Наномодифицированная битумно-резиновая композиция и способ ее получения
Владельцы патента RU 2462489:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КазГАСУ) (RU)
Хозин Вадим Григорьевич (RU)
Изобретение относится к получению битумнорезиновых композиций для гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и асфальтовых смесей. Битумнорезиновая композиция содержит битум, резиновую крошку и девулканизующий агент. При этом в качестве девулканизующего агента используют наноразмерный кремнезоль. Соотношение компонентов следующее (м.ч.): битум - 100, резиновая крошка - 15-20, наноразмерный кремнезоль - 0,05-0,15. Битумнорезиновую композицию получают путем перемешивания исходных компонентов в герметичном реакторе при температуре 180-230°С в течение 80-120 мин. Способ позволяет получить битумнорезиновую композицию с максимально растворенной в битуме резиновой крошкой при минимальной деструкции основной цепи каучука, что ведет к повышению эксплуатационных показателей. Способ приготовления композиции прост, безопасен, экономичен и высокопроизводителен. Полученная композиция обладает повышенным комплексом свойств, в частности эластичностью. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к получению битумнорезиновых композиций из битума и резиновой крошки из отходов резины, в том числе амортизованных автомобильных шин, и может быть использовано в качестве вяжущего для гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и асфальтовых смесей.
Известна битумнорезиновая композиция, в которой резина используется в виде мелкой крошки (пат. Яп. 279573, МПК6 C08L 95/00). Однако вулканизованная резиновая крошка не может проявить в битуме своих полимерных свойств в полной мере, являясь лишь эластичным наполнителем, и неизбежно будет выделяться из асфальтовых покрытий в процессе эксплуатации.
Известна битумнорезиновая композиция, для получения которой резиновую крошку из автомобильных шин подвергают термоокислительной деструкции при 300°С, полагая, что образующийся пластификатор является экологически менее вредным, чем алифатические или ароматические углеводороды, вводимые в асфальтовые смеси (пат. США 5683498, МПК6 С08L 95/00).
Недостатком этой композиции является то, что деструкция резины не является избирательной и вместе с поперечными связями разрушается основная цепь каучука, что приводит к потере прочностных свойств конечного продукта. Кроме того, недостатками способа получения данной композиции являются высокая температура (300°С) и многостадийность процесса.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению композицией и способом ее получения является битумнорезиновая композиция, получаемая в соответствии с Российским патентом №2164927, МПК С08L 95/00 (приоритет от 07.08.1998). По указанному способу композицию получают смешением битума и резиновой крошки в герметичном реакторе в присутствии органического или неорганического основания при 160-230°С в течение 15-60 минут.
Основными недостатками этой композиции являются ее невысокая эластичность, что связано с нежелательным ростом дуктильности, а также необходимость фильтрования полученной композиции через металлическую сетку, что говорит о недостаточной растворимости резины в битуме. Это подтверждается данными золь-гель анализа.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эластичности путем получения битумнорезиновой композиции (БРК) с максимально растворенной в битуме резиновой крошкой при минимальной деструкции основной цепи каучука, что неизбежно приведет к высоким эксплуатационным показателям БРК.
Результат достигается тем, что наномодифицированная битумнорезиновая композиция для гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и асфальтовых смесей, содержащая битум, резиновую крошку и девулканизующий агент, согласно изобретению в качестве последнего содержит наноразмерный кремнезоль при следующем соотношении компонентов (м.ч.):
битум - 100,
резиновая крошка - 15-20,
наноразмерный кремнезоль - 0,05-0,15.
Результат достигается также тем, что способ получения наномодифицированной битумнорезиновой композиции, содержащей битум, резиновую крошку и наноразмерный кремнезоль в указанных выше соотношениях, заключается в перемешивании исходных компонентов в герметичном реакторе при температуре 180-230°С в течение 80-120 мин. При температуре менее 180°С процессы идут слишком медленно, а при более 230°С интенсифицируется деструкция основной цепи каучука.
