Модифицированный битум
Владельцы патента RU 2461594:
Гайдар Сергей Михайлович (RU)
Конова Марина Марковна (RU)
Громов Евгений Владимирович (RU)
Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов. Модифицированный битум содержит аминный активатор адгезии. Соотношение компонентов следующее, мас.%: аминный активатор адгезии - 0,5-2,0, битум - до 100. В качестве аминного активатора адгезии используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно. Использование модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью. 5 табл., 5 пр.
Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов.
Известен модифицированный битум для дорожного строительства, включающий аминный активатор адгезии - отход производства анилина - анилиновую смолу с аминным числом не ниже 150 в количестве 1,0-1,5 мас.%. Вяжущее получают путем смешения битума и смолы при температуре 120-140°С в течение 40-60 мин (RU 2063990 С1, кл. С08L 95/00, С04В 26/26, 20.07.1996).
Недостатком известного вяжущего является то, что оно содержит отход производства анилина, состав которого варьируется в широком диапазоне, что не позволяет получить готовый битум стандартного качества.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является модифицированный битум, включающий в качестве аминного активатора адгезии гексаметилентетрамин и дополнительно продукт полукоксования углей при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 80,00-92,00, продукт полукоксования углей - 8,00-20,00, гексаметилентетрамин сверх 100% - 0,35-1,00. Модифицированный битум получают путем смешения исходного битума с продуктом полукоксования углей при 110°С до получения однородной смеси, в которую вводят гексаметилентетрамин, с последующим ее нагреванием до 160°С и изотермической выдержкой смеси в течение 30 мин при непрерывном перемешивании (RU 2241011 С1, кл. С08L 95/00, С08К 5/17, С04В 26/26, 27.11.2004).
Недостатком данного битума является его относительно низкая стойкость к воздействию плесневых грибов. Кроме того, модифицированный битум подвержен достаточно быстрому процессу старения, о чем свидетельствуют изменения массы и температуры размягчения после прогрева.
Техническим результатом изобретения является повышение качества и грибостойкости битума.
Данный результат достигается тем, что модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, в качестве аминного активатора содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный аминный активатор адгезии | 0,5-2,0 |
| Битум | до 100 |
Отличительной особенностью предложенного вяжущего является то, что введение в него продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) в количестве 0,5-2,0 мас.% (далее - продукт взаимодействия) позволяет повысить стойкость битума к воздействию плесневых грибов, адгезию к каменным материалам, металлам, дереву и др. Кроме того, продукт взаимодействия замедляет процесс старения битума, так как его масса и температура размягчения после прогрева практически не изменяются.
Введение предложенного битума в асфальтобетонные смеси, строительные, кровельные и изоляционные материалы дает возможность повысить их водоотталкивающие свойства и биостойкость.
Введение продукта взаимодействия в количестве менее 0,5% не позволяет существенно повысить качество битума. Введение его более 2% нецелесообразно, так как дальнейшего влияния на показатели качества он не оказывает.
Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.
Жирные кислоты выделяют из растительных масел (подсолнечного, кокосового, льняного, соевого и т.д.) путем расщепления триглицеридов, например омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой для выделения смеси кислот фракции C6-C20 (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. / Под ред. М.М.Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).
При синтезе используют борную кислоту, соответствующую ГОСТ 18704-78, диэтаноламин - ТУ 6-09-2652-91.
Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем.
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 и диэтаноламин (ДЭА). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: диэтаноламин: смесь жирных кислот составляет 1:3:(0,5-2,5).
Полученный продукт представляет собой маслянистую вязкую жидкость коричневого цвета. Он растворим в минеральных маслах, битуме, органических растворителях и имеет следующие характеристики:
Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.
Аминное число, мг HCl/г - не менее 40.
Содержание воды, % - не более 0,5.
Зольность, % - отсутствие.
Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 230.
В качестве битума используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90, нефтяные строительные - по ГОСТ 6617-76, нефтяные кровельные - по ГОСТ 9548-74 и нефтяные изоляционные - по ГОСТ 9812-74.
