Битумно-полимерная герметизирующая композиция

Изобретение относится к составам битумно-полимерных материалов, предназначенных для герметизации деформационных швов цементобетонных и асфальтобетонных покрытий аэродромов. Битумно-полимерная герметизирующая композиция включает нефтяной битум, полимер, пластификатор и комплекс целевых модифицирующих добавок. Причем в качестве полимера содержит дивинил-стирольный термоэластопласт, включающий 20% деструктированного пенополистирола, в качестве пластификатора - деструктированный отход производства бутадиен-стирольного каучука и в качестве модифицирующих добавок - фуллеренсодержащий углерод, графит, волластонит и антиоксидант, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: битум 65,0-80,0; дивинил-стирольный термоэластопласт, включающий 20% деструктированного пенополистирола, 2,0-5,0; деструктированный отход производства бутадиен-стирольного каучука 5,0-8,0; фуллеренсодержащий углерод 0,1-1,0; графит 1,0-4,0; волластонит 4,0-7,0 и антиоксидант 0,5-2,0. Техническим результатом является улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств битумно-полимерной герметизирующей композиции: прочности при растяжении, относительного удлинения в момент разрыва, стойкости к старению под воздействием ультрафиолетового излучения. 2 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к составам битумно-полимерных материалов, предназначенных для герметизации деформационных швов цементобетонных и асфальтобетонных покрытий аэродромов.

Известны битумно-полимерные мастики и композиции, включающие толуол, битум, термоэластопласт, минеральный наполнитель - тальк, смолу -канифоль (патент RU 2 299 225, С2, МПК C08L 95/00, C09D 195/00, C08L 53/02, C09J 195/00, опубл. 20.05.2007 г.; патент RU 2 299 226, С2, МПК C08L 95/00, C09D 195/00, C08L 53/02, C09J 195/00, опубл. 20.05.2007 г.).

Недостатком данных композиций является присутствие в составе большого количества токсичного растворителя - толуола до 50%, при испарении которого не достигается полнота заполнения шва. Применение данных композиций для герметизации швов аэродромных покрытий является не эффективным вследствие потери устойчивости и выхода из строя не полностью залитых швов в осенне-зимне-весенние периоды.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является битумно-полимерная композиция, включающая герметик БП-Г35 на основе нефтяного битума, пластификатора, модифицирующих полимеров, наполнителя, а также фуллеренсодержащий технический углерод (Грядунова Ю.Е., Леденев А.А., Никулин С.С., Игуменова Т.И. Влияние дисперсных добавок на свойства герметика для швов аэродромного покрытия // Клеи. Герметики. Технологии. 2020. №2. С. 8-12).

Недостатками данной композиции являются невысокие физико-механические и эксплуатационные свойства: прочность при растяжении и относительное удлинение в момент разрыва, а также стойкость к старению под воздействием ультрафиолетового излучения. В условиях комплексного агрессивного воздействия низких и высоких температур, ударных нагрузок, а также ультрафиолетового излучения это может приводить к возникновению трещин и разрывов герметика деформационных швов и преждевременному снижению прочности аэродромных покрытий.

Техническим результатом изобретения является улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств битумно-полимерной герметизирующей композиции: повышение прочности при растяжении и относительного удлинения в момент разрыва, а также стойкости к старению под воздействием ультрафиолетового излучения. Это позволит обеспечить эффективную долгосрочную работу герметизирующей композиции в конструкции и увеличение срока службы аэродромных покрытий, подверженных природно-климатическим и эксплуатационным воздействиям.

Указанный технический результат достигается за счет того, что битумно-полимерная герметизирующая композиция, включающая нефтяной битум, полимер, пластификатор и комплекс целевых модифицирующих добавок, в отличие от известной, в качестве полимера содержит дивинил-стирольный термоэластопласт, включающий 20% деструктированного пенополистирола, в качестве пластификатора - деструктированный отход производства бутадиен-стирольного каучука и в качестве модифицирующих добавок - фуллеренсодержащий углерод, графит, волластонит и антиоксидант, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

битум 65,0-80,0
дивинил-стирольный термоэластопласт,
включающий 20% деструктированного
пенополистирола 2,0-5,0
деструктированный отход производства
бутадиен-стирольного каучука 5,0-8,0
фуллеренсодержащий углерод 0,1-1,0
графит 1,0-4,0
волластонит 4,0-7,0
антиоксидант 0,5-2,0

Сущность изобретения заключается в том, что битумно-полимерная герметизирующая композиция в качестве полимера содержит дивинил-стирольный термоэластопласт, включающий 20% деструктированного пенополистирола, в качестве пластификатора - деструктированный отход производства бутадиен-стирольного каучука и в качестве модифицирующих добавок - фуллеренсодержащий углерод, графит, волластонит и антиоксидант.

