ВЗАИМОПРОНИКАЮЩАЯ ЭЛАСТОМЕРНАЯ СЕТКА, ПОЛУЧЕННАЯ ИЗ ЧАСТИЦ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ШИННОЙ РЕЗИНЫ Российский патент 2023 года по МПК C08L95/00 C08J5/18 C08K3/13 

ВКЛЮЧЕНИЕ РОДСТВЕННЫХ ЗАЯВОК ПОСРЕДСТВОМ ССЫЛКИ

[0001] Все без исключения притязания на приоритет, рассмотренные в информационном листке заявки, или любое в нем исправление, включены, тем самым, посредством ссылки в соответствии с 37 CFR 1.57. Настоящая заявка на патент представляет собой частичное продолжение международной заявки на патент PCT № PCT/US2018/028656, поданной 20 апреля 2018 года, которая испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 62/541610, поданной 4 августа 2017 года, предварительной заявки на патент США № 62/569374, поданной 5 октября 2017 года, предварительной заявки на патент США № 62/613744, поданной 4 января 2018 года, и предварительной заявки на патент США № 62/621465, поданной 24 января 2018 года. Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 62/703366, поданной 25 июля 2018 года. Каждая из перечисленных заявок на патент в полном объеме включена в настоящий документ посредством ссылки, и, тем самым, каждая из указанных заявок явным образом составляет часть настоящего описания изобретения.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Резиновую крошку, полученную из утилизируемых шин, подвергают процессу, включающему сульфидный метатезис, вызванный фазной ретикуляцией. В указанном процессе используют реакционноспособный компонент, который нарушает серные связи. Полученная в результате резина, подвергнутая взаимосвязанному замещению, проявляет свойства, аналогичные свойствам исходной композитной резиновой структуры перед гранулированием или других полимерных материалов и подходит для применения при изготовлении новых шин, спроектированных резиновых изделий и резиноасфальта для использования при гидроизоляции и укладке дорожных покрытий.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В 2015 году на рынках конечного применения было потреблено 87,9% по массе отработанных шин, выработанных в США. Общий объем отработанных шин, потребляемый на рынках конечного применения в США, достигал приблизительно 3551 тысяч тонн шин. По оценкам RMA (Ассоциации производителей каучука) в 2015 году в США было выработано примерно 4038 тысяч тонн шин. Из них 25,8% использовались для производства измельченной резины, 48,6% для производства получаемого из шин топлива, 11,4% были захоронены, 7,0% использовались в гражданском строительстве и 7,1% было израсходовано на разные цели (0,7% в электродуговых печах, 1,3% в мелиоративных системах, 2,6% было экспортировано и 2,6% было израсходовано на другие цели). В 1990 году было потреблено только одиннадцать процентов шин в расчете на шину. Положительные результаты, наблюдаемые на рынках конечного применения в 2015 году, являлись в основном результатом высоких показателей применения TDF (получаемого из шин топлива) и снижения экспорта. В долгосрочной перспективе необходимость расширения всех экономически жизнеспособных и экологически безопасных рынков для отработанных шин все еще является важнейшей задачей. Отработанные шины потреблялись на различных рынках отработанных шин, в том числе для производства топлива, получаемого из шин, в гражданском строительстве и в отраслях, связанных с применением измельченной резины. Оставшиеся ежегодно вырабатываемые шины потребили другие более мелкие рынки и легальные захоронения отходов.

[0004] Основные рынки отработанных шин включают получаемое из шин топливо, измельченную резину, гражданское строительство и другие рынки. В отраслях, связанных с применением получаемого из шин топлива, отработанные шины используют как более чистую и экономичную альтернативу углю в качестве топлива в цементных печах, на целлюлозно-бумажных комбинатах и в промышленных и бытовых котлах. В отраслях, связанных с применением измельченной резины, используют приблизительно 1020 тысяч тонн отработанных шин или более 25 процентов от объема вырабатываемых ежегодно отработанных шин. Измельченную резину получают путем измельчения отработанных шин с получением кусков определенного размера. Отрасли, связанные с применением измельченной резины, включают новые резиновые продукты, покрытие игровых и других спортивных площадок и модифицированный резиной асфальт. Измельченная резина также включает более крупные куски резины, используемые в качестве мульчи при создании искусственного ландшафта и амортизационного сыпучего материала для игровых площадок. Рынок игровых площадок и мульчи в этот период был самым динамичным сегментом на рынке измельченной резины. На рынке асфальтов используют измельченную резину для модификации асфальтового вяжущего вещества, используемого при укладке дорожного покрытия, что позволяет обеспечить более бесшумные и более прочные дороги. Рынок гражданского строительства потребляет приблизительно 274 тысяч тонн шин в год, примерно 7,7 процентов от общего количества шин на рынке, и состоит из кусков шин, применяемых при строительстве дорог и мусорных свалок, площадок для выщелачивания септических резервуаров, альтернативной промежуточной грунтовой засыпки и в других отраслях строительства. Существуют дополнительные более мелкие рынки для отработанных шин, которые потребляют приблизительно 7% ежегодно вырабатываемых отработанных шин. Такие рынки включают шины, используемые в электродуговых печах (при производстве стали), профессионально спроектированные брикеты из шин и продукты, штампованные, прессованные или высеченные из отработанных шин. Общее количество шинной резины, потребляемой на рынках измельченной резины, составляет примерно 1,36 миллиардов фунтов (примерно 0,62 миллиарда кг). Общее количество отработанных шин, направленных на указанные рынки измельченной резины, составляет примерно 1,02 миллионов тонн (62 миллиона шин). Процент от всего количества в фунтах измельченной резины, потребленной на рынке в 2015 году, составляет: покрытия спортивных площадок 25%, мульчи для игровых площадок 22%, формованные/экструдированные продукты 35%, асфальт 15%, автомобильная промышленность 2% и экспорт 1%.

[0005] Исторически сложилось таким образом, что запасы отработанных шин начали создаваться примерно в 1960-х и 1970-х годах, когда шины перестали направлять на свалки, а рынки переработки для них не работали. Запасы оказались подвержены катастрофическим пожарам, которые привели к загрязнению воздуха и воды.

[0006] Мировое производство резиновых шин ответственно за образование приблизительно 99% от мирового объема отходов в виде отслуживших свой срок (EOL, end-of-life) шин. Ежегодно образуется примерно 1,1 миллиарда отработанных шин, что приближенно соответствует 12 миллионам тонн отработанных шин. Вследствие жестких физических свойств, требующихся от новой шины, шины представляют собой тщательно спроектированное переплетение стальных и волокнистых кордов с резиновой смесью, наполненной минералами и углеродом, которые все сшиты с получением высокопрочной структуры. Разложение шины, отслужившей свой срок, до ее исходных основных элементов представляет собой сложную задачу. Потенциально самый ценный компонент - резину - особенно трудно регенерировать из-за процесса вулканизации, которому ее подвергают. В результате отслужившие свой срок шины, которые более не подходят для применения на транспортных средствах вследствие износа или необратимого повреждения, обычно либо подвергают пиролизу (например, для выработки энергии для применения в производстве цемента), либо измельчают для применения в качестве наполнителя (например, в асфальтовом дорожном покрытии, новых шинах, строительных материалах или материалах, применяемых при создании искусственного ландшафта).

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Хотя разработке способов девулканизации вулканизированной резины, например, шинной резины, были посвящены обширные исследования, до сих пор не был разработан способ переработки или превращения шинной резины в коммерчески жизнеспособный продукт, обладающий свойствами, аналогичными свойствам исходной композитной резины.

[0008] Способ взаимосвязанного замещения, используемый для извлечения, утилизации или превращения натурального каучука или синтетического каучука в изношенных шинах и других отходах вулканизированной резины, обеспечивает возможность получения дешевого источника качественного натурального каучука или синтетического каучука. Такие регенерированные материалы могут иметь свойства, аналогичные или даже превосходящие свойства продукта, из которого они получены. Резину, подвернутую процессам, описанным в настоящем документе, различным образом называют в настоящем документе «обработанной резиной», «активированной резиной», «взаимосвязано-замещенной резиной», «PTR резиной (пульверизированной шинной резиной)», «постреакторной измельченной шинной резиной», «резиной, полученной из резиновой крошки шин, отслуживших свой срок» или т. п.

[0009] Одной из задач способов, описанных в настоящем документе, является обработка вулканизированных резиновых продуктов или других сшитых резиносодержащих продуктов, например, входящих в состав отслуживших свой срок (EOL) резиновых шин, с получением формы, подходящей для применения в качестве сырьевого материала при производстве промышленных изделий, которые обычно изготавливают из исходного натурального каучука, подвергнутого вулканизации, например, при производстве новых шин или других продуктов из вулканизированной резины. Вулканизированную резину, подвергнутую описанным в настоящем документе способам, как правило, обеспечивают в виде обычно доступных частиц резины отслуживших свой срок измельченных шин (ground tire rubber particle, GTRP) с размером 30 меш. Такую резину подвергают способу, посредством которого она превращается в сшитый перегруппированный фрагмент размером от 5 до 10 мкм, при этом указанный микро-фрагмент можно изготовить повторно в виде монолитной макроструктуры, характеризующейся взаимопроникающей эластомерной сеткой, проявляющей физические свойства, по существу аналогичные макроструктурным свойствам исходной резины отслуживших свой срок шин до уменьшения размера частиц до 30 меш.

[0010] Для достижения одной или более различных целей способов, описанных в настоящем документе, успешно осуществляют две взаимозависимые, параллельные и почти одновременные, взаимодействующие системы обработки. Для обеспечения требуемого конечного результата управление процессами может необязательно включать управление данными в реальном времени и/или посредством послеоперационного анализа интеграции фрагмента микронного размера в готовый продукт, макроструктуру(ы).

[0011] В первой системе обеспечивают водный химический раствор, в который погружают частицу. Водный химический раствор действует таким образом, что происходит диссоциация поперечного серного мостика из боковой цепи эластомера способом, который способствует образованию предзародышей на боковой цепи для последующей перегруппировки и сшивания. Такая диссоциация позволяет в значительной степени сохранить сульфидный мостик в виде неповрежденной и связанной «привязи» на сопутствующей, параллельной не боковой основной цепи, к которой он был первоначально прикреплен (например, при вулканизации).

[0012] Во второй системе используют электромагнитно-механическую систему, которая деформирует частицу под действием напряжения до достижения порога деформации суб-гистерезиса. Это максимизирует воздействие водного химического раствора на места сшивания эластомера, так что химический реагент из водного химического раствора может работать с пикосекундной скоростью с осуществлением диссоциативного замещения, описанного в первой системе.

[0013] Полностью вулканизированные GTRP демонстрируют существенную упругость при деформации вдоль всех трех осей. Такая упругость наблюдается независимо от того, является ли внешняя сила механической силой сжатия, механической силой растяжения, механической силой кручения или силой электромагнитной природы. Такая упругость проявляется в быстром восстановлении размеров и диэлектрического основного состояния(й) резины. Такая упругая деформация представляет собой продукт взаимодействия двух взаимозависимых систем обработки, описанных выше, которые являются более быстрыми, чем цикл деформация-релаксация, включая подходящую координацию.

[0014] Объединенный исследовательский центр (JRC) ЕС недавно в декабре 2017 года опубликовал исследование, посвященное дефицитным сырьевым материалам (Critical Raw Material, CRM), в котором перечислены 27 материалов, характеризующиеся перебоями в поставках; перебоями, которые приведут к значительной потере экономической устойчивости. Натуральный каучук (natural rubber, НК) был перечислен в качестве одного из 27 материалов. Способ, предложенный в настоящем документе, может предоставить до 70% от недостатка натурального каучука, упомянутого в исследовании CRM.

[0015] Согласно первому аспекту предложен способ получения модифицированной резины, включающий: введение водной суспензии, содержащей частицы вулканизированной резины и металлоорганическое соединение, в электромеханический реактор, выполненный с возможностью создания среды фазового пространства путем кавитации с тем, чтобы вызвать расслоение резиновой матрицы внутри частиц вулканизированной резины, сопровождаемое разрывом сульфидных связей.

[0016] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта предложенный способ дополнительно включает повторное формирование сульфидных связей с образованием внутри матрицы сшитых серными мостиками, перегруппированных слоистых структур.

[0017] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта расслоение связано с тем, что часть жестких сульфидных мостиков частиц вулканизированной резины у исходного метильного карбокатиона становятся несвязанными, оставаясь при этом привязанными у исходного аллильного карбокатиона.

[0018] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта металлоорганическое соединение содержит металл с октаэдрической молекулярной геометрией.

[0019] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта металлоорганическое соединение содержит ион металла, выбранный из группы, состоящей из Co²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и Mn²⁺.

[0020] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта металлоорганическое соединение содержит органический анион в качестве лиганда для иона металла.

[0021] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта органический анион содержит ацетат-ион.

[0022] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта металлоорганическое соединение представляет собой ацетат меди.

[0023] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта металлоорганическое соединение представляет собой соль металла, претерпевающую фазовый переход от твердого до жидкого или парообразного состояния в диапазоне температур от 100 до 150°C.

[0024] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта температуру в электромеханическом реакторе поддерживают на уровне окружающей среды с помощью охлаждающей рубашки или охлаждающих змеевиков.

[0025] Согласно одному из вариантов реализации первого аспекта размер частиц крошки вулканизированной резины составляет более 200 меш.

[0026] Согласно второму аспекту предложен электромеханический реактор, содержащий: ротор, имеющий множество пазов; и статор, при этом указанный электромеханический реактор выполнен с возможностью создания среды фазового пространства путем образования смеси увлеченного воздуха, металлоорганического соединения и частиц измельченной шинной резины в жидкости, подвергающейся кавитации.

[0027] Согласно третьему аспекту предложена гетерогенная матрица на основе резины, содержащая взаимопроникающую сетку из двух или более эластомеров, при этом указанная сетка содержит сшитые серными мостиками, перегруппированные переплетенные слоистые структуры, среднее расстояние между которыми составляет от 10 нм до 5 мкм, при этом каждая слоистая структура содержит один из двух или более эластомеров.

[0028] Согласно одному из вариантов реализации третьего аспекта между слоистыми структурами диспергированы частицы сажи.

[0029] Согласно одному из вариантов реализации третьего аспекта два или более эластомера содержат исходный натуральный каучук и эластомер, полученный из измельченной шинной резины.

[0030] Согласно одному из вариантов реализации третьего аспекта два или более эластомера содержат исходный натуральный стирол-бутадиеновый/бутадиеновый каучук и эластомер, полученный из измельченной шинной резины.

[0031] Согласно одному из вариантов реализации третьего аспекта два из двух или более эластомеров имеют разные по химической природе основные цепи.

[0032] Согласно одному из вариантов реализации третьего аспекта два из двух или более эластомеров, имеющих разные по химической природе основные цепи, тесно сплетены, а затем сшиты отдельно друг от друга.

[0033] Согласно четвертому аспекту предложен лист из гетерогенной матрицы на основе резины согласно третьему аспекту или любому из его вариантов реализации.

[0034] Согласно одному из вариантов реализации четвертого аспекта лист обладает анизотропией в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине, при этом анизотропия в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине составляет от 1,1:1 до 3:1.

[0035] Согласно пятому аспекту предложена слоистая структура, содержащая множество листов согласно четвертому варианту реализации.

[0036] Согласно одному из вариантов реализации пятого аспекта толщина каждого из листов составляет от 10 до 70 мкм.

[0037] Согласно одному из вариантов реализации пятого аспекта каждый из листов получен путем наплавления в вакууме и сшит с соседним листом.

[0038] Согласно одному из вариантов реализации пятого аспекта каждый из листов ориентирован под углом от 30 до 45 градусов к анизотропному зерну соседнего листа.

[0039] Согласно шестому аспекту предложена композитная структура измельченных резиновых шин, имеющая несвязанную, рептационную внутреннюю морфологию, при этом часть содержащихся в ней жестких сульфидных связей является каждая привязанной у исходного аллильного карбокатиона и несвязанной у исходного метильного карбокатиона.

[0040] Согласно седьмому аспекту предложена вулканизированная резина, в которой часть содержащихся в ней жестких сульфидных связей является каждая привязанной у исходного аллильного карбокатиона и несвязанной у исходного метильного карбокатиона, и в которой часть полимерной основной цепи в вулканизированной резине замещена ацетатным фрагментом.

[0041] Согласно восьмому аспекту предложена резиновая шина, в которой от 3% по массе до 15% по массе резины в шине получено способом, по существу описанным в настоящем документе.

[0042] Согласно девятому аспекту предложена резиновая шина, в которой от 15% по массе до 100 % по массе резины в шине получено способом, по существу описанным в настоящем документе.

[0043] Согласно десятому аспекту предложен протектор шины, содержащий от 10% по массе до 50% по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0044] Согласно одиннадцатому аспекту предложена боковина шины, содержащая от 10% по массе до 100% по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0045] Согласно двенадцатому аспекту предложено резиноасфальтовое вяжущее вещество, содержащее от 5% по массе до 95 % по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0046] Согласно тринадцатому аспекту предложена асфальтовая эмульсия, содержащая от 5% по массе до 95 % по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0047] Согласно четырнадцатому аспекту предложен асфальтовый кровельный материал, содержащий от 5% по массе до 95 % по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0048] Согласно пятнадцатому аспекту предложена взаимосвязано-замещенная резина, по существу описанная в настоящем документе.

[0049] Согласно шестнадцатому аспекту предложен протектор шины, боковина шины, кровельная мембрана, изоляционная лента с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовка бака, облицовка резервуара, траншейная крепь, опорная поверхность моста, обмотка жгута проводов, самосклеивающаяся обмотка жгута проводов, обувные подошвы, резиновая обувь, изоляционная лента, гидроизоляционный материал для фундамента, гидроизоляционный материал для крытой автостоянки, шланг, ремень или отливка, содержащие взаимосвязано-замещенный резиновый продукт, описанный в настоящем документе.

[0050] Любой из указанных признаков варианта реализации согласно первому - шестнадцатому аспектам применим ко всем аспектам и вариантам реализации, описанным в настоящем документе. Кроме того, любой из перечисленных признаков варианта реализации согласно первому - шестнадцатому аспектам может быть независимо частично или полностью объединен с другими вариантами реализации, описанными в настоящем документе, любым способом, например, один, два или три или более вариантов реализации можно объединить полностью или частично. Кроме того, любой из признаков варианта реализации согласно первому - шестнадцатому аспектам может быть сделан необязательным для других аспектов или вариантов реализации. Любой аспект или вариант реализации способа может быть выполнен системой или устройством согласно другому аспекту или варианту реализации, и любой аспект или вариант реализации системы или устройства может быть выполнен с возможностью осуществления способа согласно другому аспекту или варианту реализации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0051] На фиг. 1 показана среда электромеханического реактора (electromechanical reactor environment, EMRE), содержащая ротор 101, статор 102 и пазы/кавитационные полости 103, объединенные для создания траектории 104 потока суспензии частиц измельченной шинной резины (ground tire rubber particle, GTRP).

[0052] На фиг. 2 показан процесс получения суспензии GTRP для EMRE, изображенного на фиг. 1, при применении погруженной верхней части 202 EMRE в смесительном резервуаре 201.

[0053] На фиг. 3А показан процесс прохождения GTRP «туннеля фазового пространства», в котором применяют дифференциально-циклическое, механическое напряжение и стерическую поляризацию поля.

[0054] На фиг. 3B показан туннель 303 фазового пространства между ротором 301 EMRE и компрессионным затвором 302.

[0055] На фиг. 3C показан эффект быстрого сжатия-растяжения-уменьшения сжатия GTRP.

[0056] На фиг. 4A показан процесс кавитации, создаваемой ротором 401 EMRE и компрессионным затвором 203 при прохождении увлеченного воздуха 406, GTRP 405 и водной металлорганической матрицы 407 через компрессионный затвор.

[0057] Фиг. 4B содержит технологические регулируемые переменные параметры для регулирования условий в зоне туннеля фазового пространства.

[0058] На фиг. 4C приведена таблица, в которой перечислены регулируемые переменные параметры суспензии GTRP.

[0059] На фиг. 4D приведена таблица, в которой перечислены технологические регулируемые переменные параметры EMRE.

[0060] На фиг. 5А схематически изображен хемотактический эффект привязки сульфидных мостиков.

[0061] На фиг. 5B приведена иллюстрация стабильности карбокатиона.

[0062] На фиг. 6А приведено краткое описание получения суспензии GTRP.

[0063] На фиг. 6B приведен процесс образования лигандов из металлоорганического соединения в способе согласно одному из вариантов реализации.

[0064] На фиг. 7А приведена морфология вулканизированных GTRP в основном состоянии, GTRP, переработанных в EMRE, и регенерированной взаимопроникающей эластомерной сетки обработанной резины.

[0065] На фиг. 7В приведена блок-схема получения монолитной макроструктуры резины, содержащей регенерированную взаимопроникающую эластомерную сетку.

[0066] На фиг. 8А изображен параллельный проточный реактор непрерывного действия для микросинтеза (PCMR).

[0067] На фиг. 8B показана конфигурация компактной трубки для применения, например, в PCMR.

[0068] На фиг. 9 приведен график зависимости энергии от координаты реакции для реакции взаимосвязанного замещения, как при приложении, так и без приложения ударного давления.

[0069] На фиг. 10А приведен вид сверху и вид с торца варианта реализации горизонтального реактора сжатия.

[0070] На фиг. 10B приведено изображение в разобранном виде горизонтального реактора сжатия, показанного на фиг. 10A.

[0071] На фиг. 10С приведен вид сверху горизонтального реактора сжатия, показанного на фиг. 10A.

[0072] На фиг. 10D приведен вид с торца горизонтального реактора сжатия, показанного на фиг. 10A.

[0073] На фиг. 11 приведена схема процесса сжатия предварительно покрытой резиновой крошки из ELT (отслуживших свой срок шин) в горизонтальном реакторе сжатия.

[0074]. На фиг. 12А-С приведены изображения варианта реализации реактора для микрокомпаундирования, содержащего двойные противоположно вращающиеся шнеки. На фиг. 12А приведено изображение цилиндра, на фиг. 11В приведено изображение концевой пластины и на фиг. 12С приведено изображение одного из вращающихся шнеков.

[0075] На фиг. 13 приведены технические характеристики дорожного асфальта PG 64-10, продукт 2185.

[0076] На фиг. 14А приведены результаты испытаний согласно спецификации Caltrans PG для асфальта, содержащего взаимосвязано-замещенный продукт.

[0077] На фиг. 14B приведены данные испытания на ползучесть и восстановление под воздействием многочисленных напряжений (MSCR) для асфальта, содержащего взаимосвязано-замещенный продукт.

[0078] На фиг. 14C приведены данные испытаний на расслоение для асфальта, содержащего взаимосвязано-замещенный продукт.

[0079] На фиг. 15 показано сопротивление усталости (обратимая деформация) в единицах пониженного напряжения (Вт/г/с) для первичного полимера, терминальной смеси/первичного полимера, GTR/первичного полимера и PTR. Согласно приведенным данным PTR демонстрирует превосходное сопротивление усталости по сравнению с обычными материалами, обеспечивая более длительный срок эксплуатации (годы эксплуатации).

[0080] На фиг. 16 показан процесс фрагментации и рассеяния энергии высокого уровня для перемешанных асфальта/наноуглеродных кластеров в области передачи энергии очень высокого уровня в дорожном покрытии при катящейся нагрузке.

[0081] На фиг. 17А и 17В показаны изображения реактора 1700 для перемешивания, содержащего фиксирующее кольцо вала 1701, четыре упорных подшипника 1702, вал 1703 размером ½ дюйма (1,27 см), самосмазывающийся подшипник 1704, крышку 1705 корпуса из нержавеющей стали (ss) размером ½ дюйма (1,27 см), фиксирующее кольцо 1706 вала, ротор 1707 из нержавеющей стали размером 3/8 дюйма (примерно 0,95 см), шайбы 1708 (при необходимости), проставку 1709 из нержавеющей стали размером 3/8 дюйма (примерно 0,95 см), статор 1710 из нержавеющей стали размером 3/8 дюйма (примерно 0,95 см), самосмазывающуюся втулку 1711 и пластину 1712 для втулок размером ½ дюйма (1,27 см).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0082] Приведенное ниже описание и примеры подробно иллюстрируют один из вариантов реализации настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что существуют многочисленные варианты и модификации настоящего изобретения, которые включены в его объем. Соответственно, описание одного из вариантов реализации не следует рассматривать как ограничение объема настоящего изобретения.

Введение

[0083] В условиях окружающей среды частица отслужившей свой срок (EOL) измельченной шинной резины (GTR) с размером приблизительно 600 мкм (30 меш) имеет поперечное сечение, соответствующее либо поперечному сечению протектора старой шины или поперечному сечению боковины шины, либо их комбинации. В общем случае такую резину можно охарактеризовать как гетерогенную матрицу взаимопроникающей, сшитой эластомерной сетки, заполненную неорганическими веществами, в первую очередь, углеродом. В зависимости от того, является ли она по происхождению первоначально резиной протектора или боковины шины, первичные перепутанные эластомеры будут представлять собой натуральный каучук (NR) или стирол-бутадиеновый/бутадиеновый каучук (BR S-BR), при этом BR и S-BR обычно содержатся в большем количестве по массе в протекторе для улучшения износа, тогда как в боковине содержание резины смещено в сторону NR для улучшения гибких свойств. В общем случае поперечную связь можно описать как элементарную серу и/или координационное соединение, включающее серу в качестве его основного элемента, например, полисульфидное химическое соединение.

[0084] Во время изготовления шин взаимопроникающие эластомерные сетки формируют путем последовательного сшивания доминирующего эластомера (NR или S-BR) с последующим сшиванием вторичного эластомера таким образом, чтобы вторичный эластомер «изгибался» для адаптирования к уже вулканизированному первичному эластомеру с более высокой прочностью. Такой способ придает механические характеристики, которые сохраняются в отдельной частице GTR.

[0085] Одна шина транспортного средства после удаления стали и волокнистой арматуры обеспечит приблизительно шестнадцать фунтов (16 фунтов) (примерно 7,3 кг) годной для повторного применения GTR (измельченной шинной резины), а с учетом шин для грузовых автомобилей еще больше. Ежегодно в мире получают более одного миллиарда отслуживших свой срок шин. Примерно 50% потребляется в качестве дешевого топлива. При наличии возможности, максимизация повторного применения такого сырьевого материала ради его признанных механических свойств представляет собой основную задачу, и в той степени, которой удалось достичь, фиксируют значение рекуперации ресурсов вплоть до 200:1 при сравнении возможного повторного применения такого сырьевого материала при изготовлении новых шин с потреблением в печи из-за его теплосодержания.

[0086] Примечательно, что недавние подробные исследования экологических преимуществ такой инверсии максимального использования EOL-GTR предсказывают возможность уменьшения вклада атмосферного углерода на величину, эквивалентную закрытию 14 электростанций, работающих на угле (300000 железнодорожных вагонов угля), или удалению с дорог шести миллионов транспортных средств или насаждению дополнительных 62 миллионов акров леса (примерно 25 миллионов гектар) (что эквивалентно площади размером в штат Аризона) для улавливания углерода. Соответственно, одна из задач способов и композиций, описанных в настоящем документе, состоит в получении частиц GTR таким образом, чтобы их можно было воссоединить с аналогичными частицами или материалами с получением монолитной структуры, которую можно интегрировать в полный спектр промышленных резиновых изделий, производимых по всему миру.

[0087] Предложен способ, позволяющий решить задачу получения, улучшения и затем рекомбинации частицы (частиц) GTR таким образом, чтобы отдельные сложные гетерогенные сшитые фрагменты были встроены во вновь перепутанную монолитную структуру, в основном состоящую из первоначальной GTR; с однородными механическими свойствами, которые по меньшей мере эквивалентны свойствам резиновой матрицы целой шины перед процессом гранулирования. Решение такой задачи подтверждается конечным продуктом, который повторно вводят на рынок в качестве сырья для производства новых шин и промышленных резиновых изделий.

[0088] Макрохарактеристики частицы измельченной шинной резины можно рассматривать с точки зрения того, что она немного похожа на яйцо, которое было взбито, и, следовательно, оно никогда не может стать не взбитым. Аналогичным образом, такую частицу можно рассматривать как старый автомобиль, который был расплющен на заводе по утилизации, так что его невозможно когда-либо разогнуть до его первоначальной спецификации. В некоторой степени обе такие метафоры имеют свои достоинства. Однако при ближайшем рассмотрении становится очевидным перечень необычных механических свойств и условий, которые, если их использовать, дают возможность извлечь такой сложный ресурс коммерческим и технически жизнеспособным способом; в результате чего происходит полное восстановление ресурса.

[0089] В GTR свойства и условия для такой возможности включают следующее. Существует значительный запас несвязанных восьмичленных колец серы. Предыдущие побочные продукты химических реакций ускорителя были разложены таким образом, что их можно было частично устранить и они не мешали дальнейшим процессам сшивания. Существующую плотность сшивания и длину серной связи можно точно определить с помощью химического зонда (химического реагента, разрушающего узлы полимерной сетки). Из-за петлевых поперечных связей в единственной молекулярной основной цепи в пределах плотности взаимопроникновения имеет место существенная, восстанавливаемая, неэффективная эластичность. Оригинальная, новая морфология шины претерпела серьезные физические проблемы, приводящие к отжигу оставшейся структуры. В результате процесса измельчения в условиях окружающей среды получают конфигурацию с сильно развитой поверхностью частиц. В перепутанной полимерной структуре(ах) остается значительное количество неиспользованных участков аллильного водорода и углерода. Образование классического поперечного серного мостика в полной мере подтверждено, что обеспечивает специализированную механистическую модель для подхода к восстановлению ресурсов.

[0090] Стратегические усилия с применением указанных свойств и условий состоят в том, чтобы 1) аккуратно распаковать плотную композитную структуру GTR, 2) переместить наименее устойчивую точку крепления поперечной связи без неблагоприятного изменения молекулы эластомера или серного мостика, 3) установить дополнительный рецептор первичного полимера на участке перемещения, затем 4) после механически индуцированного отслаивания суб-частиц повторно сшить первоначальный прикрепленный серный мостик на восприимчивых участках перемещения вдоль основной цепи эластомера.

[0091] Без помощи элементная сера будет медленно сшивать функциональные полимеры резины, но такой процесс является слишком медленным и имеет слишком много проблем с конечными свойствами, чтобы стать коммерчески реалистичной альтернативой коммерчески успешному процессу вулканизации. Вулканизация, описанная в настоящем документе, относится к ускоренному процессу серной вулканизации, которую применяют на практике при промышленной вулканизации.

[0092] Серная вулканизация была открыта Чарльзом Гудьиром в 1839 году. Через 178 лет после разработки стало общепризнанным, что такие процессы являются сложными и приводят к образованию поперечного серного мостика между соседними, взаимопроникающими полимерами резины.

Указанные мостики в свою очередь придают эластомерному материалу механические свойства, которые имеют решающее значение для цивилизации. Однако был достигнут большой успех и многие определенные элементы такого прогресса хорошо известны.

[0093] Хотя долгое время считалось, что свободнорадикальный механизм представляет собой контролирующее явление, совсем недавно, с появлением более совершенных способов исследования скрытых процессов, не было обнаружено убедительных доказательств присутствия первичных теоретических радикалов, необходимых для подтверждения такого механизма. Напротив, с помощью аналогичных усовершенствованных способов исследования процессов был предсказан и подтвержден ионный механизм. Поскольку современный процесс вулканизации включает смешивание многих химических компонентов в начале указанного процесса, каждый компонент (комбинация) со своим собственным путем химической реакции, вполне вероятно, что как радикальный, так и ионный механизмы являются активными, но анализ показывает, что ионный механизм преобладает.