Технология получения предложенного модифицированного битума состоит в следующем.
В смеситель, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 98,0-99,5 мас.% битума и 0,5-2,0 мас.% продукта взаимодействия и производят перемешивание при температуре 130-150°С в течение 10-20 мин до получения однородной массы. Полученный битум смешивают с минеральным наполнителем, нагретым до 160-170°С, для приготовления асфальтобетонной смеси, а также применяют при изготовлении кровельного материала и изоляционного покрытия.
Конкретные составы предложенного модифицированного битума представлены в табл.1, показатели их качества - в табл.2. Примеры 4 и 5 являются контрольными.
Для сравнительного анализа показателей качества были получены битумы БНК 90/30 и БНИ-IV, модифицированные термической фракцией >230°С смолы полукоксования углей и гексаметилентетрамином согласно запатентованному способу по прототипу.
Пенетрацию битумов определяли по ГОСТ 11501-78, дуктильность (рястяжимость) - по ГОСТ 11505-75, температуру размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73, температуру вспышки - по ГОСТ 4333-87, температуру хрупкости - по ГОСТ 11507-78, изменение массы после прогрева - по ГОСТ 18180-72, стойкость к воздействию плесневых грибов - по ГОСТ 9.049-91 метод 1. Шкала оценки грибостойкости по методу 1 представлена в табл.3.
С предлагаемым вяжущим по примеру 1 и вяжущим по прототипу были приготовлены горячие асфальтобетонные смеси стандартного состава по ГОСТ 9128-2009 типа В марки II, мас.%: щебень фракции 5-20-30, песок из отсевов дробления - 58,5, минеральный порошок - 5, модифицированный битум - 6,5, из которых были изготовлены плотные асфальтобетоны.
Оценку адгезионной способности предложенного модифицированного битума к щебню проводили по методике, изложенной в описании к патенту РФ 2241011 (прототип).
Для этого отдельные частицы щебня размерами не менее 10 мм высушивали до постоянного веса при температуре 105°С. Затем каждую частицу щебня привязывали на тонкую проволоку, нагревали в термостате в течение 1 ч при температуре 140-160°С и погружали на 15 с в чашку с вяжущим, нагретым до этой же температуры. Извлеченные из вяжущего частицы подвешивали на штативе для стекания избытка вяжущего, после этого их охлаждали при температуре 20°С не менее 15 мин. Затем обработанные частицы щебня опускали в стакан с медленно кипящей дистиллированной водой на 30 мин и определяли силу сцепления вяжущего по шкале, приведенной в табл.4.
С предлагаемым битумом по примеру 2 и аналогичным битумом по прототипу были изготовлены наплавляемые кровельные материалы, представляющие собой стеклоткани, на которые нанесено от 3 до 5 кг каждого из модифицированных битумов.
С предлагаемым битумом по примеру 3 и соответствующим битумом по прототипу были приготовлены составы для защиты трубопроводов, содержащие, мас.%: модифицированный битум - 50, растворитель - 50.
Качественные показатели полученных покрытий представлены в табл.5.
Полученные асфальтобетоны испытывали по ГОСТ 12801-98, кровельные материалы - по ГОСТ 2678-94, защитные покрытия для трубопровода - по ГОСТ 9.054-75 и ГОСТ 15140-78.
