АДГЕЗИОННАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БИТУМОВ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1999 года по МПК C08L95/00 C08K5/3415 

Изобретение относится к области получения строительных материалов, а именно к получению поверхностно-активных веществ (ПАВ) для улучшения адгезии битума к кислым горным породам, для замедления старения битума, к синтезу ПАВ с повышенной термостабильностью в битуме, т.е. сохраняющим свои функциональные свойства при повышенных температурах в течение длительного времени.

Известна адгезионная поверхностно-активная добавка БП-3 для улучшения сцепления битумов с кислыми и основными горными породами, получаемая реакцией циклоконденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами, основными поверхностно-активными соединениями в котором являются алкиламидоамины. Недостатком ПАВ БП-3 является повышенный расход (1-2%), низкая термостойкость в битуме (при температуре выше 140^oC начинают происходить процессы деструкции ПАВ).

Наиболее близким к заявленным ПАВ являются адгезионные ПАВ для битумов класса имидазолинов, получаемые термической циклоконденсацией синтетических жирных кислот и полиэтиленполиамина (ПЭПА) [2]. Недостатком указанных ПАВ является невысокая термостабильность в битуме, слабое антиокислительное действие, т.е. слабое замедление старения битумов.

Целью изобретения является получение ПАВ "Амидан" для битума, которое максимально улучшает адгезию битума к кислым породам при минимальном расходе, обладает высокой термостабильностью и хорошим антиокислительным действием в битуме. Поставленная цель достигается тем, что добавка ПАВ включает амидо-, бис- и аминоэтилимидазолины и дополнительно содержит амидопиперазины, мас.%:
1. Амидоимидазолины - 40 + 50, n = 1, 2

2. Бисимидазолины - 10 - 20

3. Аминоэтилимидазолины - 15 - 25, m = 1, 2

4. Амидопиперазины - 5 - 25, x = 0, 1

где R - углеводородный радикал С_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смеси.

ПАВ "Амидан" получают термической реакцией циклоконденсации смеси полиэтиленполиаминов (ПЭПА) и пиперазинов со смесью насыщенных и ненасыщенных жирных кислот с длиной углеводородного радикала от С₈ до С₂₆. Состав смеси ПЭПА и пиперазинов следующий, мас. %:
Диэтилентриамин (ДЭТА) - 25 - 35
Триэтиленпентамин (ТЭТА) - 15 - 25
Тетраэтиленпентамин (ТЭПА) - 15 - 25
β- Аминопиперазин ( β- АП) - 8 - 12
диβ- Аминопиперазин (ди β -АП) - 5 - 10
Реакция циклоконденсации смеси ПЭПА и пиперазинов со смесью ненасыщенных и насыщенных жирных кислот осуществляется при молярном соотношении кислот и ПЭПА с пиперазинами 1: (1,1 - 1,3).

Расчетные количества ПЭПА, пиперазинов и жирных кислот из емкостей через дозирующие устройства подаются в реактор. При перемешивания исходных компонентов происходит повышение температуры реакционной массы вследствие экзотермической реакции нейтрализации жирных кислот ПЭПА. После перемешивания реакционной массы в течение 20-30 мин включали подачу азота, обогрев и постепенно повышали температуру в реакторе в течение 3-4 ч до 200^oC и далее от 200 до 240^oC в течение 1 ч. Процесс циклизации завершается нагреванием реакционной массы при 240 - 260^oC в течение 3-4 ч с последующей отгонкой избыточных аминов при пониженном давлении (20-50 мм рт. ст.).

Физико-химические показатели ПАВ "Амидан" приведены в таблице 1.

Пример. Для получения ПАВ "Амидан" использовали смесь ПЭПА и пиперазинов со смесью насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (состав ПЭПА с пиперазинами приведен выше) при молярном соотношении кислот и ПЭПА с пиперазинами 1 : 1,2. После окончания реакции циклоконденсации полученный продукт имел воскообразный вид, светло-коричневый цвет, температуру плавления 50^oC, аминное число, мг HCL/г - 120; кислотное число, мг КОН/г - 10; содержание амидоимидазолинов - 45% масс, бисимидазолинов - 15 мас.%, аминоэтилимидазолинов - 15%, амидопиперазинов - 25 мас.% (структурные формулы названных веществ приведены выше).