Применение в качестве полимера дивинил-стирольного термоэластопласта, включающего 20% деструктированного пенополистирола (ДСТ-30 Р 20 ДВППС) обеспечивает модифицирование битумной композиции и целенаправленное изменение ее свойств: повышение морозостойкости и ударопрочности, что является важным для герметиков швов аэродромных покрытий. Улучшение физико-механических свойств битумно-полимерной композиции обеспечивается за счет введения кислородсодержащих функциональных групп в окисленный пенополистирол (Моисеев В.В. Термоэластопласты. М.: Химия. 1985. 187 с). При этом замена дорогостоящего полистирола на деструктированный пенополистирол (отходы пенополистирола - старый теплоизоляционный и конструкционный материал, упаковки и др.), являющийся дешевым и доступным сырьем, обеспечивает снижение стоимости композиции.

В качестве пластификатора применяли деструктированные отходы производства бутадиенстирольного каучука (ДБСК), такие как коагулюмы и каучуковые отложения на технологическом оборудовании, подверженные деполимеризации в растворе. Применение ДБСК, содержащего функциональные группы, обладающие эластичными свойствами придает герметизирующей композиции более высокую эластичность и повышает устойчивость к знакопеременным нагрузкам (Никулин С.С, Сергеев Ю.А. Деструкционная переработка бутадиен-стирольных сополимеров. ЖПХ. 2001. Т. 74. Вып. 12. С. 2051-2054). Дополнительный положительный эффект достигается за счет применения ДБСК в виде раствора с последующей гомогенизацией для обеспечения более равномерного распределения модифицирующих добавок, выполняющих определенные целевые функции по улучшению свойств, что обеспечивает комплексное воздействие на всю битумно-полимерную композицию в целом. Кроме того, использование ДБСК, являющегося отходом производства, взамен дорогостоящих пластификаторов обеспечивает дополнительный технико-экономический эффект.

Применение высокодисперсных добавок - фуллеренсодержащего углерода (ФСУ) на основе фуллеренов молекулярной фракции С5092 и графита с размером частиц менее 100 мкм обеспечивает упрочнение микроструктуры битумно-полимерной герметизирующей композиции за счет формирования дополнительных молекулярных и межмолекулярных связей. Применяемые высокодисперсные добавки, обладающие высокой площадью поверхности и поверхностной активностью, способствуют формированию связных структурированных микрообъектов, занимающих непрерывные области, что приводит к повышению жесткости, когезионной и адгезионной прочности всей композиции (Козлов Г.В., Долбин И.В. Моделирование степени усиления нанокомпозитов эластомер/2D-наполнитель // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». Том 62. №2 (2019). С. 103-108; Зейналов Е.Б., Агагусейнова М.М., Салманова Н.И. Влияние добавок наноуглерода на стабильность полимерных композитов // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». Том 63. №11 (2020). С. 4-12).

Применение волластонита в качестве дополнительного армирующего компонента, имеющего игольчатую форму и анизотропию частиц с высокими показателями относительного удлинения и модуля упругости, также обеспечивает улучшение прочностных свойств битумно-полимерной герметизирующей композиции при сохранении высокой гибкости и повышенного удлинения при разрыве (Гладун В.Д., Башаева Л.А., Андреева Н.Н. Исследование и разработка композиционных материалов на волластонитовой основе для изделий многоцелевого назначения. М.: МГТУ «Станкин». 1995. 76 с.).

Применение антиоксидантов аминного или фенольного типа (ВС-3ОА, ВТС-150) для повышения стойкости битумно-полимерной герметизирующей композиции к деструкции позволяет увеличить устойчивость к старению под воздействием ультрафиолетового излучения, озона, повышенных температур и др. (Горбунов Б.Н., Гурвич Я.А., Маслова И.П. Химия и технология стабилизаторов полимерных материалов. М.: Химия. 1981.368 с.).

Таким образом, совместное применение вышеописанных компонентов, выполняющих определенную функцию, оказывает комплексное положительное влияние и позволяет достичь технического результата по улучшению физико-механических и эксплуатационных показателей битумно-полимерной герметизирующей композиции. Это является особенно важным для деформационных швов цементобетонных и асфальтобетонных покрытий аэродромов, подверженных природно-климатическим и эксплуатационным воздействиям.

