СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРОБИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО Российский патент 2005 года по МПК C04B12/00 

Изобретение относится к вяжущим, применяемым в технологии производства горячих асфальтобетонов, используемых при устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов и т.п.

Известно серобитумное вяжущее, получаемое совмещением расплавов серы и битума при соотношении сера:битум (мас.%) - 10:90...50:50 [Сидоренко Н.Н., Лолаев А.Б., Иванов Ю.А. Асфальтобетон на серно-битумном вяжущем // Автомобильные дороги, 1983 г., №1, с.6-7].

Недостатком данных вяжущих являются низкие пластические и деформативные свойства: высокие температуры хрупкости, низкие значения эластичности. Перегрев смеси сера-битум выше температуры 140°С ведет к энергичному химическому взаимодействию серы с компонентами битума, сопровождающемуся выделением токсичного сероводорода, что отражает низкую практическую ценность данных способов получения вяжущих. В производственных условиях выдерживать температурный интервал, не превышающий 140°С, не всегда возможно ввиду вероятности возникновения местных перегревов вяжущего, в частности при его контакте с минеральной частью, температура которой может достигать до 180°С и выше, что приведет к выделению сероводорода.

По технической сущности наиболее близким предлагаемому изобретению является способ получения серобитумного вяжущего, описанный в патенте РФ №2163610, МПК⁷ С 08 L 95/00, С 08 К 13/02, включающий взаимодействие серы с дициклопентадиеном (ДЦПД) с последующим смешением модифицированной серы с битумом. Взаимодействие серы с ДЦПД осуществляют путем интенсивного перемешивания погружным серным насосом в течение 45-60 мин при 140-145°С, затем получают серобитум путем перемешивания в реакторе модифицированной серы и битума в течение 25-35 мин при соотношении от 1:1 до 1:1,5.

Недостатками получаемых вяжущих являются: низкие значения пенетрации, дуктильности, эластичности, высокие температуры хрупкости, что характеризует низкую деформационную способность вяжущих.

Задачей изобретения является повышение деформативных свойств серобитумных вяжущих, а также исключение выделений сероводорода при их переработке.

Результат достигается тем, что в способе получения серобитумного вяжущего путем совмещения расплава предварительно модифицированной серы и битума по изобретению серу предварительно связывают со смесью ненасыщенных жирных кислот - флотогудроном в соотношениях сера:флотогудрон (мас.%) 30:70...60:40 с получением органических полисульфидов и совмещают расплавы при следующем соотношении компонентов (мас.%):

органические полисульфиды 80-20

битум 20-80

В качестве исходных компонентов использовали серу (ГОСТ 127-93), битум (ГОСТ 22245-90), флотогудрон (ТУ 18 РСФСР 744-77). Для приготовления образцов серобитумной композиции применяли серу - отход Нижнекамского НПЗ, содержащий 99,98% серы. Флотогудрон (ФГ) - отход дистилляции смеси растительных масел представляет смесь насыщенных и ненасыщенных высших жирных кислот (Табл.1).

Таблица 1состав флотогудронамас.%пальмитиновая C_16:04,2-4,7олеиновая C_18:141,1-41,6линолевая C_18:237,9-38,5линоленовая C_18:39,6-9,9арахиновая С_20:04,3-4,8звуковая С_22:10,4-0,6

В качестве битума применялся битум марки БНД 90/130 производства Нижнекамского битумного завода отделения “Татнефть” (Татарстан), получаемый из сернистой нефти.

Синтез органических полисульфидов производили следующим образом. В реактор, оборудованный электрообогревом и мешалкой, помещали расчетное количество флотогудрона и нагревали до 140°С. Далее добавляли расчетное количество расплава серы, имеющего аналогичную температуру. Время синтеза - 240 мин.

По физическим свойствам полученные органические полисульфиды представляют собой каучукоподобные материалы темно-коричневого цвета, обладающие эластическими свойствами, являются термопластами.

Характеристики органических полисульфидов приведены в таблице 2.