[0094] Типичным примером (% по массе) смеси, полученной из NR-BR шины, является: NR 80%, BR 20%, ZnO 5%, стеариновая кислота 2%, диоксид кремния-тальк 3%, сажа 55%, ароматическое масло 10%, элементная сера 1,7%, N-циклогексил-2-бензотиазол сульфенамид (CBS - ускоритель) 1,2%, 2- (4-морфолинотио) бензотиазол (MBS - ускоритель) 1,1% и N-трет-бутил-2-бензотиазол сульфенамид (TBBS - ускоритель) 1,1%.

[0095] Процесс начинается в нагретой пресс-форме после того как компоненты для получения шины были тщательно распределены и диспергированы. Процесс вулканизации можно наблюдать в виде трех последовательных событий: 1) образование комплекса ускорителя в результате химических реакций, 2) образование предшественника сшивания и 3) завершение сшивания.

Образование ускорителя

[0096] При применении, например, популярной модели ускорителя 2-меркаптобензотиазола (МВТ) существует консенсус в отношении того, что сульфонамидный ускоритель в присутствии серы разлагается при нагревании с образованием МВТ и соответствующего амина. Затем MBT постепенно взаимодействует с оставшимися молекулами сульфенамида с автокаталитическим образованием 2,2'-дитиобензотиазола (MBTS) и высвобождением, тем самым, молекул амина. Далее MBTS взаимодействует с элементарной серой с образованием полисульфида в качестве активного сульфитирующего агента (источника ионов персульфония). Возможный механизм реакции образования предшественника приведен ниже.

Получение предшественника сшивания

[0097] Такая реакция второй стадии, потребляющая недавно образованное промежуточное соединение ускорителя, связанное с обоими концами образующейся серной цепочки, начинается, когда сульфурирующий агент взаимодействует с боковой структурой, присоединенной к эластомерной молекулярной цепи изопрена или бутадиена, с образованием иона персульфония (I). Затем полученный ион персульфония взаимодействует со второй молекулой изопрена или бутадиена путем захвата аллильного водорода с образованием полимерного метильного карбокатиона. Полученное промежуточное соединение, также называемое политио-меркапбензотиазильной группой, вводит мономерную серу в положение связывания в боковой цепи, которое новый карбокатион превращает в двойную связь за счет добавления анионов. В конечном счете, такое образование конечной двойной связи происходит путем разложения сульфенамида с образованием неисследованных изомеров вблизи участка реакции.

Формирование поперечной связи

[0098] На последней стадии основная цепь соседней цепи резинового полимера атакуется в положении аллильного углерода, которое чувствительно к карбокатиону из-за полисульфидной группы, связанной с оставшимся «концом» цепочки элементарной серы. Длина серной цепочки в окончательной сшитой форме может составлять до двадцати (20) атомов, но обычно не превышает (7) атомов. Серный мостик может содержать отдельные атомы, но обычно содержит одно или несколько восьмичленных колец элементарной серы (S8). Более длинные цепи могут укорачиваться, когда время и температура отверждения выходят за границы времени и температуры окончания сшивания; или во время сопутствующего процесса отжига. Важно отметить, что никакая сульфидная цепь не может образоваться до тех пор, пока «фрагмент» другого диссоциированного соединения серы не прикрепится к участку предшественника. На кривой реометрии с пуансоном (MDR) обнаружена только последняя стадия образования поперечных связей.

Определение характеристик конечного сшивания

[0099] Плотность и тип сшивания определяют с применением способа химического набухания и химического зонда, соответственно; или с помощью спектроскопии.

[0100] Плотность сшивания цепи эффективной с точки зрения эластичности сетки можно рассчитать с помощью уравнения Флори-Ринера после эмпирического получения данных. Затем этот же локализованный образец, используемый для определения плотности сшивания, подвергают воздействию пиперидин-пропан-2-тиола в качестве химического зонда (PPTCP), с помощью которого определят долю сульфидных поперечных связей (S> 3). Дальнейшая обработка этого же образца PPTCP с применением пиперидин-гексан-1-тиола в качестве химического зонда, позволяет выявить соотношения дисульфидных и моносульфидных поперечных связей. Затем можно вычислить процентное содержание каждой связи в процентах от исходной плотности сшивания и, что полезно, сравнить с кривой MDR.

[0101] C MAS NMR спектры (спектры C-ЯМР с вращением образца под магическим углом) проходят перекрестную проверку способом(ами) с применением химического зонда, при этом регистрируют резонансные пики полисульфида и моносульфида при 57,5 и 50,4 ppm, соответственно (структуры типа B2 в качестве примера); и резонансные пики 37,3, 44,7, 48,2, 49,6, 50,6, 52,5, 54,8 и 57,5 ppm при применении половины суммы перечисленных площадей и получают плотность сшивания.

Оценка вероятностей петлеобразования

[0102] Когда между соседними полимерными цепями происходит сшивание, это придает резиновому композиту эластичность и модуль упругости при сдвиге. Однако когда поперечная связь образуется в одной и той же полимерной цепи, она образует петлю и становится неэффективной с точки зрения эластичности и ее можно охарактеризовать как дефект или слабое место в структуре вулканизированной резиновой матрицы. Детальный анализ вероятности образования петель показывает, что появление такого нежелательного состояния происходит в данной промышленно вулканизированной резине в диапазоне от 5 до 15% от общего количества поперечных связей. В зависимости от местоположения нежелательной поперечной связи образовавшая петлю молекулярная цепь полимера может превратить от 5 до 20% резинового полимера в неэффективный циклический углеводород. Следует отметить, что повторная эластомерная морфология GTRP, обработанных способами согласно предложенным вариантам реализации настоящего изобретения, снижала подверженность такому явлению.

Общепринятое применение резиновых отходов в шинах

[0103] За исключением обрезков резины, полученных до окончательного нагревания и сшивания новых шин, согласно оценкам менее 0,0004% по массе всех отслуживших свой срок шин повторно включают в маточную смесь, используемую для производства новых шин. Такое повторное включение при применении очень мелкой, обработанной криогенным способом измельченной резины, полученной из отслуживших свой срок шин, было успешно осуществлено при загрузках маточной смеси до 3% по массе. Загрузка обработанной измельченной резины, полученной из отслуживших свой срок шин, в количестве большем, чем указано, до сих пор не была практически осуществима, поскольку при более высоких уровнях загрузки физические свойства, необходимые при применении новых шин, не соответствуют требованиям. Производство шин обычно начинается с базовой формулы компонентов, разработанной путем выбора сырьевого материал(ов). Затем ее доводят до маточной смеси в смесительном оборудовании с высоким сдвигом. Как правило, маточную смесь получают в два этапа: основной цикл и конечный цикл. В основном цикле объединяют различные виды резины, которые вводят в виде небольших брикетов или листов и смешивают с мелкодисперсными порошками сажи и минералов, а также с небольшим количеством технологического масла(масел). Такую стадию выполняют при высокой температуре, необходимой для понижения вязкости резиновых элементов, так что плохо текучие элементы порошка могут быть равномерно распределены в достаточно небольших кластерах или пакетах. Затем такие кластеры или пакеты можно последовательно диспергировать до обеспечения минимального размера частиц. Конечный цикл выполняют при более низкой температуре и обычно в технологических условиях, создающих больший эффект размазывания гетерогенных элементов. В конечном цикле резиновые полимеры не подвергаются дальнейшему разложению под воздействием высоких температур, как в основном цикле, и равномерно распределенные агломераты порошковых компонентов обрабатывают до такого небольшого физического размера, что они диспергируются в свободном молекулярном пространстве резиновых элементов. После завершения конечного цикла брикеты маточной смеси извлекают из смесителя и скатывают в тонкие листы (это называется вальцеванием). Вальцованные листы используют для укладки слоев каркаса шины на специализированном формовочном оборудовании перед помещением в пресс для компрессионного прессования для окончательного сшивания посредством термических и/или химических средств.

[0104] Ускорители сшивания содержат меркапто-группу или группу на основе серы (например, элементарную серу и/или производные ускорителя N-трет-бутил-2- бензотиазол сульфенамида (TBBS)). Сшивающие агенты на основе серы, взаимодействующие с участками в маточной смеси при заданной температуре или температуре выше заданной, могут быть частично введены как в основном цикле, так и в конечном цикле. Сшивание во время конечного нагревания каркаса шины приводит к тому, что реакционноспособные участки в различных резиновых элементах создают достаточную плотность сшивания для обеспечения конечных физических свойств, необходимых для выдерживания длительной нагрузки и тепловой среды, которым будет подвергаться шина.

[0105] Был разработан способ направленного воздействия на участок предшественника сшивания, который позволяет осуществлять взаимосвязанное замещение для отслужившей свой срок шины таким образом, что может быть получена функционально перегруппированная повторно сшиваемая резина в виде субмикронных частиц. Такая резина подходит для повторного введения в производство новых шин на уровнях до 100% по массе относительно массы маточной смеси, используемой в последующем производстве новых шин. Новые шины, в которых используют такое сырье, модифицированное отслужившими свой срок шинами, демонстрируют рабочие характеристики, эквивалентные или аналогичные характеристикам, достигаемым при применении материалов, которые все являются материалами первичного изготовления.

Резина из отходов отслуживших свой срок шин

[0106] Резиносодержащую крошку получают из двух основных видов сырья: заусенец на шинах, побочного продукта восстановления шин, целых шин и резины отработанных шин. Резина отработанных шин поступает от трех типов шин: шин для легковых автомобилей; шин для грузовых автомобилей; и шин для бездорожья. Выход конечного продукта для каждого из таких типов шин зависит от конструкции, прочности и веса шины. В среднем от одной шины для легковых автомобилей можно получить от 10 до 16 фунтов (от примерно 4,5 кг до примерно 7,3 кг) крошки из отслуживших свой срок шин. Другие источники резиносодержащей крошки включают продукты, содержащие утилизированную резиносодержащую крошку или изготовленные с применением такой крошки, например, новые резиновые продукты, покрытие для игровых площадок, резиновая мульча, дренажный заполнитель, материал строительной насыпи, отходы производства и т. п.

[0107] Шины представляют собой композитные конструкции, содержащие ряд компонентов. Каркас шины состоит из протектора, бортового кольца, боковины, плечевой зоны и слоя корда. Шины получают из таких компонентов, как натуральный каучук и/или синтетический каучук, корды и наполнитель. Полимер, наиболее часто применяемый для изготовления протектора и оболочки кордов, представляет собой смесь NR и S-BR сополимеров. Корды образуют слой и бортовое кольцо шины и обеспечивают прочность при растяжении, необходимую для сдерживания внутреннего давления в шине. Корды могут содержать сталь, натуральные волокна, такие как хлопок или шелк, и синтетические волокна, такие как нейлон или кевлар. Наполнители могут включать диоксид кремния и сажу. Типичная шина может содержать один или более компонентов из: синтетического каучука, натурального каучука, серы и серосодержащих соединений, диоксида кремния, фенольной смолы, масла (ароматического, нафтенового и/или парафинового), ткани (полиэстера, нейлона и т. д.), нефтяных восков, пигментов (оксида цинка, диоксида титана и т. д.), сажи, жирных кислот, разнообразных инертных материалов и стальной проволоки.

[0108] Типичная шина для легковых автомобилей содержит 14% натурального каучука, 27% синтетического каучука, 28% сажи, от 14 до 15% стали и от 16 до 17% ткани, наполнителей, ускорителей, антиозонантов и других разнообразных компонентов. Средний вес новой шины для легковых автомобилей составляет 25 фунтов (примерно 11 кг), а отработанной шины для легковых автомобилей 22 фунта (примерно 10,0 кг). Шины для грузовых автомобилей обычно содержат 27% натурального каучука, 14% синтетического каучука, 28% сажи, от 14 до 15% стали и от 16 до 17% ткани, наполнителей, ускорителей, антиозонантов и других разнообразных компонентов. Средний вес новой шины для грузовых автомобилей составляет 120 фунтов (примерно 54 кг), отработанной шины для грузовых автомобилей 110 фунтов (примерно 50 кг). Шины других типов могут содержать более высокие количества синтетического и/или натурального каучука, например, 70% (по массе) каучука, 15% стали, 3% волокна и 12% других материалов, таких как инертные наполнители. Резина содержится в компонентах шины, в том числе в протекторе, гермослое, бортовых кольцах, ремнях и т. п. Процентное содержание резины по массе в новой шине для легковых автомобилей обычно составляет: 32,6% в протекторе; 1,7% в основании, 21,9% в боковине, 5,0% в верхней точке бортового кольца, 1,2% в изоляционном материале бортового кольца, 11,8% в тканевом изоляционном материале; 9,5% в изоляционном материале стального корда, 12,4% в гермослое и 3,9% в подушечном слое резины.

[0109] Резиновые смеси, используемые в типичной шине вместе с сопутствующими материалами, приведены в таблице 1. Описанные в настоящем документе способы подходят для обработки протектора, основания, боковины шины, а также гермослоя, и, кроме того, подходят для обработки других материалов, содержащих вулканизированный (или иным образом сшитый) натуральный каучук, стирол-бутадиеновый каучук и изобутилен-изопреновый каучук. Как дополнительно описано в настоящем документе, другие компоненты, например, сажа, присутствующая в отслужившей свой срок шине или других промышленных изделиях, содержащих вулканизированную резину, согласно некоторым вариантам реализации могут оставаться в резине, подвергнутой процессам, описанным в настоящем документе, без обработки, проводимой для воздействия на свойства или количества другого компонента(ов). Согласно другим вариантам реализации резину можно подвергнуть дополнительным процессам для обогащения или минимизации таких дополнительных компонентов или изменения их свойств.

ТАБЛИЦА 1.

Протектор (PHR) Обвод (PHR) Боковина (PHR) Гермослой (PHR) Исходный натуральный каучук 50,0 100,0 75,0 Стирол-бутадиеновый каучук 50,0 25,0 Изобутилен-изопреновый каучук 100,0 Сажа (Марка №110) 50,0 15,0 20,0 Сажа (Марка №330) 25,0 35,0 Сажа (Марка №765) 50,0 Технологическое масло 7,5 5,0 5,0 3,0 Антиоксидант 1,0 0,75 1,0 1,0 Противоокислительный воск 2,0 Стеариновая кислота 2,0 4,0 3,0 1,5 Цинковый окислитель 5,0 5,0 5,0 5,0 Ускоритель (высокая активность) 1,0 0,7 Ускоритель (средняя активность) 1,25 0,4 Ускоритель (низкая активность) 0,4 Сера 2,5 3,0 2,8 2,0

* PHR = на 100 частей резины, частей в расчете на массу

* Марка углерода = классификация ASTM: Размер частиц и структура углерода различаются.

[0110] В шине для легковых автомобилей содержится приблизительно 2,5 фунта (примерно 1,1 кг) стальных ремней и бортовой проволоки. Такой материал выполняют из высокоуглеродистой стали с номинальной прочностью при растяжении 2750 МН/м². Состав стального шинного корда типичной шины приведен в таблице 2.

ТАБЛИЦА 2.

Стальные ремни Бортовая проволока Углерод 0,67 - 0,73% 0,60% минимум Марганец 0,40 - 0,70% 0,40 - 0,70% Кремний 0,15 - 0,03% 0,15 - 0,30% Фосфор 0,03% максимум 0,04% максимум Сера 0,03% максимум 0,04% максимум Медь Следовые количества Следовые количества Хром Следовые количества Следовые количества Никель Следовые количества Следовые количества Покрытие 66% меди
34% цинка 98% латуни
2% олова

[0111] Целые шины можно измельчить с получением частиц резины, смешанных с другими компонентами шины. Способы получения из шин частиц, содержащих резину, известны в данной области техники. Использованные шины (или их куски или гранулы) можно подвергнуть необязательной стадии очистки (например, промывке водой). Шины можно утилизировать, подвергая их начальной стадии разрезания на куски, а затем подвергая такие куски процессу гранулирования с получением исходного гранулята с размерами от 1 до 3 см. Измельчение можно проводить в условиях окружающей среды (например, в грануляторе или дробильных вальцах) или в криогенных условиях.

[0112] Измельчение в условиях окружающей среды представляет собой многостадийную технологию обработки, в которой используют ряд устройств (обычно три) для разделения резиновых, металлических и тканевых компонентов шины. Независимо от того, используется ли оборудование для гранулирования или дробильные вальцы, на первой стадии обработки обычно уменьшают размеры исходного сырья до мелкой стружки. Второе устройство в ряду будет измельчать такую стружку для отделения резины от металла и ткани. Затем на мельнице тонкого помола материал будет измельчен до обеспечения требуемой спецификации продукта. После каждой стадии обработки материал сортируют с помощью сит для просеивания, которые возвращают слишком большие куски в гранулятор или вальцы для дальнейшей обработки. Для удаления проволоки и других металлических загрязнений на всех стадиях обработки используют магниты.

[0113] На последней стадии с помощью воздушных сепараторов удаляют ткань. Частицы резины, полученные в процессе гранулирования, обычно имеют форму поверхности резания и шероховатую текстуру с одинаковыми размерами по краям разреза.

[0114] В дробильных вальцах используют два больших вращающихся валка с зубцами, врезанными в один или оба из указанных валков. Конфигурации вращения это то, что делает их разными. Такие валки работают друг против друга при малом допустимом отклонении с разными скоростями. Размер продукта регулируют с помощью зазора между валками. Дробильные вальцы представляют собой низкоскоростные установки, работающие со скоростью примерно от 30 до 50 об/мин. Резина обычно проходит через два-три вальца для обеспечения уменьшения размеров различных частиц и дальнейшего отделения стальных и волокнистых компонентов. Такие вальцы не имеют встроенных в них сит и поэтому сами вальцы не регулируют размер конечной частицы. Отдельно стоящая система просеивания будет отделять после вальцов «выдержанные по размерам» частицы от гранул большого размера, и рециркулировать продукты большого размера. Частицы, производимые дробильными вальцами, обычно являются длинными и узкими по форме и имеют большую площадь поверхности.

[0115] При криогенной обработке используют жидкий азот или другие материалы/способы для замораживания стружки из шин или резиновых частиц перед уменьшением размера. При температуре ниже -80°C большая часть резины становится хрупкой или «стекловидной». Применение криогенных температур можно использовать на любой стадии уменьшения размеров отработанных шин. Как правило, размер загружаемого материала соответствует стружке с номинальным размером 2 дюйма (примерно 5,1 см) или меньше. Для уменьшения температуры резины или шинной стружки материал можно охладить в камере туннельного типа, погрузить в «ванну» с жидким азотом или обрызгать жидким азотом. Охлажденную резину измельчают в редукторе ударного типа, центрифуге или молотковой мельнице. В результате такого процесса резину измельчают до частиц, проходящих через отверстие сита размером от 1/4 дюйма (примерно 0,64 см) до 30 меш, при этом большая часть частиц из распределения частиц проходит через отверстие сита от 1/4 дюйма (примерно 0,64 см) до 20 меш. Типичная производительность составляет от 4000 (примерно 1814 кг) до 6000 фунтов (примерно 2722 кг) в час. Криогенное измельчение позволяет предотвратить тепловую деградацию резины и обеспечивает высокий выход продукта, который практически не содержит волокон или стали, которые все отделяются во время указанного процесса.

[0116] Мокрое измельчение представляет собой технологию обработки, применяемую для получения частиц размером 40 меш и меньше. В процессе мокрого измельчения частично очищенные частицы резиновой крошки смешивают с водой с образованием суспензии. Затем такую суспензию транспортируют через оборудование для уменьшения размера и сортировки. При достижении требуемого размера суспензию перемещают в оборудование для удаления большей части воды и последующей сушки. Помимо применения воды в процессе мокрого измельчения используют те же основные принципы, которые применяют в процессе, осуществляемом в окружающей среде. Основным преимуществом процесса мокрого измельчения является возможность получения резиновой крошки, проходящей через сито с мелкими отверстиями. Хотя получают продукты с крупностью 40 меш, большинство частиц имеют размер 60 меш и меньше. Процент от общего количества пропускаемого материала имеет размер меньше 200 меш. Другим преимуществом процесса мокрого измельчения является чистота и консистенция получаемой резиновой крошки. В указанном процессе происходит промывание частиц резиновые крошки. В процессе мокрого измельчения происходит удаление мелких частиц волокна из резиновой крошки, что позволяет получить очень чистый продукт.

[0117] Исходный гранулят содержит стальные, резиновые и тканевые компоненты. Для минимизирования потери резины сталь обычно извлекают с применением многостадийного процесса магнитного разделения. Такой процесс может включать первую стадию, на которой используют высокопрочный двухполюсный надленточный магнит поперечного ленточного сепаратора для удаления металлосодержащих частиц на первой стадии. Вторая стадия включает магнитный барабанный сепаратор или магнитный барабан, в котором используют высокопрочные магниты из редкоземельных металлов. Аксиальное магнитное поле заставляет частицы, содержащие металл, падать и высвобождать захваченную резину. В случае мелкодисперсного резинового материала, который подают в мельницу для порошкования, пластинчатый магнит, подвешенный над конвейером вблизи продукта, может поднимать и удалять мелкие фрагменты проволоки. Для определения содержания металла, например, с применением магнитометра, можно провести дополнительное испытание.

[0118] Волокно можно извлечь с применением модифицированного аппарата для отделения волокна, известного в текстильной промышленности. Обычно используют двухстадийный способ, согласно которому чистое волокно удаляют из крошки из отслуживших свой срок шин с применением модифицированного волокноотделителя-цилиндрического очистителя (используют в текстильной промышленности для удаления посторонних веществ из хлопка-сырца). Частично очищенную крошку подвергают второй стадии для удаления волокна, которое может все еще содержать частицы резины. Затем полученную очищенную крошку из отслуживших свой срок шин собирают для упаковки или другого применения. См., например, W. Stanley Anthony, Applied Engineering in Agriculture, Vol. 22(4): 563-570.

[0119] Американское общество по испытанию материалов (ASTM) имеет стандарты для определения различных диапазонов размеров резиновой крошки, таких как 30 меш или 80 меш. Диапазон размеров частиц можно определить с помощью ситового анализа, состоящего из встряхивания и пропускания измеренного количества образца резиновой крошки через определенное количество контрольных сит в течение определенного времени. Количество образца, оставшегося на каждом сите, взвешивают, и представляют результаты в виде процента образца, оставшегося на каждом сите. Рекомендуемая процедура ситового анализа с применением способа Rotap приведена в ASTM 5644. Типичные размеры резиновой крошки, ориентированные на определенные продукты и области применения, включают следующие размеры: формованные и экструдированные продукты, от 4 до 100 меш; модификация асфальта, от 16 до 40 меш; покрытие спортивных площадок, от 1/4 дюйма (примерно 0,64 см) до 40 меш; автомобильная продукция, от 10 до 40 меш; шины, от 80 до 100 меш; резиновые и пластмассовые смеси, от 10 до 40 меш; и строительство, от 10 до 40 меш.

[0120] Не существует единых стандартов США для обработки резиновой крошки из отслуживших свой срок шин; однако подходящая резиновая крошка из отслуживших свой срок шин для применения во взаимосвязанном замещении обычно имеет низкое содержание волокон (менее 0,02% от общей массы), низкое содержание металлов (менее 0,01% от общей массы), вязкую консистенцию, при этом размер частиц предпочтительно такой, что 100 % частиц проходят через отверстия 16 меш. Согласно некоторым вариантам реализации может быть приемлемым использовать частицы большего размера, например, 14, 12 или даже 10 меш. Например, резиновая крошка с размером от 10 до 40 меш (например, 30 меш или от 25 до 35 меш) обеспечивает удовлетворительные результаты при обработке согласно способам, описанным в настоящем документе. Более мелкие частицы, например, от 41 до 200 меш могут использоваться и могут обеспечить более эффективное взаимосвязанное замещение; однако уменьшение размера частиц повлечет за собой большие затраты при получении крошки указанного размера. Более крупные частицы, например, менее 10 меш (от 4 до 9 меш), также можно обрабатывать указанными способами, например, в целях уменьшения размера частиц.

[0121] В ASTM D5603 Standard Classification for Rubber Compounding Materials - Recycled Vulcanizate Particulate, дана классификация вулканизированной резины в форме частиц в зависимости от максимального размера частиц, распределения по размерам и исходных материалов, включая целые шины, внешние оболочки шин, заусенцы, полученные от протектора и плечевой зоны шины, заусенцы, полученные от протектора, плечевой зоны и боковины шины, и резину не из шин.

[0122] Определение характеристик крошки из отслуживших свой срок шин (ELT). Крошку из ELT, содержащую вулканизированную резину и имеющую требуемые размеры частиц, можно изготовить или получить из любого подходящего коммерческого источника.

[0123] Крошка из ELT обычно имеет такой размер, что 100 % частиц могут пройти через сито с отверстиями 16 меш, при этом такая резиновая крошка может иметь узкое распределение по размерам (например, не менее 20 меш и не более 16 меш) или может иметь более широкое распределение по размерам (например, значительное содержание мелких частиц и различных других частиц с размером менее 16 меш). Резиновую крошку обычно очищают от волокна и проволоки до чистоты 99,5 % масс. (то есть содержание волокна и проволоки составляет 0,5 % масс. или менее).

[0124] Если содержание серы в крошке из ELT неизвестно, соответствующие образцы крошки из ELT можно подвергнуть испытанию для определения содержания серы (обычно измеряемого в частях на центнер), так что в процессе экстракции можно использовать регулируемое количество реагента, что, тем самым, позволяет избежать чрезмерного применения или недостаточного применения реагента. Обычно используют стехиометрическое количество реагента для серы; однако можно успешно применять большие или меньшие количества. Для определения соединения серы можно использовать любой подходящий способ; однако предпочтительно можно использовать способ экстракции азотным соединением. В ASTM D4578 описаны стандартные способы испытаний, применяемые к резиносодержащим химическим веществам, для определения процентного содержания серы. Такие способы испытаний включают определение в серосодержащем образце материалов, нерастворимых в растворителе. Двумя способами испытаний являются: (1) способ испытания A, экстракция дисульфидом углерода и (2) способ испытания B, экстракция толуолом. Если в серосодержащем образце отсутствуют другие материалы, нерастворимые в растворителе, указанные способы испытаний позволяют непосредственно определить содержание нерастворимой серы. Если также присутствуют другие материалы, необходимы дополнительные испытания для определения, какая часть из нерастворимых веществ (например, сажи, диоксида кремния или других инертных наполнителей) представляет собой нерастворимую серу.

Сшивание резины серой

[0125] При комнатной температуре элементарная сера состоит из циклических молекул из восьми атомов. В присутствии ускорителей и активаторов элементарная сера образует фрагменты серы, которые взаимодействуют с реакционноспособными группами резины в процессе взаимосвязанного замещения с образованием поперечных связей, таких как:

[0126] Резиновую крошку из отслуживших свой срок шин подвергают химической обработке реагентом для индуцирования взаимосвязанного замещения. Реагент содержит соль металла, имеющую октаэдрическую молекулярную геометрию и температуру плавления в диапазоне от 100 до 150°C. Примеры подходящих реагентов включают ацетат кобальта (CAS 6147-53-1; Co(OAc)₂,) и ацетат меди (CAS 6046-93-1; Cu (OAc)_2,), хотя можно использовать и другие реагенты, как обсуждалось в настоящем документе в другом месте. Реагент обычно применяют в количестве от 0,1 до 5,0 частей реагента на сто частей вулканизированной резины (по массе); однако согласно определенным вариантам реализации можно использовать также более высокие или более низкие количества. Количество применяемого реагента можно увеличить или уменьшить в зависимости от содержания серы в резиновой крошке из отслуживших свой срок шин, подлежащей обработке, или от требуемой степени взаимосвязанного замещения, которую необходимо получить. Например, для достижения предварительно выбранной степени взаимосвязанного замещения можно использовать отношение молекул реагента к связям серы 1:1, 4:6, 1:2 или любое другое подходящее отношение.

Регенерация взаимопроникающей эластомерной сетки из частиц измельченной шинной резины

[0127] Согласно одному из вариантов реализации для регенерации морфологии монолитной, макроструктурной, взаимопроникающей эластомерной сетки из частиц измельченной шинной резины используют последовательные элементы. Элемент 1 включает обеспечение среды электромеханического реактора (EMRE) для поддержания медиаторов «фазового пространства» Больцмана, которые распаковывают GTRP, а затем перегруппировывают сульфидные мостиковые цепи для конечного компаундирования. Элемент 2 включает получение суспензии GTRP для обработки посредством EMRE. Элемент 3 включает воздействие на GTRP дифференциально-циклического механического напряжения и стерической электрополяризации. Элемент 4 включает воздействие на суспензию GTRP спроектированного, вызванного кавитацией термического и акустического ударно-волнового перепада(ов). Элемент 5 включает создание хемотактического эффекта привязки сульфидных мостиков. Элемент 6 включает получение продуктов химической реакции и временную шкалу. Элемент 7 включает компаундирование регенерированных GTRP с получением полностью интегрированного, монолитного, макроструктурного эластомерного материала.

[0128] В Элементе 1 среда электромеханического реактора (EMRE) обеспечивает эффективную среду «фазового пространства» для 1) распаковки GTRP и перезапуска предшественника вулканизации для 2) последующей перегруппировки сульфидных мостиков, 3) с минимальным изменением нативной матрицы эластомерного наполнителя. На фиг. 1 показана верхняя часть EMRE. Верхняя часть содержит 16-дюймовый (примерно 40 см) ротор 101 из нержавеющей стали с изменяемой окружной скоростью и максимальной скоростью 15000 футов в минуту (4572 м/мин). Кроме того, используют 17-дюймовый (примерно 43 см) статор 102 из нержавеющей стали, содержащий сто десять пазов (кавитационных порталов) 103. Указанные компоненты создают траекторию 104 потока суспензии GTRP, как показано на фиг. 1. На фиг. 1 приведено детальное изображение поперечного сечения вдоль линии «А». Хотя EMRE, изображенную на фиг. 1, можно эффективно использовать, другие механические платформы могут быть выполнены в виде реакторов, применяемых в способах согласно настоящим вариантам реализации, например, винтовые насосы кавитационного типа, шнековые насосы, экструдеры или т. п.

[0129] В Элементе 2 получают суспензию GTRP. На фиг. 2 изображена технологическая схема для такого процесса, включающая смесительный резервуар 201 из нержавеющей стали, содержащий погружную верхнюю часть 202 EMRE. При работе резервуар обычно заполняют до примерно 70% от доступного объема резервуара. Суспензию получают из целой отслужившей свой срок шины, которая была подвергнута обычным процессам обработки для удаления металла и волокна, и измельчают для прохождения через сито 30 меш (600 мкм). В иллюстративном процессе, показанном на фиг. 2, смесительный резервуар из нержавеющей стали объемом 300 галлонов (примерно 1136 л) используют для получения партии объемом 200 галлонов (примерно 757 л) суспензии из резины отслуживших свой срок шин, имеющей удельную массу 1,03. Резервуар из нержавеющей стали может быть неизолированным, что позволяет рассеивать энергию EMRE (тепловую энергию). Согласно некоторым вариантам реализации можно добавить охлаждающие змеевики, что позволяет поддерживать температуру партии ниже температуры кипения, или, альтернативно, технологический резервуар может быть герметизирован для обеспечения работы при более высокой температуре в условиях повышенного давления. Партия суспензии из резины отслуживших свой срок шин весит 1716 фунтов (примерно 778 кг) при соотношении воды к GTRP 3:1. Компоненты суспензии на фиг. 2 включают приблизительно 152 галлона (примерно 575 л) обратно-осмотической (RO) воды, приблизительно 400 фунтов (примерно 181 кг) GTRP и приблизительно 8 фунтов (примерно 3,6 кг) ацетата меди (называемого металлоорганическим соединением или OMC), предварительно растворенного в приблизительно 40 фунтах (примерно 18 кг) RO воды. Отфильтрованную воду, извлеченную из предыдущей партии, в том числе воду, выдавленную из фильтрационного осадка, можно использовать в качестве части приблизительно 152 галлонов (примерно 575 л) воды, применяемых для получения партии. В общем случае предпочтительно использовать свежую RO воду для растворения OMC; однако согласно некоторым вариантам реализации также можно успешно применять извлеченную воду.