Использование предложенного модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты | Состав модифицированного битума по примерам, мас.% | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 в мольном соотношении 1:3:0,5 | 0,5 | 0,3 | |||
| Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 в мольном соотношении 1:3:1,5 | 1,25 | 2,5 | |||
| Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 в мольном соотношении 1:3:2,5 | 2,0 | ||||
| Битум | |||||
| БНД 90/130 | 99,5 | 99,7 | |||
| БНК 90/30 | 98,75 | ||||
| БНИ-IV | 98,0 | 97,5 |
| Таблица 2 | ||||||||
| Показатель | Значение показателя по примерам | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
| Предлож. модиф. БНД90/130 | Прототип модиф. БНД90/130 | Предлож. модиф. БНК 90/30 | Прототип модиф. БНК 90/30 | Предлож. модиф. БНИ-IV | Прототип модиф. БНИ-IV | Предлож. модиф. БНД90/130 | Предлож. модиф. БНИ-IV | |
| Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм | 102 | 96 | 30 | 28 | 35 | 32 | 94 | 36 |
| Дуктильность при температуре 25°С, см | 75 | 78 | 10 | 12 | 10 | 13 | 73 | 9 |
| Температура размягчения по кольцу и шару, °С | 55 | 57 | 90 | 92 | 80 | 83 | 53 | 82 |
| Изменение температуры размягчения после прогрева, °С | 0,5 | 4 | 0,5 | 5 | 0,5 | 6 | 1 | 0,5 |
| Изменение массы после прогрева, % | 0,07 | 0,7 | 0,05 | 0,5 | 0,03 | 0,5 | 0,09 | 0,02 |
| Температура хрупкости по Фраасу, °С | -19 | -16 | -14 | -12 | -12 | -10 | -17 | -12 |
| Температура вспышки, °С | 270 | 260 | 265 | 257 | 267 | 260 | 270 | 268 |
| Грибостоикость по методу 1, баллы | 1 | 3 | 1 | 3 | 1 | 3 | 2 | 1 |
| Адгезия к минеральным материалам, баллы | 5 | 5 | 5 | 4 | 5 | 4 | 4 | 5 |
| Адгезия к стали, МПа | 0,5 | 0,4 | 0,9 | 0,7 | 1,0 | 0,9 | 0,4 | 1,0 |
| Таблица 3 | |||
| Метод | Степень развития плесневых грибов | Оценка материала | |
| ГОСТ 9.049 | ИСО 846 | ||
| 1 | 0 | Материал не является питательней средой (нейтрален или фунгистатичен) | |
| 1, 2 | - | Материал содержит питательные вещества, которые обеспечивают незначительное развитие грибов | |
| 3, 4, 5 | Материал содержит достаточное количество питательных веществ, благоприятствующих развитию грибов |
| Таблица 4 | |
| Оценка сцепления битума со щебнем, баллы | Характеристика поверхности минеральных частиц, обработанных вяжущим, при оценке смачивания до кипячения, а сцепления - после кипячения |
| 5 (отличное) | Вся поверхность минеральных частиц равномерно покрыта вяжущим, т.е. пленка вяжущего полностью сохраняется |
| 4 (хорошее) | Вся поверхность минеральных частиц покрыта вяжущим, но вяжущее распределено по толщине неравномерно |
| 3 (удовлетворительное) | Отдельные участки поверхности минеральных частиц не покрыты вяжущим, т.е. пленка вяжущего смещается водой. Наблюдается обнажение отдельных участков на поверхности частиц (не менее 50%) |
| 2 (плохое) | Поверхность минеральных частиц обнажена на более, чем 50% |
| Таблица 5 | ||||||
| Показатель | Асфальтобетон | Кровельный материал | Защитное покрытие для трубопровода | |||
| с предложенным битумом | с битумом по прототипу | с предложенным битумом | с битумом по прототипу | с предложенным битумом | с битумом по прототипу | |
| Водонасыщение, об.% | 0,90 | 1,55 | - | - | - | - |
| Коэффициент водостойкости | 1,10 | 0,90 | - | - | - | - |
| Набухание, об.% | 0,10 | 0,50 | - | - | - | - |
| Водопоглащение при испытании 24 ч, % | 1,15 | 1,30 | ||||
| Водонепроницаемость при давлении 0,001 МПа, ч | 100 | 90 | ||||
| Водовытеснение, мм | - | - | - | - | 120 | 90 |
| Грибостойкость по методу 1, баллы | 0 | 2 | 0 | 2 | 0 | 2 |
Модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, отличающийся тем, что в качестве аминного активатора адгезии он содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанный аминный активатор адгезии | 0,5-2,0 |
| битум | до 100 |
