БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ Российский патент 2001 года по МПК C08L95/00 C08L57/02 

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных, кровельных и защитных покрытий.

Известна битумная эмульсия для дорожных работ, включающая битум, катионную адгезионную присадку, соляную кислоту и воду [Методические рекомендации по приготовлению и применению в дорожном строительстве катионных эмульсий. М, СоюздорНИИ, 1973, с. 3-24].

Недостатком этой эмульсии является недостаточная стабильность, сцепляемость с минеральным наполнителем и сложность регулирования скорости ее распада при одном и том же содержании эмульгатора
Наиболее близкой предлагаемому изобретению является эмульсия битумная дорожная [Эмульсии битумные дорожные. Технические условия. ГОСТ 18659-81. М. ] , содержащая битум, катионный эмульгатор и кислоту или анионный эмульгатор и щелочь и воду. В качестве анионоактивного эмульгатора применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ) типа высших органических кислот или их солей; в качестве катионоактивного эмульгатора - ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей. В качестве основного компонента применяют едкий натр, или жидкое стекло, или триполифосфот натрия, а в качестве кислого компонента - соляную, или уксусную, или ортофосфорную кислоту. Массовая доля битума с эмульгатором в эмульсиях составляет 45-55%.

Недостатком такой эмульсии является сложность регулирования скорости ее распада при одном и том же содержании эмульгатора: с одной стороны, быстрый распад при введении их в минеральный материал методом пропитки, с другой стороны, сравнительно медленный распад при введении их в минеральный материал методом поверхностной обработки. Кроме того, эмульсии характеризуются недостаточными стабильностью и сцепляемостью с минеральным наполнителем (адгезией).

Задачей изобретения является разработка эмульсии, позволяющей регулировать скорость ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, повышение ее стабильности и сцепляемости с минеральным наполнителем, экономия битума, утилизация тяжелой пиролизной смолы, являющейся многотоннажным отходом процесса пиролиза.

Поставленная задача решается разработкой битумной эмульсии, включающей битум, катионный эмульгатор и кислоту или анионный эмульгатор и щелочь и воду. Причем она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу плотностью 1060-1080 кг/м³ содержанием серы 4,5- 5,5 мас.%, содержании тяжелых ароматических соединений 54-55 мас. %, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Битум - 20-70
Катионный или анионный эмульгатор - 0,1-5
Кислота или щелочь - 0,5-3
Тяжелая пиролизная смола - 0,4-8
Вода - Остальное
Для приготовления эмульсии используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90, строительные битумы по ГОСТ 6617-76, кровельные битумы по ГОСТ 9548-74, изоляционные битумы по ГОСТ 9812-74.

Тяжелую пиролизную смолу используют как в обводненном виде (на некоторых установках пиролиза она вырабатывается именно в таком виде, например на KОAO "Оргсинтез", г. Казань содержание воды колеблется в пределах 5-65 мас.%), т. е. без предварительного обезвоживания, так и в безводном виде (например продукт АО "Нижнекамскнефтехим" - ТУ-38.1021256-89). Физико-химические показатели безводной ТПС приведены в табл 1.

В качестве анионоактивного эмульгатора применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ) типа высших органических кислот или их солей; в качестве катионоактивного эмульгатора - ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей.

Битумную эмульсию готовят по известной технологии смешением компонентов в одной из следующих последовательностей.

1. В разогретый в отдельной емкости до 110-130^oC дорожный битум вводят при перемешивании расчетное количество эмульгатора. В смесь воды, кислоты, в случае катионоактивного эмульгатора, или щелочи, в случае анионоактивного эмульгатора, и ТПС, нагретую при перемешивании до 70-90^oC, вводят также при перемешивании приготовленную смесь расчетного количества битума с эмульгатором.

2. В смесь расчетного количества битума, эмульгатора и ТПС с температурой 110-130^oC при перемешивании добавляют приготовленную в отдельной емкости смесь воды, кислоты, в случае катионоактивного эмульгатора, или щелочи, в случае анионоактивного эмульгатора, с температурой 70-90^oC.

Образцы битумных эмульсий были приготовлены в соответствии со следующими примерами.