[0130] В Элементе 3 GTRP суспензии пересекает «туннель фазового пространства», в котором к GTRP прикладывают дифференциально-циклическое механическое напряжение и стерическую поляризацию поля. Приведенное в настоящем документе понятие «фазового пространства» (иногда называемого «туннелем») впервые было использовано Больцманом как «коробка», в которой молекулярные структуры и скорость количественно определяют в зависимости от временного интервала, когда «содержимое» коробки подвергается воздействию(ям) извне. Когда среду в «коробке» индуцируют посредством энтропийных-энтальпийных-энтропийных фазовых изменений через короткие интервалы время-осцилляция, в «коробке» высвобождаются огромные силы энергии (скорость). Такой процесс схематически изображен на фиг. 3А, при этом линейное расстояние, геометрия GTRP, скорость и профиль ускорения показаны как функция времени на временной шкале, проходящей от 0,000 секунд до 0,0019 секунд. Время 0,000 соответствует моменту, когда частица падает на ротор 301 EMRE. Затем GTRP подвергается сжатию в статоре (компрессионном затворе 302), выходит из статора и поступает в схему рециркуляции. Как показано на фиг. 3B, пространство между ротором 301 EMRE и выходом из компрессионного затвора 302 называют туннелем 303 фазового пространства. Для облегчения этого процесса можно необязательно на компрессионный затвор подавать модулированный переменный ток. Используют электроды 304, которые создают модулированный переменный ток. Путем применения регулятора частоты можно использовать колебания от 0 (или без колебания) до 100 Гц, или можно использовать колебания до 1000 Гц или более. Для индуцирования протекания тока через суспензионную среду можно прикладывать напряжения до 300 В или более, что благодаря быстрому изменению полярности вызывает осаждение электронов на поверхность резиновых частиц в туннеле фазового пространства. Процесс сжатия в статоре приводит к деформации GTRP таким образом, что отношение ширины к длине увеличивается до 6:1. «Батутный» эффект быстрого сжатия-растяжения-прекращения сжатия, которому способствует протекание через паз статора модулированного переменного тока, усиливает стерический эффект отталкивания между перекрывающимися электронными облаками с последующим ускоренным расслоением связанной матрицы GTRP, как изображено на фиг. 3C. В случае частицы размером 600 мкм с примерно 1200 поперечными сульфидными связями за один проход через статор происходит регенерация 60 перемещенных и повторно усиленных участков вулканизированного предшественника. Следует отметить, что EMRE, описанная в Элементе 1, представляет собой вариант реализации аппаратного обеспечения параллельного проточного реактора непрерывного действия для микросинтеза (PCMR), описанного в другом месте настоящего документа, главным образом, поскольку указанная среда устраняет необходимость создания и сертификации сосуда высокого давления для проведения процесса согласно настоящим вариантам реализации настоящего изобретения. Однако PCMR, работающий при фиксированной температуре вдоль кривой превращения «вода-в-пар», способен обеспечить аналогичные результаты распаковки частиц в «фазовом пространстве» при применении GTRP, как и вариант реализации EMRE в Элементе 1, в пяти квантах «Временная шкала», «Линейное расстояние», «Геометрия GTRP», «Скорость» и «Профиль ускорения», показанных на фиг. 3А, путем проталкивания суспензии GTRP через стратегически расположенные отверстия механически большего диаметра (например, регулируемый ирисовый клапан), что позволяет увеличить объем суспензии, после чего она переходит в газовую фазу, а затем сразу же уменьшить объем обратно до исходного внутреннего диаметра трубы. При зависимости температуры суспензии от давления, индуцированного для создания осцилляции цикла пар-жидкость-пар, эффективности распаковки GTRP являются эквивалентными. С каждым проходом через ротор размер частиц уменьшается. При уменьшении до размера 200 меш (70 мкм) разрушается приблизительно 65% сшивающих связей, и частицы могут механически расслаиваться с образованием тонких блинообразных структур (например, «размазываться» в виде 10 мкм пленки). Дальнейшее уменьшение размера обычно не требуется. При уменьшении до от 5 до 60 мкм из матрицы частиц начинает выделяться сажа. При уменьшении до размера 5 мкм начинает происходить восстановление углерода. В общем случае размер частиц 200 меш (70 мкм) подходит для большинства применений, таких как применение в шинах, при укладке кровельных и дорожных покрытий; однако согласно некоторым вариантам реализации могут потребоваться и размеры до 10 мкм.

[0131] В Элементе 4 на GTRP воздействуют спроектированной акустической ударной волной, вызванной кавитацией. Как показано на фиг. 4A, в туннеле фазового пространства между ротором 401 EMRE и компрессионным затвором 402 смесь 405 GTRP, увлеченного воздуха 406 и водной матрицы 407 металлорганического соединения присутствует при определенной скорости и объеме. При выходе через компрессионный затвор 402 сжатие пузырьков воздуха и ускорение частиц приводят к распространению 408 кавитации. При выходе суспензии более низкое давление завершает цикл кавитации взрывом воздушных полостей. В общем случае предпочтительно, чтобы во время кавитации внутри непрерывной водной фазы суспензии не происходило изменения объемной фазы. Поэтому дифференциальные перепады температуры и давления происходят в атомном масштабе. Такой процесс создает экстремальные дифференциальные перепады температуры и давления в нано-областях, при этом конус кавитации составляет от 10²°F до 10¹⁵°F (от примерно 38°С до 3,8×10¹⁴°С) для температуры, от 60 м/с до 180 м/с для скорости акустической волны, и все это происходит в течение интервала времени от 10³ сек^-1 до 10⁸ сек^-1. Путем изменения скорости вращения ротора EMRE и/или вязкости суспензии и/или зазора статора можно осуществлять в туннеле фазового пространства манипулирование энергетическим «рычагом влияния». На фиг. 4B изображены технологические регулируемые переменные параметры для суспензии GTRP и EMRE. Пропорционально-интегральный дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор или трехканальный регулятор), представляющий собой механизм обратной связи контура управления, широко применяемый в промышленных системах управления и во множестве других областей, требующих непрерывного модулированного управления, используют для регулирования температуры, размера отверстий, объема суспензии и осцилляции между паром и жидкостью. Другие факторы, которые можно регулировать, например, с помощью ПИД-регулятора, относящиеся к реагентам, включают отношение резины к воде, добавленное OMC (количество, скорость дозирования, прерывистое или непрерывное дозирование), количество остатка OMC, скорость уменьшения. Факторы, связанные с устройством, которые можно регулировать, например, с помощью ПИД-регулятора, включают окружную скорость ротора и размер зазора между EMRE и компрессионным затвором. На фиг. 4C представлена таблица, содержащая перечень выбранных регулируемых переменных параметров суспензии GTRP и результаты их модификации. На фиг. 4D представлена таблица, содержащая перечень выбранных технологических регулируемых переменных параметров EMRE и результаты их модификации.

[0132] Элемент 5 иллюстрирует динамику хемотактического эффекта привязки сульфидных мостиков (SBTE). На фиг. 5А схематично изображены исходные сульфидные мостики, в том числе образование боковых предшественников вулканизата, происходящее преимущественно у метильного карбокатиона (первоначально образуется при температуре приблизительно 140 °C), и завершенная вулканизация, происходящая в основном у аллильного карбокатиона (впоследствии образуется при температуре 160 °C). На фиг. 5B показаны типы карбокатионов (с варьирующим количеством атомов углерода, присоединенных к карбокатиону) в порядке стабильности, при этом третичные карбокатионы являются наиболее стабильными, вторичные карбокатионы менее стабильны, первичные карбокатионы еще менее стабильны и наименее стабильным является метильный карбокатион. Резонанс повышает стабильность аллильных карбокатионов, поскольку плотность положительного заряда размазывается, что делает его более стабильным, чем вторичный карбокатион, как показано на фиг. 5В. Соответственно, процесс перемещения сульфидных мостиков успешно происходит у метильного карбокатиона, а не у аллильного карбокатиона. Результатом такого перемещения является то, что жесткий сульфидный мостик превращается в привязь, связанную у исходного аллильного карбокатиона, и становится несвязанным у метильного карбокатиона.

[0133] В Элементе 6 химическая реакция протекает вдоль временной шкалы. RO воду и OMC (в данном случае ацетат металла или MOAc) смешивают в 20% концентрате раствора и дозируют в суспензию GTRP (180°F (примерно 82°С), отношение по массе RO воды к GTRP 3:1), как показано на фиг. 6А. Результирующая химическая реакция приведена на фиг. 6В. Металлоорганическое соединение, растворенное в воде, ассоциируется с лигандами, включающими составы переходных акво-металлов. На фиг. 6B k относится к механистической кинетике туннеля EMRE «фазового пространства» Больцмана, M²⁺ относится к иону металла; NH_n, CH_n, Zn_n и S_n относятся к тому, что, как полагают, являются изомерными «осколками» около участка предшественника, представляющими собой побочные продукты первоначального процесса компаундирования резины, и OAC^-2 относится для ацетат-иону. Первоначальный предшественник вулканизации шины, аллильный водород, захватываемый аминогруппой MBTS, описанной ранее, образует побочные продукты реакции. Азотно-серные соединения включают молекулы дисульфата аммония (NH₄)₂S₂O₈ (ADS) или их радикалы, которые располагаются и подвергаются уплотнению в виде изомерных осколков вблизи метильного карбокатиона. Такие азотно-серные изомеры, которые заметно не образуются во время конечной стадии первоначальной сульфидной вулканизации у исходного карбокатиона сульфидной поперечной связи на соседней полимерной цепи, хорошо растворимы в воде и становятся мощными окислителями, которые способствуют сульфидному метатезису при замещении метильного карбокатиона. Активное OMC, координационный комплекс металла, может либо активировать гидратацию молекулы ADS с образованием пероксида водорода (H₂O₂), и/или стать ускорителем, усиливающим такую реакцию в своем направленном воздействии на метатезис в качестве окислителя в метильном карбокатионе. Скорость превращения сульфидного метатезиса у метильного карбокатиона можно обеспечить без какого-либо пероксида и/или другого окислителя, когда температурный порог на участке реакции составляет более 240°F (примерно 116°С), выше которого сера при фазовом переходе становится лабильной. Это может быть вызвано либо осцилляцией фазового перехода при повышенном давлении от воды к пару, либо внезапным взрывом при кавитации в фазовом пространстве с всплесками гиперэнергии, которые приводят к фазовому переходу твердое состояние-жидкое состояние-твердое состояние как серы, так и соединения OMC на участке-мишени метильного карбокатиона. Для более полной оценки огромных количеств энергии, выделяемых взрывающимся конусом кавитации, в недавних исследованиях CERN на эту тему было предположено, что во время пикосекундной деформации возникает электромагнитная плазменная запутанность, которая очень похожа на явление, связанное с 300-разовым увеличением температуры солнечной короны по сравнению с поверхностью солнца. Согласно такой аналогии для 180°F (примерно 82 ºС) суспензии GTRP, проходящей через туннель фазового пространства, можно ожидать, что точечные температуры кавитации на участке-мишени метильного карбокатиона будут составлять, как минимум, 54000°F (примерно 30000 ºС) в течение очень короткого времени.

[0134] Не желая быть связанными какой-либо теорией, полагают, что в такой реакции диссоциативное замещение иона ацетата металла происходит у метильного карбокатиона. Это разрушает предшественник вулканизации, при этом такая вставка образует в эластомерной структуре боковой цепи новый функциональный участок для последующей перегруппировки сульфидных мостиков. В этом процессе O^2- превращается в CO₂ под действием заряженных частиц углеродного заполнителя в фазовом пространстве. При сильном взаимодействии между M²⁺ и S^2- образуется осадок, который высвобождает жесткий сульфидный мостик до состояния «привязки», связанной только у исходного аллильного карбокатиона. Для применения подходят ионы различных металлов, в том числе, но не ограничиваясь ими, Co²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 3×10⁶), Cu²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 5×10⁹), Ni²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 3×10⁴), Zn²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 2×10⁷) и Mn²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 2×10⁷). В литературе имеются фактические данные о том, что в нагретой водной среде координационное число металлоорганической молекулы на основе меди может составлять до десяти (10). Такая способность к координации обеспечивает промежуточное образование супер рыхлой матрицы, способствующей указанному процессу путем захвата лиганда из ингибирующего изомерного «осколка» вблизи реакционноспособного участка метильного карбокатиона. Скорости захвата и высвобождения лиганда также во много раз выше, чем у других металлов. Такие впечатляющие способности приводят к возможности создания различных реакционных изомеров на основе меди из гетерогенного фрагмента (maw) молекул, присутствующих во время последовательности распаковка GTRP-метатезис. Путем выбора металлоорганического соединения, которое демонстрирует фазовый переход при температуре, близкой к температуре элементарной серы, можно облегчить реакцию метатезиса; однако также можно использовать металлоорганические соединения, имеющие различные температуры фазового перехода.

[0135] В Элементе 7 происходит получение монолитной макроструктуры резины. На фиг. 7А показана макроструктура вулканизированных GTRP в основном состоянии (стадия 1), GTRP, кондиционированных в EMRE (стадия 2), включая несвязанную, предварительно рептационную внутреннюю морфологию, и регенерированная взаимопроникающая эластомерная сетка (стадия 3), содержащая переплетенные слоистые структуры, удаленные друг от друга на от 10 нм до 5 мкм. Одной из особенностей указанного процесса согласно настоящим вариантам реализации является то, что поперечные связи повторно формируют во взаимопроникающей эластомерной сетке посредством мягкого процесса, оставляющего сажу нетронутой. Это приводит к небольшому снижению предела прочности при растяжении, но к улучшению прочности при отскоке.

[0136] В процессе получения, как показано на фиг. 7B, обработанную суспензию GTPR откачивают и пропускают через пресс для отжима фильтрационного осадка, высушивают путем центрифугирования до содержания влаги менее 1 % по массе. Полученные обработанные GTRP можно подвергнуть печной сушке в барабанной сушилке до содержания влаги менее 0,1 % по массе с получением сухих GTRP, кондиционированных в EMRE. Между стадией пресс-фильтра и стадией барабанной сушилки в обработанные GTRP можно необязательно подмешать мокрым способом специально подобранные водорастворимые или сжиженные термопластичные первичные полимеры. Высушенные GTRP можно подвергнуть обработке в закрытом смесителе (например, смесителе Бенбери, Z-образном смесителе или т. п. ) и/или в вальцовой мельнице для микрослоистого материала, где сухие GTRP, кондиционированные в EMRE, смешивают с полимером и сшивающими добавками. Затем полученный продукт можно упаковать в виде пеллеты, рулона, брикета, фестончатого листа или т. п. Согласно определенным вариантам реализации обработанная суспензия GTPR представляет собой ценный продукт для применения без каких-либо дополнительных стадий обработки. GTRP можно смешивать с асфальтом с получением рулонов и листового материала, или расплавлять для связывания заполнителя или для получения эмульсии. Аналогично, продукт, полученный на любой из промежуточных стадий в Элементе 7, в том числе на стадии фильтрации в пресс-фильтре, сушки в барабанной сушилке, мокрого смешивания, внутреннего смешивания и упаковки, может сам по себе представлять собой ценный продукт. Соответственно, согласно различным вариантам реализации любая из стадий Элемента 7 может считаться необязательной. Следует отметить, что при применении вальцовой мельницы полученные GTRP «расслаиваются» с образованием тонких блинообразных структур, которые образуются во время последующего вакуумного формования, придавая полученному GTRP листу анизотропные свойства. При применении закрытого смесителя полученные листы, выполненные из GTRP, являются по существу изотропными.

[0137] Смесь асфальта и GTRP можно получить различными способами. В качестве первой стадии GTRP пропускают через вальцовую мельницу тонкого помола до получения «листовой» или «полностью листовой рептационной» формы (с толщиной частиц, например, приблизительно 10 мкм или меньше в наименьшем размере), а затем вместе с асфальтом пропускают через вальцовую мельницу или закрытый смеситель. Как правило, когезивный GTRP лист (характеризующийся «листовой» формой) можно получить после 10 проходов через вальцовую мельницу тонкого помола с холодными валками или после 2 проходов через вальцовую мельницу тонкого помола с горячими валками. После получения когезивного GTPR листа его можно объединить с асфальтом. Согласно одному из вариантов реализации асфальт добавляют к когезивному GTRP листу в вальцовой мельнице тонкого помола, затем перемешивают под действием вальцовой мельницы тонкого помола с получением смеси, состоящей из 92 % по массе GTRP и 8 % по массе асфальта, в форме непрерывного GTRP/асфальтового листа. Можно преимущественно использовать асфальт типа IV; однако можно также применять асфальт с показателем пенетрации от 5 до 200. С асфальтом можно необязательно добавлять сшивающий агент (например, 0,005 phr (0,005 массовых частей на сто массовых частей резины) непрерывного GTRP/асфальтового листа). Такой лист можно успешно поворачивать во время процесса для облегчения равномерного распределения. Когезивный GTRP лист («листовой») или непрерывный GTRP/асфальтовый лист можно дополнительно объединить в виде горячего расплава с асфальтом в любой форме, например, в форме частиц, эмульсии или горячей смеси. Повторную вулканизацию можно успешно осуществить после размещения GTRP/асфальтовой смеси на месте.

[0138] Например, при укладке дорожных покрытий когезивный лист GTRP или непрерывный GTRP/асфальтовый лист можно расплавить в асфальте с получением композиции, содержащей примерно от 20 до 50% по массе GTRP, например, подходящей для применения в качестве вяжущего вещества для заполнителя. В другом примере непрерывный GTRP/асфальтовый лист можно нанести в листовой форме на поврежденный тротуар, затем на указанный непрерывный GTRP/асфальтовый лист можно нанести в качестве верхнего слоя обычную горячую смесь, заполнитель или смесь заполнителя и вяжущего вещества. Для индуцирования сшивания и связывания GTRP можно успешно применять облучение. При применении GTRP в асфальте в качестве вяжущего вещества или в опорной поверхности, содержащей непрерывный GTRP/асфальтовый лист, GTRP можно успешно отверждать на месте на дорожном полотне с применением системы излучателей и соответствующего устройства и методологии, описанных в патенте США № 8992118, патенте США № 9169606, патенте США № 9074328, патенте США № 9347187, патенте США № 9481967, патенте США № 9551117, патенте США № 9551114, патенте США № 9624625, патенте США № 9637870, патенте США 9127413 и патенте США № 9057163, содержание каждого из которых в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки. Такая система излучателей для облучения асфальтового/бетонного дорожного покрытия обычно включает несущий каркас, удерживающий панель с излучателями, выполненную с возможностью излучения пиковой длины волны от 1000 до 10000 нм, что обеспечивает размягчение асфальта в асфальтовом/бетонном покрытии. В настоящем документе термины «расплавление» или «размягчение» представляют собой широкие по значению термины, которые должны быть даны специалисту в данной области техники в их обычном и общепринятом значении (и не должны быть ограничены особым или специализированным значением), при этом указанные термины относятся, без ограничения, к описанию текучей среды, которая может перемещаться при приложении минимального давления к телу жидкости. Для индуцирования размягчения асфальта можно успешно использовать температуры в диапазоне от 190°F до 290°F (от примерно 88°C до примерно 143°C), например, от 250°F до 290°F (от примерно 121°C до примерно 143°C). Для облучения GTRP с целью стимулирования сшивания можно успешно применять излучение с пиковой длиной волны в диапазоне от 350 нм до 700 нм, и при этом указанное излучение можно использовать в дополнение к излучению с пиковой длиной волны от 1000 нм до 10000 нм (например, использовать две пиковые длины волны). Некоторая степень сшивания будет иметь место в отсутствие добавления сшивающих агентов; однако дополнительные сшивающие агенты могут повысить скорость и эффективность этого процесса. Следует отметить, что температура 170°F (примерно 77°С) может вызывать сшивание при применении DIBP (диизобутилфталата) в качестве сшивающего агента, что делает целесообразным его применение в GTRP/асфальтовом листе, где требуется стабильность и контролируемое сшивание. При применении в качестве сшивающего агента пероксида дикумила, сшивание будет происходить быстро даже в отсутствие приложенного тепла. Пероксид дикумила можно успешно применять в качестве сшивающего агента, когда GTRP/асфальт находится в жидкой форме (например, в форме эмульсии). Материал для дорожного покрытия, содержащий GTRP, демонстрирует превосходные свойства с точки зрения долговечности по сравнению с обычными материалами для дорожного покрытия, содержащими измельченную шинную резину, которая не подвергалась какой-либо обработке.

[0139] Непрерывный GTRP/асфальтовый лист можно применять в виде рулонов и листового материала для защиты от атмосферных воздействий или укладки кровельного покрытия. Альтернативно, когезивный лист GTRP («листовой») или непрерывный GTRP/асфальтовый лист можно расплавить в асфальте или другом растворителе и нанести полученную смесь на поверхность путем распыления с получением герметичной и водонепроницаемой поверхности. Реагент в твердой форме можно предварительно нагреть до температуры 250°F (примерно 121°С) (например, предпочтительно выше его температуры плавления или температуры окружающей среды резиновой крошки из ELT). Например, реагент можно распылить, оросить в виде аэрозоля или вылить в резиновую крошку из ELT, необязательно при перемешивании или смешивании для достижения равномерного покрытия и распределения реагента на резиновой крошке из ELT с получением активированной резиновой крошки из ELT. При добавлении непосредственно к резиновой крошке из ELT указанный реагент можно предпочтительно получить в форме тонкоизмельченного порошка. Затем комбинацию реагента и резины из ELT подвергают смешиванию, например, под давлением, с тем, чтобы индуцировать сульфидный метатезис, вызванный фазной ретикуляцией. Хотя можно объединить резиновую крошку и реагент в качестве единственных ингредиентов комбинации, подвергаемой смешиванию, также могут присутствовать и другие компоненты, например, один или более компонент, выбранный из технологических масел, растворителей, воды, асфальтов, наполнителей (частиц оксида титана, дополнительного количества сажи, графена, пигментов или других добавок, описанных в настоящем документе в другом месте) или других компонентов, которые, как известно в данной области техники, подходят для включения в резиновые изделия или изделия или материалы, содержащие резину в качестве компонента. Вальцовые мельницы, например, противоположные пары цилиндрических валков, аналогичные валкам, применяемым при обычной обработке резины, можно использовать в качестве реакторов для сульфидного метатезиса, вызванного фазной ретикуляцией. Смесь пропускают между валками до тех пор, пока не получат однородный продукт, проявляющий упругость и/или эластичность. Согласно некоторым из вариантов реализации, описанным в настоящем документе, одним из признаков успешной реакции является щелканье или потрескивание при прохождении смеси между валками. Как правило, успешно прореагировавший продукт получают после прохождения смеси между валками (с диаметром от 1 см или менее до 100 см или более и при расстоянии между валками от 1 мм или менее до 10 мм или более) в течение от 10 оборотов или менее до 100 оборотов или более валка или в течение периода времени от примерно 1 минуты или менее до 60 минут или более.

[0140] Согласно другому варианту реализации получают раствор или частичный раствор (суспензию) реагента в воде или другом подходящем растворителе (например, спирте, таком как метанол или этанол, или простом эфире или глицерине) или смеси растворителей, который затем нагревают (например, до температуры от 150° до температуры кипения раствора или суспензии) и добавляют к предварительно нагретой резиновой крошке из ELT. Количество воды, применяемой для получения раствора, можно выбрать таким образом, чтобы обеспечить определенное отношение раствора к резиновой крошке из ELT. Для одного и того же количества реагента при отношении 2 части по массе раствора реагента к 1 части по массе резиновой крошки из ELT получают легко перекачиваемую суспензию активированной резиновой крошки из ELT, тогда как при отношении 1 части по массе раствора реагента к 1 части по массе резиновой крошки из ELT получают более густую суспензию, содержащую более концентрированный реагент. Путем выбора подходящего количества раствора можно уменьшить затраты на оборудование, например, можно избежать применения мешалки, или увеличить производительность, например, вместо конфигураций реакторов периодического действия можно успешно использовать конфигурации реакторов непрерывного действия. Подходящая для применения вода может включать обычную водопроводную воду или дистиллированную или деионизированную воду; однако согласно некоторым вариантам реализации предпочтительными могут быть уровни содержания частиц, составляющие 100 ppm или ниже. Преимущество применения реагента в форме раствора или суспензии включает эффективность и большее удобство в обращении с полученной активированной резиновой крошкой из ELT, которая при работе в реакторе может находиться в текучем состоянии или в состоянии, более пригодном для обработки, что позволяет сократить время работы реактора на до 20% или более. Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, полагают, что раствор реагента способствует смачиванию береговой линии частиц резиновой крошки из ELT, что, тем самым, позволяет привести большее количество реагента в контакт с поверхностью частиц резиновой крошки из ELT, чем в случае применения частиц сухого реагента. Затем механическая обработка с помощью реактора приводит к разрушению воздушных карманов и дополнительному покрытию частиц резиновой крошки из ELT. При давлении в реакторе от 80 (примерно 551 кПа) до 100 psi (примерно 689 кПа) из раствора образуется паровая фаза, которая обеспечивает более равномерную реакцию, чем при применении частиц сухого реагента. При применении раствора реагента это позволяет сократить время работы реактора на 50% или более по сравнению со временем работы реактора при применении частиц сухого реагента, при этом достигается такая же степень взаимосвязанного замещения.

[0141] Согласно определенным вариантам реализации активированную резиновую крошку из ELT (например, смесь резиновой крошки, реагента и необязательных дополнительных компонентов) можно перенести в реактор, например, в вальцовую мельницу или горизонтальный реактор сжатия. Такой реактор может работать при температурах окружающей среды или температурах до 250°F (примерно 121°С) или выше, например, при температуре от 242°F (примерно 117°С) до 248°F (примерно 120°С) (или более высокой или более низкой температуре, согласно некоторым вариантам реализации, например, от 225°F (примерно 107°С) до 265°F (примерно 129°С), или от 235°F (примерно 113°С) до 255°F (примерно 124°С), или от 240°F (примерно 116°С) до 250°F (примерно 121°С)), при этом указанную крошку пластифицируют или вальцуют до обеспечения каучукообразного состояния. Отбор образцов пластифицированного продукта можно необязательно проводить через определенные интервалы времени для определения размера частиц (например, эффективного размера частиц, представленного толщиной пленки), при этом полагают, что размер частиц указывает на степень сульфидного метатезиса. Дополнительный реагент можно оттитровать в пластифицированный продукт до достижения требуемого заданного размера частиц. На фиг. 9 показано влияние удара приводного ролика горизонтального реактора сжатия на активированную резиновую крошку из ELT. Как показано на графике зависимости энергии от координаты реакции, давление, приложенное в зоне удара, уменьшает энергию активации взаимосвязанного замещения, так что энергия, выделяемая в процессе реакции, превышает энергию активации, необходимую для взаимосвязанного замещения в условиях столкновения.

[0142] Заданный размер частиц можно обеспечить путем регулирования степени сульфидного метатезиса, например, путем регулирования времени обработки в реакторе (более короткого для частиц больших размеров и более длинного для частиц меньших размеров) или количества реагента, добавляемого к резиновой крошке из ELT. При отношении 5 % по массе реагента к 95% по массе резиновой крошки из ELT имеется избыточное количество реагента с точки зрения количества серных связей, присутствующих в обычной резиновой крошке из ELT. При максимизации сульфидного метатезиса можно использовать стехиометрическое количество реагента. Высокие степени взаимосвязанного замещения, например, > 90% взаимосвязанное замещение, обычно наблюдают при применении смеси с отношением 4 % масс. реагента к 96% резиновой крошки из ELT. В смеси с отношением 3 % масс. реагента к 97% резиновой крошке из ELT останется значительное количество присутствующих серных связей. Согласно некоторым вариантам реализации может быть желательно поддерживать определенную степень первоначальной вулканизации (например, приблизительно половина или одна четверть серных связей остаются в неповрежденном виде) с тем, чтобы придать полученному продукту требуемые свойства (например, прочность на разрыв, эластичность и т.д.) при применении в определенных изделиях (например, в саженаполненной маточной смеси для производства прорезиненного асфальта или в продуктах из резины специального назначения). В таких вариантах применения можно использовать смесь с отношением 2 % масс. реагента к 98% резиновой крошки из ELT. Полученный взаимосвязано-замещенный резиновый материал имеет хорошую прочность на разрыв при размере частиц <1 мкм и его можно гомогенно смешивать с саженаполненной маточной смесью без влияния на критические свойства.

[0143] При применении раствора реагента в качестве конечной стадии предложенного способа продукт, подвергаемый сульфидному метатезису, можно необязательно подвергнуть стадии дегидратации путем нагревания до температуры 250°F (примерно 121°С) или ниже. Предполагается, что присутствие микронизированной воды в активированной резиновой крошке из ELT может подавлять метатезис серных связей. Дальнейшее нагревание при температуре 285°F (примерно 141°С) позволяет удалить такую микронизированную воду и обеспечить некоторую дополнительную степень сульфидного метатезиса. Альтернативно, продукт, содержащий некоторое количество воды, может представлять собой требуемый конечный продукт, например, для обработки при температуре от 250°F (примерно 121°С) до 290°F (примерно 143°С).

[0144] После достижения требуемого целевого размера частиц пластифицированный или вальцованный продукт можно необязательно обработать с применением агента, нейтрализующего любой непрореагировавший реагент. Можно использовать любой подходящий нейтрализующий агент; однако обычно предпочтительно использовать гидроксилированный на концах полиэтилен (например, полиэтиленгликоль, CAS 25322-68-3) или полиэтиленовый сополимер с гидроксиаллильной функциональной группой в боковой цепи или его производное. Как правило, нейтрализующий агент используют в количестве от 0,05 до 0,1 частей нейтрализующего агента на сто частей резины (по массе); однако согласно определенным вариантам реализации также можно использовать более высокие или более низкие количества. Также можно выполнять и другие процессы последующей обработки, в том числе любые другие процессы, в которых исходный натуральный каучук подвергают, например, прививке, для включения других полимерных цепей с получением термореактивного, термотропного или термопластичного продукта.

[0145] Способ взаимосвязанного замещения согласно предложенным вариантам реализации имеет преимущества с точки зрения регенерации резины. Например, во время указанного процесса или во взаимосвязано-замещенном продукте, который был в форме частиц субмикронного размера, не наблюдается выделение газа или изменение рН, что указывает на то, что был получен стабильный взаимосвязано-замещенный продукт, способный к вулканизации. Такой способ имеет преимущества, состоящие в том, что в нем не используют и не образуются какие-либо опасные или вредные химические вещества, а также в том, что не образуются экзогенные вещества, которые могли бы значительно повлиять на применимость полученного продукта в изделиях, в которых обычно используют исходный натуральный каучук. В зависимости от применения может потребоваться более высокая или более низкая степень взаимосвязанного замещения. Например, при таких применениях, как наружное основание коврового покрытия, дороги и крыши, более низкая степень взаимосвязанного замещения (частичное взаимосвязанное замещение) позволяет получить продукт, удовлетворяющий техническим требованиям, тогда как для применения в изделиях с высокими эксплуатационными характеристиками, таких как автомобильные шины, может быть желательным продукт, имеющий более высокую степень взаимосвязанного замещения. Способы согласно предложенным вариантам реализации можно адаптировать для получения продукта, который является частично взаимосвязано-замещенным, вплоть до сильно взаимосвязано-замещенным, и аналогичным по эксплуатационным характеристикам исходному натуральному каучуку.

Конструкции реактора

[0146] Согласно определенным вариантам реализации можно успешно использовать реакторы, изображенные на фиг. 1, 8A-B, 10A-D и 12A-C.

