КВАНТОВО-АКТИВИРОВАННАЯ БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ Российский патент 2014 года по МПК C08L95/00 C09D195/00 

Описание патента на изобретение RU2525547C1

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных 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., Союздор НИИ, 1973, с.3-24].

Недостатками этой эмульсии являются невысокие стабильность эмульсии и сцепляемость битума с минеральным наполнителем.

Наиболее близкой предлагаемому изобретению является битумная эмульсия [патент RU №2176652, МПК7 C08L 95/00, 2001], включающая битум, эмульгатор на основе ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов или четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора и воду. Причем она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу (ТПС) 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 20,0-70,0 Эмульгатор 0,1-5,0 Реагент для нейтрализации эмульгатора 0,5-3,0 ТПС 0,4-8,0 Вода Остальное

Рецепт эмульсии позволяет регулировать скорость ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, повышает ее стабильность и сцепляемость с минеральным наполнителем, а также способствует экономии битума.

Недостатком эмульсии является недостаточная устойчивость к процессам окислительного старения. Изменения значений глубины проникания иглы и растяжимости битума, выделенного из эмульсии, относительно значений соответствующих показателей исходного битума, использованного для приготовления эмульсии, не соответствуют требованиям ГОСТ 18659-81 на эмульсии битумные дорожные, согласно которым эти изменения не должны превышать 15%, в то время как для прототипа эти изменения достигают 19%. Указанный недостаток, по всей вероятности, вызван наличием в ТПС (согласно результатам анализов методами ЯМР и ИК-спектроскопии), непредельных олефиновых структур и ненасыщенных алифатических альдегидов. Указанный недостаток может привести к сокращению срока службы дорожных покрытий.

Задачей изобретения является снижение затрат на приготовление и применение дорожного покрытия, улучшение показателя сцепления пленки вяжущего с минеральным материалом (адгезии), повышение устойчивости к расслаиванию и коалесценции эмульсии при хранении, экономия битума и эмульгатора, снижение вредных испарений в процессе приготовления и применения.

Поставленная задача решается разработкой битумной эмульсии для дорожного строительства, включающей битум, эмульгатор на основе катионоактивного или анионоактивного ПАВ, кислоту в качестве реагента для нейтрализации катионоактивного эмульгатора или щелочь в качестве реагента для нейтрализации анионоактивного эмульгатора, воду, отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу (ТПС). Причем она дополнительно содержит квантовый активатор топлив при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Битум 20,0-70,0 Эмульгатор 0,1-5,0 Реагент для нейтрализации эмульгатора 0,5-3,0 ТПС 0,4-8,0 Квантовый активатор топлив 0,1-0,5 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.

В качестве анионоактивного эмульгатора используют 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 реагента для нейтрализации анионактивного эмульгатора используют щелочь, например едкий натр по ГОСТ 2263-79.

В качестве реагента для нейтрализации катионоактивного эмульгатора используют кислоту, например соляную по ГОСТ 3118-88.

Вода должна соответствовать требованиям на оборотную воду для предприятий и дополнительно содержать солей жесткости не более 6,0 мг·экв/л.

Тяжелую пиролизную смолу (ТПС) плотностью 1060-1080 кг/м3, содержанием серы 4,5-5,5 мас.%, содержанием тяжелых ароматических соединений 54-55 мас.% используют как в обводненном виде (на некоторых установках пиролиза она вырабатывается именно в таком виде, например на ОАО "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).

Квантовый активатор топлив используют по ТУ 2411-003-87593327-2009. Физико-химические показатели квантового активатора топлив приведены в таблице 1.

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

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

2. В смесь расчетного количества битума, эмульгатора, квантового активатора топлив и ТПС с температурой 110-130°С при перемешивании добавляют приготовленную в отдельной емкости смесь воды, кислоты, в случае катионоактивного эмульгатора, или щелочи, в случае анионактивного эмульгатора, с температурой 70-90°С.

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°С, добавляют при перемешивании 0,3 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 48,5 г воды добавляют при перемешивании 0,2 г квантового активатора топлив, 0,5 г безводной ТПС и 1 г соляной кислоты, затем нагревают при перемешивании до 85°С, затем добавляют смесь битума с эмульгатором, имеющую температуру 110°С, и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49,7, эмульгатор - 0,3, кислота - 1, 0,2 - квантовый активатор топлив, ТПС - 0,5, вода - 48,5.

Пример 2. В 49,7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0,3 г катионоактивного эмульгатора, 0,3 г квантового активатора топлив 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°С, затем добавляют нагретую до 110°С смесь битума, эмульгатора, квантового активатора топлив и ТПС. Перемешивают до полной однородности.

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

Пример 3. В 70 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 130°С, добавляют при перемешивании 2 г анионактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 20 г воды добавляют при перемешивании 0,4 г квантового активатора топлива, 6 г обводненной ТПС (содержание воды 50%) и 2 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70°С, затем добавляют нагретую до 130°С смесь битума и эмульгатора. Полученную композицию перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 70, эмульгатор - 2, щелочь - 2, квантовый активатор топлив - 0,4, ТПС - 3, вода - 23.

