МОДИФИЦИРОВАННЫЙ БИТУМ Российский патент 2012 года по МПК C08L95/00 C04B26/26 C08K11/00 

Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов.

Известен модифицированный битум для дорожного строительства, включающий аминный активатор адгезии - отход производства анилина - анилиновую смолу с аминным числом не ниже 150 в количестве 1,0-1,5 мас.%. Вяжущее получают путем смешения битума и смолы при температуре 120-140°С в течение 40-60 мин (RU 2063990 С1, кл. С08L 95/00, С04В 26/26, 20.07.1996).

Недостатком известного вяжущего является то, что оно содержит отход производства анилина, состав которого варьируется в широком диапазоне, что не позволяет получить готовый битум стандартного качества.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является модифицированный битум, включающий в качестве аминного активатора адгезии гексаметилентетрамин и дополнительно продукт полукоксования углей при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 80,00-92,00, продукт полукоксования углей - 8,00-20,00, гексаметилентетрамин сверх 100% - 0,35-1,00. Модифицированный битум получают путем смешения исходного битума с продуктом полукоксования углей при 110°С до получения однородной смеси, в которую вводят гексаметилентетрамин, с последующим ее нагреванием до 160°С и изотермической выдержкой смеси в течение 30 мин при непрерывном перемешивании (RU 2241011 С1, кл. С08L 95/00, С08К 5/17, С04В 26/26, 27.11.2004).

Недостатком данного битума является его относительно низкая стойкость к воздействию плесневых грибов. Кроме того, модифицированный битум подвержен достаточно быстрому процессу старения, о чем свидетельствуют изменения массы и температуры размягчения после прогрева.

Техническим результатом изобретения является повышение качества и грибостойкости битума.

Данный результат достигается тем, что модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, в качестве аминного активатора содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный аминный активатор адгезии 0,5-2,0 Битум до 100

Отличительной особенностью предложенного вяжущего является то, что введение в него продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) в количестве 0,5-2,0 мас.% (далее - продукт взаимодействия) позволяет повысить стойкость битума к воздействию плесневых грибов, адгезию к каменным материалам, металлам, дереву и др. Кроме того, продукт взаимодействия замедляет процесс старения битума, так как его масса и температура размягчения после прогрева практически не изменяются.

Введение предложенного битума в асфальтобетонные смеси, строительные, кровельные и изоляционные материалы дает возможность повысить их водоотталкивающие свойства и биостойкость.

Введение продукта взаимодействия в количестве менее 0,5% не позволяет существенно повысить качество битума. Введение его более 2% нецелесообразно, так как дальнейшего влияния на показатели качества он не оказывает.

Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.

Жирные кислоты выделяют из растительных масел (подсолнечного, кокосового, льняного, соевого и т.д.) путем расщепления триглицеридов, например омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой для выделения смеси кислот фракции C₆-C₂₀ (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. / Под ред. М.М.Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).

При синтезе используют борную кислоту, соответствующую ГОСТ 18704-78, диэтаноламин - ТУ 6-09-2652-91.

Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем.

В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ и диэтаноламин (ДЭА). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: диэтаноламин: смесь жирных кислот составляет 1:3:(0,5-2,5).

Полученный продукт представляет собой маслянистую вязкую жидкость коричневого цвета. Он растворим в минеральных маслах, битуме, органических растворителях и имеет следующие характеристики:

Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.

Аминное число, мг HCl/г - не менее 40.

Содержание воды, % - не более 0,5.

Зольность, % - отсутствие.

Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 230.

В качестве битума используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90, нефтяные строительные - по ГОСТ 6617-76, нефтяные кровельные - по ГОСТ 9548-74 и нефтяные изоляционные - по ГОСТ 9812-74.

Технология получения предложенного модифицированного битума состоит в следующем.

В смеситель, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 98,0-99,5 мас.% битума и 0,5-2,0 мас.% продукта взаимодействия и производят перемешивание при температуре 130-150°С в течение 10-20 мин до получения однородной массы. Полученный битум смешивают с минеральным наполнителем, нагретым до 160-170°С, для приготовления асфальтобетонной смеси, а также применяют при изготовлении кровельного материала и изоляционного покрытия.

Конкретные составы предложенного модифицированного битума представлены в табл.1, показатели их качества - в табл.2. Примеры 4 и 5 являются контрольными.

Для сравнительного анализа показателей качества были получены битумы БНК 90/30 и БНИ-IV, модифицированные термической фракцией >230°С смолы полукоксования углей и гексаметилентетрамином согласно запатентованному способу по прототипу.

Пенетрацию битумов определяли по ГОСТ 11501-78, дуктильность (рястяжимость) - по ГОСТ 11505-75, температуру размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73, температуру вспышки - по ГОСТ 4333-87, температуру хрупкости - по ГОСТ 11507-78, изменение массы после прогрева - по ГОСТ 18180-72, стойкость к воздействию плесневых грибов - по ГОСТ 9.049-91 метод 1. Шкала оценки грибостойкости по методу 1 представлена в табл.3.

С предлагаемым вяжущим по примеру 1 и вяжущим по прототипу были приготовлены горячие асфальтобетонные смеси стандартного состава по ГОСТ 9128-2009 типа В марки II, мас.%: щебень фракции 5-20-30, песок из отсевов дробления - 58,5, минеральный порошок - 5, модифицированный битум - 6,5, из которых были изготовлены плотные асфальтобетоны.