[0147] Например, горизонтальный реактор сжатия может иметь форму, изображенную на фиг. 10A-D или 12A-C. На фиг. 10А показан вид сверху и вид сбоку маломасштабного реактора и его зубчатых колес 1000. Зубчатые колеса, обозначенные как 1008, изготовлены из стали и обработаны таким образом, чтобы содержать механически обработанные канавки 1010, проходящие до основания шага зубчатого колеса. Во время работы канавки обоих зубчатых колес совмещаются, когда зубчатые колеса находятся в зацеплении, и сохраняют зазор 1007 ~ 0,040 дюйма (примерно 0,10 см) (между зубчатым колесом при размещении установочного штифта и корпусом), который определяет положение концевых пластин. Десять зубчатых сегментов равной длины (например, от одного сегмента до любого требуемого множества сегментов, например, до 10, 20, 30, 40, 50 или более) используют с девятью канавками размером 1/8 дюйма (примерно 0,3 см), расположенными на равном расстоянии друг от друга. Количество канавок и конфигурацию или глубину канавок можно регулировать в зависимости от условий обработки. Зубчатые колеса помещены в разделяемую трубку 1004 из нержавеющей стали, имеющую резьбовые отверстия 1003, и приварены к пластинам 1001 из нержавеющей стали, содержащим установочные штифты 1002. Съемный штифт 1005, вмонтированный в шарнирное крепление 1006, фиксирует устройство при эксплуатации. На фиг. 10B приведено изображение в разобранном виде горизонтального реактора сжатия, на котором показана деталь зубчатых колес 1000, изображенных на фиг. 10A. Зубчатые колеса, как показано на изображении сверху на фиг. 10C, содержат одиннадцать наборов зубчатых сегментов 1030 с двадцатью четырьмя канавками 940 и ограничителем 1014 сжатия размером 0,200 дюйма (примерно 0,5 см) для каждого зубчатого сегмента. На фиг. 10D приведено изображение концевых пластин 1013 (и прозрачное изображение концевых пластин, на котором показаны детали зубчатого колеса, расположенные сзади), содержащих отверстия 1016 и пластину 1015, содержащую отверстия 1017. Хотя устройство, изображенное на приведенных фигурах, можно использовать для обеспечения давления на смесь вулканизированной резины и ацетата меди (или другого реагента), также предусмотрены и другие конфигурации, как будет понятно специалисту в данной области техники, например, ступка и пестик, смесители ленточного типа, диспергаторы с высоким сдвиговым усилием или т.п. Согласно одному из вариантов реализации вместо зацепляющихся зубчатых колес можно использовать гладкие валки в противоположной конфигурации. Реактор с валковой конфигурацией подходит для применения в «сухом» процессе, например, в процессе, в котором не используют воду или другую жидкость-носитель. Напротив, на фиг. 1 изображен реактор, подходящий для применения в процессе, в котором используют воду или другую жидкость-носитель.

[0148] На фиг. 11 показана деталь зацепляющихся зубчатых колес приводного ролика во время работы. Зубчатые колеса представляют собой сужающиеся прижимные ролики с механически обработанным ограничителем для обеспечения бокового потока 1106 резиновой крошки из ELT. Резиновая крошка из ELT размером 20 меш, предварительно покрытая реагентом 1103, заполняет пространство между зубчатыми колесами при давлении менее 5 psi (примерно 34 кПа). Когда зубчатые колеса 1101 находятся в зацеплении, предварительно покрытая резиновая крошка 1105 из ELT сжимается до приблизительно 100 psi (примерно 689 кПа) (например, от 50 psi (примерно 345 кПа) до 200 psi (примерно 1379 кПа), или от 75 psi (примерно 517 кПа) до 150 psi (примерно 1034 кПа), или от 80 psi (примерно 552 кПа) до 125 psi (примерно 862 кПа) или выше или ниже в зависимости от условий реакции). Десять оборотов зубчатых колес (10 приложений давления сжатия) уменьшают размер частиц (как определено путем просеивания через определенный размер отверстий сита) с 20 меш до менее чем 200 меш 1107. Пятьдесят оборотов зубчатых колес (50 приложений давления сжатия) уменьшают размер частиц от 20 меш до приблизительно 2 мкм. Приводной ролик оборудован динамическим тормозом для контроля встречного давления. Полученный продукт можно обрабатывать до тех пор, пока не будет обеспечен требуемый размер частиц, меньший, чем размер исходной резиновой крошки из ELT, например, 30 меш, 40 меш, 50 меш, 100 меш, 200 меш, 10 мкм, 5 мкм, 2 мкм, 1 мкм или менее 1 мкм.

[0149] Другая конструкция реактора включает двойные противоположно вращающиеся шнеки. Двойные шнеки находятся в конфигурации тесного зацепления и расположены в паре неполных цилиндров, соединенных вместе. На фиг. 12А показан вид сбоку одного из таких цилиндров 1200. Изображенный цилиндр имеет внешний диаметр 3 дюйма (примерно 7,6 см) и внутренний диаметр 2 дюйма (примерно 5,1 см), длину 30 дюймов (примерно 76 см) и содержит ротор 1202. На фиг. 12В показана одна из двух концевых пластин 1213 с крепежными отверстиями 1220, 1221, иллюстрирующая соединенные цилиндры, выполненные с возможностью размещения тесно зацепляющихся двойных противоположно вращающихся шнеков. Критический размер 1222 основан на диаметре шага зубчатого колеса, принятом в компании Boston Gear. Обеспечивают зазор между роторами шнеков и стенкой цилиндра, составляющий приблизительно 0,010 дюйма (примерно 0,025 см). На фиг. 12С изображен один из шнеков, шнек 1232 Roton размером 500 мм с резьбой из холоднокатаной стали. На фиг. 12С изображена упорная поверхность 1230, бронзовая опорная шейка 1235 и шпоночный паз 1234 согласно ANSI (Национальному Институту Стандартизации США). Хотя реактор, показанный на фиг. 12A-C, имеет конкретные размеры или включает конкретные материалы, указанные размеры могут быть уменьшены или увеличены, при необходимости, для обеспечения реактора большего или меньшего размера, при этом также могут быть заменены другие подходящие материалы.

Обработанный резиновый продукт

[0150] Полученную резину в форме частиц можно использовать непосредственно в качестве исходного сырья для последующего процесса (например, для производства новых шин или прорезиненного асфальта), складировать или упаковывать для хранения или транспортировки. Резину в форме частиц можно подвергнуть испытаниям для определения ее свойств и пригодности для различных применений. Испытания могут включать следующие исследования: стандартный метод испытаний на свойства резины - вулканизация с применением безроторных измерителей отверждения - реометра MDR 2000 согласно ASTM D5289 при 160°C; свойства при растяжении, в том числе предел прочности при растяжении, относительное удлинение и модуль упругости согласно ASTM D412, без воздействия старением и при воздействии путем старения в печи; предел прочности на разрыв согласно ASTM D624 T, без воздействия старением и при воздействии путем старения в печи; твердость по дюрометру, измеренная с помощью цифрового дюрометра Rex согласно ASTM D2240, тип A на образцах для определения эластичности по отскоку; тепловыделение и усталость при изгибе при сжатии резины - флексометр BF Goodrich согласно ASTM D623, метод A; упругость с применением маятникового прибора типа Шоба для испытания на эластичность по отскоку - испытание на эластичность по отскоку по Цвику согласно ASTM D7121; сопротивление резины истиранию - прибор для испытаний на истирание с вращающимся барабаном по Цвику согласно ASTM D5963, метод A; повреждение резины - растрескивание поверхности резины и статическое воздействие окружающей среды (деформация 20%) согласно ASTM D518, метод A или повреждение резины-растрескивание резины в регулируемой среде озона согласно ASTM D1149.

[0151] Полученная резина в форме частиц также имеет качество, подходящее для применения в черепице для жилых зданий и рулонном кровельном покрытии, обеспечивая устойчивость к повреждению, вызванному градом, улучшенную гибкость при низких температурах (например, гибкость до температуры по меньшей мере -40°F (-40°С)) и пониженную способность к размягчению, растеканию и образованию пятен в жаркую погоду. Рулонное кровельное покрытие, содержащее резину в форме частиц, можно размещать в сухом состоянии и затем подвергать облучению, приводящему к плавлению, деформированию, сшиванию и прилипанию листа к подстилающему слою (например, к изоляционному материалу или старому кровельному покрытию). Жидкую смесь, содержащую GTRP, можно подвергнуть облучению для индуцирования сшивания. Облучение можно осуществить с помощью системы излучателей, аналогичной системе, описанной выше для укладки дорожных покрытий (см., например, патент США № 8992118, патент США № 9169606, патент США № 9074328, патент США № 9347187, патент США № 9481967, патент США № 9551117, патент США № 9551114, патент США № 9624625, патент США № 9637870, патент США № 9127413 и патент США № 9057163, содержание каждого из которых в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки). Электромагнитное излучение предварительно выбранной пиковой длины волны можно применять к кровельному покрытию или гидроизоляционному листу или распыляемому на месте материалу. Тепловое излучение можно генерировать путем модификации излучателя таким образом, чтобы он излучал требуемую длину волны. Длину волны электромагнитного излучения, используемого для нагревания, выбирают на основе материалов, присутствующих в рулонном кровельном покрытии. Предпочтительные пиковые длины волн для воздействия на резину в рулонном кровельном покрытии составляют от 350 до 700 нм при плотностях мощности, меньших или равных 10 Вт/дюйм² (примерно 15,5 кВт/м²). Излучаемая энергия, приложенная к рулонному кровельному покрытию, нагревает резину в рулонном кровельном покрытии, одновременно минимизируя нагревание подложки. Устройство для излучения может быть изготовлено с возможностью минимизации затрат и подходить для применения в полевых условиях. Применение в полевых условиях можно обеспечить путем питания устройства с помощью портативного генератора, например, дизельного двигателя класса 4, электрически соединенного с одной или более с панелями излучателями, расположенными внутри металлического каркаса. Излучатель можно изолировать, например, с помощью высокоплотной керамики, при этом панель(и) можно вставить в керамическую облицовку каркаса, обращенную к плоскости рулонного кровельного покрытия.

[0152] Сушку постреакторной смеси GTRP можно проводить до обеспечения любой требуемой степени. Влагу можно удалять медленно или быстро. Мягкая сушка будет иметь минимальное влияние на структуру морфологии эластомерной сетки. Сушка посредством сдвига обычно обеспечивает меньший размер частиц и более быстрое испарение влаги.

[0153] Отверждение постреакторной смеси GTRP можно проводить медленно или быстро с применением химических отверждающих агентов или путем облучения (например, с помощью системы излучателей, описанной в настоящем документе в другом месте).

[0154] Согласно некоторым вариантам реализации может быть желательным объединить высушенные постреакторные GTRP с твердым полимером (например, исходным натуральным каучуком) путем сухого смешивания, а затем подвергнуть дальнейшей обработке для перемешивания компонентов. Альтернативно, с постреакторными GTRP можно объединить латекс с сертифицированным количеством реакционноспособных участков и подвергнуть дальнейшей обработке. Воду можно удалить позже, например, путем отжимания. Постреакторные GTRP можно модифицировать для различных применений, например, в качестве термопластической, термотропной или термореактивной пластмассы. Полимерные основные цепи предрасположены к вулканизации. Поскольку постреакторные GTRP являются гидрофобными, материалу придают гидрофильность, что позволяет его эмульгировать или превратить в коллоидную суспензию. Свойства можно модифицировать путем добавления гомополимера для функционализации основных цепей. Для придания термореактивных свойств на частицы можно нанести покрытие (например, покрыть нонилфенолэтоксилатом). Для придания термопластичных свойства можно ввести гидрофильные участки (например, посредством четвертичного амина).

[0155] Как обсуждалось в настоящем документе, воздействие на GTRP осцилляцией по всей паровой/водной фазе позволяет закачать жидкость в пустоты частиц. Это может привести к очень быстрому насыщению партий, например, менее чем за одну минуту. Во время процесса в реакторе вода может наводнить частицу, так что наблюдается значительное увеличение свободного молекулярного пространства, например, на 500% или более, например, пятикратное увеличение. В результате образуются высушенные частицы, которые можно описать как «пушистые». Высушенные GTRP содержат «пустоты» - внутренние пространства (свободные молекулярные пространства), в которых могут размещаться жидкости. Применение сил сдвига к GTRP может разрушить такие пустоты. При обеспечении GTRP в виде коллоидной суспензии с материалом, подлежащим смешиванию, присутствие пустот способствует интернализации материалов в жидкости в пустотах GTRP. Такие материалы могут включать водорастворимые полимеры. Это может привести к превосходной дисперсионной способности полимера по сравнению с обычным твердым веществом при смешивании в твердом состоянии, которое является основным способом смешивания полимеров в шинной промышленности, для полученных частиц, например, к превосходной прочности при растяжении, гистерезису и сдвигу. Можно наблюдать улучшение физической прочности на от 200 до 300% или более по сравнению с тем, что наблюдают в резине, обычно используемой в шинной промышленности.

[0156] На основе анализа физических свойств образцов, состоящих из смесей постреакторных GTRP с небольшими количествами исходного стирольного 1,4-цис-полибутадиенового полимера, можно обеспечить на регулярной основе плотность сшивания, составляющую более приблизительно 80%, по сравнению с компаундом, состоящим из исходной саженаполненной маточной смеси для шин, за счет применения пероксида дикумила (DCP) в качестве катализатора, отверждаемого в течение двух часов при 240°F (примерно 116 °С). DCP обеспечивает химически активное сшивание при температуре ниже 240°F (примерно 116 °С), но температуры отверждения выше такого порога приводят к разжижению привязанной серной цепи, так что ее лабильное состояние обеспечит более эффективное завершение перегруппировки. Другим эффективным ускорителем является ди(трет-бутилпероксиизопропил)бензол (CAS № 25155-25-3, также называемый DBPI).

[0157] Силиконовую резину (SiR), привитую посредством функциональности бутадиенового гомополимера с высоким содержанием 1,2-винила, можно сшить с катализатором, содержащим меркапто группу. Такие смеси обеспечат высокие плотности сшивания и получение однородных эластомерных взаимопроникающих доменов, проявляющих превосходные гибридные свойства, известные для обеих групп резины. Гибрид SiR, полученный из саженаполненной маточной смеси и NR/SBR (натурального/стирол-бутадиенового каучука), в котором используют регенерированные EOL частицы, представляет собой новую, экономически эффективную инновацию.

[0158] Согласно другому варианту реализации в безводной среде размер частиц GTRP уменьшается и происходит перегруппировка поперечных связей. Согласно одному из вариантов реализации реагенты объединяют в условиях окружающей среды или в условиях повышенной температуры, например, приблизительно 250°F (примерно 121°С) (например, от 230°F (110°С) до 270°F (примерно 132°С), или от 240°F (примерно 116°С) до 260°F (примерно 127°С), или от 245°F (примерно 118°С) до 255°F (примерно 124°С)), в трехвальном вертикальном смесителе, вальцовой мельнице, экструдере, смесителе Бенбери или другом подходящем смесительном устройстве. Реагент (например, ацетат меди или соль другого металла, как описано в настоящем документе) в твердой форме предварительно нагревают до температуры 250°F (примерно 121°С) (например, предпочтительно выше температуры плавления соли металла, например, до 250°F (примерно 121°С) или более, например, от 230°F (110°С) до 270°F (примерно 132°С), или от 240°F (примерно 116°С) до 260°F (примерно 127°С), или от 245°F (примерно 118°С) до 255°F (примерно 123°С)) в отдельном сосуде в инертной атмосфере (например, в слое азота), затем добавляют к резиновой крошке или добавляют непосредственно к резиновой крошке в условиях окружающей среды. Согласно определенным вариантам реализации инертная атмосфера можно быть необязательной. Нагретый реагент объединяют с предварительно нагретой резиновой крошкой из отслуживших свой срок шин. Например, нагретый реагент можно распылить, оросить в виде аэрозоля или вылить в предварительно нагретую резиновую крошку из отслуживших свой срок шин при перемешивании для достижения равномерного покрытия и распределения реагента на предварительно нагретой резиновой крошке из отслуживших свой срок шин с получением активированной резиновой крошки из отслуживших свой срок шин. При добавлении непосредственно к предварительно нагретой резиновой крошке из отслуживших свой срок шин указанный реагент можно предпочтительно получить в форме тонкоизмельченного порошка.

[0159] В некоторых вариантах реализации может быть выгодно подвергать материалы, содержащие материал PTR согласно предложенным вариантам реализации, облучению с применением излучателя, как описано в патенте США № 8992118, патенте США № 9169606, патенте США № 9074328, патенте США № 9347187, патенте США № 9481967, патенте США № 9551117, патенте США № 9551114, патенте США № 9624625, патенте США № 9637870, патенте США № 9127413 и патенте США № 9057163, содержание каждого из которых, тем самым, в полном объеме включено посредством ссылки. Хотя согласно некоторым вариантам реализации в излучателе можно использовать вытянутые (например, спиральные, прямые, трубчатые или другие структуры в форме волновода) полупроводники (например, из карбида кремния, неориентированного углеродного волокна, легированного нитрида бора) или проводники с сопротивлением (например, железо-никелевые), согласно особенно предпочтительному варианту реализации панели содержат змеевидный провод в качестве излучателя. Преимущество змеевидной конфигурации заключается в том, что она не обладает высоким сопротивлением, которое проявляют катушки, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Соответственно, больше энергии излучается в виде излучения требуемой длины волны. Катушки располагают на определенном расстоянии друг от друга для минимизации сопротивления, при этом излучаемая энергия излучается в «зажатом» пространстве, ограниченном с верхней стороны высокоплотной керамикой, которая имеет очень низкую диэлектрическую проницаемость и по существу перенаправляет отраженную энергию от змеевидного провода вниз.

[0160] На нижней стороне проводов, которые можно успешно встроить в опорную часть или которые могут быть самонесущими, расположена тонкая слюдяная панель. Слюдяная группа слоистых силикатных (филлосиликатных) минералов включает несколько близкородственных материалов, имеющих почти идеальный основной кливаж. Все такие минералы являются моноклинными, проявляют тенденцию к образованию псевдогексагональных кристаллов и обладают сходным химическим составом. Почти идеальный кливаж, который представляет собой наиболее значимую характеристику слюды, объясняется гексагональным пластообразным расположением ее атомов. Слюда или другие материалы, проявляющие слюдяные свойства, могут содержать большое количество слоев, которые создают двойное или тройное лучепреломление (двуосное двулучепреломление). Двулучепреломление представляет собой оптическое свойство материала, имеющего показатель преломления, зависящий от поляризации и направления распространения света. Считается, что такие оптически анизотропные материалы являются двулучепреломляющими. Двулучепреломление часто определяю количественно по максимальной разнице показателя преломления внутри материала. Двулучепреломление также часто используют как синоним двойного преломления, разложения луча света на два луча при прохождении через двулучепреломляющий материал. Кристаллы с анизотропной кристаллической структурой часто являются двулучепреломляющими, также как пластмассы при механической нагрузке. Двуосное двулучепреломление описывает анизотропный материал, который имеет более одной оси анизотропии. Для такого материала тензор показателя преломления n в общем случае будет иметь три различных собственных значений, которые можно обозначить nα, nβ и nγ. Как излучаемая энергия, так и энергия проводимости от змеевидного провода передается слюдяному элементу. Характеристики двулучепреломления слюдяного материала можно использовать для передачи подмножества длин волн, генерируемых змеевидным проводом, при отфильтровывании других длин волн. В излучателе согласно определенному варианту реализации используют оболочку из нержавеющей стали, которая защищает слюдяной материал от повреждения. Такая проводящая оболочка позволяет передавать энергию без значительного преобразования длины волны. При применении такой комбинации компонентов (например, змеевидного провода, слюдяного материала, оболочки из нержавеющей стали) энергия, генерируемая змеевидным проводом, с пиковой длиной волны примерно 2 микрометра может иметь пиковую длину волны, составляющую примерно 20 микрометров. Толщину или другие характеристики слюдяного материала можно регулировать таким образом, чтобы обеспечить заданную длину волны или диапазон длин волн, направленных к поверхности.

[0161] Согласно одному из вариантов реализации предложенное устройство имеет размер между резонаторами шириной 2 фута (примерно 0,6 м) на длину 1 фут (примерно 0,3 м) и выполнено подобно колпаку, в котором установлена керамическая изоляция. Для удобства пользования элементы излучателя предпочтительно имеют размер 1 фут (примерно 0,3 м) на 1 фут (примерно 0,3 м) или имеют другой размер (например, соответствующий ширине рулонного кровельного покрытия или стандартной ширине, применяемой при строительстве зданий, например, 16 дюймов (примерно 40 см)). Такие элементы могут иметь плотность потока до 14 Вт на квадратный дюйм (примерно 22 кВт/м²) при полной энергии, которую можно получить, например, от генератора, который может вырабатывать 250 кВт. Согласно некоторым вариантам реализации модуль излучателя может содержать несущий каркас, источник питания, механизм прерывания питания, излучатель электромагнитного излучения и систему позиционирования. Модуль излучателя может иметь ширину в несколько футов (1 фут примерно 0,3 м), длину в несколько футов и высоту в несколько футов или меньше, что позволяет использовать его одному оператору (например, небольшой излучатель в подвижном каркасе, который может толкать оператор или который можно поместить на конец палочки или рукоятки). Модуль излучателя может также иметь и другие размеры. Каркас может поддерживать один или более других компонентов.

[0162] Каркас может содержать элементы подходящей конструкции, такие как металлические опоры, балки, рельсы или другие подобные конструкции. Каркас можно выполнить с возможностью предотвращения значительной деформации при применении или при транспортировке или при применении на рабочем месте. Каркас может быть выполнен с возможностью поддержки по меньшей мере части массы различных компонентов. Согласно некоторым вариантам реализации каркас содержит одну или более балок. Балки могут содержать металл, древесину или другой материал, который может должным образом выдерживать массу компонентов. Балки могут содержать алюминий или сталь, и согласно некоторым вариантам реализации может быть выгодным использовать материал, который является одновременно легким и прочным. Одна или более балок могут быть расположены на любой стороне каркаса и на любом конце каркаса. Балки, расположенные на стороне, могут быть вертикально соединены с помощью кронштейнов, пластин или других крепежных механизмов. Детали могут быть соединены сваркой или для соединения деталей можно использовать болты. Одна или более балок могут проходить через каркас с одной стороны на другую сторону или спереди назад, и могут быть выполнены с возможностью обеспечения опорного или крепежного механизма для других компонентов. Одна или более балок, проходящих через каркас, могут быть расположены вблизи нижней части каркаса, так что один или более излучателей электромагнитного излучения могут быть прикреплены к указанным балкам. Каркас может прикрепляться к одному или более колесам, напрямую или косвенно, что может облегчить транспортировку или перемещение каркаса по рулонному кровельному покрытию, подлежащему нагреванию.

[0163] Согласно некоторым вариантам реализации каркас может быть выполнен с возможностью предотвращения изгиба, провисания или скручивания даже при перемещении по пересеченной местности. Каркас может обеспечивать надежную конструкцию, поддерживающую один или более компонентов модуля. Поскольку указанный модуль можно использовать в различных средах, может быть целесообразно, чтобы каркас и модуль были устойчивы к деформации и повреждению при транспортировке и применении. Например, модуль можно использовать на крышах, которые являются неровными. Может быть выгодным, чтобы каркас выдерживал транспортировку по пересеченной местности. В качестве другого примера, каркас и модуль можно использовать на открытом воздухе в отдаленных местах. Может быть целесообразно, чтобы каркас и модуль были устойчивы не только к повреждениям во время транспортировки в отдаленное место, но также чтобы каркас и модуль были устойчивы к воздействию погоды в таком месте. Даже при неблагоприятных условиях и продолжительном перемещении и транспортировке может быть целесообразно, чтобы нижняя поверхность каркаса оставалась в целом на постоянном расстоянии от рулонного кровельного покрытия, поверх которого может быть установлен модуль. Поэтому каркас может быть достаточно прочным и устойчивым к деформации или повреждению в различных условиях.

[0164] Резина, например, наполнитель в виде измельченных шин или материал PTR, описанный в настоящем документе, представляет собой высоко энергопоглощающий материал. Если указанный материал поглощает слишком много энергии слишком быстро, он превратится в источник возгорания и может повредить блок излучателя или выбрасывать в атмосферу выделяемые газы. Соответственно, согласно некоторым вариантам реализации желательно установить на панели излучателя контур обратной связи для непрерывного мониторинга плотности энергии при конкретной настройке излучателя и ее влияния на рулонное кровельное покрытие.

Примеры применения

[0165] Взаимосвязано-замещенные резины, полученные согласно способам предложенных вариантов реализации, можно применять в изделиях, в которых используют исходный натуральный каучук, а также в изделиях, в которых используют утилизированную резину, например, резиновую крошку, или можно извлечь пользу от частично вулканизованного/частично взаимосвязано-замещенного резинового продукта. Путем регулирования степени взаимосвязанного замещения можно получить резиновый продукт с требуемым набором свойств (например, с требуемой твердостью, растекаемостью, растворимостью, способностью быть привитым, размером частиц и т.д.). Например, согласно определенным вариантам реализации желательно уменьшить размер частиц резиновой крошки, например, полученной из отслуживших свой срок шин или других источников вулканизированной резины. Способы согласно предложенным вариантам реализации обеспечивают эффективный и экономичный способ уменьшения среднего размера частиц резиновой крошки, например, по сравнению с криогенными способами, использованием центрифуг и т. д. - преимущество, отдельное от любых реакционных или других свойств, придаваемых химической модификацией резинового полимера.

Прорезиненный асфальт

[0166] Одним из типичных применений резиновых материалов согласно предложенным вариантам реализации является добавка или функционализирующий агент для асфальта, например, применяемого при укладке дорожного покрытия, кровельных работах или нанесении покрытий.

[0167] Со временем асфальтовое дорожное покрытие страдает от окислительного твердения. Такое окислительное твердение приводит к растрескиванию дорожного покрытия, появлению выбоин и выбросу гравия на поверхности. Добавление к асфальтовому вяжущему веществу резины, такой как резиновая крошка из утилизированных автомобильных шин, значительно снижает скорость окислительного твердения асфальтового дорожного покрытия и увеличивает срок эксплуатации дороги. Такую резиноасфальтовую смесь обычно называют резиноасфальтовым вяжущим веществом (ARB).

[0168] ARB и заполнители обычно смешивают вместе и распределяют на поверхности дороги с образованием асфальтового дорожного покрытия. Поскольку ARB предшествующего уровня техники очень чувствительно к температуре, его можно наносить на дороги только при определенной температуре поверхности и погодных условиях. Это, в свою очередь, ограничивает работы по укладке дорожного покрытия в большинстве регионов страны только несколькими месяцами в году. Кроме того, для поддержания смеси в свободнотекучем и однородном состоянии на рабочих местах часто требуется специальное оборудование для нагревания/смешивания. В некоторых случаях в материал горячей резиноасфальтовой смеси вводят добавки для уменьшения расслоения, коркообразования или комкования резиновой крошки. Однако такие добавки могут оказывать негативное воздействие на другие свойства смеси. Таким образом, для поддержания смеси в свободнотекучем и однородном состоянии существует настоятельная потребность в улучшенной системе ARB, которая менее чувствительна к условиям окружающей среды и которую можно легко нанести на поверхность без необходимости применения дорогостоящего или сложного оборудования или добавок. Способы и композиции согласно предложенным вариантам реализации обеспечивают взаимосвязано-замещенную резину, подходящую для применения в высокоэффективных системах ARB.

[0169] Многие специалисты считали, что эмульгирование резиноасфальтового вяжущего вещества для систем защиты дорожных покрытий недостижимо из-за трудностей эмульгирования смеси, содержащей резиновую крошку и асфальт. Например, в нормальных условиях резиноасфальтовое вяжущее вещество не может быть легко эмульгировано, поскольку частицы резины нарушают ламинарный поток резиноасфальтовой матрицы во время смешивания в коллоидной мельнице. Настоящие способы и взаимосвязано-замещенная резина согласно предложенным вариантам реализации позволяют преодолеть указанные трудности путем предварительного компаундирования взаимосвязано-замещенной резины с тем, чтобы облегчить диспергирование в конечной эмульсии. Согласно некоторым вариантам реализации предварительное компаундирование может устранить нарушение ламинарного потока, которое может происходить при эмульгировании вяжущего вещества с помощью коллоидной мельницы. Не ограничивая какой-либо вариант реализации теорией, полагают, что во время смешивания взаимосвязано-замещенная резиновая крошка по существу подвергается гомогенизации с образованием в асфальтовой эмульсии капель асфальта, образуя, таким образом, однородную и гомогенную эмульсию резиноасфальтового вяжущего вещества.

[0170] Согласно некоторым вариантам реализации тонкоизмельченную шинную резину, которая была подвергнута указанному процессу согласно предложенным вариантам реализации, погружают в асфальт с образованием горячего резинового клея. Например, некоторые способы включают погружение при постоянном перемешивании тонкоизмельченной шинной резины (резиновой крошки), подвергнутой взаимосвязанному замещению, с размером примерно от 80 до 140 меш, в безводный модифицированный полимером асфальт с температурой до примерно 350°F (примерно 177°С), в результате чего взаимосвязано-замещенная измельченная шинная резина набухает и взаимодействует, «покрывая», тем самым, отдельную частицу взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с образованием горячего резинового клея. Затем прореагировавший горячий резиновый клей можно компаундировать с асфальтовой эмульсией при высоком усилии сдвига и можно получить в виде покрытия, герметика и/или адгезива. Полученная резиноасфальтовая эмульсия будет быстро отверждаться с получением водостойкого резиноасфальтового вяжущего вещества, не образующего колеи, или элемента покрытия с превосходной стойкостью к окислительному твердению, погодным условиям или механическому износу. Указанную эмульсию также можно приготовить таким образом, чтобы она отверждалась при нетипичных зимних температурах до 40°F (примерно 4°С) и в ночное время. Полученная резиноасфальтовая вяжущая эмульсия имеет улучшенную адгезию, когезию, быстро развивающуюся когезионную прочность в невулканизированном состоянии и водостойкость при применении в отвержденных в условиях окружающей среды, конструкционных водонепроницаемых системах для защиты дорожных покрытий.

[0171] Некоторые из предложенных способов включают обработку взаимосвязано-замещенной резиновой крошки асфальтовой композицией с образованием композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и последующее смешивание композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с асфальтовой эмульсией с образованием эмульгированного резиноасфальтового вяжущего вещества. Для получения эмульсий резиноасфальтового вяжущего вещества можно использовать различные асфальтовые эмульсии. Например, согласно некоторым вариантам реализации асфальтовая эмульсия может представлять собой продукт смешивания первого асфальта с водой и поверхностно-активным веществом с образованием первой эмульсии. Что касается состава асфальтовой эмульсии, асфальтовая эмульсия предпочтительно может содержать первый асфальт, поверхностно-активное вещество и воду.

[0172] Для получения эмульсий резиноасфальтового вяжущего вещества можно использовать различные композиции покрытой асфальтом резиновой крошки. Например, композиция покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки может представлять собой продукт смешивания множества частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с эффективным количеством второго асфальта, предназначенного для покрытия указанных частиц, при этом второй асфальт вызвал набухание частиц. Хотя состав композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки варьирует, один из примеров может включать множество частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и второй асфальт, при этом указанные частицы по существу покрыты вторым асфальтом, и частицы набухли в присутствии второго асфальта.

[0173] Таким образом, один из способов получения эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества включает: смешивание первой асфальтовой эмульсии с композицией покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества; при этом первая асфальтовая эмульсия представляет собой продукт смешивания первого асфальта с водой и поверхностно-активным веществом с образованием первой асфальтовой эмульсии; и при этом композиция покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки представляет собой продукт смешивания множества частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с эффективным количеством второго асфальта, предназначенного для покрытия частиц, и при этом второй асфальт вызвал набухание частиц.