Пример 4. В 49 г строительного битума (по ГОСТ 6617-76), нагретого до температуры 130°С, добавляют при перемешивании 3 г анионактивного эмульгатора. Водная фаза готовится следующим образом: в 40 г воды добавляют 0,3 г квантового активатора топлива, 5 г обводненной ТПС (содержание воды 60%), тщательно перемешивают, добавляют 3 г едкого натра и нагревают этот раствор при перемешивании до температуры 70°С, затем добавляют смесь битума и эмульгатора с температурой 130°С и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (мас.%): битум - 49, эмульгатор - 3, щелочь - 3, квантового активатора топлива - 0,3, ТПС - 2, вода - 43.

При возрастании содержания квантового активатора топлива до 0,5% при одном и том же содержании эмульгатора скорость распада эмульсии замедляется в 2 раза, дальнейшее увеличение содержания квантового активатора топлива ведет к увеличению скорости распада более чем в 4 раза. Предлагаемая эмульсия более устойчива при хранении и обладает лучшей сцепляемостью с минеральным материалом. Кроме того, предлагаемая битумная эмульсия содержит квантовый активатор топлив, который растворяет асфальтены, смолы и парафины, тем самым увеличивает срок службы дорожного покрытия, снижает затраты электроэнергии на перемешивание битумной эмульсии за счет снижения вязкости всей битумной эмульсии. Благодаря квантовому активатору топлив происходит более равномерное перемешивание битума в объеме водного раствора.

Экспериментальные данные показывают, что разработанные эмульсии в заявляемых пределах обладают высокими показателями сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами (до 100% площади). При этом разработанные эмульсии обладают повышенной устойчивостью к расслаиванию и коалесценции при хранении с одновременной экономией битума и эмульгатора и не уступают по указанным показателям прототипу. Заявляемые составы могут иметь различное время распада, что существенно для их дальнейшего использования.

Сдерживающим фактором использования ТПС является их канцерогенность в отношении окружающей среды и организма человека в виду значительного содержания ароматических углеводородов. В техническом плане содержащие непредельные углеводороды ТПС проявляют свойства самополимеризации и вызывают это явление в составе битумного вяжущего, тем самым происходит уплотнение материала, существенно снижается эластичность и адгезионная способность.

Квантовый активатор топлив замедляет процесс испарения вредных веществ, благодаря повышению растворяющих свойств углеводородных компонентов ТПС, увеличивает время на процесс уплотнения материала, повышает адгезионные свойства. Благодаря повышению растворяющих свойства парафинов повышает эластичность материала.

Похожие патенты RU2525547C1

название год авторы номер документа
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 1999
  • Кемалов А.Ф.
  • Ганиева Т.Ф.
  • Фахрутдинов Р.З.
  • Чекашов А.А.
  • Степин С.Н.
  • Сатаева Ю.Р.
  • Лутфуллин Р.А.
  • Шафиков Р.Х.
  • Кудряшов В.Н.
  • Черевин В.Ф.
  • Пирогов А.П.
  • Еремин А.А.
  • Файзрахманов Н.Н.
  • Трифонов С.В.
  • Гильманов Х.Х.
  • Бикмурзин А.Ш.
  • Кемалов Р.А.
RU2176652C2
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 2003
  • Кемалов А.Ф.
  • Абдуллин А.И.
  • Ганиева Т.Ф.
  • Дияров И.Н.
  • Кемалов Р.А.
  • Солдатова Л.Б.
  • Нуриев И.М.
RU2244725C1
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 2007
  • Кемалов Руслан Алимович
  • Гладий Евгений Александрович
  • Кемалов Алим Фейзрахманович
  • Ганиева Тамилла Фатхиевна
  • Петров Сергей Михайлович
  • Борисов Сергей Владимирович
RU2361894C1
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 2008
  • Кемалов Руслан Алимович
  • Гладий Евгений Александрович
  • Кемалов Алим Фейзрахманович
  • Ганиева Тамилла Фахтиевна
  • Саяхов Марат Дамирович
  • Кемалова Гульсина Ханафовна
  • Петрова Татьяна Николаевна
  • Фаттахов Дамир Фаридович
RU2407764C2
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ ОБРАТНОГО ТИПА 1999
  • Кемалов А.Ф.
  • Фахрутдинов Р.З.
  • Ганиева Т.Ф.
  • Чекашов А.А.
  • Степин С.Н.
  • Кудряшев В.Н.
  • Черевин В.Ф.
  • Пирогов А.П.
  • Еремин А.А.
  • Файзрахманов Н.Н.
  • Трифонов С.В.
  • Гильманов Х.Х.
  • Бикмурзин А.Ш.
  • Кемалов Р.А.
RU2194062C2
БИТУМСОДЕРЖАЩИЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ И ОГРАНИЧЕНИЯ ВОДОПРИТОКОВ В НЕФТЯНЫЕ СКВАЖИНЫ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА 2002
  • Рудь М.И.
  • Силин М.А.
  • Магадова Л.А.
  • Сидоров И.А.
  • Губанов В.Б.
  • Елисеев Д.Ю.
  • Чекалина Гульчехра
  • Магадов Р.С.
  • Мариненко В.Н.
  • Гаевой Е.Г.
RU2230900C2
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 2003
  • Черкасова Е.В.
  • Кошкаров Е.В.
  • Гольцев В.Ф.
  • Дмитриев В.Н.
  • Плишкин В.В.
RU2243245C1
КАТИОННАЯ БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА 2003
  • Илиополов С.К.
  • Мардиросова И.В.
  • Горелов С.В.
  • Каклюгин А.В.
  • Дьяков К.А.
  • Чубенко Е.Н.
  • Заднепровская И.А.
RU2241012C1
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ 2004
  • Хозин В.Г.
  • Нетфуллова Л.Ш.
  • Мурафа А.В.
  • Макаров Д.Б.
  • Рахматуллина А.П.
RU2258075C1
МОДИФИЦИРОВАННАЯ БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 2017
  • Грехов Павел Иванович
  • Шкрабак Владимир Степанович
RU2668248C2