Оценку адгезионной способности предложенного модифицированного битума к щебню проводили по методике, изложенной в описании к патенту РФ 2241011 (прототип).

Для этого отдельные частицы щебня размерами не менее 10 мм высушивали до постоянного веса при температуре 105°С. Затем каждую частицу щебня привязывали на тонкую проволоку, нагревали в термостате в течение 1 ч при температуре 140-160°С и погружали на 15 с в чашку с вяжущим, нагретым до этой же температуры. Извлеченные из вяжущего частицы подвешивали на штативе для стекания избытка вяжущего, после этого их охлаждали при температуре 20°С не менее 15 мин. Затем обработанные частицы щебня опускали в стакан с медленно кипящей дистиллированной водой на 30 мин и определяли силу сцепления вяжущего по шкале, приведенной в табл.4.

С предлагаемым битумом по примеру 2 и аналогичным битумом по прототипу были изготовлены наплавляемые кровельные материалы, представляющие собой стеклоткани, на которые нанесено от 3 до 5 кг каждого из модифицированных битумов.

С предлагаемым битумом по примеру 3 и соответствующим битумом по прототипу были приготовлены составы для защиты трубопроводов, содержащие, мас.%: модифицированный битум - 50, растворитель - 50.

Качественные показатели полученных покрытий представлены в табл.5.

Полученные асфальтобетоны испытывали по ГОСТ 12801-98, кровельные материалы - по ГОСТ 2678-94, защитные покрытия для трубопровода - по ГОСТ 9.054-75 и ГОСТ 15140-78.

Использование предложенного модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью.

Таблица 1 Компоненты Состав модифицированного битума по примерам, мас.% 1 2 3 4 5 Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ в мольном соотношении 1:3:0,5 0,5     0,3   Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ в мольном соотношении 1:3:1,5   1,25     2,5 Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ в мольном соотношении 1:3:2,5     2,0     Битум           БНД 90/130 99,5     99,7   БНК 90/30   98,75       БНИ-IV     98,0   97,5

Таблица 2 Показатель Значение показателя по примерам 1 2 3 4 5 Предлож. модиф. БНД90/130 Прототип модиф. БНД90/130 Предлож. модиф. БНК 90/30 Прототип модиф. БНК 90/30 Предлож. модиф. БНИ-IV Прототип модиф. БНИ-IV Предлож. модиф. БНД90/130 Предлож. модиф. БНИ-IV Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм 102 96 30 28 35 32 94 36 Дуктильность при температуре 25°С, см 75 78 10 12 10 13 73 9 Температура размягчения по кольцу и шару, °С 55 57 90 92 80 83 53 82 Изменение температуры размягчения после прогрева, °С 0,5 4 0,5 5 0,5 6 1 0,5 Изменение массы после прогрева, % 0,07 0,7 0,05 0,5 0,03 0,5 0,09 0,02 Температура хрупкости по Фраасу, °С -19 -16 -14 -12 -12 -10 -17 -12 Температура вспышки, °С 270 260 265 257 267 260 270 268 Грибостоикость по методу 1, баллы 1 3 1 3 1 3 2 1 Адгезия к минеральным материалам, баллы 5 5 5 4 5 4 4 5 Адгезия к стали, МПа 0,5 0,4 0,9 0,7 1,0 0,9 0,4 1,0

Таблица 3 Метод Степень развития плесневых грибов Оценка материала ГОСТ 9.049 ИСО 846 1 0   Материал не является питательней средой (нейтрален или фунгистатичен)     1, 2 - Материал содержит питательные вещества, которые обеспечивают незначительное развитие грибов     3, 4, 5   Материал содержит достаточное количество питательных веществ, благоприятствующих развитию грибов

Таблица 4 Оценка сцепления битума со щебнем, баллы Характеристика поверхности минеральных частиц, обработанных вяжущим, при оценке смачивания до кипячения, а сцепления - после кипячения 5 (отличное) Вся поверхность минеральных частиц равномерно покрыта вяжущим, т.е. пленка вяжущего полностью сохраняется 4 (хорошее) Вся поверхность минеральных частиц покрыта вяжущим, но вяжущее распределено по толщине неравномерно 3 (удовлетворительное) Отдельные участки поверхности минеральных частиц не покрыты вяжущим, т.е. пленка вяжущего смещается водой. Наблюдается обнажение отдельных участков на поверхности частиц (не менее 50%) 2 (плохое) Поверхность минеральных частиц обнажена на более, чем 50%

Таблица 5 Показатель Асфальтобетон Кровельный материал Защитное покрытие для трубопровода с предложенным битумом с битумом по прототипу с предложенным битумом с битумом по прототипу с предложенным битумом с битумом по прототипу Водонасыщение, об.% 0,90 1,55 - - - - Коэффициент водостойкости 1,10 0,90 - - - - Набухание, об.% 0,10 0,50 - - - - Водопоглащение при испытании 24 ч, %     1,15 1,30     Водонепроницаемость при давлении 0,001 МПа, ч     100 90     Водовытеснение, мм - - - - 120 90 Грибостойкость по методу 1, баллы 0 2 0 2 0 2

Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов. Модифицированный битум содержит аминный активатор адгезии. Соотношение компонентов следующее, мас.%: аминный активатор адгезии - 0,5-2,0, битум - до 100. В качестве аминного активатора адгезии используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно. Использование модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью. 5 табл., 5 пр.

Модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, отличающийся тем, что в качестве аминного активатора адгезии он содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный аминный активатор адгезии 0,5-2,0 битум до 100