[0174] Другой аспект относится к способу получения эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества, включающему: смешивание первой асфальтовой эмульсии с композицией покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества; при этом первая асфальтовая эмульсия содержит первый асфальт, поверхностно-активное вещество и воду; и при этом композиция покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки содержит множество частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и эффективное количество второго асфальта, предназначенного для покрытия частиц, указанные частицы по существу покрыты вторым асфальтом, и частицы набухли в присутствии второго асфальта.

[0175] Некоторые способы получения эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества включают: смешивание первого асфальта с водой и первым поверхностно-активным веществом с образованием первой эмульсии; смешивание множества частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с эффективным количеством второго асфальта, предназначенного для покрытия частиц, с получением композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и обеспечение набухания частиц; и смешивание первой асфальтовой эмульсии с композицией покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества.

[0176] В некоторых вариантах реализации предложена эмульсия резиноасфальтового вяжущего вещества, полученная способом, описанным в настоящем документе. Другой аспект относится к эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества, содержащей: асфальт; взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, составляющую от примерно 30% до примерно 50% от общей массы всех нелетучих компонентов эмульсии, набухшую в присутствии асфальта; катионное поверхностно-активное вещество; и воду; при этом указанная эмульсия является стабильной при рН ниже примерно 7.

[0177] Также предложена асфальтовая эмульсия, содержащая: асфальт с показателем пенетрации от примерно 0 дмм до примерно 30 дмм; амидоаминовое поверхностно-активное вещество, его аммониевую соль или их комбинацию; и воду, составляющую от примерно 30% до примерно 50% относительно массы эмульсии.

[0178] В некоторых вариантах реализации предложена композиция покрытой асфальтом резины, содержащая: асфальт; взаимосвязано-замещенную резиновую крошку; и определенное количество катионного поверхностно-активного вещества, которое является эффективным с точки зрения увеличения гидрофильности композиции по сравнению с композицией, которая является идентичной, за исключением того, что она не содержит добавленного катионного поверхностно-активного вещества.

[0179] Согласно одному из вариантов реализации в настоящем изобретении предложен способ получения резиноасфальтовой композиции, соответствующей определению резиноасфальтового вяжущего вещества, изложенному в ASTM D8-02 или его модификациях, которые время от времени могут приниматься агентством, разрабатывающим технические условия и другие нормативные документы. Согласно предпочтительному варианту реализации такой способ обеспечивает резиноасфальтовое вяжущее вещество в форме эмульсии. Указанный способ обычно включает получение асфальта с разными показателями пенетрации, объединение асфальта каждого вида с предварительно выбранными химическими веществами с получением отдельных предварительно смешанных компонентов, смешивание предварительно смешанных компонентов при заданных условиях с получением после отверждения резиноасфальтовой композиции, удовлетворяющей определенным физическим требованиям для резиноасфальтового вяжущего вещества, таким как требования, изложенные в ASTM D8-02. Предпочтительно, если полученная резиноасфальтовая композиция не только соответствует физическим требованиям для ARB, применяемого при укладке дорожного покрытия, но также характеризуется улучшенным диспергированием резины, таким как диспергирование резины в водомасляной эмульсии асфальта.

[0180] Указанные резиноасфальтовые композиции также можно использовать в качестве вяжущего вещества, покрытия, герметика, адгезива или их комбинации, а также можно адаптировать для укладки дорожного покрытия, кровельных работ и других связанных применений. Например, согласно некоторым вариантам реализации композицию резиноасфальтового вяжущего вещества или эмульсию резиноасфальтового вяжущего вещества можно использовать в качестве вяжущего материала в виде HMA (горячей асфальтовой смеси) для первичной обработки дорожного покрытия, вяжущего материала для первичной обработки дорожного покрытия для формирования SAMI, вяжущего вещества для формирования SAMI (промежуточного слоя в виде поглощающей напряжение мембраны) с применением щебня, герметизирующего состава для ремонта дорожного покрытия, жидкого герметика для поверхностной обработки дорожного покрытия путем разбрызгивания, герметизирующего состава для обеспечения сопротивления скольжению (заносу) на дорожной полосе - вяжущего вещества для поверхностной обработки, вяжущего вещества для изоляционного слоя дорожного покрытия, суспензионного вяжущего вещества типа I, типа II или типа III Микро согласно ISSA (Международной Ассоциации покрытий типа асфальта), или адгезива, полученного путем смешивания в холодном состоянии, включая RAP (повторно использованный асфальт), кровельной мембраны D1227 типа III B, погруженного мембранного слоя, гидроизолирующего цемента (flashing cement), покрытия стальных или бетонных труб, водонепроницаемой мастики (мастик) и т.п. или их комбинации.

[0181] Согласно предпочтительному варианту реализации выбирают асфальт с тремя разными показателями пенетрации, что включает твердый асфальт, предпочтительно имеющий показатель пенетрации от примерно 0 дмм до примерно 50 дмм или от примерно 0 дмм до примерно 90 дмм; асфальт средней твердости, предпочтительно имеющий показатель пенетрации от примерно 90 дмм до примерно 200 дмм или от примерно 150 дмм до примерно 200 дмм; и мягкий асфальт, предпочтительно имеющий показатель пенетрации от примерно 200 дмм до примерно 300 дмм. Твердый асфальт предпочтительно смешивают с определенными поверхностно-активными веществами и водой с образованием эмульсии твердого асфальта с низким показателем пенетрации. Мягкий асфальт предпочтительно модифицируют полимером, а затем смешивают с некоторыми поверхностно-активными веществами и водой с получением эмульсии модифицированного полимером мягкого асфальта с высоким показателем пенетрации. Асфальт средней твердости предпочтительно смешивают и подвергают взаимодействию со взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой при температуре примерно 350°F (примерно 177°С) с образованием резиноасфальтовой смеси, а затем объединяют с определенным поверхностно-активным веществом и необязательно водой с получением мастики. Затем эмульсию твердого асфальта с низким показателем пенетрации, эмульсию модифицированного полимером мягкого асфальта с высоким показателем пенетрации и мастику смешивают в различных соотношениях с получением различных резиноасфальтовых композиций(и) на водной основе. Согласно одному из вариантов реализации эмульсию твердого асфальта с низким показателем пенетрации и эмульсию модифицированного полимером мягкого асфальта с высоким показателем пенетрации сначала смешивают вместе с получением предварительной эмульсионной смеси, которую затем смешивают с мастикой с получением по существу гомогенной, свободнотекучей резиноасфальтовой эмульсионной смеси на водной основе, которую можно наносить на дорожные поверхности при различных температурах. Мастику на основе взаимосвязано-замещенной резиновой крошки можно растворить или диспергировать в любой фазе водосодержащей композиции. Например, резиновая мастика может представлять собой отдельную твердую фазу, диспергированную в одной или более жидких фазах эмульсии, резиновая мастика может представлять собой отдельную жидкую фазу, диспергированную в одной или более жидких фазах эмульсии, или резиновую мастику можно растворить в одной или более жидких фазах эмульсии. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации указанная отвержденная конечная смесь соответствует соотношениям резина/асфальт, установленным в ASTM D6114-97, которые обеспечивают подходящее резиноасфальтовое вяжущее вещество для асфальтового дорожного покрытия. Согласно другому варианту реализации такую резиноасфальтовую эмульсионную смесь смешивают с заполнителем при температуре от примерно 32°F (0°С) до примерно 100°F (примерно 38°С) или примерно 130°F (примерно 54°С) с получением асфальтового дорожного покрытия. Некоторые эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества способны отверждаться зимой или ночью. Например, некоторые эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества могут полностью отверждаться при температурах всего лишь от примерно 40°F (примерно 4°С) до примерно 32°F (0°С).

[0182] Согласно другому варианту реализации предложена композиция резиноасфальтового вяжущего вещества на водной основе. Такую композицию можно использовать в качестве вяжущего вещества, покрытия, герметика, адгезива или их комбинации, а также можно адаптировать для укладки дорожного покрытия, кровельных работ и других связанных применений. Например, согласно некоторым вариантам реализации композицию резиноасфальтового вяжущего вещества или эмульсию резиноасфальтового вяжущего вещества можно использовать в качестве вяжущего материала в виде HMA (горячей асфальтовой смеси) для первичной обработки дорожного покрытия, вяжущего материала для первичной обработки дорожного покрытия для формирования SAMI, вяжущего вещества для формирования SAMI (промежуточного слоя в виде поглощающей напряжение мембраны) с применением щебня, герметизирующего состава для ремонта дорожного покрытия, жидкого герметика для поверхностной обработки дорожного покрытия путем разбрызгивания, герметизирующего состава для обеспечения сопротивления скольжению (заносу) на дорожной полосе - вяжущего вещества для поверхностной обработки, вяжущего вещества для изоляционного слоя дорожного покрытия, суспензионного вяжущего вещества типа I, типа II или типа III Микро согласно ISSA (Международной Ассоциации покрытий типа асфальта), или адгезива, полученного путем смешивания в холодном состоянии, включая RAP (повторно использованный асфальт), кровельной мембраны D1227 типа III B, погруженного мембранного слоя, гидроизолирующего цемента (flashing cement), покрытия стальных или бетонных труб, водонепроницаемой мастики (мастик) и т.п. или их комбинации. Согласно одному из вариантов реализации композиция содержит асфальт; взаимосвязано-замещенную резиновую крошку; эпоксидированный ненасыщенный триглицерид, диспергированный в растворителе эфир экстракционной канифоли, функциональное производное растительного масла или их комбинацию; поверхностно-активное вещество и необязательно воду. Согласно другому варианту реализации композиция состоит по существу из: асфальта; взаимосвязано-замещенной резиновой крошки; эпоксидированного ненасыщенного триглицерида, диспергированного в растворителе эфира экстракционной канифоли, функционального производного растительного масла или их комбинации; ненасыщенной жирной кислоты; одного или более поверхностно-активных веществ; необязательно замещенного стирол-бутадиен-стирольного блок-сополимера; одного или более сшивающих агентов; и необязательно воды. Согласно другому варианту реализации композиция состоит по существу из: асфальта; взаимосвязано-замещенной резиновой крошки; эпоксидированного ненасыщенного триглицерида, диспергированного в растворителе эфира экстракционной канифоли, функционального производного растительного масла или их комбинации; ненасыщенной жирной кислоты; одного или более поверхностно-активных веществ; необязательно замещенного стирол-бутадиен-стирольного блок-сополимера; одного или более сшивающих агентов; гликолевого эфира; и необязательно воды.

[0183] Можно получить эмульсию асфальтового материала, содержащую взаимосвязано-замещенный резиновый материал согласно предложенным вариантам реализации, для обеспечения, например, горячей асфальтовой смеси, холодной асфальтовой смеси для ямочного ремонта, изоляционного слоя (жидкого герметика для поверхностной обработки дорожного покрытия путем разбрызгивания, герметика для обработки дорожного покрытия с применением щебня методом «Чип Сил» или герметика для поверхностной обработки дорожного покрытия методом «Слари Сил») или клеевого соединительного слоя между существующей основой (например, грунтом, глиной, песком, ракушечником, цементом, известняком, летучей золой, асфальтовыми материалами, утилизированным асфальтовым дорожным покрытием, утилизированным бетоном, заполнителями, существующими дорожными поверхностями (например, землей, гравием, асфальтовым покрытием, бетоном) и их смесями) и новым слоем асфальтового дорожного покрытия.

[0184] Способ получения эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества может включать выбор по меньшей мере двух разных асфальтов или обработку двух разных количеств одного и того же асфальта или типа асфальта, эмульгирование одного асфальта и объединение другого асфальта с взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой, затем соединение композиций с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества.

[0185] В общем случае один из асфальтов можно назвать «первым асфальтом», а другой асфальт в общем случае можно назвать «вторым асфальтом», исключительно для удобства для избежания путаницы при описании указанных способов. Можно использовать и другую номенклатуру, либо для удобства, либо для обеспечения описания, связанного со свойством асфальтов.

[0186] В процессе получения эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества первый асфальт объединяют с водой и поверхностно-активным веществом, например, с предварительно смешанной комбинацией поверхностно-активного вещества и воды, и необязательными добавками с получением первой асфальтовой эмульсии. Первый асфальт предпочтительно составляет от примерно 50% (масс./масс.) до примерно 70% (масс./масс.) или примерно 60% (масс./масс.), и поверхностно-активное вещество/вода составляют от примерно 30% (масс./масс.) до примерно 50 % (масс./масс.) или примерно 40% (масс./масс.) относительно массы первой асфальтовой эмульсии. Поверхностно-активное вещество/воду предпочтительно получают отдельно путем смешивания воды и поверхностно-активного вещества (веществ). Согласно одному из вариантов реализации вода составляет от примерно 35% до примерно 40% или примерно 37%, и поверхностно-активное вещество(а) составляют от примерно 0,5% до примерно 4% или примерно 2,2% относительно общей массы первой асфальтовой эмульсии. Согласно другому варианту реализации поверхностно-активное вещество состоит по существу из примерно 1,1% поверхностно-активного вещества Prime Plex ER 582 и примерно 1,1% поверхностно-активного вещества Indulin W-5 в расчете на массу эмульсии.

[0187] Первый асфальт предпочтительно находится при температуре от примерно 300°F (примерно 149°С) до примерно 350°F (примерно 177°С) во время его предварительного смешивания с поверхностно-активным веществом/водой, и поверхностно-активное вещество/вода находятся при температуре от примерно 70°F (примерно 21°С) до примерно 90°F (примерно 32°С). Согласно предпочтительному варианту реализации смешивание первого асфальта и поверхностно-активного вещества/воды осуществляют с такой скоростью, чтобы температура полученной эмульсии после смешивания составляла от примерно 190°F (примерно 88°С) до примерно 210°F (примерно 99°С). Согласно некоторым вариантам реализации асфальт и поверхностно-активное вещество/воду можно смешивать путем совместного измельчения с помощью коллоидной мельницы.

[0188] В отдельной системе или сосуде второй асфальт соединяют с взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой и необязательными компонентами, такими как поверхностно-активное вещество и/или добавки, с получением композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки. Композиция покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки содержит множество частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, покрытых вторым асфальтом. Согласно некоторым вариантам реализации до, во время или после смешивания второго асфальта с взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой добавляют безводное поверхностно-активное вещество без добавления какого-либо количества воды. Однако такой процесс необязательно можно проводить без добавления воды и без добавления какого-либо поверхностно-активного вещества. Другие добавки, которые могут быть включены до, после или во время смешивания второго асфальта и взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, включают жирные кислоты, такие как стеариновая кислота, олеиновая кислота и т.д.; канифоли, такие как экстракционная канифоль; органические растворители с высокой температурой вспышки, такие как уайт-спирит; дополнительные поверхностно-активные вещества и т. д. Согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере часть процесса смешивания частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и второго асфальта происходит в присутствии стеариновой кислоты или олеиновой кислоты, поверхностно-активного вещества на основе жирного амина, аммониевой соли аминового поверхностно-активного вещества или их комбинации. Для некоторых типичных способов по меньшей мере часть процесса смешивания частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и второго асфальта происходит в присутствии экстракционной канифоли, уайт-спирита, второго поверхностно-активного вещества, третьего поверхностно-активного вещества, содержащего функциональную аминогруппу, соли аммония или их комбинации.

[0189] В некоторых случаях при смешивании с взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой температура второго асфальта может быть выше температуры окружающей среды. Например, второй асфальт можно нагреть до температуры от примерно 325°F (примерно 163°С) до примерно 375°F (примерно 191°С) или примерно 350°F (примерно 177°С), и ко второму асфальту можно добавить взаимосвязано-замещенную резиновую крошку.

[0190] Хотя существует несколько различных типов композиций покрытой асфальтом резиновой крошки, два типа композиций покрытой асфальтом резиновой крошки включают мастику и гидрофилизированную покрытую асфальтом взаимосвязано-замещенную резиновую крошку.

[0191] В случае гидрофилизированной покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки частицы взаимосвязано-замещенной резиновой крошки могут составлять от примерно 60% до примерно 90% относительно общей массы всех нелетучих компонентов композиции. Второй асфальт предпочтительно составляет примерно 25%, и взаимосвязано-замещенная резиновая крошка составляет примерно 75% относительно массы гидрофилизированной покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки. Например, гидрофилизированная покрытая асфальтом взаимосвязано-замещенная резиновая крошка может содержать примерно от 20 до 80 % масс. или от 25 до 75 % масс. или от 60 до 80 % масс. взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, при этом оставшаяся часть представляет собой асфальт и другие компоненты. Нелетучие компоненты включают компоненты, которые не испаряются в значительной степени во время процесса отверждения на месте конечного адгезива. Согласно некоторым вариантам реализации гидрофилизированную покрытую асфальтом взаимосвязано-замещенную резиновую крошку можно получить путем распыления горячего второго асфальта на поверхность взаимосвязано-замещенной резиновой крошки с последующим перемешиванием резиновой крошки в нагретом смесительном сосуде до тех пор, пока не произойдет достаточное набухание резиновой крошки. Поверхностно-активное вещество или другие добавки можно добавлять ко второму асфальту до его распыления на взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, или их можно добавить после добавления асфальта.

[0192] В случае мастики второй асфальт может составлять от примерно 60% до примерно 80%, и частицы взаимосвязано-замещенной резиновой крошки могут составлять от примерно 20% до примерно 40% относительно общей массы всех нелетучих компонентов композиции. Второй асфальт предпочтительно составляет примерно 60%, и взаимосвязано-замещенная резиновая крошка предпочтительно составляет примерно 30%, или асфальт составляет примерно 75%, а резиновая крошка составляет примерно 25% относительно массы мастики. Например, мастика может содержать примерно от 20 до 80 % масс. или от 25 до 75 % масс. или от 60 до 80 % масс. взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, при этом оставшаяся часть представляет собой асфальт и другие компоненты. Согласно другому варианту реализации диаметр частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки составляет от примерно 650 микрон (мкм) до примерно 75 мкм, например, от 75 мкм до 100 мкм, 200 мкм, 300 мкм, 400 мкм, 500 мкм или 600 мкм. Согласно некоторым вариантам реализации приемлемыми могут быть большие или меньшие диаметры частиц, например, от 600 до 700 мкм, 800 мкм, 900 мкм или 1000 мкм или более; или от 75 мкм до 60 мкм, 50 мкм, 40 мкм, 30 мкм, 20 мкм или 10 мкм или менее.

[0193] Согласно некоторым вариантам реализации мастика содержит примерно 60,5% (масс./масс.) второго асфальта, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 4% (масс./масс.) эпоксидированного соевого масла, примерно 4% (масс./масс.) воды и примерно 1,5% поверхностно-активного вещества. Согласно другим вариантам реализации мастика состоит по существу из примерно 60,5% (масс./масс.) второго асфальта, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 4% (масс./масс.) эпоксидированного соевого масла, примерно 4% (масс./масс.) воды и примерно 1,5% поверхностно-активного вещества. Согласно другому варианту реализации мастика состоит по существу из примерно 60,5% (масс./масс.) второго асфальта, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 4% (масс./масс.) эпоксидированного соевого масла, примерно 4% (масс./масс.) воды и/или гликолевого эфира и примерно 1,5% поверхностно-активного вещества. Согласно еще одному варианту реализации мастика состоит по существу из примерно 55% (масс./масс.) асфальта средней твердости, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 11% (масс./масс.) эфира экстракционной канифоли, растворенного в растворителе с высокой температурой вспышки, примерно 2,5% (масс./масс.) воды и примерно 1,5% (масс./масс.) поверхностно-активного вещества. Согласно некоторым вариантам реализации добавление к мастике летучих компонентов осуществляют последовательно. Например, первоначальная реакция асфальта и резиновой крошки может протекать при высокой температуре (от 325°F (примерно 163°С) до 375°F (примерно 191°С)). Далее после высокотемпературной реакции смесь можно оставить охлаждаться до температуры ниже температуры вспышки последующих добавок с тем, чтобы указанные добавки можно было подмешать в смесь.

[0194] Первую асфальтовую эмульсию можно объединить с композицией покрытой асфальтом резиновой крошки, такой как мастика или гидрофилизированная покрытая асфальтом взаимосвязано-замещенная резиновая крошка, с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества. Согласно некоторым вариантам реализации асфальтовую эмульсию можно объединять с композицией покрытой асфальтом резиновой крошки при высокой скорости сдвига до тех пор, пока смесь не станет полностью гомогенной.

[0195] Некоторые из такие способов могут дополнительно включать смешивание третьего асфальта с полимером с получением асфальта, модифицированного полимером; смешивание асфальта, модифицированного полимером, с водой и четвертым поверхностно-активным веществом с получением второй асфальтовой эмульсии; и смешивание второй асфальтовой эмульсии с по меньшей мере одной смесью, выбранной из первой асфальтовой эмульсии, композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки и эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества. Согласно некоторым вариантам реализации третий асфальт может быть мягче, чем первый асфальт.

[0196] Способ получения системы резиноасфальтового вяжущего вещества, соответствующий основному процессу описанного выше способа может включать дополнительные стадии. В таком процессе также используют третий асфальт, который имеет твердость, отличную от твердости первого асфальта и второго асфальта. Например, в предложенных способах первый асфальт называют «твердым асфальтом», второй асфальт называют «асфальтом средней твердости» и третий асфальт называют «мягким асфальтом». В общем случае указанный способ включает выбор асфальта с разными показателями пенетрации, смешивание каждого вида асфальта по отдельности с химическими веществами с получением множества предварительно смешанных исходных материалов с различными свойствами, и затем объединение предварительно смешанных исходных материалов с получением резиноасфальтовой композиции, которая при отверждении будет иметь физические свойства, эквивалентные свойствам резиноасфальтового вяжущего вещества (веществ), полученного в соответствии с ASTM D6114-97 (2002) или его модификациями, которые время от времени могут приниматься агентством, разрабатывающим технические условия и другие нормативные документы.

[0197] Предложенный процесс начинается с получения твердого асфальта предпочтительно с показателем пенетрации от примерно 0 до примерно 50 дмм или от примерно 0 до примерно 90 дмм; мягкого асфальта предпочтительно с показателем пенетрации от примерно 90 дмм до примерно 300 дмм или от примерно 200 дмм до примерно 300 дмм; асфальта средней твердости с показателем пенетрации от 150 дмм до 200 дмм.

[0198] Согласно одному из вариантов реализации предложенный способ включает предварительное смешивание твердого асфальта с поверхностно-активным веществом/водой или мыльной системой с получением эмульсии «Н». Твердый асфальт предпочтительно составляет примерно 61% (масс./масс.), и поверхностно-активное вещество/вода составляют примерно 39% (масс./масс.) относительно массы эмульсии «Н». Поверхностно-активное вещество/воду предпочтительно получают отдельно путем смешивания воды и поверхностно-активного вещества (веществ). Согласно одному из вариантов реализации вода составляет примерно 37%, и поверхностно-активное вещество(а) составляют примерно 2,2% относительно общей массы эмульсии «Н». Согласно другому варианту реализации поверхностно-активное вещество состоит по существу из примерно 1,1% поверхностно-активного вещества Prime Plex ER 582 и примерно 1,1% поверхностно-активного вещества Indulin W-5.

[0199] Твердый асфальт предпочтительно находится при температуре от примерно 300°F (примерно 149°С) до примерно 350°F (примерно 177°С) во время его предварительного смешивания с поверхностно-активным веществом/водой, и поверхностно-активное вещество/вода находятся при температуре от примерно 70°F (примерно 21°С) до примерно 90°F (примерно 32°С). Согласно предпочтительному варианту реализации смешивание твердого асфальта и поверхностно-активного вещества/воды осуществляют с такой скоростью, чтобы температура полученной эмульсии после смешивания составляла от примерно 190°F (примерно 88°С) до примерно 210°F (примерно 99°С). Асфальт и поверхностно-активное вещество/вода смешивают путем совместного измельчения с применением коллоидной мельницы.

[0200] Согласно одному из вариантов реализации предложенный способ дополнительно включает предварительное смешивание мягкого асфальта с поверхностно-активным веществом/водой или мыльной системой с получением эмульсии «Н-1». Альтернативно, согласно другому варианту реализации мягкий асфальт сначала смешивают, предпочтительно при температуре примерно 350°F (примерно 177°С), с необязательно замещенным эластомером стирол-бутадиен-стирольного блок-сополимера (SBS) с образованием модифицированного полимером асфальта. Затем такой модифицированный полимером асфальт смешивают с поверхностно-активным веществом/водой с применением коллоидной мельницы с образованием эмульсии «S».

[0201] Согласно одному из вариантов реализации мягкий асфальт или асфальт, модифицированный полимером, составляет примерно 61%, и поверхностно-активное вещество/вода составляют примерно 39% относительно общей массы эмульсии «S». Смесь поверхностно-активного вещества/воды может содержать примерно 37% воды и примерно 2% поверхностно-активного вещества относительно общей массы эмульсии «S». Согласно одному из вариантов реализации поверхностно-активное вещество состоит по существу из примерно 1,1% (масс./масс. эмульсии «H») поверхностно-активного вещества Prime Plex ER 582 и примерно 1,1% (масс./масс. эмульсии «H») поверхностно-активного вещества Indulin W-5.

[0202] Мягкий асфальт или асфальт, модифицированный полимером, может содержать улучшающую добавку, такую как ненасыщенная жирная кислота, в том числе олефин из группы стеаролов. Согласно одному из вариантов реализации модифицированный полимером асфальт состоит по существу из 58% (масс./масс. эмульсии «Н») мягкого асфальта, 1,22% (масс./масс. эмульсии «Н») улучшающей добавки и 2% (масс./масс. эмульсии «Н») эластомера SBS. Согласно другому варианту реализации асфальт и улучшающую добавку смешивают при 325°F (примерно 163°С), добавляют SBS и полученную смесь пропускают через устройство с высоким сдвиговым усилием до растворения SBS.

[0203] Согласно одному из вариантов реализации мягкий асфальт или асфальт, модифицированный полимером, находится при температуре от примерно 300°F (примерно 149°С) до примерно 350°F (примерно 177°С) во время его предварительного смешивания с поверхностно-активным веществом/водой, которые находится при температуре от примерно 70°F (примерно 21°С) до примерно 90°F (примерно 32°С). Согласно другому варианту реализации смешивание мягкого асфальта и поверхностно-активного вещества/воды осуществляют с такой скоростью, чтобы температура полученной эмульсии после смешивания составляла от примерно 190°F (примерно 88°С) до примерно 210°F (примерно 99°С). Согласно другому варианту реализации после первоначального объединения исходной комбинации мягкого асфальта и поверхностно-активного вещества/воды дополнительное перемешивание происходит в течение от 1 часа до примерно 4 часов. Согласно другому варианту реализации асфальт и поверхностно-активное вещество/вода совместно измельчают с помощью коллоидной мельницы. После образования в коллоидной мельнице эмульсии мягкого асфальта полученную эмульсию можно перемешивать, пока она рассеивает энергию до температуры 175°F (примерно°С) или ниже во время хранения.

[0204] Согласно другому варианту реализации предложенный способ дополнительно включает предварительное смешивание асфальта средней твердости с взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой с образованием резиноасфальтовой смеси. Согласно некоторым вариантам реализации резиноасфальтовую смесь соединяют с поверхностно-активным веществом/водой или мыльной системой с получением мастики. Альтернативно, поверхностно-активное вещество добавляют до, во время или после смешивания асфальта средней твердости с взаимосвязано-замещенной резиновой крошкой без добавления воды. Однако согласно некоторым вариантам реализации не добавляют ни воду, ни поверхностно-активное вещество. Согласно одному из вариантов реализации асфальт средней твердости нагревают до температуры от примерно 325°F (примерно 163°С) до примерно 375°F (примерно 191°С), и к асфальту добавляют взаимосвязано-замещенную резиновую крошку. Согласно другому варианту реализации асфальт средней твердости нагревают до примерно 350°F (примерно 177°С), и к асфальту добавляют взаимосвязано-замещенную резиновую крошку. Согласно другому варианту реализации после добавления взаимосвязано-замещенной резиновой крошки асфальт средней твердости и взаимосвязано-замещенную резиновую крошку смешивают в течение примерно 15 минут до достижения требуемой вязкости в соответствии с таблицей 1 стандарта D6114 с получением резиноасфальтовой смеси. Вязкость предпочтительно составляет от примерно 900 до примерно 1500 сП. Согласно одному из вариантов реализации асфальт составляет примерно 60% и резиновая крошка составляет примерно 30%, или асфальт составляет примерно 75% и резиновая крошка составляет примерно 25% относительно массы мастики. Согласно другому варианту реализации диаметр частиц резиновой крошки составляет от примерно 650 микрон (мкм) до примерно 75 мкм.

[0205] Согласно некоторым вариантам реализации поверхностно-активное вещество/воду, или мыльную систему, получают отдельно путем смешивания воды и поверхностно-активного вещества (веществ). Согласно одному из вариантов реализации вода составляет примерно 4%, и поверхностно-активное вещество(а) составляет примерно 1,5% относительно массы мастики. Согласно другому варианту реализации затем резиноасфальтовую смесь охлаждают до температуры от примерно 180°F (примерно 82°С) до примерно 210°F (примерно 99°С), и улучшающую добавку и поверхностно-активное вещество/воду тщательно перемешивают с обеспечением вязкой консистенции мастичной массы.

[0206] Согласно некоторым вариантам реализации мастика содержит примерно 60,5% (масс./масс.) асфальта средней твердости, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 4% (масс./масс.) эпоксидированного соевого масла, примерно 4% (масс./масс.) воды и примерно 1,5% поверхностно-активного вещества. Согласно другим вариантам реализации мастика состоит по существу из примерно 60,5% (масс./масс.) асфальта средней твердости, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 4% (масс./масс.) эпоксидированного соевого масла, примерно 4% (масс./масс.) воды и примерно 1,5% поверхностно-активного вещества. Согласно другому варианту реализации мастика состоит по существу из примерно 60,5% (масс./масс.) асфальта средней твердости, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 4% (масс./масс.) эпоксидированного соевого масла, примерно 4% (масс./масс.) воды и/или гликолевого эфира и примерно 1,5% поверхностно-активного вещества. Согласно еще одному варианту реализации мастика состоит по существу из примерно 55% (масс./масс.) асфальта средней твердости, примерно 30% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, примерно 11% (масс./масс.) эфира экстракционной канифоли, растворенного в растворителе с высокой температурой вспышки, примерно 2,5% (масс./масс.) воды и примерно 1,5% (масс./масс.) поверхностно-активного вещества.

[0207] Согласно некоторым вариантам реализации затем эмульсию «Н» и эмульсию «S» смешивают с получением предварительной эмульсионной смеси. Затем мастику перемешивают при высокой скорости сдвига до тех пор, пока смесь не станет полностью гомогенной, с получением резиноасфальтовой эмульсионной смеси. Согласно другому варианту во время смешивания эмульсии «Н» и эмульсии «S» добавляют сшивающий агент с получением асфальтового клея или дорожного покрытия со сшитым резиноасфальтовым вяжущим веществом. Согласно другому варианту реализации во время смешивания предварительной эмульсионной смеси и мастики добавляют сшивающий агент с получением адгезивного или асфальтового дорожного покрытия со сшитым резиноасфальтовым вяжущим веществом.

[0208] Согласно некоторым вариантам реализации асфальтовое дорожное покрытие, полученное с применением композиций и способов, описанных в настоящем документе, содержит резиноасфальтовое вяжущее вещество, физические свойства которого после отверждения будут эквивалентны физическим свойствам резиноасфальтового вяжущего вещества, полученного в соответствии со спецификациями ASTM D6114-97.