Реферат патента 2014 года КВАНТОВО-АКТИВИРОВАННАЯ БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных, кровельных и защитных покрытий. Битумная эмульсия включает битум, катионоактивный эмульгатор и кислоту или анионоактивный эмульгатор и щелочь, воду, отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу (ТПС) плотностью 1060-1080 кг/м3, содержанием серы 4,5-5,5 мас.%, содержанием тяжелых ароматических соединений 54-55 мас.%, и дополнительно содержит квантовый активатор топлив при следующих соотношениях компонентов, мас.%: битум - 20,0-70,0, эмульгатор - 0,1-5,0, реагент для нейтрализации эмульгатора - 0,5-3,0, ТПС - 0,4-8,0, вода - остальное. Результатом является повышение адгезии эмульсии с минеральным наполнителем, снижение затрат на приготовление, повышение эксплуатационных характеристик, снижение вредных испарений в процессе приготовления и применения. Квантовый активатор топлив растворяет асфальтены, смолы и парафины, тем самым увеличивая срок службы дорожного покрытия и снижая затраты электроэнергии на перемешивание эмульсии за счет снижения вязкости. Благодаря квантовому активатору топлив происходит более равномерное перемешивание битума в объеме водного раствора. 1 табл., 4 пр.

Формула изобретения RU 2 525 547 C1

Битумная эмульсия, включающая битум, катионоактивный эмульгатор и кислоту или анионоактивный эмульгатор и щелочь, воду, 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.%, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит квантовый активатор топлив при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
битум 20-70,0 катионоактивный или анионоактивный 0,1-5,0


эмульгатор
кислота или щелочь 0,5-3,0 тяжелая пиролизная смола 0,4-8,0 квантовый активатор топлив 0,1-0,5 вода остальное.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2525547C1

БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 1999
  • Кемалов А.Ф.
  • Ганиева Т.Ф.
  • Фахрутдинов Р.З.
  • Чекашов А.А.
  • Степин С.Н.
  • Сатаева Ю.Р.
  • Лутфуллин Р.А.
  • Шафиков Р.Х.
  • Кудряшов В.Н.
  • Черевин В.Ф.
  • Пирогов А.П.
  • Еремин А.А.
  • Файзрахманов Н.Н.
  • Трифонов С.В.
  • Гильманов Х.Х.
  • Бикмурзин А.Ш.
  • Кемалов Р.А.
RU2176652C2
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ 2003
  • Кемалов А.Ф.
  • Абдуллин А.И.
  • Ганиева Т.Ф.
  • Дияров И.Н.
  • Кемалов Р.А.
  • Солдатова Л.Б.
  • Нуриев И.М.
RU2244725C1
БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ ОБРАТНОГО ТИПА 1999
  • Кемалов А.Ф.
  • Фахрутдинов Р.З.
  • Ганиева Т.Ф.
  • Чекашов А.А.
  • Степин С.Н.
  • Кудряшев В.Н.
  • Черевин В.Ф.
  • Пирогов А.П.
  • Еремин А.А.
  • Файзрахманов Н.Н.
  • Трифонов С.В.
  • Гильманов Х.Х.
  • Бикмурзин А.Ш.
  • Кемалов Р.А.
RU2194062C2
Механически действующая электрическая рельсовая педаль 1929
  • Патси Д.П.
SU15849A1
КАТИОНОАКТИВНАЯ БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ И ЭМУЛЬГИРУЮЩАЯ ДОБАВКА В ЭМУЛЬСИЮ 2001
  • Молчанов В.В.
  • Гойдин В.В.
  • Сукорцев С.В.
RU2200173C1
Захват манипулятора 1986
  • Попов Анатолий Иванович
  • Ильясевич Геннадий Михайлович
  • Волочко Валентин Васильевич
  • Богданова Ирина Петровна
SU1404335A1
RD 418043 A1, 10.02.1999

RU 2 525 547 C1

Авторы

Лапшин Игорь Геннадиевич

Даты

2014-08-20Публикация

2013-02-18Подача