Предлагаемая битумно-полимерная герметизирующая композиция может быть получена следующим способом.

Пример. Первоначально приготавливали битумно-полимерную матрицу на основе битума БНД 60/90 и термоэластопласта ДСТ-30 Р 20 ДВППС. Для этого в аппарат, снабженный перемешивающим устройством загружали битум БНД 60/90 и термоэластопласт ДСТ-30 Р с 20% деструктированного пенополистирола и проводили деструкцию при 200°С до снижения молекулярной массы полистирола до 5000-15000.

Затем приготавливали раствор на основе ДБСК и модифицирующих добавок. Для этого проводили деструкцию отходов производства бутадиен-стирольного каучука до снижения молекулярной массы получаемого олигомера ДБСК до 5000-10000. После чего в полученный раствор ДБСК последовательно вводили модифицирующие добавки ФСУ, графит, волластонит и антиоксидант и систему гомогенизировали 1-2 часа.

На заключительном этапе в аппарат загружали приготовленную битумно-полимерную матрицу на основе битума БНД 60/90 и термоэластопласта ДСТ-30 Р 20 ДВППС, а также приготовленный раствор на основе ДБСК и модифицирующих добавок - ФСУ, графита, волластонита, антиоксиданта. Аппарат герметично закрывали и полученную смесь гомогенизировали при 160-170°С в течение 2-3 часов.

Приготовленную таким способом битумно-полимерную герметизирующую композицию использовали для подготовки экспериментальных образцов - моделей деформационного шва аэродромного покрытия.

Предлагаемые составы битумно-полимерной герметизирующей композиции приведены в таблице 1.

Испытания герметизирующей композиции по определению прочности при растяжении и относительного удлинения в момент разрыва проводили по ГОСТ 30740-2000 «Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий». Устойчивость герметика к старению оценивали ускоренным методом по ГОСТ ISO 188-2013 «Резины и термоэластопласты. Испытания на ускоренное старение и теплостойкость» по относительному показателю - отношению прочности при растяжении образцов подвергнутых воздушно-тепловому старению к прочности образцов до старения.

Результаты определения физико-механических свойств битумно-полимерной герметизирующей композиции на образцах - моделях деформационного шва аэродромного покрытия представлены в таблице 2.

Из представленных в таблице 2 данных видно, что применение предлагаемой битумно-полимерной композиции позволяет получить герметизирующий материал с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. По прочности при растяжении и относительному удлинению в момент разрыва лучшие показатели по сравнению с прототипом получены с применением 1 состава: прочность увеличилась в 1,8 раза; относительное удлинение - в 1,2 раза. Наибольшей устойчивостью к старению обладает 3 состав битумно-полимерной герметизирующей композиции - устойчивость к старению увеличилась в 1,6 раза.

Таким образом, применение предлагаемой битумно-полимерной герметизирующей композиции с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными показателями - прочностью при растяжении и относительным удлинением в момент разрыва и устойчивостью к старению, позволит обеспечить эффективную и долгосрочную работу материала в деформационных швах конструкций, а также увеличение сроков службы аэродромных покрытий, подверженных природно-климатическим и эксплуатационным воздействиям. При этом дополнительный технико-экономический эффект достигается за счет частичного замещения дорогостоящих компонентов более дешевым и доступным сырьем.

Битумно-полимерная герметизирующая композиция, включающая нефтяной битум, полимер, пластификатор и комплекс целевых модифицирующих добавок, отличающаяся тем, что в качестве полимера содержит дивинил-стирольный термоэластопласт, включающий 20% деструктированного пенополистирола, в качестве пластификатора -деструктированный отход производства бутадиен-стирольного каучука и в качестве модифицирующих добавок - фуллеренсодержащий углерод, графит, волластонит и антиоксидант, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

битум 65,0-80,0
дивинил-стирольный термоэластопласт,
включающий 20% деструктированного
пенополистирола 2,0-5,0
деструктированный отход производства
бутадиен-стирольного каучука 5,0-8,0
фуллеренсодержащий углерод 0,1-1,0
графит 1,0-4,0
волластонит 4,0-7,0
антиоксидант 0,5-2,0.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к полимерно-битумному вяжущему, которое может использоваться в качестве вяжущего материала при строительстве, ремонте и реконструкции покрытий и оснований дорог, мостов, аэродромов и других строительных объектов. Заявленное полимерно-битумное вяжущее содержит битум, пластификатор, блок-сополимер алкадиена и стирола, а также дополнительно содержит в качестве модификаторов серу техническую и полифосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.