Пример 1. В 49,7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110^oC, добавляют при перемешивании 0,3 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 48,5 г воды добавляют при перемешивании 0,5 г безводной ТПС и 1 г соляной кислоты, затем нагревают при перемешивании до 85^oC, затем добавляют смесь битума с эмульгатором, имеющую температуру 110^oC, и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49,7, эмульгатор - 0,3, кислота - 1, ТПС - 0,5, вода - 48,5.

Пример 2. В 49,7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110^oC, добавляют при перемешивании 0,3 г катионоактивного эмульгатора и 2 г безводной ТПС. Водную фазу готовят следующим образом: в 47 г воды добавляют 1 г соляной кислоты, тщательно перемешивают, нагревают этот раствор до температуры 85^oC, затем добавляют нагретую до 110^oC смесь битума, эмульгатора и ТПС. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49,7, эмульгатор - 0,3, кислота - 1, ТПС - 2, вода - 47.

Пример 3. В 20 г строительного битума (по ГОСТ 6617-76), нагретого до температуры 130^oC, добавляют при перемешивании 0,1 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 78,4 г воды добавляют 0,5 г обводненной ТПС (содержание воды 20%), тщательно перемешивают, добавляют 1 г соляной кислоты и нагревают этот раствор до температуры 70^oC, затем добавляют нагретую до 130^oC смесь битума и эмульгатора. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 20, эмульгатор - 0,1, кислота - 1, ТПС - 0,4, вода - 78,5.

Пример 4. В 20 г кровельного битума (по ГОСТ 9548-74), нагретого до температуры 130^oC, добавляют при перемешивании 0,1 г катионоактивного эмульгатора и 2 г обводненной ТПС (содержание воды 5%). Водную фазу готовят следующим образом: в 76,9 г воды добавляют 1 г соляной кислоты, тщательно перемешивают и нагревают этот раствор до температуры 70^oC, затем добавляют нагретую до 130^oC смесь битума, эмульгатора. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 20, эмульгатор - 0,1, кислота - 1, ТПС - 1,9, вода - 77.

Пример 5. В 70 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 120^oC, добавляют при перемешивании 2 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 22 г воды добавляют 4 г обводненной ТПС (содержание воды 30%), тщательно перемешивают, добавляют 2 г соляной кислоты и нагревают этот раствор до температуры 80^oC, затем добавляют нагретую до 120^oС смесь битума с эмульгатором. Промешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 70, эмульгатор - 2, кислота - 2, ТПС - 2,8, вода - 23,2.

Пример 6. В 70 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 120^oC, добавляют при перемешивании 2 г катионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 6 г воды добавляют 20 г обводненной ТПС (содержание воды 60%), тщательно перемешивают, добавляют 2 г соляной кислоты и нагревают этот раствор до температуры 80^oC, затем добавляют нагретую до 120^oC смесь битума с эмульгатором. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 70, эмульгатор - 2, кислота - 2, ТПС - 8, вода - 18.

Пример 7. В 20 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110^oC, добавляют при перемешивании 0,5 г анионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 77,5 г воды добавляют 1 г обводненной ТПС (содержание воды 30%), тщательно перемешивают, добавляют 1 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 90^oC, затем добавляют нагретую до 110^oC смесь битума и эмульгатора. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 20, эмульгатор - 0,5, щелочь - 1, ТПС - 0,7, вода - 77,8.

Пример 8. В 20 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110^oC, добавляют при перемешивании 0,5 г анионоактивного эмульгатора, разогревают до 110^oC, перемешивают до однородного состояния. Водная фаза готовится следующим образом: в 75,5 г воды добавляют 3 г обводненной ТПС (содержание воды 40%), тщательно перемешивают, добавляют 1 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 90^oС, затем добавляют нагретую до 110^oC смесь битума и эмульгатора. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 20, эмульгатор - 0,5, щелочь - 1, ТПС - 1,8, вода - 76,7.

Пример 9. В 70 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 130^oC, добавляют при перемешивании 2 г анионоактивного эмульгатора Водная фаза готовится следующим образом: в 24 г воды добавляют 2 г обводненной ТПС (содержание воды 50%), тщательно перемешивают, добавляют 2 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70^oC, затем добавляют нагретую до 130^oC смесь битума и эмульгатора. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 70, эмульгатор - 2, щелочь - 2, ТПС - 1, вода - 25.