Наноразмерный кремнезоль (марка - КЗ) получен по технологическому регламенту ОАО КазХимНИИ Казань, 2007, и представляет собой коллоидный раствор диоксида кремния в воде. Установлено, что наноразмерный кремнезоль состоит из шести фракций, минимальный размер частиц данного модификатора - 51 нм, максимальный - 100 нм, наиболее вероятный размер частиц - 67 нм, что составляет 48% от общего числа частиц дисперсии.
Нижний предел концентрации (0,05 м.ч.) предлагаемого девулканизующего агента (наноразмерного кремнезоля) обусловлен тем, что ниже этой величины не наблюдается ускорения деструкции поперечных связей, а концентрация выше предлагаемого верхнего предела (0,15 м.ч.) усложняет технологию введения наномодификатора.
Резиновая крошка может быть приготовлена как из амортизованных шин, так и из других отходов резиновых изделий. Верхний предел концентрации (20 м.ч.) резиновой крошки в предлагаемой композиции обусловлен чрезмерным возрастанием вязкости конечного продукта, нижний предел (15 м.ч.) обусловлен недостаточностью модифицирующего эффекта.
В присутствии выбранного девулканизующего агента при указанном режиме усиливаются процессы разрушения поперечных полисульфидных вулканизационных связей резины, а основные углеводородные цепи каучука в основном сохраняются.
Наномодифицированную битумнорезиновую композицию получают перемешиванием исходных компонентов в предлагаемых пределах соотношений в герметичном реакторе при температуре 180-230°С в течение 80-120 минут.
Получающаяся наномодифицированная битумная композиция обладает повышенными по сравнению с чистым битумом и прототипом эластичностью, температурой размягчения и твердостью, пониженными дуктильностью и температурой хрупкости по Фраасу.
В таблице приведены характеристики образцов наномодифицированных битумнорезиновых композиций, полученных по предлагаемому способу, в сравнении с исходным битумом и прототипом, полученным на том же битуме.
Как видно из таблицы, все характеристики наномодифицированной битумнорезиновой композиции по результатам стандартных испытаний значительно улучшены по сравнению с показателями для чистого битума. Температура размягчения повысилась на 26-31°С, эластичность на 49-61%, судя по снижению пенетрации, существенно возросла твердость, температура хрупкости снизилась с -17°С до -38°С. Прототип уступает предлагаемой композиции по всем показателям.
Настоящим изобретением предлагается новый вид модифицированного битума в виде битумнорезиновой композиции, содержащей битум, резиновую крошку из отходов резиновой промышленности или автомобильных шин и наноразмерный кремнезоль и представляющей собой однородную массу. Разработанная композиция, обладающая повышенным комплексом свойств, а главное, эластичностью, может быть использована в качестве модифицированного битумного вяжущего для антикоррозионных и гидроизоляционных целей, а также для асфальтобетона. Предлагаемая наномодифицированная битумнорезиновая композиция является наиболее дешевой из всех описанных ранее композиций с полимерным модификатором. Способ приготовления описываемой битумнорезиновой композиции прост и не требует специального оборудования, безопасен, экономичен и высокопроизводителен.
Предлагаемое изобретение является эффективным и экологически безопасным путем утилизации крупнотоннажных резиновых отходов.
1. Наномодифицированная битумно-резиновая композиция для гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и асфальтовых смесей, содержащая битум, резиновую крошку и девулканизующий агент, отличающаяся тем, что она содержит в качестве девулканизующего агента наноразмерный кремнезоль при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| битум | 100 |
| резиновая крошка | 15-20 |
| наноразмерный кремнезоль | 0,05-0,15 |
2. Способ получения наномодифицированной битумно-резиновой композиции по п.1, заключающийся в том, что исходные компоненты перемешивают в герметичном реакторе при температуре 180-230°С в течение 80-120 мин.