Изобретение относится к области композиционных строительных материалов, а именно – к составам битумных мастик, которые могут быть использованы для герметизации швов и трещин в бетонных и асфальтобетонных покрытиях, а также при строительстве промышленных и гражданских сооружений. Мастика включает битум нефтяной дорожный, механоактивированный нефтяной кокс с размерами частиц до 5 мкм и полимерную добавку в виде бутилкаучука или каучука синтетического цис-изопренового, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум нефтяной дорожный – 68-78, механоактивированный нефтяной кокс – 17-25, бутилкаучук или каучук синтетический цис-изопреновый – 5-7.
Изобретение относится к защитным антикоррозионным составам, представляющим собой ингибированные пленкообразующие нефтяные составы, предназначенные для защиты от коррозии днищ автотранспортных средств. Задача защитного антикоррозионнного материала образовать защитную пленку, которая должна выполнять две функции, предотвращать появление коррозии на металлических поверхностях, а также иметь высокую механическую прочность и абразивную стойкость к ударам песка и гравия, не позволяя оставлять царапины на поверхности.

Способ изготовления мастики, согласно которому загружают в емкость диссольвера 17 м.ч. диоктилфталата и 0,5 м.ч.

Изобретение относится к области защиты магистральных трубопроводов от почвенной и электрохимической коррозии, в частности к способу получения асмола для антикоррозионного материала, а также к антикоррозионным изоляционным лентам для защиты магистральных трубопроводов на основе асмола. Способ осуществляют путем взаимодействия битума или асфальта пропановой деасфальтизации гудрона с диметилформамидом в присутствии серной кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона - 75-85, диметилформамид - 3-5, серная кислота - остальное, при котором на первой стадии перемешивают битум или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона и диметилформамид при температуре 120-130°С в течение 1-1,5 ч.
Изобретение относится к области строительства, а именно к составам строительных материалов, таких как мастики, которые могут быть использованы при ремонте кровельных покрытий, или для гидроизоляции труб. Мастика битумно-полимерная включает нефтяной битум, пластификатор, наполнитель, воду, асбест, в качестве нефтяного битума используется смесь битумов, включающая нефтяной дорожный битум БНД 60/90 и битум строительный БН 90/10, в качестве пластификатора используется пластификатор типа стирол-бутадиен-стирол, в качестве наполнителя используется фиброволокно пропиленовое.

Изобретение относится к области получения полимерно-битумных вяжущих, содержащих полимерные добавки, а именно к составу полимерно-битумного вяжущего для асфальтобетонных покрытий, предназначенному для использования в дорожном строительстве, а также в строительстве кровель, гидроизоляции. Состав полимерно-битумного вяжущего содержит следующие компоненты, при их соотношении, в мас.ч.: 100 битума, 1-20 дихлорциклопропанированного 1,2-полибутадиена - 1-20.
Изобретение относится к области строительных материалов для автомобильных дорог и может быть использовано при получении вяжущего вещества в асфальтобетоне для повышения физико-механических свойств. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа получения битумно-резинового композита для применения в качестве вяжущего вещества в асфальтобетоне повышенного качества.
Изобретение относится к праймеру битумному токопроводящему, разработанному специально для технологии «изотест про», а именно для диагностики и поиска повреждений диэлектрической гидроизоляции, в том числе на инверсионных кровлях. Праймер имеет следующий состав: битум БНИ-4 в количестве 55 мас.%, графит ГЛ-1 в количестве 15 мас.% и керосин в количестве 30 мас.%.
Изобретение относится к способу получения битума и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для получения битума дорожного. Описан способ получения битума из тяжелого нефтесодержащего остатка, характеризующийся тем, что включает подготовку сырья, в ходе которой перемешивают компоненты сырья, представляющие собой смесь из тяжелых нефтесодержащих остатков, находящихся в термотропной мезофазе, и жидкой серы, полученную смесь нагревают до температуры полимеризации серы и перемешивают в среде без внешних окислителей, при этом для достижения гомогенности смеси в процессе перемешивания формируют квитанционные и турбулентные потоки по всему объёму сырья.
Изобретение может быть использовано для получения покрытия для гидроизоляции, мастики для заполнения швов и горячих насыпных поверхностей дорог. Асфальтовая композиция содержит от 0,1 до 10,0 мас.% от общей массы композиции термореактивного соединения, представляющего собой полимерный метилендифенилдиизоцианат (MDI).
Наверх