Пример 10. В 70 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 130^oC, добавляют при перемешивании 2 г анионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 20 г воды добавляют при перемешивании 6 г обводненной ТПС (содержание воды 50%) и 2 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70^oC, затем добавляют нагретую до 130^oC смесь битума и эмульгатора. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 70, эмульгатор - 2, щелочь - 2, ТПС - 3, вода - 23.

Пример 11. В 49 г строительного битума (по ГОСТ 6617-76), нагретого до температуры 130^oC, добавляют при перемешивании 3 г анионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 40 г воды добавляют 5 г обводненной ТПС (содержание воды 60%), тщательно перемешивают, добавляют 3 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70^oС, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 130^oC и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49, эмульгатор - 3, щелочь - 3, ТПС - 2, вода - 43.

Пример 12. В 49 г изоляционного битума (по ГОСТ 9812-74), нагретого до температуры 130^oC, добавляют при перемешивании 2 г анионоактивного эмульгатора и 6 г обводненной ТПС (содержание воды 50%). Водная фаза готовится следующим образом: в 40 г воды добавляют 3 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70^oC, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 130^oC. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49, эмульгатор - 2, щелочь - 3, ТПС - 3, вода - 43.

Эксплуатационные характеристики образцов N 1-12 представлены в табл 2.

Для сравнения этих характеристик с аналогичными для прототипа были приготовлены 4 образца (N 13-16) по ГОСТ 18659-81.

Пример 13. В 44 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110^oC, добавляют при перемешивании 1 г катионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 54 г воды добавляют 1 г соляной кислоты и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 80^oC, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 110^oC. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 44, эмульгатор - 1, кислота - 1, вода - 54.

Пример 14. В 54 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 120^oC, добавляют при перемешивании 1 г катионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 44 г воды добавляют 1 г соляной кислоты и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 80^oC, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 120^oC. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 54, эмульгатор - 1, кислота - 1, вода - 44.

Пример 15. В 42 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 130^oС, добавляют при перемешивании 3 г анионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 53 г воды добавляют 2 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70^oC, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 130^oC. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 42, эмульгатор - 3, щелочь - 2, вода - 53.

Пример 16. В 52 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110^oC, добавляют при перемешивании 3 г анионоактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 43 г воды добавляют 2 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70^oC, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 130^oC. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 52, эмульгатор - 3, щелочь - 2, вода - 43.

Эксплуатационные характеристики предлагаемых образцов битумных эмульсий приведены в табл. 2
Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что при возрастании содержания ТПС до 3% при одном и том же содержании эмульгатора скорость распада эмульсии замедляется в 1,1-2,5 раза, дальнейшее увеличение содержания ТПС ведет к увеличению скорости распада более чем в 8 раз. Предлагаемая эмульсия более устойчива при хранении и обладает лучшей сцепляемостью с минеральным материалом. Кроме того, предлагаемая битумная эмульсия содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья, что снижает стоимость эмульсии и повышает рентабельность процесса пиролиза.

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных, кровельных и защитных покрытий. Задачей изобретения является разработка рецептуры эмульсии, позволяющей регулировать скорость распада битумной эмульсии при одном и том же содержании эмульгатора, повышение ее стабильности и сцепляемости с минеральным наполнителем, экономия битума. Поставленная задача решается разработкой битумной эмульсии, включающей битум, катионный эмульгатор и кислоту или анионный эмульгатор и щелочь, воду. Причем она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу плотностью 1060-1080 кг/м³, содержанием серы 4,5-5,5 мас.%, содержанием тяжелых ароматических соединений 54-55 мас.% при следующих соотношениях компонентов, мас.%: битум 20-70, катионный или анионный эмульгатор 0,1-5, кислота или щелочь 0,5-3, тяжелая пиролизная смола 0,4-8, вода остальное. 2 табл.

Битумная эмульсия, включающая битум, катионный эмульгатор и кислоту или анионный эмульгатор и щелочь и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу плотностью 1060-1080 кг/м³, содержанием серы 4,5-5,5 мас.%, содержанием тяжелых ароматических соединений 54-55 мас.%, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Битум - 20-70
Катионный или анионный эмульгатор - 0,1-5
Кислота или щелочь - 0,5-3
Тяжелая пиролизная смола - 0,4-8
Вода - Остальноее