Таблица 2Наименование показателясоставы, мас.%Методы испытаний1234сера - 30 ФГ - 70сера -40 ФГ - 60сера - 50 ФГ - 50сера - 60 ФГ - 401. Температура размягчения по КиШ, °С909587,588ГОСТ 115062. Температура хрупкости по Фраасу, °С-23,5-24,3-33,6-30,3ГОСТ 115073. Пенетрация, мм·0,1 при 25°С89,895,5116,5107,8ГОСТ 115014. Дуктильность, см10,89,620,87,2ГОСТ 115055. Эластичность, %72,871,455,862,7ГОСТ 26589 п.7.76. Водопоглощение, %0,370,310,250,18ГОСТ 259457. Плотность, г/см³1,11,251,261,27ГОСТ 15139

Серобитумное вяжущее готовили следующим образом. К расчетному количеству битума, имеющего температуру 150-160°С, добавляли при перемешивании расчетное количество расплава полисульфида любого состава - №1, 2, 3, 4 (табл.2), имеющего аналогичную температуру. Полученную смесь перемешивали в лопастной мешалке при скорости вращения лопасти 300-400 об/мин в течение 5-10 мин до достижения гомогенности смеси.

Из рассматриваемых систем по комплексу свойств наиболее оптимальными являются композиции с содержанием 60 мас.% полисульфидов №1...4 в составе серобитума. Для демонстрации влияния количества полисульфида на свойства серобитумных композиций приведены также данные для полисульфида №3. Сравнительная характеристика физико-механических свойств предлагаемых серобитумных композиций оптимального состава и прототипа приведена в табл.3.

Таблица 3Наименование показателейсостав, мас.%прототипбитум - 40 №1-60битум - 40 №2-60Битум - 40 №3-60битум - 40 №4-60битум - 80 №3-20битум - 20 №3-80пример 1пример 2      Температура размягчения, Т_р, °С56-59,550-59,5835452,5714775Температура хрупкости, Т_хр, °С-11-
-23*-10-
-20*-24,5-25-29,5-25,5-24,5-30,5Пенетрация, ммх 0,1 при 25°С49,5-53,045,0-83,5 11612212311112597при 0°С 15,5-22,5404050453052Дуктильность, Д₂₅, см-5-212721,623,5221521,6Эластичность, %3-5*2-4*302866,6520Водопоглощение W, %--0,050,050,050,050,050,1* Примечание. Значения эластичности и температуры хрупкости для прототипа получены экспериментально авторами предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ получения полисульфидов является одностадийным и не требует сложного аппаратурного оформления, а применение в качестве ненасыщенного мономера - флотогудрона, являющегося крупнотоннажным отходом органической химии, повышает его практическую ценность.

Исследования серобитума с элементарной (кристаллической) серой в составе (40 мас.%), являющегося одним из предлагаемых вяжущих в прототипе, показали, что количество сероводорода, выделяющегося при нагревании вяжущего до температуры 165-170°С в течение 2 часов, составляет 294 мг/100 г вяжущего. Количество сероводорода, выделяющегося при нагревании предлагаемого вяжущего при аналогичных условиях, составляет 44,5 мг/100 г вяжущего. Таким образом, предлагаемый способ приготовления вяжущего является более экологически безопасным.

Изобретение относится к вяжущим, применяемым в технологии производства горячих асфальтобетонов, используемых при устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов и т.п. Технический результат - повышение деформативных свойств серобитумных вяжущих, а также снижение количества выделений сероводорода при их переработке. В способе получения серобитумного вяжущего путем совмещения расплавов предварительно модифицированной серы и битума серу предварительно связывают со смесью ненасыщенных жирных кислот - флотогудроном в соотношениях сера:флотогудрон, мас.%: (30:70)-(60:40) с получением органических полисульфидов и совмещают указанные расплавы при следующем соотношении компонентов, мас.%: предварительно модифицированная сера - органические полисульфиды - 20-80, битум - 20-80. 3 табл.

Способ получения серобитумного вяжущего путем совмещения расплавов предварительно модифицированной серы и битума, отличающийся тем, что серу предварительно связывают со смесью ненасыщенных жирных кислот - флотогудроном в соотношениях сера: флотогудрон, мас.%: 30:70...60:40 с получением органических полисульфидов и совмещают указанные расплавы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Предварительно модифицированная сера -

органические полисульфиды 20-80

Битум 20-80.