[0209] В настоящем документе термин «асфальт» представляет собой широкий термин и должен иметь свое обычное значение и включать, но не ограничиваться им, вяжущий материал от темно-коричневого до черного цвета, в котором преобладающими компонентами являются битумы, встречающиеся в природе или полученные при переработке нефти.

[0210] Битум представляет собой класс вяжущих веществ черного или темного цвета (твердых, полутвердых или вязких), природных или промышленных, состоящих в основном из высокомолекулярных углеводородов.

[0211] В настоящем документе термин «поверхностно-активное вещество» представляет собой широкий термин и должен иметь свое обычное значение и включать, но не ограничиваться ими, соединение или смесь соединений, содержащих как один или более гидрофобных или липофильных фрагментов, так и один или более гидрофильных фрагментов в одной молекуле. Поверхностно-активное вещество может быть неионным, анионным, катионным или амфотерным. В зависимости от таких факторов, как рН, данное поверхностно-активное вещество может принадлежать к более чем одному из перечисленных классов.

[0212] Неионные поверхностно-активные вещества не имеют формального заряда на молекулах. Неограничивающие примеры неионных поверхностно-активных веществ включают: алкилфенолэтоксилаты, такие как нонилфенолэтоксилаты или октилфенолэтоксилаты, содержащие от 30 до 100 этиленоксидных звеньев; этоксилированные спирты C_8-18, в том числе этоксилированные линейные или разветвленные спирты, такие как этоксилированные жирные спирты и т. д., содержащие от 1 до примерно 10, до примерно 20, до примерно 30 или до примерно 50 этиленоксидных звеньев; этоксилированные карбоновые кислоты C_8-18, в том числе этоксилированные линейные или разветвленные карбоновые кислоты, такие как этоксилированные жирные кислоты, содержащие от 1 до примерно 10, до примерно 20, до примерно 30 или до примерно 50 этиленоксидных звеньев; алкиловые сложные эфиры этоксилированных карбоновых кислот C_8-18, в том числе алкиловые сложные эфиры этоксилированных линейных или разветвленных карбоновых кислот, например, алкиловые сложные эфиры этоксилированных жирных кислот, такие как сложные метиловые эфиры этоксилированных жирных кислот, содержащие от 1 до примерно 10, до примерно 20, до примерно 30 или до примерно 50 этиленоксидных звеньев; сополимеры и блок-сополимеры на основе этиленоксида, такие как сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, блок-сополимеры этиленоксида и пропиленоксида и т.п., средняя молекулярная масса которых составляет от примерно 1000 до примерно 10000; этоксилированные амины, в том числе этоксилированные жирные амины, такие как талловые амины, содержащие от примерно 5 до примерно 10, до примерно 20, до примерно 30 или до примерно 50 этиленоксидных звеньев; этоксилированные диамины, в том числе этоксилированные жирные диамины, такие как талловые диамины, содержащие от примерно 5 до примерно 10, до примерно 20, до примерно 30 или до примерно 50 этиленоксидных звеньев; и их комбинации.

[0213] Аминовое поверхностно-активное вещество представляет собой любое поверхностно-активное вещество, содержащее аминный фрагмент или функциональную группу. Аминный фрагмент имеет две формы или подмножества. В первом подмножестве, или нейтральной форме, атом азота присоединен непосредственно к 3 независимым атомам, выбранным из углерода и водорода. В форме аммония или соли аммония или аммониевой функциональной группе атом азота присоединен непосредственно к 4 независимым атомам, выбранным из углерода и водорода, и несет положительный формальный заряд. Если аммоний содержит азот, присоединенный к водороду, он легко превращается в нейтральную форму при достаточно высоком значении рН.

[0214] Жирные амины представляют собой неионные поверхностно-активные вещества, если рН является достаточно высоким (то есть основным) для поддержания атомов азота депротонированными с тем, чтобы они находились в нейтральной форме. Жирный амин содержит азот, присоединенный к трем фрагментам, независимо выбранным из: Н или углеводорода. Согласно некоторым вариантам реализации азот присоединен к Н или C_8-22 углеводороду, который является либо ненасыщенным (то есть алкилом), либо имеет 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8 двойных связей. Примеры включают, но не ограничиваются ими: талловый амин, талловый диамин, соевый диамин, диамин на основе таллового масла, талловый триамин, талловый тетрамин, олеилдиамин, кокодиамин, линейный диамин C_8-18, полученный из нефти, разветвленный C_8-18 диамин, полученный из нефти, линейный C_12-18 алкилэфир диамин, разветвленный C_12-18 алкилэфир диамин, их комбинации и т.п.

[0215] Другие азотсодержащие поверхностно-активные вещества, такие как амидоамины, имидазолины, имидоамины, имины, амидоамины, амиды, имадазолы, имидазолен и т.п., также имеют нейтральные и катионные формы, аналогичные аминам. Такие азотсодержащие поверхностно-активные вещества представляют собой неионные поверхностно-активные вещества при условии, что рН является достаточно высоким (то есть основным).

[0216] Анионные поверхностно-активные вещества имеют один или более отрицательных формальных зарядов на молекулах. Примеры включают: C_6-30 карбоновые кислоты, в том числе, но не ограничиваясь ими, линейные и разветвленные карбоновые кислоты, которые включают жирные кислоты, такие как арахидиновая кислота, арахидоновая кислота, бегеновая кислота, эйкозапентаеновая кислота, линолевая кислота, α-линоленовая кислота, γ-линоленовая кислота, миристиновая кислота, лауриновая кислота, олеиновая кислота, пальмитиновая кислота, пальмитинолеиновая кислота, стеариновая кислота и т.п.; сульфонаты карбоновой кислоты C_6-30, в том числе, но не ограничиваясь ими, сульфонаты любой из карбоновых кислот, перечисленных выше; C_6-30 алкилсульфаты; C_6-30 алкилбензолсульфонаты; алкилфенолэтоксилат сульфонаты; и т.п.

[0217] Катионные поверхностно-активные вещества имеют один или более положительных формальных зарядов на молекулах. Жирные амины, такие как амины, описанные выше, являются катионными, если они находятся в форме аммония из-за достаточно низкого значения pH (то есть в кислых условиях) или вследствие того факта, что азот присоединен к 4 атомам углерода. Соединения азота, такие как амины или соли аммония, амидоамины, имидазолины, имидоамины, имины, амидоамины, амиды, имадазолы, имидазолен и т.п., также представляют собой катионные поверхностно-активные вещества при условии, что показатель рН является достаточно низким или азот является четвертичным, что означает, что он присоединен к 4 неводородным атомам.

[0218] Амфотерные поверхностно-активные вещества имеют либо положительный, либо отрицательный формальный заряд в зависимости от рН композиции. Одним из примеров являются сульфобетаины.

[0219] Согласно другим вариантам реализации поверхностно-активное вещество объединяют с лигнином. Лигнин представляет собой полимерное вещество, содержащее гидроксифенилпропановую основную цепь. Лигнин содержится в растительной ткани и ткани из растительных волокон, связанной с целлюлозой или другими растительными компонентами. В целлюлозно-бумажной промышленности лигнинсодержащий материал, такой как древесина, солома, жмых кукурузных стеблей и другая подходящая растительная ткань, может подвергаться обработке для извлечения целлюлозы и волокнистой массы. Остаточные варочные щелоки являются основными источниками технических лигнинов. Согласно некоторым вариантам реализации подходящие примеры лигнинов включают лигнин, полученный в результате крафт-варки древесины мягких пород, лигнин, полученный в результате крафт-варки древесины твердых пород, лигнин, полученный из багассы, органозольный лигнин, десульфонированный лигносульфонат и их комбинации. Согласно некоторым вариантам реализации поверхностно-активное вещество включает азотсодержащее поверхностно-активное вещество или амин и лигнин.

[0220] В настоящем документе термин «улучшающая добавка» представляет собой широкий термин и должен иметь свое обычное значение и включать смолистые вещества растительного происхождения, которые эффективно улучшают адгезивные свойства, когезионные свойства и параметры растворимости асфальта. Примеры включают функциональные производные растительного масла и ненасыщенные карбоновые кислоты.

[0221] Смешивание первой асфальтовой эмульсии с композицией покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки позволяет получить эмульсию резиноасфальтового вяжущего вещества. Хотя такие композиции могут значительно различаться, эмульсия резиноасфальтового вяжущего вещества может содержать асфальт, взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, набухшую в присутствии асфальта, поверхностно-активное вещество, такое как катионное поверхностно-активное вещество, и воду. Взаимосвязано-замещенная резиновая крошка предпочтительно составляет от примерно 15% до примерно 45% или от примерно 30% до примерно 45% относительно общей массы всех нелетучих компонентов эмульсии, например, от 10 до 80 % масс. композиции содержит взаимосвязано-замещенную резиновую крошку с другими компонентами, составляющими оставшуюся часть композиции. Согласно некоторым вариантам реализации pH должен быть ниже примерно 7 или от примерно 2 до примерно 6.

[0222] Один из типов эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества получают из трех отдельных асфальтовых композиций: резиноасфальтовой композиции, эмульсии твердого асфальта и эмульсии мягкого асфальта, которые можно объединить в одну композицию с получением резиноасфальтовой эмульсионной смеси. Хотя каждая из таких отдельных асфальтовых композиций может значительно отличаться, композиция покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки может содержать асфальт средней твердости, взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, поверхностно-активное вещество и воду; эмульсия твердого асфальта может содержать твердый асфальт, поверхностно-активное вещество и воду; и эмульсия мягкого асфальта может содержать мягкий асфальт, поверхностно-активное вещество; и воду.

[0223] Количество различных асфальтовых композиций в эмульсионной смеси может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, не предполагая какого-либо ограничения, количество резиноасфальтовой композиции может составлять от примерно 25% (масс./масс.) до примерно 50% (масс./масс.) или предпочтительно от примерно 30% (масс./масс.) до примерно 40% (масс./масс.); количество эмульсии твердого асфальта может составлять от примерно 30% (масс./масс.) до примерно 60% (масс./масс.) или предпочтительно от примерно 40% (масс./масс.) до примерно 50% (масс./масс.); и количество эмульсии мягкого асфальта может составлять от примерно 10% (масс./масс.) до примерно 30% (масс./масс.) или предпочтительно от примерно 15% (масс./масс.) до примерно 25% (масс./масс.).

[0224] Способ смешивания трех эмульсий может варьировать. В одном из неограничивающих примеров эмульсионную смесь можно получить путем тщательного смешивания эмульсии твердого асфальта и эмульсии мягкого асфальта с последующим смешиванием с композицией покрытой асфальтом резиновой крошки. Согласно некоторым вариантам реализации композицию покрытой асфальтом резиновой крошки смешивают при высоком усилии сдвига тех пор, пока смесь не станет полностью гомогенной. Каждую из: эмульсии твердого асфальта, эмульсии мягкого асфальта и композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, применяемых в эмульсионной смеси, можно получить любым из способов, описанных в настоящем документе.

[0225] Согласно предпочтительному варианту эмульсия резиноасфальтового вяжущего вещества содержит: асфальт, взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, эпоксидированный ненасыщенный триглицерид, поверхностно-активное вещество и воду; при этом указанная композиция соответствует спецификации Международного стандарта ASTM для резиноасфальтового вяжущего вещества.

[0226] В эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества может присутствовать сшивающий агент. Сшивающий агент может присутствовать, поскольку он являлся частью асфальтовой эмульсии, композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резины или другого необязательного компонента, включенного в конечную эмульсию. Например, сшивающий агент может являться частью эмульсии мягкого асфальта, описанной в настоящем документе (например, эмульсии «S»), которая включена в указанную смесь. Альтернативно, эмульсия резиноасфальтового вяжущего вещества может дополнительно содержать сшивающий агент, который отсутствует в любом из компонентов асфальта, объединенных для получения конечной эмульсии. Или один из компонентов асфальта, объединенных для получения эмульсии, такой как эмульсия мягкого асфальта, может содержать сшивающий агент, при этом к конечной эмульсии можно добавить дополнительное количество сшивающего агента. Сшивающий агент можно добавлять в любой момент во время смешивания асфальтовых композиций; при этом он может быть полезен при обеспечении асфальтового дорожного покрытия со сшитым резиноасфальтовым вяжущим веществом.

[0227] Сшивающий агент может представлять собой любой из многих сшивающих агентов, известных в данной области, в том числе агентов, работающих согласно анионному, катионному или свободнорадикальному механизму. Согласно некоторым вариантам реализации сшивающий агент представляет собой серу или соединение серы, такое как тиол, тиоэфир, дисульфид или т.п. Сшивающий агент предпочтительно содержит от 0 до 1000 атомов углерода и от 1 до 1000 атомов серы. Согласно одному из вариантов реализации сшивающий агент представляет собой анионный сшивающий агент. Некоторыми неограничивающими примерами подходящих анионных сшивающих агентов являются агенты, содержащие одну или более функциональных групп, независимо выбранных из -CR₂ -O -, -CR₂ -S -, -CR₂ -CR₂ - и -CR₂ -NR -, при этом каждый R независимо представляет собой H, углеводород или дополнительную связь, образующую = C.

[0228] Не предполагая какого-либо ограничения, эмульсию резиноасфальтового вяжущего вещества можно использовать для получения асфальтового дорожного покрытия при температурах окружающей среды с применением способа, включающего смешивание эмульсионной смеси с заполнителем и высушивание полученной смеси. Согласно одному из вариантов реализации сухое резиноасфальтовое вяжущее вещество в асфальтовом дорожном покрытии содержит от примерно 15% (масс./масс.) до примерно 50% (масс./масс.), от примерно 4% до примерно 12%, от примерно 12% (масс./масс.) до примерно 22% (масс./масс.) или от примерно 15% (масс./масс.) до примерно 22% (масс./масс.) взаимосвязано-замещенной резиновой крошки.

[0229] Согласно некоторым вариантам реализации эмульсионная смесь может быть катионной или анионной. Для некоторых катионных эмульсий pH может составлять от примерно 2,5 до примерно 4,5. Для некоторых анионных эмульсий pH может составлять от примерно 8 до примерно 10.

[0230] Композиции и способы, описанные в настоящем документе, позволяют улучшить различные характеристики асфальтовой эмульсии по сравнению с обычными композициями и способами, в которых используют необработанную резиновую крошку. Например, некоторые композиции или способы могут обеспечить улучшенную адгезию, когезию, быстро развивающуюся когезионную прочность в невулканизированном состоянии и/или водостойкость при применении в различных асфальтовых системах, таких как отвержденные в условиях окружающей среды, конструкционные водонепроницаемые системы для защиты дорожных покрытий. Предложенные эмульсии также могут обеспечить улучшенные эксплуатационные свойства асфальтового дорожного покрытия и других изделий, такие как стойкостью к окислительному твердению или окислительному охрупчиванию, сопротивление атмосферным условиям или устойчивость к механическому износу, улучшение срока службы дорожного покрытия, улучшенное распределение нагрузки между заполнителем и вяжущим веществом, улучшенное сопротивление заносу и т.п.

[0231] Еще одно применение некоторых из эмульсий, описанных в настоящем документе, может состоять в применении их в качестве герметика для улиц или автомагистралей. Например, такой герметик позволяет стабилизировать и/или отремонтировать расслоение и микротрещину(ы), приостановить прогрессирующее окислительное охрупчивание, увеличить уменьшенное поверхностное трение или уменьшить шум от автомобильных шин.

[0232] Некоторые эмульсии, описанные в настоящем документе, также можно использовать в качестве герметика для автомобильных стоянок, для содержания дорожного покрытия на парковках и при применении соответствующего заполнителя для содержания дорог с низкой скоростью движения. Например, такой герметик позволяет восстановить профиль поверхности дорожного покрытия, приостановить прогрессирующее окислительное охрупчивание, создать топливостойкий барьер, устранить колееобразование, продлить цикл обновления дорожного покрытия, уменьшить шум от автомобильных шин или восстановить уменьшенное поверхностное трение.

[0233] Композиции покрытой асфальтом резиновой крошки могут содержать второй асфальт и резиновую крошку и необязательно поверхностно-активное вещество. Для некоторых композиций покрытой асфальтом резиновой крошки, таких как гидрофилизированная покрытая асфальтом взаимосвязано-замещенная резиновая крошка, взаимосвязано-замещенная резиновая крошка может составлять от примерно 60% до примерно 80% относительно массы всех нелетучих компонентов композиции покрытой асфальтом резины. Для других композиций покрытой асфальтом резиновой крошки, таких как мастики, взаимосвязано-замещенная резиновая крошка может составлять от примерно 20% до примерно 40% относительно массы всех нелетучих компонентов композиции покрытой асфальтом резины. Композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки могут содержать асфальт (такой как асфальт средней твердости), взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, поверхностно-активное вещество и необязательно воду. Согласно некоторым вариантам реализации композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки могут содержать асфальт (такой как асфальт средней твердости), взаимосвязано-замещенную резиновую крошку, поверхностно-активное вещество и не содержать добавленную воду или альтернативно содержать менее примерно 2% (масс./масс.) воды, примерно 1,5% (масс./масс.) воды, примерно 1% (масс./масс.) воды, примерно 0,5% (масс./масс.) воды, примерно 0,1% (масс./масс.) воды или примерно 0,01% (масс./масс.) воды. Не предполагая какого-либо ограничения, композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки могут дополнительно содержать улучшающую добавку, такую как функциональное производное растительного масла.

[0234] Количество второго асфальта может меняться в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации асфальт средней твердости составляет от примерно 40% (масс./масс.) до примерно 80% (масс./масс.), от примерно 50% (масс./масс.) до примерно 70% (масс./масс.) или примерно 60 % (масс./масс.) относительно массы композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки.

[0235] Согласно некоторым вариантам реализации второй асфальт может быть мягче первого асфальта. Например, второй асфальт может представлять собой асфальт средней твердости. Асфальт средней твердости относится к асфальту, имеющему твердость, которая может подходить для применения на дороге с асфальтовым покрытием. Согласно предпочтительному варианту реализации показатель пенетрации асфальта средней твердости составляет согласно ASTM D5 от примерно 50 дмм до примерно 100 дмм или от примерно 150 дмм до примерно 200 дмм. Альтернативно, асфальт средней твердости имеет температуру размягчения по методу кольца и шара согласно ASTM D36 от примерно 85°F (примерно 29°С) до примерно 100°F (примерно 38°С). Что касается химического состава, асфальт средней твердости может содержать C_8-24 углеводороды. Например, не предполагая какого-либо ограничения, углеводородная часть асфальта средней твердости может состоять по существу из C_8-24 углеводородов.

[0236] Резиновая крошка может представлять собой резину измельченных утилизируемых шин, которая не содержит видимых частиц цветных металлов (например, не более примерно 0,01% частиц черных металлов по массе) и которая подвергалась процессу взаимосвязанного замещения, описанному в настоящем документе. Частицы взаимосвязано-замещенной резиновой крошки могут иметь любой размер, подходящий для диспергирования в композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки. Согласно некоторым вариантам реализации средний диаметр частиц взаимосвязано-замещенной резиновой крошки составляет от примерно 75 мкм до примерно 650 мкм. Альтернативно, взаимосвязано-замещенная резиновая крошка может иметь размер от примерно 80 до примерно 600 меш, от примерно 100 до примерно 600 меш, от примерно 20 до примерно 200 меш, примерно 140 меш (например, от примерно 75 мкм до примерно 100 мкм) или примерно 150 меш. В одном из неограничивающих примеров взаимосвязано-замещенная резиновая крошка имеет размер от примерно 100 меш до примерно 600 меш, получена из MICRO-VULK GTR и может быть приобретена в компании PrimePlex, LLC или у других поставщиков резиновой крошки, полученной из шин. Количество взаимосвязано-замещенной резиновой крошки может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, резиновая крошка может составлять по меньшей мере примерно 15% (масс./масс.), например, от примерно 15% (масс./масс.) до примерно 30% (масс./масс.), от примерно 20% (масс./масс.) до примерно 40% (масс./масс.) или от примерно 25% (масс./масс.) до примерно 35% (масс./масс.) относительно массы всех нелетучих компонентов эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества, например, композиция может содержать от 10 до 90% взаимосвязано-замещенной резиновой крошки, при этом оставшаяся часть содержит другие компоненты.

[0237] Функциональное производное растительного масла представляет собой производное растительного масла или другого жирного вещества или вещество, имеющее сходный состав, независимо от происхождения указанного вещества. Согласно некоторым вариантам реализации функциональное производное растительного масла представляет собой эпоксидированный ненасыщенный триглицерид. Эпоксидированный ненасыщенный триглицерид представляет собой триэфир глицерина. Глицерин связывается с тремя линейными или разветвленными карбоновыми кислотами, при этом по меньшей мере одна из указанных карбоновых кислот содержит эпоксидный фрагмент. Например, эпоксидированный ненасыщенный триглицерид может представлять собой производное триглицерида ненасыщенной жирной кислоты, такое как растительный или животный жир или масло, при этом по меньшей мере один из C=C фрагментов исходного триглицерида ненасыщенной жирной кислоты заменен эпоксидным фрагментом (т.е. трехчленным кольцом, содержащим кислород). Если исходный триглицерид ненасыщенной жирной кислоты содержит более одного фрагмента C=C, один, часть или все фрагменты C=C могут быть заменены эпоксидными фрагментами. Примеры растительных или животных жиров или масел включают кокосовое масло, кукурузное масло, хлопковое масло, оливковое масло, пальмовое масло, арахисовое масло, рапсовое масло, масло канолы, сафлоровое масло, кунжутное масло, соевое масло, подсолнечное масло, касторовое масло, талловое масло и т.п. Согласно одному из вариантов реализации растительное масло представляет собой соевое масло.

[0238] Диспергированный в растворителе сложный эфир экстракционной канифоли можно использовать наряду с функциональным производным растительного масла или эпоксидированным ненасыщенным триглицеридом или в качестве их альтернативы. Обычные растворители для диспергирования эфира экстракционной канифоли включают органические растворители, такие как углеводороды, в том числе уайт-спирит, толуол, ксилол и нафта-растворитель (например, VM&P).

[0239] Количество улучшающей добавки, такой как эпоксидированный насыщенный триглицерид, может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, улучшающая добавка, такая как эпоксидированный ненасыщенный триглицерид, может составлять от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 10% (масс./масс.), от примерно 2% (масс./масс.) до примерно 6% (масс./масс.) или примерно 4% (масс./масс.) относительно массы композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки.

[0240] Поверхностно-активное вещество композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки может представлять собой любое поверхностно-активное вещество, в том числе любое из возможных веществ, описанных выше. Согласно некоторым вариантам реализации поверхностно-активное вещество включает катионное или неионное поверхностно-активное вещество. Согласно другим вариантам реализации поверхностно-активное вещество включает азотсодержащее поверхностно-активное вещество, такое как жирный амин, или азотсодержащее катионное поверхностно-активное вещество, такое как аминовое поверхностно-активное вещество в форме соли аммония.

[0241] Количество поверхностно-активного вещества может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, поверхностно-активное вещество может составлять от примерно 0,1% (масс./масс.) до примерно 10% (масс./масс.), от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 4% (масс./масс.) или от примерно 1,5 % (масс./масс.) до примерно 3% (масс./масс.) относительно массы композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки.

[0242] Количество воды в композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, вода может составлять от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 10% (масс./масс.), от примерно 2% (масс./масс.) до примерно 6% (масс./масс.) или примерно 4 % (масс./масс.) относительно массы композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки. Для некоторых применений, таких как применения, включающие укладку асфальтового дорожного покрытия при температуре окружающей среды, может быть желательно уменьшение количества воды. Например, в некоторые композиции покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки по существу не добавляют воду, или альтернативно содержание воды в такой композиции составляет примерно 2% (масс./масс.) или менее, например, от примерно 0,00001% (масс./масс.) до примерно 2% (масс./масс.) от примерно 0,00001% (масс./масс.) до примерно 1% (масс./масс.) или от примерно 0,00001% (масс./масс.) до примерно 0,5% (масс./масс.). Композицию покрытой асфальтом взаимосвязано-замещенной резиновой крошки предпочтительно получают путем совместного нагревания резиновой крошки и асфальта до набухания или взаимодействия тех пор, пока взаимосвязано-замещенная резиновая крошка не начнет набухать или взаимодействовать. Температура нагревания может представлять собой любую подходящую температуру, например, от примерно 250°F (примерно 121°С) до примерно 450°F (примерно 232°С), от примерно 300°F (примерно 149°С) до примерно 400°F (примерно 204°С) или примерно 350°F (примерно 177°С). Нагревание может происходить в течение любого периода времени в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации нагревание осуществляют от примерно 5 минут до примерно 90 минут, от примерно 10 минут до примерно 60 минут или примерно 15 минут. Нагревание может обеспечить определенный диапазон вязкостей для комбинации асфальта-резиновой крошки. Вязкость предпочтительно составляет от примерно 500 сП до примерно 3000 сП; от примерно 700 до примерно 2000 сП; или от примерно 900 до примерно 1500 сП.

[0243] Не предполагая какого-либо ограничения, эпоксидированный ненасыщенный триглицерид можно добавить и подмешать в комбинацию асфальта-резиновой крошки после набухания взаимосвязано-замещенной резиновой крошки. Смешивание может происходить при любой температуре. Например, смесь можно тщательно перемешивать при температуре: от примерно 100°F (примерно 38°С) до примерно 300°F (примерно 149°С), от примерно 150°F (примерно 66°С) до примерно 250°F (примерно 121°С) или примерно 200°F (примерно 93°С).

[0244] Согласно некоторым вариантам реализации воду и поверхностно-активные вещества смешивают отдельно от смеси асфальта-резиновой крошки до растворения поверхностно-активного вещества. Затем раствор поверхностно-активного вещества смешивают со смесью асфальта-резиновой крошки, полученной ранее. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации поверхностно-активные вещества добавляют непосредственно в смесь асфальта-резиновой крошки без растворения в воде.

[0245] Согласно некоторым вариантам реализации более низкое содержание воды или ее отсутствие в композиции покрытой асфальтом резиновой крошки может привести к получению асфальтового покрытия, которое может отверждаться более быстро. Например, дорогу, сделанную из такого асфальтового дорожного покрытия, можно раньше открыть для движения после укладки указанного асфальтового дорожного покрытия. Однако следует отметить, что после получения композиции покрытой асфальтом резиновой крошки, например, после набухания или взаимодействия взаимосвязано-замещенной резиновой крошки в присутствии асфальта, композицию покрытой асфальтом резиновой крошки можно смешать с водосодержащими составами, такими как вода, в любой эмульсионной композиции, описанной в настоящем документе, без существенного замедления времени отверждения по сравнению со временем отверждения исходной эмульсией.

[0246] Первые асфальтовые композиции могут содержать первый асфальт, поверхностно-активное вещество и воду. Согласно некоторым вариантам реализации первый асфальт может быть более твердым, чем второй асфальт. Например, показатель пенетрации первого асфальта может составлять от примерно 0 дмм до примерно 100 дмм. Если первая асфальтовая композиция представляет собой эмульсию твердого асфальта, такую как эмульсия «Н», асфальт может представлять собой твердый асфальт. Твердый асфальт представляет собой асфальт, который значительно более твердый, чем асфальт, обычно используемый на дорогах. Например, показатель пенетрации твердого асфальта может составлять от примерно 0 дмм до примерно 50 дмм или альтернативно от примерно 0 дмм до примерно 10 дмм. Согласно другим вариантам реализации температура размягчения по методу кольца и шара твердого асфальта составляет от примерно 155°F (примерно 68°С) до примерно 165°F (примерно 74°С). С точки зрения химического состава твердый асфальт может содержать углеводороды, содержащие по меньшей мере 24 атома углерода. Например, углеводородная часть твердого асфальта может состоять по существу из C_24-500 углеводородов.

[0247] Количество первого асфальта может меняться в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации первый асфальт составляет от примерно 40% (масс./масс.) до примерно 80% (масс./масс.); от примерно 50% (масс./масс.) до примерно 70% (масс./масс.); или примерно 60% (масс./масс.); относительно массы эмульсии первого твердого асфальта.

[0248] Первое поверхностно-активное вещество или поверхностно-активное вещество первой асфальтовой эмульсии может представлять собой любое поверхностно-активное вещество, в том числе любое из возможных веществ, описанных выше. Согласно некоторым вариантам реализации первое поверхностно-активное вещество включает катионное или неионное поверхностно-активное вещество. Например, поверхностно-активное вещество может включать одно или более веществ, выбранных из: азотсодержащего поверхностно-активного вещества, такого как жирный амин; азотсодержащего катионного поверхностно-активного вещества, такого как аминовое поверхностно-активное вещество в форме соли аммония; амидоаминового поверхностно-активного вещества, его аммониевой соли или их комбинации; и аминового поверхностно-активного вещества на основе лигнина, то есть лигнина в комбинации с амином. Согласно некоторым вариантам реализации первое поверхностно-активное вещество содержит функциональную аминогруппу или функциональную аммониевую группу.

[0249] Количество поверхностно-активного вещества может меняться в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации поверхностно-активное вещество составляет от примерно 0,1% (масс./масс.) до примерно 10% (масс./масс.), от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 5% (масс./масс.) или примерно 2% (масс./масс.) относительно массы первой асфальтовой эмульсии.

[0250] Количество воды в первой асфальтовой эмульсии может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, вода может составлять от примерно 25% (масс./масс.) до примерно 80% (масс./масс.), от примерно 30% (масс./масс.) до примерно 50% (масс./масс.) или от примерно 30% (масс./масс.) до примерно 40% (масс./масс.) относительно массы первой асфальтовой эмульсии.

[0251] Согласно некоторым вариантам реализации первую асфальтовую эмульсию получают путем нагревания твердого асфальта в отдельном сосуде перед смешиванием с другими компонентами первой асфальтовой эмульсии. Нагревание может происходить при любой температуре, достаточной для размягчения асфальта для смешивания, например: от примерно 300°F (примерно 149°С) до примерно 400°F (примерно 204°С) или примерно 325°F (примерно 163°С).

[0252] Воду и поверхностно-активные вещества можно смешивать отдельно до растворения поверхностно-активного вещества с образованием мыльного раствора. Затем мыльный раствор можно соединить с нагретым первым асфальтом и пропустить через коллоидную мельницу. Примеры подходящих коллоидных мельниц с высоким сдвиговым усилием включают, но не ограничиваются ими, коллоидные мельницы с высоким сдвиговым усилием от компаний Dahlworth, Superton или Charlotte.

[0253] Комбинация горячего асфальта и холодного мыла может привести к температуре смешивания ниже температуры кипения воды, например, от примерно 180°F (примерно 82°С) до примерно 210°F (примерно 99°С) или от примерно 190°F (примерно 88°С) до примерно 200°F (примерно 93°С). Продолжение перемешивания в коллоидной мельнице с высоким сдвиговым усилием позволяет получить эмульсию, в которой капли масла суспендированы в воде.

[0254] Если способ относится к получению эмульсии мягкого асфальта, например, эмульсии «S», эмульсия мягкого асфальта может содержать мягкий асфальт, поверхностно-активное вещество; и воду. Согласно другим вариантам реализации эмульсия мягкого асфальта дополнительно содержит улучшающую добавку, такую как ненасыщенная карбоновая кислота, такая как олефин из группы стеаролов.

[0255] Мягкий асфальт представляет собой асфальт, который значительно мягче, чем асфальт, обычно используемый на дорогах. Например, показатель пенетрации мягкого асфальта может составлять более примерно 200 мм. Мягкий асфальт также можно охарактеризовать как асфальт, имеющий температуру размягчения по методу кольца и шара от примерно 60°F (примерно 16°С) до примерно 85°F (примерно 29°С). Что касается химического состава, мягкий асфальт может содержать C_2-8 углеводороды. Например, углеводородная часть асфальта может состоять по существу из C_2-8 углеводородов.