Известно, что битумы имеют плохое сцепление (адгезию) с кислыми горными породами (гранит, кварц и т.д.). Битумы, находясь в составе композиционных материалов, в процессе эксплуатации подвергаются атмосферному старению, т.е. происходят процессы окисления битумов кислородом воздуха, сопровождающиеся повышением хрупкости битума, что усиливает процессы коррозии битумоминеральных материалов и уменьшает их срок службы. На условия применения существующих адгезионных ПАВ оказывает влияние низкая их термостабильность, т.е. ограничения по температуре и сроку жизни добавок в битуме при технологической температуре до момента их объединения с минеральными материалами.

Заявляемое изобретение решает следующую техническую задачу: улучшение адгезии битума к кислым горным породам, замедление старения битумов путем использования термостабильного адгезионного ПАВ.

Введение расплавленного ПАВ производится в разогретый до рабочей температуры (100-150^oC) битум, перемешивание продолжается 10-20 с. Расход ПАВ "Амидан" составляет 0,25-1% от массы битума. Оценка адгезионной стойкости битума проводилась путем оценки сцепления битума с кислыми горными породами по ГОСТ 11508-74 при различном количестве ПАВ в битуме. Данные по сцеплению и физико-механические свойства битума приведены в таблице 2.

Битумная пленка для битумов без ПАВ отслаивается от минерального материала после 30 минут кипячения почти полностью. При введении в битум 0,25% ПАВ от его массы сохраняется для известного ПАВ менее 3/4 площади битумной пленки после кипячения, а для предлагаемого ПАВ более 3/4 площади.

При увеличении расхода ПАВ у битума с предлагаемым ПАВ сцепление также выше, чем у битума с известным ПАВ. При расходе ПАВ 1% от массы битума показатели сцепления у битума с известным и предлагаемым ПАВ одинаковые.

Для определения антиокислительных свойств ПАВ, т.е. способности ПАВ замедлять старение, битум прогревался в тонком слое в течение 5 ч при 163^oC с различным количеством ПАВ в битуме. Затем определялась температура размягчения битума. Данные по изменению температуры размягчения битума после прогрева ( Δ Т) приведены в таблице 3.

У предлагаемого ПАВ "Амидан" температура увеличивается при всех концентрациях ПАВ в меньшей степени, чем для известного ПАВ.

ПАВ "Амидан" термостабильно при высоких температурах. После прогрева при 170^oC в течение 12 ч при концентрации ПАВ "Амидан" 1% от массы битума сцепление его с кварцевым песком остается по образцу N 1 по ГОСТ 11508-74.

Для известного ПАВ сцепление битума при 1%-ной концентрации известного ПАВ [2] в битуме после прогрева ухудшается до образца N 3 по ГОСТ 11508-74.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Кучма М.И. Поверхностно-активные вещества в дорожном строительстве. - М.: Транспорт, 1980, с. 151.

2. Бабаев В.И., Королев И.В., Гридчин А.М., Шухов В.И. Технические поверхностно-активные вещества из вторичных ресурсов в дорожном строительстве - М.: Транспорт, 1991, с. 47.

Описывается адгезионная добавка для битумов полифункционального действия, включающая имидазолины различной структуры, отличающаяся тем, что имидазолины различной структуры представлены амидо-, бис- и аминоэтилимидазолинами и дополнительно добавки содержит амидопиперазины, мас.%: 1. Амидоимидазолины - 40 - 50, n = 1,2; 2. Бисимидазолины - 10 - 20; 3. Аминоэтилимидазолины - 15 - 25, m = 1,2; 4. Амидопиперазины - 5 - 25, x = 0,1, где R - углеводородный радикал С_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смесей. Технический результат - получение ПАВ "Амидан" для битума, которое максимально улучшает адгезию битума к кислым породам при минимальном расходе, обладает высокой термостальностью и хорошим антиокислительным действием в битуме. 3 табл.

Адгезионная добавка для битумов полифункционального действия, включающая имидазолины различной структуры, отличающаяся тем, что имидазолины различной структуры представлены амидо-, бис- и аминоэтилимидазолинами и дополнительно добавка содержит амидопиперазины, мас.%:
1. Амидоимидазолины - 40 - 50, n = 1, 2

2. Бисимидазолины - 10 - 20

3. Аминоэтилимидазолины - 15 - 25, m = 1, 2

4. Амидопиперазины - 5 - 25, x = 0, 1.

где R - углеводородный радикал С_15-55 насыщенных и ненасыщенных кислот или их смеси.