Это исключает необходимость разогрева присадки перед ее применением. Термостабильность продукта в составе битума составляет 16 часов.
Пример 2. Так же, как в примере 1, был проведен синтез присадки из тех же компонентов, взятых в тех же количествах. На последнем этапе технологии продукт разбавили исходным флотогудроном на 40% мас. Получили продукт - адгезионную присадку катионного типа, обеспечивающую при введении ее в состав дорожного битума в количестве 0,6-1% (мас.) надежное сцепление модифицированного присадкой битума с минеральными материалами (в т.ч. увлажненными) кислого характера, применяемыми в дорожном строительстве (песок, гравий, граниты и пр.). В отличие от продукта по примеру 1 данный продукт имеет более низкую температуру каплепадения. Однако время жизни продукта несколько снизилось (до 12 часов), хотя и не выходит за нормируемые пределы.
Пример 3. Так же, как в примере 1, был проведен синтез присадки из тех же компонентов, взятых в тех же количествах. Однако на последнем этапе технологии продукт разбавили исходным флотогудроном на 90% мас. Получили адгезионную присадку анионного типа, обеспечивающую надежное сцепление битума, содержащего данную присадку с минеральными материалами (даже увлажненными) карбонатного характера (мрамором и щебнем марки 600-800), применяемыми в дорожном строительстве.
Пример 4. Так же, как в примере 3, был проведен синтез присадки из тех же компонентов, взятых в тех же количествах. Однако на последнем этапе технологии продукт разбавили исходным флотогудроном на 50% по массе. Получили адгезионную присадку двойного действия, обеспечивающую достаточно прочное сцепление битума, содержащего данную присадку с минеральными материалами карбонатного и кислого характера. Величина адгезии битума с такой присадкой к кислым породам возрастает по мере снижения содержания разбавителя и достигает максимального значения при отсутствии разбавителя в конечном продукте.
Пример 5. Так же, как по примеру 1, был проведен синтез присадки. В качестве жировой основы была использована госсиполовая смола с кислотным числом 112 мг КОН/1 г. Получили продукт, который после разбавления его исходной госсиполовой смолой (20% мас.), представлял собой присадку катионного типа, обеспечивающую надежное сцепление модифицированного ею битума с высокопрочными минеральными материалами марки 1000-1200 и выше. В отличие от продукта по примеру 1, данный продукт имел несколько повышенную температуру каплепадения.
С целью снижения значения этого показателя осуществили пример 6, в котором в качестве жирового компонента использовали смесь флотогудрона и госсиполовой смолы, взятых в равных количествах. Общее количество жирового компонента в составе сырьевой смеси составило 60% мас. Условия синтеза полностью соответствовали условиям синтеза в примере 1. Разбавление осуществляли исходной смесью флотогудрона и госсиполовой смолы на 25% мас. В результате получили присадку катионного типа с высокой эффективностью и пониженной до 20°С температурой каплепадения.
Пример 7. Так же, как по примеру 5, был проведен синтез присадки на основе госсиполовой смолы и полиэтиленполиаминов (ПЭПА). Отличием явилась температура синтеза 180°С и, как следствие, продолжительность синтеза - 3 часа. Получили продукт, полностью аналогичный по свойствам продукту из примера 3.
Пример 8. В качестве жировой основы использовали жировой компонент с кислотным числом 26 мг КОН/1 г. Известно, что из такого сырья получить продукт с заданными свойствами не представляется возможным. Жировой гудрон загрузили в реактор, включили нагрев и перемешивающее устройство. При достижении температуры в аппарате 150°С начали подачу воздуха из расчета 1 л на 1 кг сырья в мин. Подачу воздуха осуществляли в течение 1 часа. Кислотное число жирового компонента выросло до 84 мг КОН/1 г. К осмоленному продукту порционно при перемешивании добавили ПЭПА в заданном количестве (40%). Синтез осуществляли в течение 4-х часов при 160°С. Получили продукт заданными характеристиками. Следует учесть, что разбавление продукта синтеза следует проводить только осмоленным (окисленным) жировым компонентом в указанных выше соотношениях (до 30% мас.).
Для сравнения была получена адгезионная битумная присадка по способу-прототипу - пример 9. Был проведен синтез 60% мас. фуза и 40% мас. ПЭПА. Температура синтеза 160°С, время синтеза 4 часа. Разбавитель - экстракт селективной очистки масел (20% мас.). Изначальные характеристики присадки (пример 1) и присадки по прототипу практически идентичны. Однако термостабильность присадки по прототипу составляет 6 часов при 140°С, в то время как термостабильность заявляемой присадки составляет 16 часов. Термостабильность присадки по примеру 2 составляет 12 часов, а по примеру 3 - 19 часов. Таким образом, заявляемый способ позволяет получить конечный продукт с лучшими эксплуатационными характеристиками, регулировать отдельные характеристики путем подбора состава жирового компонента, что обеспечит потребителю более благоприятные условия при работе с ним и гарантирует качество при применении.
1. Способ получения адгезионной битумной присадки для модификации дорожных битумов путем синтеза при повышенной температуре полиэтиленполиамина и жирового компонента, отличающийся тем, что в качестве жирового компонента используют органические вещества или их смеси, имеющие кислотное число не менее 40 мг КОН/1 г, при этом содержание жирового компонента в составе сырья составляет 60±5 мас.%, и продукт синтеза разбавляют исходным жировым компонентом в количестве 20-40 мас.% при получении присадки катионного типа, в количестве 45-50 мас.% при получении присадки двойного действия и в количестве от более 50 мас.% до 90 мас.% для получения присадки анионного типа.
2. Способ получения адгезионной битумной присадки по п.1, отличающийся тем, что синтез ведут при температуре 175±5°С.