[0256] Количество мягкого асфальта может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, мягкий асфальт может составлять от примерно 40% (масс./масс.) до примерно 80% (масс./масс.), от примерно 50% (масс./масс.) до примерно 70% (масс./масс.) или примерно 60% (масс./масс.) относительно массы эмульсии мягкого асфальта.

[0257] В эмульсии мягкого асфальта можно использовать любую ненасыщенную карбоновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации ненасыщенная карбоновая кислота включает C_6-30 карбоновую кислоту, в том числе, но не ограничиваясь ими, линейные и разветвленные карбоновые кислоты, которые включают жирные кислоты или олефины из группы стеаролов, такие как арахидоновая кислота, эйкозапентаеновая кислота, линолевая кислота, α-линоленовая кислота, γ-линоленовая кислота, олеиновая кислота, пальмитинолеиновая кислота и их комбинации.

[0258] Количество ненасыщенной карбоновой кислоты может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, ненасыщенная карбоновая кислота может составлять от примерно 0,1% (масс./масс.) до примерно 5% (масс./масс.), от примерно 0,5% (масс./масс.) до примерно 2% (масс./масс.) или от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 1,5% (масс./масс.) относительно массы эмульсии мягкого асфальта.

[0259] Поверхностно-активное вещество эмульсии мягкого асфальта может представлять собой любое поверхностно-активное вещество, в том числе любое из возможных веществ, описанных выше. Согласно некоторым вариантам реализации поверхностно-активное вещество включает катионное или неионное поверхностно-активное вещество. Например, поверхностно-активное вещество может включать одно или более веществ, выбранных из: азотсодержащего поверхностно-активного вещества, такого как поверхностно-активное вещество, содержащее функциональную аминогруппу или функциональную аммониевую группу, например, жирный амин; азотсодержащего катионного поверхностно-активного вещества, такого как аминовое поверхностно-активное вещество в форме соли аммония; амидоаминового поверхностно-активного вещества; и аминового поверхностно-активного вещества на основе лигнина, то есть лигнина в комбинации с амином.

[0260] Количество поверхностно-активного вещества может меняться в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации поверхностно-активное вещество составляет от примерно 0,1% (масс./масс.) до примерно 10% (масс./масс.); от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 5% (масс./масс.); или примерно 2% (масс./масс.) относительно массы эмульсии мягкого асфальта.

[0261] Количество воды в эмульсии мягкого асфальта может меняться в зависимости от обстоятельств. Например, вода может составлять от примерно 10% (масс./масс.) до примерно 80% (масс./масс.), от примерно 20% (масс./масс.) до примерно 50% (масс./масс.) или от примерно 30% (масс./масс.) до примерно 40% (масс./масс.) относительно массы эмульсии мягкого асфальта.

[0262] Эмульсия мягкого асфальта может дополнительно содержать необязательно замещенный стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер (SBS). SBS представляет собой блок-сополимер, содержащий необязательно алкилзамещенную полибутадиеновую цепь, присоединенную к двум отдельным независимым необязательно замещенным полистирольным цепям, по одной цепи на каждом конце полибутадиена. Необязательно замещенная полибутадиеновая цепь представляет собой полимерную цепь, образованную из бутадиена, который может быть незамещенным, или в котором все мономеры или часть мономеров, используемых для образования цепи, содержат одну или более C_1-5 алкильных групп, соответствующих любому положению в мономере. Необязательно замещенный полистирол представляет собой полимерную цепь, образованную из стирола, который может быть незамещенным, или в котором все мономеры или часть мономеров, используемых для образования цепи, содержат одну или более C_1-5 алкильных групп, соответствующих любому положению в мономере.

[0263] Согласно другим вариантам реализации одна или более цепь, выбранная из полистирольных цепей и полибутадиеновой цепи, могут содержать гостевые мономерные звенья, составляющие до примерно 5%, примерно 10% или примерно 50% относительно общего содержания мономеров. Гостевое мономерное звено представляет собой мономер, не являющийся необязательно замещенным стиролом, который включен в одну или обе из необязательно замещенных полистирольных цепей, или мономер, не являющийся необязательно замещенным бутадиеном, который включен в полибутадиеновую цепь или включен в разветвленную или радиально разветвленную группу. Примеры гостевых мономеров включают необязательно замещенные этилены, необязательно замещенные акрилаты и т.п. Согласно некоторым вариантам реализации SBS может быть разветвленным. Согласно другим вариантам реализации SBS может быть радиально разветвленным.

[0264] Количество SBS в эмульсии мягкого асфальта может меняться в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации SBS составляет от примерно 0,1% (масс./масс.) до примерно 10% (масс./масс.), от примерно 1% (масс./масс.) до примерно 5% (масс./масс.) или примерно 2% ( масс./масс.) относительно массы эмульсии мягкого асфальта.

[0265] Согласно другим вариантам реализации SBS является сшитым. Сшивание можно осуществить с применением любого из многих сшивающих агентов, известных в данной области техники, как описано выше. Количество сшивающего агента в эмульсии мягкого асфальта может меняться в зависимости от обстоятельств. Согласно некоторым вариантам реализации сшивающий агент составляет от примерно 0,0001% (масс./масс.) до примерно 1% (масс./масс.), от примерно 0,005% (масс./масс.) до примерно 0,2% (масс./масс.) или примерно 0,08% ( масс./масс.) относительно массы эмульсии мягкого асфальта.

[0266] Эмульсию мягкого асфальта можно получить несколькими различными способами. Например, мягкий асфальт можно смешать с ненасыщенной жирной кислотой при повышенной температуре с получением композиции мягкого асфальта-жирной кислоты. Смешивание может происходить при любой повышенной температуре, применимой для обеспечения надлежащего перемешивания. Согласно некоторым вариантам реализации температура смешивания составляет от примерно 200°F (примерно 93°С) до примерно 450°F (примерно 232°С), от примерно 300°F (примерно 149°С) до примерно 400°F (примерно 204°С) или примерно 325°F (примерно 163°С). Согласно предпочтительному варианту реализации комбинацию воды и одного или более поверхностно-активных веществ тщательно перемешивают, и затем такую содержащую поверхностно-активное вещество жидкость объединяют с комбинацией мягкого асфальта-жирной кислоты с получением эмульсии мягкого асфальта.

[0267] Смешивание воды и поверхностно-активного вещества можно осуществить при любой температуре, которая позволяет такое смешивание. Согласно некоторым вариантам реализации смешивание проводят при температуре от примерно 32°F (0°С) до примерно 150°F (примерно 66°С), от примерно 70°F (примерно 21°С) до примерно 90°F (примерно 32°С) или примерно 80°F (примерно 27°С).

[0268] Смешивание жидкого поверхностно-активного вещества с комбинацией мягкого асфальта- жирной кислоты можно осуществить при любой температуре, которая позволяет провести надлежащее смешивание. Согласно некоторым вариантам реализации смешивание проводят с применением комбинации мягкого асфальта-жирной кислоты, имеющей температуру от примерно 200°F (примерно 93°С) до примерно 450°F (примерно 232°С) или от примерно 280°F (примерно 138°С) до примерно 350°F (примерно 177°С), предпочтительно примерно 300°F (примерно 149°С), и комбинации воды/поверхностно-активного вещества, или мыльной системы, имеющей температуру от примерно 32°F (0°С) до примерно 150°F (примерно 66°С) или от примерно 70°F (примерно 21°С) до примерно 110°F (примерно 43°С), предпочтительно примерно 80°F (примерно 27°С). После переноса тепла от более теплых материалов к более холодным материалам температура при продолжении перемешивания может составлять от примерно 180°F (примерно 82°С) до примерно 210°F (примерно 99°С).

[0269] Необязательно замещенный SBS предпочтительно добавляют к асфальту или композиции асфальта-жирной кислоты и перемешивают до растворения SBS с получением модифицированного полимером мягкого асфальта. Модифицированный полимером мягкий асфальт можно объединить с содержащей поверхностно-активное вещество жидкостью таким же способом, что и композицию асфальта-жирной кислоты, с получением других вариантов реализации эмульсии мягкого асфальта.

[0270] Согласно другим вариантам реализации сшивающий агент добавляют в модифицированную полимером эмульсию мягкого асфальта и перемешивают с получением после конденсации мягкого асфальта, модифицированного сшитым полимером. Сшивающий агент можно смешивать в подходящих условиях, которые позволят диспергировать сшивающий агент должным образом.

Композиция A - Концентрат взаимосвязано-замещенной резиновой крошки

Концентрат взаимосвязано-замещенной резиновой крошки (компонент № 1)

Элемент Масса (фунты) Твердые вещества Примечания 1) Асфальт 60,5
(примерно 27,4 кг) 60,5 (примерно 27,4 кг) Обычно AC5 (показатель пенетрации от 90-200; R&B = 85-100 °F (примерно 29-38°С)) Повышение до 350 °F (примерно 177°С), затем добавление №2 и перемешивание в течение ~15 минут 2) Резиновая крошка 30,0 (примерно 13,6 кг) 30,0 (примерно 13,6 кг) Вулканизированная измельченная отработанная шина: размер частиц 650-75 микрон: варьирует; подвергнута взаимосвязанному замещению Промежуточное общее количество 90,5 (примерно 41,1 кг) 90,5 (примерно 41,1 кг) 3) Улучшающая добавка 4,0 (примерно 1,8 кг) 4,0 (примерно 1,8 кг) Эпоксидированное соевое масло или другое функциональное производное растительного масла. Охлаждение смеси №1+№2+№3 до ~200 °F (примерно 93°С), затем тщательное перемешивание
Отдельно предварительное смешивание №4 и №%, затем добавление смеси №1-3 до достижения вязкой консистенции мастичной массы 4) 4819 1,5
(примерно 0,7 кг) 1,2 (примерно 0,5 кг) 5) H₂O/растворитель Может содержать небольшое количество гликолевого эфира или другого растворителя Всего 96 (примерно 43,5 кг) 95,7 (примерно 43,4 кг)

[0271] Композиция А обобщает один из вариантов получения концентрата взаимосвязано-замещенной резиновой крошки. Асфальт (примерно 60,5 фунтов (примерно 27,4 кг), показатель пенетрации примерно от 90 до 200, температура размягчения по методу кольца и шара (R&B) = примерно от 85°F (примерно 29°С) до 100°F (примерно 38°С)) нагревают до примерно 350°F (примерно 177°С). Затем добавляют резиновую крошку (примерно 30 фунтов (примерно 13,6 кг), вулканизированная измельченная отработанная шина, размер частиц примерно от 650 до 75 мкм) и полученную комбинацию перемешивают в течение примерно 15 минут, после чего резиновая крошка набухает и взаимодействует в асфальтовой среде до достижения диапазона вязкости примерно от 900 до 1500 сП. Затем добавляют эпоксидированное соевое масло в качестве улучшающей добавки (примерно 4 фунта (примерно 1,8 кг)), и смесь тщательно перемешивают при температуре примерно 200°F (примерно 93°С).

[0272] Воду (примерно 4 фунта (примерно 1,8 кг)) и поверхностно-активное вещество на основе жирного амина (Azko Nobel Readicote 4819, примерно 1,5 фунта (примерно 0,7 кг)) отдельно смешивают до растворения поверхностно-активного вещества. Затем такой раствор поверхностно-активного вещества смешивают с полученной ранее смесью асфальта-резиновой крошки до достижения вязкой консистенции мастичной массы.

Композиция B - Эмульсия твердого асфальта с низким показателем пенетрации

Эмульсия твердого асфальта с низким показателем пенетрации (компонент № 2)

Элемент Масса (фунты) Твердые вещества
(фунты) Примечания 1) H₂0 36,50 (примерно 16,6 кг) -0- Питьевая 2) ER 582 1,10 (примерно 0,50 кг) 0,85 (примерно 0,39 кг) Поверхностно-активное вещество P2 (Prime Plex) - коммерчески доступны другие варианты 3W-5 1,10 (примерно 0,50 кг) 0,44 (примерно 0,20 кг) Поверхностно-активное вещество - химический продукт на основе лигнина и амина от компании Meade Wesvaco Промежуточное общее количество 38,7 (примерно 17,6 кг) 1,29 (примерно 0,59 кг) Предварительное нагревание асфальта до 325°F (примерно 163°С), затем совместное смешивание с предварительно смешанной «мыльной» системой (№1+№2+№3 @ 80°F (примерно°С)) с помощью коллоидной мельницы 4) Асфальт 61,30 (примерно 27,8 кг) 61,30 (примерно 27,8 кг) Асфальт, полученный путем пропановой деасфальтизации (PDA) или остатки вакуумной перегонки (VTB) или асфальт, окисленный продуванием воздуха (показатель пенетрации 0-10, R&B = 155-165°F (примерно 68-74°С)) Промежуточное общее количество 100,00 (примерно 45,4 кг) 62,59 (примерно 28,39 кг)

[0273] Композиция B обобщает один из вариантов получения эмульсии твердого асфальта с низким показателем пенетрации. Асфальт (примерно 61,3 фунтов (примерно 27,8 кг), показатель пенетрации примерно от 0 до 10, R&B = примерно от 155°F (примерно 68°С) до 165°F (примерно 74°С)) нагревают до примерно 325°F (примерно 163°С) в отдельном сосуде. Мыло получают отдельно путем растворения или диспергирования амидоаминового поверхностно-активного вещества (поверхностно-активное вещество ER 582, примерно 1,1 фунта (примерно 0,5 кг), можно приобрести в компании PrimePlex) и поверхностно-активного вещества W-5 (примерно 1,1 фунта (примерно 0,5 кг), химический продукт на основе лигнина и амина от компании Meade Wesvaco) в воде (примерно 36,5 фунтов (примерно 16,6 кг)).

[0274] Асфальт и мыло закачивают в смесительную камеру коллоидной мельницы с высоким сдвиговым усилием. Комбинирование горячего асфальта и холодного мыла приводит к температуре смешивания ниже 200°F (примерно 93°С). При продолжении перемешивания в коллоидной мельнице с высоким сдвиговым усилием получают эмульсию, в которой капли масла суспендированы в воде.

Композиция С - Эмульсия модифицированного полимером асфальта

Эмульсия модифицированного полимером мягкого асфальта с высоким показателем пенетрации

Элемент Масса
(фунты) Твердые вещества (фунты) Примечания 1) Асфальт 58,00 (примерно 26,31 кг) 58,00 (примерно 26,31 кг) VTB-AC5 или смесь (показатель пенетрации = 20+; R&B = 60-85°F (примерно 16-29°С)) 2) Улучшающая добавка 1,22 (примерно 0,55 кг) 1,22 (примерно 0,55 кг) Олефин из группы стеаролов, например, олеиновая кислота, количество варьирует Предварительное смешивание №1 + №2 при 325°F (примерно 163°С), затем добавление №3 и прохождение через смеситель с высоким сдвиговым усилием до растворения. 3) Эластомер SBS 2,00 (примерно 0,91 кг) 2,00 (примерно 0,91 кг) Радиально разветвленный, с поперечными связями за счет соединения серы Промежуточное общее количество 61,22 (примерно 27,77 кг) 61,22 (примерно 27,77 кг) 4) H₂O 36,58 (примерно 16,59 кг) 0 Питьевая 5) ER582 1,10 (примерно 0,50 кг) 0,85 (примерно 0,39 кг) №4-7 представляют собой предварительно смешанную мыльную систему 6) W-5 1,10 (примерно 0,50 кг) 0,44 (примерно 0,20 кг) Промежуточное общее количество 38,78 (примерно 17,59 кг) 1,29 (примерно 0,59 кг) Всего 100,00 (примерно 45,4 кг) 62,59 (примерно 28,39 кг)

[0275] Композиция С обобщает один из вариантов получения эмульсии модифицированного полимером асфальта. Асфальт (примерно 58 фунтов (примерно 26 кг), показатель пенетрации примерно 200+, R&B = примерно от 60°F (примерно 16°С) до 85°F (примерно 29°С)) объединяют с ненасыщенной жирной кислотой в качестве улучшающей добавки (примерно 1,2 фунта (примерно 0,5 кг)) при температуре примерно 325°F (примерно 163°С) и перемешивают до полной однородности композиции. Затем добавляют радиально разветвленный стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер (Кратон 1118, примерно 2 фунтов (примерно 0,9 кг)), и смесь пропускают через смеситель с высоким сдвиговым усилием до тех пор, пока полимер не растворится, и перемешивают полученную композицию в течение по меньшей мере примерно 8 часов при температуре примерно 300°F (примерно 149°С).

[0276] Комбинацию воды (примерно 36,5 фунтов (примерно 16,6 кг)), ER 582 (примерно 1,1 фунта (примерно 0,5 кг)) и W-5 (примерно 1,1 фунта (примерно 0,5 кг)) тщательно перемешивают при температуре примерно 80°F (примерно 27 °С). Затем полученную смесь измельчают совместно с асфальтом, модифицированным сшитым полимером, при температуре примерно 300°F (примерно 149°С).

Композиция D - Асфальтовая эмульсия

Элемент Масса (фунты) Твердые вещества (фунты) Примечания Композиция B 28,17 (примерно 12,78 кг) 58,00 (примерно 26,31 кг) Перемешивание композиции B и композиции C, затем добавление мастики, композиции A, до полной гомогенизации. Композиция C 19,00 (примерно 8,6 кг) 11,89 (примерно 5,39 кг) Композиция A 35,00 (примерно 15,88 кг) 34,45 (примерно 15,63 кг) Сшивающий агент 1,00 (примерно 0,45 кг) 0,50 (примерно 0,23 кг) Смолистое вещество SL4005 от компании PrimePlex Всего 100,00 (примерно 45,4 кг) 75,01 (примерно 34,02 кг)

[0277] Композиция D обобщает один из вариантов получения эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества, который обеспечивает минимум примерно 15% резиновой крошки в расчете на общую «чистую» массу вяжущего вещества в соответствии со стандартом ASTM D8-02. Композицию B (примерно 45 % масс.) и композицию C (примерно 19 % масс.) тщательно перемешивают и добавляют композицию A (примерно 35 % масс.) при высокой скорости сдвига до тех пор, пока смесь не станет полностью гомогенной.

[0278] Выполняют процедуру получения композиций A-D, за исключением того, что получение композиции A модифицируют следующим образом.

Композиция А-1 - Концентрат взаимосвязано-замещенной резиновой крошки

Концентрат резиновой крошки (компонент № 1)

Элемент Масса (фунты) Твердые вещества Примечания 1) Асфальт 60,5
(примерно 27,4 кг) 60,5
(примерно 27,4 кг) Обычно AC5 (показатель пенетрации от 90-200; R&B = 85-100 °F (примерно 29-38°С)) Повышение до 350 °F (примерно 177°С), затем добавление №2 и перемешивание в течение ~15 минут 2) Резиновая крошка 30,0 (примерно 13,6 кг) 30,0 (примерно 13,6 кг) Взаимосвязано-замещенная Промежуточное общее количество 90,5 (примерно 41,1 кг) 90,5 (примерно 41,1 кг) 3) Улучшающая добавка 4,0 (примерно 1,8 кг) 4,0 (примерно 1,8 кг) Эпоксидированное соевое масло или другое функциональное производное растительного масла. Охлаждение смеси №1+№2+№3 до ~200 °F (примерно 93°С), затем тщательное перемешивание №4 с обеспечением вязкой консистенции мастичной массы 4) 4819 1,5 (примерно 0,7 кг) 1,2 (примерно 0,5 кг) Всего 96 (примерно 43,5 кг) 95,7 (примерно 43,4 кг)

[0279] Композиция А-1 обобщает один из вариантов получения концентрата резиновой крошки. Асфальт (примерно 60,5 фунтов (примерно 27,4 кг), показатель пенетрации примерно от 90 до 200, температура размягчения по методу кольца и шара (R&B) = примерно от 85°F (примерно 29°С) до 100°F (примерно 38°С)) нагревают до примерно 350°F (примерно 177°С). Затем добавляют взаимосвязано-замещенную резиновую крошку (примерно 30 фунтов (примерно 13,6 кг), вулканизированная измельченная отработанная шина, размер частиц примерно от 650 до 75 мкм), и перемешивают комбинацию в течение примерно 15 минут, после чего взаимосвязано-замещенная резиновая крошка набухает и взаимодействует в асфальтовой среде до достижения диапазона вязкости примерно от 900 до 1500 сП. Затем добавляют эпоксидированное соевое масло в качестве улучшающей добавки (примерно 4 фунта (примерно 1,8 кг)) и смесь тщательно перемешивают при температуре примерно 200°F (примерно 93°С). Затем поверхностно-активное вещество на основе жирного амина (Azko Nobel Readicote 4819, примерно 1,5 фунтов (примерно 0,7 кг)) смешивают со смесью асфальта-резиновой крошки до обеспечения вязкой консистенции мастичной массы.

[0280] Согласно другому варианту композицию В (примерно 45 % масс.) и композицию С (примерно 20 % масс.) тщательно перемешивают, затем добавляют композицию А (примерно 35 % масс.) при высокой скорости сдвига до тех пор, пока смесь не станет полностью гомогенной. В конце добавляют сшивающий агент (1,0% полимерная смола Polycup® (Поликап) 4500, как описано в спецификации продукта, можно приобрести в компании PrimePlex, LLC).

[0281] Концентрат резиновой крошки можно получить, как указано выше при описании композиций А и А1. Применяемая взаимосвязано-замещенная резиновая крошка представляет собой тонкоизмельченную шину (от 80 до 140 меш). Затем получают катионную эмульсию, рН которой составляет от примерно 2,5 до примерно 4,5, используя концентрат резиновой крошки, как указано выше при описании композиций А и А1. Эмульсию готовят таким образом, чтобы она содержала от примерно 50% до примерно 55% твердых частиц при перегонке, от примерно 15% до примерно 22% измельченной шинной резины и имела вязкость менее примерно 100 универсальных секунд Сейболта. Специалисты в данной области понимают, что единицы измерения в секундах в контексте вязкости относятся к секунде по универсальному визкозиметру Сейболта, показателю кинематической вязкости, определяемому как время, которое требуется 60 см³ масла для прохождения через калиброванную трубку при контролируемой температура 38°С.

[0282] Полученную таким образом эмульсию разбавляют примерно на 50% и распыляют на асфальтовое дорожное покрытие улицы или автомагистрали со скоростью нанесения примерно 0,10 гал/кв. ярд (примерно 0,45 л/м²).

[0283] Коэффициент заноса (согласно ASTM E274-06) и тормозной путь заблокированного колеса на мокрой поверхности обработанной дороги сравнивают с коэффициентом заноса необработанной дороги для старого покрытия из гладких окатанных обломков каменной породы, старого покрытия из неокатанной гальки и нового покрытия. В каждом случае коэффициент заноса и тормозной путь были значительно лучше в случае обработанного дорожного покрытия.

[0284] К эмульсиям, полученным, как описано выше, можно добавлять различные измельченные заполнители. Используют до 5 фунтов/галлон (примерно 0,6 г/см³) (концентрированного вяжущего вещества). Такая добавка позволит дополнительно улучшить коэффициент заноса, тормозной путь и другие показатели пропускной способности дороги.

[0285] Концентрат резиновой крошки получают, как указано выше при описании композиции А или А1. Применяемая взаимосвязано-замещенная резиновая крошка представляет собой тонкоизмельченную шину (от 80 до 140 меш). Затем получают катионную эмульсию, рН которой составляет от примерно 2,5 до примерно 4,5, используя концентрат резиновой крошки, как указано выше при описании композиции А или А1. Эмульсию готовят таким образом, чтобы она содержала от примерно 50% до примерно 65% твердых частиц при перегонке, от примерно 4% до примерно 12% измельченной шинной резины и имела вязкость менее примерно 100 универсальных секунд Сейболта.

[0286] Полученную таким образом эмульсию разбавляют примерно на от 25 до 40% и распыляют или распределяют на асфальтовое покрытие парковки со скоростями нанесения от примерно 0,15 гал/кв. ярд (примерно 0,68 л/м²) до примерно 0,30 гал/кв. ярд (примерно 1,36 л/м²).

[0287] Асфальт (примерно 118 фунтов (примерно 54 кг), показатель пенетрации примерно от 0 до 10, R&B = примерно от 155 (примерно 68°С) до 165°F (примерно 74°С)) нагревают до примерно 325°F (примерно 163°С) в отдельном сосуде. Мыло получают отдельно путем растворения или диспергирования амидоаминового поверхностно-активного вещества (поверхностно-активное вещество ER 582, примерно 2 фунта (примерно 0,9 кг), можно приобрести в компании PrimePlex) в воде (примерно 80 фунтов (примерно 36 кг)). Асфальт и мыло закачивают в смесительную камеру коллоидной мельницы с высоким сдвиговым усилием. Комбинирование горячего асфальта и холодного мыла приводит к температуре смешивания ниже 200°F (примерно 93°С). При продолжении перемешивания в коллоидной мельнице с высоким сдвиговым усилием получают эмульсию, в которой капли масла суспендированы в воде. Затем с композицией смешивают соляную кислоту (примерно 0,6 фунта (примерно 0,3 кг)) для доведения рН до примерно 2.

[0288] Асфальт (примерно 30 фунтов (примерно 13,6 кг), показатель пенетрации примерно от 90 до 200, температура размягчения по методу кольца и шара (R&B) = примерно от 85°F (примерно 29°С) до 100°F (примерно 38°С)) нагревают до примерно 350°F (примерно 177°С) и смешивают с карбоксифункциональной смесью стеариновой кислоты, олеиновой кислоты и пальмитиновой кислоты (10/60/30 масс./масс./масс.; примерно 20 фунтов (примерно 9 кг)) и поверхностно-активным веществом на основе жирного амина (примерно 0,6 фунта (примерно 0,3 кг) RediCoat 4819, от компании Akzo Chemical). Затем часть такой смеси (примерно 25 фунтов (примерно 11 кг)) распыляют на поверхность взаимосвязано-замещенной резиновой крошки (примерно 75 фунтов (примерно 34 кг)) с помощью интегратора Thermal Turbo Integrator, поставляемого компанией PrimePlex, LLC.

[0289] Затем основной состав асфальтовой эмульсии (примерно 4 части по массе) смешивают с гидрофилизированной покрытой асфальтом резиной (примерно 1 часть по массе) с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества, в которой резиновая крошка составляет примерно 22 процента по массе относительно массы нелетучих компонентов эмульсии.

[0290] Смесь экстракционной канифоли (3,5 фунта (примерно 1,6 кг)), уайт-спирита (3,5 фунта (примерно 1,6 кг)) и поверхностно-активного вещества (1,4 фунта (примерно 1,8 кг) RediCoat E-7000, можно приобрести в компании Akzo Chemical) смешивают с асфальтом (примерно 60,9 фунтов (примерно 27,6 кг), показатель пенетрации примерно от 150 до 200, температура размягчения по методу кольца и шара (R&B) = примерно от 85°F (примерно 29°С) до 100°F (примерно 38°С)) при температуре примерно 350°F (примерно 177°С). Поверхностно-активное вещество на основе жирного амина (примерно 0,7 фунта (примерно 0,3 кг) RediCoat 4819, от компании Akzo Chemical) и измельченную шинную резину (примерно 30 фунтов (примерно 13,6 кг), 80 меш) смешивают при высоком усилии сдвига с получением смеси и обеспечением мастики, содержащей 87% нелетучих компонентов и примерно 30%. измельченной шинной резины по массе.

[0291] Мастику (25 фунтов (примерно 11 кг) соединяют с основным составом асфальтовой эмульсии (15 фунтов (примерно 6,8 кг)) и водой (2,5 фунта (примерно 1,1)) при высоком усилии сдвига с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества, содержащей примерно 16% измельченной шинной резины в расчете на массу нелетучих компонентов эмульсии.

[0292] Прорезиненный асфальт часто содержит обычный асфальт, смешанный с резиновой крошкой, изготовленной из утилизируемых шин. Прорезиненный асфальтобетон (RAC) представляет собой материал для укладки дорожного покрытия, полученный путем смешивания измельченных утилизируемых шин с асфальтом с получением вяжущего вещества, которое затем смешивают с традиционными материалами заполнителей. Затем такую смесь помещают на поверхность дороги и уплотняют. Существует два основных типа вяжущих веществ для RAC: резиноасфальт и терминальная смесь. Резиноасфальт определяют согласно стандарту D6114 Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM) как «смесь асфальтового цемента класса для укладки дорожного покрытия, измельченной утилизируемой шинной (то есть вулканизированной) резины и других добавок, при необходимости, для применения в качестве вяжущего вещества в дорожном строительстве». Резина должна подвергаться смешиванию и взаимодействию в горячем асфальтовом цементе в достаточной степени, чтобы вызвать набухание резиновых частиц перед применением». Резиноасфальтовое вяжущее вещество смешивают в полевых условиях (в установке для приготовления смеси горячим способом), при этом для производства требуется специальное передвижное смесительное оборудования. Типичное содержание модификатора резиновой крошки (CRM) для резиноасфальта составляет от 18 до 22 процентов. Размер частиц модификатора резиновой крошки, применяемого в резиноасфальте, составляет от 10 до 16 меш. Резиноасфальт использовался в Калифорнии в течение более 30 лет. Терминальные смеси представляют собой вяжущие материалы, в которых используют тонкоизмельченный (менее 30 меш) модификатор резиновой крошки и которые обычно смешивают на асфальтовом заводе. Вяжущие вещества в виде терминальных смесей могут содержать 10% или менее модификатора резиновой крошки или в некоторых случаях вплоть до 15-20%. Терминальная смесь используется в Калифорнии 20 лет. Обычный RAC рекламировался как экономически эффективная и экологически безопасная альтернатива традиционным материалам для укладки дорожного покрытия. Однако по сравнению с традиционными материалами для укладки дорожного покрытия, изготовленными с применением исходного натурального каучука, обычный RAC страдает от некоторых недостатков, в том числе низкой долговечности и плохом поддержании эксплуатационных характеристик в долгосрочном периоде.

[0293] Как обсуждалось в настоящем документе, путем регулирования количества реагента степень взаимосвязанного замещения резиновой крошки можно регулировать в диапазоне от минимального взаимосвязанного замещения (например, уменьшение на 10% или менее связей серы по сравнению со связями в исходной резиновой крошке) или максимального взаимосвязанного замещения (например, уменьшение на 90% или более связей серы по сравнению со связями в исходной резиновой крошке). Альтернативно, путем регулирования количества реагента или условий реакции можно регулировать степень уменьшения размера частиц, например, уменьшение диаметра частиц на 10% или более, например, на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90% или более, например, позволяет получить однородное гомогенное вещество без выраженного признака частиц. Соответственно, можно получить взаимосвязано-замещенный резиновый продукт, имеющий предварительно выбранную степень взаимосвязанного замещения и/или предварительно выбранный размер частиц, которые адаптированы для конкретного применения, например, в горячей асфальтовой смеси, холодной асфальтовой смеси для ямочного ремонта, изоляционном слое (жидком герметике для поверхностной обработки дорожного покрытия путем разбрызгивания, герметике для обработки дорожного покрытия с применением щебня методом «Чип Сил», герметике для соединительного слоя, создающего сцепление между существующей поверхностью и новым поверхностным слоем асфальтобетона или герметике для поверхностной обработки дорожного покрытия методом «Слари Сил»).

[0294] Можно использовать любой подходящий способ получения эмульсии прорезиненного асфальта. Как правило, прорезиненный продукт получают в форме раствора (например, частичного раствора с некоторым количеством взвешенных твердых веществ) и объединяют с эмульсией асфальта в воде с получением эмульсии резиноасфальтового вяжущего вещества. Подходящие растворители могут включать сам асфальт или другие углеводородные растворители, известные в данной области.

[0295] Другое применение некоторых из эмульсий, описанных в настоящем документе, может состоять в применении их в качестве герметика для улиц или автомагистралей. Например, такой герметик позволяет стабилизировать и/или отремонтировать расслоение и микротрещину(ы), приостановить прогрессирующее окислительное охрупчивание, увеличить уменьшенное поверхностное трение или уменьшить шум от автомобильных шин.

[0296] Некоторые эмульсии, описанные в настоящем документе, также можно использовать в качестве герметика на стоянках автомашин, для содержания дорожного покрытия на парковках и при применении соответствующего заполнителя для содержания дорог с низкой скоростью движения. Например, такой герметик позволяет восстановить профиль поверхности дорожного покрытия, приостановить прогрессирующее окислительное охрупчивание, создать топливостойкий барьер, устранить колееобразование, продлить цикл обновления дорожного покрытия, уменьшить шум от автомобильных шин или восстановить уменьшенное поверхностное трение. При применении взаимосвязано-замещенного резинового материала при укладке дорожного асфальта для контроля класса по PG конечной смеси можно использовать дистиллятный продукт. Raffex 200 позволяет обеспечить растворимость > 99 % масс. при содержании резины приблизительно 7,5 % масс. Для дистиллятного продукта можно использовать тяжелый дистиллят, имеющий более низкую вязкость. Для применения в качестве модификатора асфальта при укладке многих видов дорожного покрытия подходит 40-50 % масс. исходный раствор взаимосвязано-замещенного резинового материала в дистиллятном продукте.

[0297] Типичные технологические масла включают Raffex 120 и Raffene 750. Raffex 120, производимый компанией San Joaquin Refining Co., Inc. of Bakersfield, Калифорния, представляет собой ароматическое масло. Raffene 750L, также производимый компанией San Joaquin Refining Co., Inc. of Bakersfield, Калифорния, представляет собой нафтеновое масло. В следующих таблицах приведены свойства Raffex 120 и Raffene 750L и схожих ароматических и нафтеновых технологических масел.

ТАБЛИЦА 3

Ароматические технические масла Спецификация продукта ASTM RAFFEX® (Раффекс) Типичные свойства Способ 90 100 120 200 Вязкость, секунды Сейболда @ 100 °F (примерно 38°С) D2161 3852 6526 12400 69960 Вязкость, секунды Сейболда @ 210 °F (примерно 99°С) D2161 81,9 103 120 210 Вязкость, сСт @ 40 °C D445 662 1108 2036 10500 Вязкость, сСт @ 100 °C D445 15,34 20,15 23,77 42 Плотность в градусах API (Американского нефтяного института) D287 10,9 10,4 9,5 6,1 Удельный вес @ 60 °F (примерно 16°С) D1250 0,9937 0,9972 1,0035 1,0283 Плотность, фунт/гал @ 60 °F (примерно 16°С) D1250 8,276
(примерно 0,992 г/см³) 8,305
(примерно 0,995 г/см³) 8,358
(примерно 1,002 г/см³) 8,565
(примерно 1,026 г/см³) Цвет D1500 D8,0 D8,0 D8,0 D8,0 Температура вспышки, измеренная в приборе Кливленда, °F D92 410
(примерно 210°С) 415
(примерно 213°С) 420
(примерно 216°С) 450
(примерно 232°С) Температура потери текучести, °F D97 45
(примерно 7°С) 49
(примерно 9°С) 60
(примерно 16°С) 85
(примерно 29°С) Анилиновая точка, °F D611 99
(примерно 37°С) 92
(примерно 33°С) 88
(примерно 31°С) 80
(примерно 27°С) Показатель преломления @ 20 °C D1218 1,5535 1,5624 1,566 1,5883 Число нейтрализации, мг KOH/г D974 5,5 5,3 7 7 Сера, % масс. D2622 l,11 1,11 1,12 1,3 Глина-гель анализ, % масс. D2007 Асфальтены 0 0 0 0 Полярные соединения 17 23 21 28 Ароматические соединения 65 55 65 62 Предельные углеводороды 18 22 14 10 Анализ на углерод, % D2140 C_a 41 37 42 47 C_n 38 32 36 22 C_p 21 31 22 31

ТАБЛИЦА 4

Нафтеновый смазочный материал/технические масла Спецификация продукта ASTM RAFFENE® (Раффене) Типичные свойства Способ 200L 750L 1200L 2000L Вязкость, секунды Сейболда @ 100 °F (примерно 38°С) D2161 199 876 1445 2034 Вязкость, секунды Сейболда @ 210 °F (примерно 99°С) D2161 43,1 63,4 75,3 83,8 Вязкость, сСт @ 40 °C D445 38,13 162,1 263,80 366,4 Вязкость, сСт @ 100°C D445 5,18 10,81 13,84 15,99 Плотность в градусах API (Американского нефтяного института) D287 23,9 21,2 21,0 18,9 Удельный вес @ 60 °F (примерно 16°С) D1250 0,9106 0,9267 0,9279 0,9408 Плотность, фунт/гал @ 60 °F (примерно 16°С) D1250 7,582
(примерно 0,909 г/см³) 7,717
(примерно 0,925 г/см³) 7,727
(примерно 0,926 г/см³) 7,835
(примерно 0,939 г/см³) Цвет D1500 2,5 3,0 3,5 L4,5 Температура вспышки, измеренная в приборе Кливленда, °F D92 355
(примерно 179°С) 390
(примерно 199°С) 415
(примерно 213°С) 420
(примерно 215°С) Температура потери текучести, °F D97 -20
(примерно -29°С) 5
(примерно -15°С) 15
(примерно -9°С) 30
(примерно -1°С) Анилиновая точка, °F D611 176
(примерно 80°С) 180
(примерно 82°С) 190
(примерно 88°С) 177
(примерно 81°С) Показатель преломления @ 20 °C D1218 1,4957 1,5050 1,5048 1,5113 Число нейтрализации, мг KOH/г D974 0,13 0,19 0,43 0,56 Сера, % масс. D2622 0,69 0,78 0,87 Глина-гель анализ, % масс. D2007 Асфальтены 0 0 0 0 Полярные соединения 4 3 3 6 Ароматические соединения 28 37 41 45 Предельные углеводороды 68 60 56 49 Анализ на углерод, % D2140 C_a 7 10 8 12 C_n 50 46 48 49 C_p 43 44 44 39

Применение взаимосвязано-замещенного резинового материала

[0298] Как обсуждалось в настоящем документе, взаимосвязано-замещенный резиновый материал согласно предложенным вариантам реализации подходит для применения в самых разнообразных областях, включая применения в шинах и дорожных покрытиях, как описано выше, или в любых других областях, в которых можно использовать исходный натуральный каучук. Путем применения различных реакционноспособных адгезивных матриц, например, горячих расплавов (например, асфальта, SBR (стирол-бутадиенового каучука), полиизобутилена (PIB) и полиэтилена (PE)) и многокомпонентных реакционноспособных веществ (например, полиолов на основе жирных кислот), были получены искусственные продукты и исследованы их свойства. Такие свойства позволяют предположить, что компаундированный взаимосвязано-замещенный резиновый материал может с минимальными затратами эффективно конкурировать с гораздо более дорогостоящими материалами на основе силикона, уретана, эпоксида и этилен-пропилен-диенового терполимера (EPDM). Компаундированный взаимосвязано-замещенный резиновый материал является водонепроницаемым, обладает свойствами облегченной конструкции, устойчив к истиранию, устойчив к воздействию соли, обычных химических реагентов и топлив на основе углеводородов, а также обладает превосходной термостойкостью и стойкостью к ультрафиолетовому излучению. Взаимосвязано-замещенный резиновый материал со свойствами, адаптированными для конкретного применения, можно получить путем регулирования динамики процесса, связанной с композитным материалом на основе перепутанного полимера-наночастиц, который представляет собой взаимосвязано-замещенный резиновый материал. Например, в некоторых случаях меньший размер частиц не является необходимым, и существуют определенные морфологические особенности, описанные в настоящем документе, которые могут обеспечить исходному натуральному каучуку превосходные рабочие характеристики. Наночастицы оказывают сильное влияние на механические свойства полимера; поэтому регулирование во время эксплуатации энтропийно-энтальпийного взаимодействия молекулярной подвижности полимера-хозяина (деформации и релаксации) во всех временных масштабах может обеспечить множество преимуществ.

[0299] Было обнаружено, что эксплуатационные характеристики взаимосвязано-замещенного резинового материала могут резко падать при уменьшении размера частиц ниже размера, который примерно в 5-10 раз меньше радиуса статистического клубка полимера-хозяина. Это основано на модели, согласно которой первоначальная смесь из измельченной шины обычно содержит кластер наночастиц:полимер, смещение соотношения статистического клубка (в пользу полимера) более чем 1,0:1,0.

[0300] Свыше двухсот элементов, которые входят в состав шины, можно обнаружить в более чем 90% массы (по количеству элементов) отдельных частиц GTR, что позволяет предположить, что исследование однородности взаимосвязано-замещенного резинового материала невозможно, но это не так. Надежный способ устранения сульфидного воздействия, как в способах согласно настоящим вариантам реализации, является намеренно «мягким» при нарушении химических и интермеханических свойств композитного материала, и в настоящее время разрабатывается система для классификации однородности. Головоломка(и), относящаяся к наблюдению вязкости композитного материала, которая противоречит закону вязкости Эйнштейна-Бэтчелора, будет иметь частичное разрешение, как только сульфидный компонент перестанет оказывать влияние. Поскольку появляется простой способ исследования полученного технологического выхода путем соотнесения оптимальной интенсивности процесса и сочленения, предполагается, что взаимосвязано-замещенный резиновый материал можно использовать в различных продуктах, включая изделия с высокими эксплуатационными характеристиками. Примеры изделий с высокими эксплуатационными характеристиками включают монолитные, конструкционные, самоизолирующиеся, вспененные панели, применяемые на месте. Из высушенной и размолотой местной углеродистой богатой целлюлозой растительности с помощью пистолета для напыления рубленного стекловолокна и регенерированной GTR в качестве основного вяжущего вещества (при высоких загрузках) можно создать небольшие постоянные сейсмостойкие места обитания. В резервуарах и на судах можно установить вторичные напыленные мембраны. Автоматически напыленные многокомпонентные, химически стойкие и устойчивые к давлению облицовки можно установить на стареющие канализационные и водопроводные трубы без проведения экскаваторных работ. Монолитные кровельные мембраны, соответствующие UBC (Унифицированному строительному кодексу), можно изготовить на заводе или нанести на месте. Новую подземную сеть трубопроводов для гражданской инфраструктуры можно защитить более надежными покрытиями, полученными из взаимосвязано-замещенного резинового материала. Морские конструкции всех типов можно защитить от коррозии с помощью противообрастающих композиционных покрытий на основе PTR. Для обеспечения превосходных эксплуатационных характеристик с помощью оболочки на основе взаимосвязано-замещенного резинового материала можно изготовить почти любое производимое в настоящее время изделие, которое должно быть устойчивым к поражению насекомыми-вредителями, топливостойким, устойчивым к плесневению и непроницаемым для бактерий, свето- и солеустойчивым.

Синтез перепроектированных эластомерных полимеров

[0301] Перепроектированный эластомерный полимер (REEP), который был предварительно сшит с помощью соединений серы, требует разрушения серных связей и включения альтернативных химических реакций, если это необходимо для улучшения конечных свойств композиции, в которой планируют использовать REEP в качестве существенного элемента. Такие полимеры могут включать, например, измельченную шинную резину, резину из другого источника, другие эластомеры, такие как цис-1,4-полиизопрен, транс-1,4-полиизопрен, натуральный полиизопрен, синтетический полиизопрен, полибутадиен, хлоропреновая резина, галогенированный бутилкаучук негалогенированный бутилкаучук, стирол-бутадиеновый каучук, гидрированный нитрильный каучук, негидрированный нитрильный каучук или другие ненасыщенные каучуки, способные отверждаться посредством серной вулканизации или имеющие углерод-серные связи в основной цепи полимера, например, -C-S_n-C, где n представляет собой целое число, равное двум или более. Повторное сшивание повышает стойкость к окислению и механические свойства, что, тем самым, позволяет улучшить спектр напряжение-релаксация и/или спектр рабочих характеристик. Конечные свойства REEP при повторном сшивании могут успешно придать готовой композиции термореактивный (жесткий) или термотропный (эластичный) характер. К тому же, эффективную рептацию (релаксацию эластомерного полимера) во время обработки REEP легче осуществить на стадии манипулирования внутренними поперечными связями (например, в сочетании с взаимосвязанным замещением, описанным в настоящем документе).

[0302] Вулканизированные серой REEP преимущественно состоят из полисульфидных мостиков с энергиями связи приблизительно 150 кДж/моль. Восстановление таких мостиков до моно- или дисульфидного состояния существенно улучшает стойкость к окислению эластомера-хозяина, поскольку энергии связи моно- или дисульфидных мостиков составляют приблизительно 270 кДж/моль. Применение одностадийного метатезиса «одним кликом», в котором серная связь подвергается гибридизации, представляет собой желательную стадию при получении REEP для окончательного компаундирования с получением продукта, содержащего эластомер.

[0303] Применение параллельного проточного реактора непрерывного действия для микросинтеза (PCMR) для проведения однопроходной молекулярной повторной сборки REEP может быть основано на понимании сути эффективности действия восстановления-замещения в реальном времени в пределах морфологии образующегося полимера, если это необходимо для обеспечения требуемых, постреакторных, динамических механических аналитических данных. Взаимодействие дипольного момента полимера в пределах тонких «моментальных» поперечных сечениях с замедленной петлей потока реактора с внешним модулированным электрическим полем при одновременной фиксации как диэлектрической проницаемости, так и отклонений градиента скручивания поля, обеспечивает точечные дифференциальные данные относительно изменений, происходящих в результате расположенных в начале дозирующих станций. Это также обеспечивает важные оперативные инструкции относительно того, какое дополнительное электрохимическое «меню ввода» может потребоваться для достижения требуемых конечных свойств при завершении полимером процесса перестройки PCMR. Аналогичные преимущества можно выявить в среде PCMR при применении технологии амплификации градиента скручивания (CGA).

[0304] На фиг. 8А показан PCMR согласно одному из вариантов реализации, в котором используют процесс распространения петлевой молекулярной сборки (L-MAP) путем амплификации градиента скручивания. Процесс L- MAP, описанный в настоящем документе, позволяет встроить технологию CGA в усовершенствованную модульную платформу PCMR, обладающую беспрецедентными возможностями для создания новых, а также перепроектированных полимеров. Такой реактор содержит турбо-интегратор 802, в который добавляют дозированные компоненты 801. Указанные компоненты могут включать мономеры, гомополимеры, полимеры и/или другие компоненты. Согласно приведенному варианту реализации для модификации взаимосвязано-замещенной резины в турбо-интегратор можно добавить взаимосвязано-замещенную резину вместе с другими компонентами, например, одним или более мономерами, олигомерами или полимерами, подлежащими прививке к взаимосвязано-замещенной резине, или одним или более реагентами для функционализации взаимосвязано-замещенной резины (например, для блокировки концевых групп полимерной цепи, ионного замещения и т. д.). Согласно описанному варианту реализации смесь компонентов нагревают до 180°F (примерно 82°С) и подают в специализированный насос 803 (специализированный насос № 1). Изображенный насос выполнен с возможностью работы при давлениях, меньших или равных 100 psi (примерно 689 кПа), и при температурах, меньших или равных 360°F (примерно 182°С); однако при необходимости применения более высоких давлений и/или температур для конкретной смеси обрабатываемых компонентов, другой насос, соответствующий спецификациям в отношении требуемых давления и температуры, может быть заменен. Затем с помощью насоса смесь подают в батарею трубы 804. Для минимизации площади, занимаемой батареей, труба имеет форму змеевидной конфигурации и ее общая длина составляет 800 дюймов (2032 см). Показанный вариант реализации содержит трубу из нержавеющей стали с диаметром 4 дюйма (примерно 10 см), выполненную в виде батареи из десяти изогнутых сегментов трубы, при этом длина такой батареи составляет 120 дюймов (примерно 305 см). Когда смесь проходит через трубу, компоненты смеси взаимодействуют с образованием перепроектированного эластомерного полимера, имеющего предварительно выбранный состав и свойства. Выходной поток из трубы направляют ко второму насосу 805 (специализированный насос № 2), который закачивает прореагировавшую смесь в сушильный бак 806 для извлечения жидкости (например, при 205°F (примерно 96°С)). Конфигурация, показанная в таком варианте реализации, способна производить 783 галлонов/час суспензии (примерно 2964 л/час) 807 при применении набора из двух батарей. Реактор можно масштабировать до любой подходящей конфигурации. Например, можно использовать один или более турбо-интеграторов или других смесительных устройств, известных в данной области техники, необязательно с возможностью нагревания или охлаждения, при повышенном давлении или при поддержании инертной атмосферы. Один турбо-интегратор может снабжать одну или более батарей, или несколько турбо-интеграторов могут снабжать одну батарею. Можно использовать один или более насосов, либо расположенных последовательно относительно одной батареи, параллельно относительно одной батареи, либо один насос с помощью соответствующих трубопроводов или клапанов может снабжать несколько батареей. Как обсуждалось выше, насосы можно выбрать в зависимости от требуемых свойств смеси, подвергаемой перекачиванию (температуры, давления и т. д.). Согласно некоторым вариантам реализации смесь из батареи можно использовать непосредственно в последующих процессах (например, удалить из реактора специализированный насос № 2 и/или сушильный бак). Хотя в батарее применяют 4-дюймовую (примерно 10 см) трубу из нержавеющей стали, можно успешно использовать и другие диаметры, например, диаметр от 0,25 дюймов (примерно 0,64 см) или менее до 6 дюймов (примерно 15 см) или более, при этом можно использовать любую подходящую длину трубы, которая обеспечивает достаточное время пребывания компонентов смеси для взаимодействия с получением предварительно выбранного продукта, например, от 50 дюймов (127 см) или менее до 2500 дюймов (6350 см) или более. Согласно некоторым вариантам реализации может потребоваться работа нескольких батареей в последовательной конфигурации, необязательно с применением насоса, расположенного между батареями, например, для обеспечения более длительного времени пребывания или применения насосов, способных работать при пониженном давлении. Труба(ы) может быть оборудована стратегическим статическим смесителем и точками введения химических реагентов для облегчения реакции 804А (фиг. 8А, примечание 1) и встроенными портами 804В для амплификации градиента скручивания (CGA) (фиг. 8А, примечание 2). Кроме того, труба(ы) также может частично или полностью находиться в контролируемом тепловом пространстве, например, можно применять нагревательную или охлаждающую рубашку или погружную ванну с контролируемой температурой. Альтернативно, труба(ы) может подвергаться воздействию условий окружающей среды.

[0305] На фиг. 8B показана конфигурация компактной трубки. В такой конфигурации трубка 811 является спиральной и может находиться в управляемом тепловом пространстве 810. Спиральная трубка в приведенной конфигурации может проходить вдоль оси от входного конца 811А до выходного конца 811В или может быть также выполнена в форме змеевидной конфигурации для дальнейшего уменьшения площади, занимаемой батареей.

[0306] PCMR согласно настоящим вариантам реализации можно успешно использовать для функционализации или взаимодействия взаимосвязано-замещенного продукта, описанного в настоящем документе, способом, аналогичным тому, как взаимодействует или функционализирован исходный натуральный каучук. Можно осуществить прививочную полимеризацию, функционализацию концевой группы цепи и т. п. Полученные продукты могут подходить для применения в асфальтовом вяжущем веществе, резиновых шинах, специализированных резиновых продуктах и т.п.

Пример 1 - Лабораторные испытания

[0307] Исходный материал представлял собой 100 г полученной из цельной шины измельченной шинной резины (GTR), вулканизированной холодным способом, размером 30 меш. С помощью расчетов, основанных на типичном составе шин, было определено, что исходный материал содержал приблизительно 40 % по массе резины и приблизительно 2,5 % по массе элементарной серы относительно резиновой массы (примерно 2,5 грамма серы; молекулярная масса 32,065 г/моль). Исходя из предположения, что серные цепочки между нитями полиизопрена в вулканизированной резине имеют длину в среднем 8 атомов, можно предположить, что 25% серы (0,625 г; 0,0195 моль) связаны непосредственно с полиизопреновой цепью и для каждого из таких связанных атомов серы требуется один ацетатный фрагмент (OAc) для замены связанного атома серы. Для взаимосвязанного замещения использовали 5,0 граммов ацетата меди (II) (молекулярная масса 181,63 г/моль) (0,0275 моль Cu(OAc)₂, что соответствует 0,0550 молям ацетат-иона), что представляло собой избыток ацетата относительно серы, связанной непосредственно с полиизопреновой цепью (в отличие от серы, связанной с двумя другими атомами серы в сшивающей серной цепочке). Время реакции до достижения «прорезиненного состояния» составляло приблизительно 20 секунд. Тепло и давление получали с помощью обогреваемого устройства типа ступка-пестик, установленного на горячей плите, и давление калибровали с помощью модуля сверлильного станка со скоростью 150 об/мин.

[0308] После 50 циклов при 275°F (135°С) и давлении приблизительно 100 psi (примерно 689 кПа) размер частиц уменьшался настолько, что 90% частиц проходили через отверстия 1,0 мкм, как измерено согласно ASTM D 2042. Было обнаружено, что полученные частицы прилипали к другим частицам, образуя пленку, что указывает на восстановленную функциональность боковой цепи (взаимосвязанное замещение) в результате процесса сульфидного захвата. Полученная пленка имела толщину <1,0 мкм, как измерено с помощью толщиномера для пленок толщиной от 0 до 0,001 мм модели Yasuda Model 128 или эквивалентного оборудования. 10 % по массе раствор в дистиллированной воде, полученной из цельной шины измельченной шинной резины, вулканизированной холодным способом, получали как 10 % по массе раствор в дистиллированной воде взаимосвязано-замещенной продукта. Сравнимого изменения pH не наблюдали.

[0309] Первоначальные испытания были проведены в соответствии с протоколами SHRP/AASHTO и показали, что добавление взаимосвязано-замещенного продукта придало асфальтовой вяжущей основе PG 67-10 значительную гибкость. 10% взаимосвязано-замещенного продукта (<1,0 мкм) при добавлении к асфальтовой вяжущей основе PG 67-10 и смешивании в смесителе Silverson с высоким сдвиговым усилием повышало динамический сдвиг (измеренный динамическим сдвиговым реометром) до величины, характерной для асфальтовой вяжущей основы PG 82-22.

Пример 2 - Горизонтальный реактор сжатия

[0310] Исходный материал представлял собой полученную из цельной шины измельченную шинную резину, вулканизированную холодным способом, размером 30 меш. Согласно оценкам исходный материал содержал приблизительно 40 % по массе резины и приблизительно 2,5 % по массе элементарной серы относительно резиновой массы. Для взаимосвязанного замещения использовали ацетат меди (II) в форме порошка. Измельченную шинную резину и ацетат меди смешивали (4% по массе ацетата меди (II) с 96% полученной из цельной шины измельченной шинной резины, вулканизированной холодным способом) и затем загружали в горизонтальный реактор сжатия, показанный на фиг. 11А-С.

[0311] После в общей сложности 10 циклов прохождения через реактор при 275°F (135°С) и давлении приблизительно 100 psi (примерно 689 кПа) размер частиц уменьшался до <200 меш, а после в общей сложности 50 циклов прохождения через реактор при 275°F (135°С) и давлении приблизительно 100 psi (примерно 689 кПа) размер частиц уменьшался до приблизительно 1,0 мкм. Было обнаружено, что полученные частицы прилипали к другим частицам, образуя пленку, что указывает на восстановленную функциональность боковой цепи в результате процесса сульфидного захвата.

[0312] Первоначальные испытания были проведены в соответствии с протоколами SHRP/AASHTO и показали, что добавление связанного взаимосвязано-замещенного продукта придало асфальтовой вяжущей основе PG 67-10 значительную гибкость. 10% взаимосвязано-замещенного продукта (<1,0 мкм) при добавлении к асфальтовой вяжущей основе PG 67-10 и смешивании в смесителе Silverson с высоким сдвиговым усилием повышало динамический сдвиг (измеренный динамическим сдвиговым реометром) до величины, характерной для асфальтовой вяжущей основы PG 82-22.

Пример 3 - Микросоставитель смесей - сухой реагент

[0313] Исходный материал представлял собой полученную из цельной шины измельченную шинную резину, вулканизированную холодным способом, размером 30 меш. Согласно оценкам исходный материал содержал приблизительно 40 % по массе резины и приблизительно 2,5 % по массе элементарной серы относительно резиновой массы. Для взаимосвязанного замещения использовали ацетат меди (II) в форме сухого порошка. Измельченную шинную резину и ацетат меди смешивали (4% по массе ацетата меди (II) с 96% полученной из цельной шины измельченной шинной резины, вулканизированной холодным способом) и затем загружали в микросоставитель смесей, показанный на фиг. 12A-C, с получением смеси 4% по массе ацетата меди (II) с 96% полученной из цельной шины измельченной шинной резины, вулканизированной холодным способом.

[0314] Смесь обрабатывали в микросоставителе смесей при 250°F (примерно 121°С) и давлении приблизительно от 80 (примерно 552 кПа) до 100 psi (примерно 689 кПа) в течение приблизительно 1 часа, и получали приблизительно 750 г продукта, состоящего из резиноподобных частиц. Эластичность одной из масс частиц была продемонстрирована с помощью растягивающейся массы.

Пример 4 - Микросоставитель смесей - Водный раствор реагента

[0315] Исходный материал представлял собой полученную из цельной шины измельченную шинную резину, вулканизированную холодным способом, размером 30 меш. Согласно оценкам исходный материал содержал приблизительно 40 % по массе резины и приблизительно 2,5 % по массе элементарной серы относительно резиновой массы. Воду в количестве, достаточном для растворения ацетата меди (II), смешивали с ацетатом меди (II). Наиболее эффективное распределение ацетата меди (II) достигается путем предварительного растворения в теплой дистиллированной воде (H₂O) при 150°F (примерно 66°С) в 5% растворе. Затем такой раствор смешивают с сухой, измельченной шинной резиной, так что полученная смесь превращается в текучую или способную к перекачиванию суспензию. Использовали 4 части по массе ацетата меди (II) на 96 частей по массе полученной из цельной шины измельченной шинной резины, вулканизированной холодным способом. Измельченную шинную резину и раствор ацетата меди смешивали и затем загружали в микросоставитель смесей, показанный на фиг. 12A-C.

[0316] Суспензию обрабатывали в микросоставителе смесей при 250°F (примерно 121°С) и давлении приблизительно от 80 (примерно 552 кПа) до 100 psi (примерно 689 кПа) в течение приблизительно получаса, и получали приблизительно 750 г продукта, состоящего из резиноподобных частиц. Полученный продукт был аналогичен продукту, полученному из сухой смеси ацетата меди (II) и полученной из цельной шины измельченной шинной резины, вулканизированной холодным способом, с точки зрения размера полученных частиц и взаимосвязанного замещения, хотя для завершения процесса требовалось меньше времени работы реактора.

[0317] Во время обработки суспензии GTR/ацетата меди (II) свободное пространство, температуру и давление в сосуде реактора удерживали в такой точке, чтобы жидкая фаза воды перемещалась по кривой паровая фаза-жидкость. Как было определено, указанная точка составляет от 70 (примерно 483 кПа) до 100 psi (примерно 689 кПа) в диапазоне температур от 265°F (примерно 129°С) до 305°F (примерно 152°С). Такой технологический прием значительно улучшает проникновение ацетата меди во внутренние области фрагмента измельченной шинной резины.

Пример 5 - Модификатор асфальта

[0318] Продукт, полученный в примере 3 («испытываемая PTR»), исследовали с точки зрения применения в качестве модификатора асфальта, например, для применения в качестве вяжущего вещества в горячей смеси и в качестве эмульсионной основы для укладки дорожного покрытия. Образец дорожного асфальта был получен от компании San Joaquin Refining Co., Inc. of Bakersfield, Калифорния. Технические характеристики дорожного асфальта PG 64-10, продукт 2185 («испытываемый асфальт») приведены на фиг. 13.

[0319] Первоначальные испытания на растворимость и расслоение проводили путем диспергирования испытываемой PTR в технологическом масле Raffex 200 («испытываемое технологическое масло») с получением 50 % по массу смеси. Такая смесь была жидкотекучей при комнатной температуре и могла легко протекать через микросоставитель смесей. Полученная смесь испытываемой PTR и испытываемого асфальта имела растворимость > 99% и обеспечивала расслоение, сохраняющееся на минимальном уровне или выше согласно стандарту PG 64-10.

[0320] Испытываемое технологическое масло имело вязкость в условиях окружающей среды, аналогичную вязкости 40 % масс. моторного масла, так что можно ожидать, что смесь испытываемой PTR и испытываемого асфальта обеспечит значительное разбавление асфальта, что влияет на эксплуатационные характеристики при высоких температурах. Можно ожидать, что смесь из 40 частей по массе испытываемой PTR, от 40 до 10 частей по массе Raffen, от 200 до 50 частей по массе испытываемого асфальта улучшит эксплуатационные характеристики при высоких температурах, например, PG76, но может потребовать внесения изменений в полимер для поддержания приемлемых свойств при низких температурах.

Пример 6 - Модификатор асфальта

[0321] Образец испытываемого асфальта нагревали при температуре 275°F (135°С) или ниже в течение менее одного часа (полученную смесь называют «испытываемой основой» или «основой SJR PG 64-10»), затем смешивали с испытываемой PTR при массовом отношении 15 частей испытываемой PTR и 85 частей испытываемого асфальта с получением смеси (называемой «испытываемой смесью», «PTR PG 64-10» или «Prism PG 64-10»). Испытываемую основу и испытываемую смесь подвергали исследованиям для определения соответствия со спецификацией Caltrans для асфальтов PG 64-10, включая испытания на удельный вес и на ползучесть и восстановление под воздействием многочисленных напряжений (MSCR). Испытываемую смесь также подвергали испытанию на расслоение. Образец основы исследовали для определения соответствия спецификации в порядке, предусмотренном AASHTO M320. Также были проведены дополнительные испытания, требуемые спецификацией Caltrans PG. Испытываемую смесь перемешивали в течение 10 минут при 300°F (примерно 149°С) с применением смесителя Silverson для обеспечения гомогенности. Затем испытываемую смесь исследовали для определения ее класса согласно AASHTO R29. Также были проведены дополнительные испытания, требуемые спецификацией Caltrans PG, результаты которых показаны на фиг. 14А. Испытания MSCR были выполнены в соответствии с AASHTO T350, результаты испытаний показаны на фиг. 14В. Испытание на расслоение проводили путем наливания образца в сигарообразную трубку и хранения образца при 325°F (примерно 163°C) в течение 48 часов. Затем верхнюю и нижнюю треть трубки исследовали на реологию при динамическом сдвиге (SDR), результаты испытаний показаны на фиг. 14С. Было определено, что испытываемая смесь подходит для применения в качестве модификатора асфальта и демонстрирует соответствие спецификации Caltrans PG.

Пример 7 - Морфология PTR

[0322] После многочисленных экспериментов были изучены экспериментальным путем потоки продуктов, полученные способом, осуществляемом в альтернативном процессе в периодическом режиме с применением сосуда с перемешиванием под давлением. Было обнаружено, что во взаимосвязано-замещенном резиновом материале присутствовали крошечные золотистые волокна с поперечным сечением примерно от 0,002 дюйма (примерно 0,005 см) до 0,005 дюйма (примерно 0,013 см) и переменной длиной. Предполагается, что такие волокна разрушаются только под действием чрезмерного нагревания (при температурах выше, чем те, которые используются в процессе взаимосвязанного замещением, описанном в настоящем документе, и выше, чем те, которые характерны для процессов горячего смешивания) и не будут растворяться в трихлорэтилене (TCE).

[0323] Можно ожидать, что присутствие таких волокон не увеличит значительно массу нерастворимого компонента субмикронного взаимосвязано-замещенного резинового материала, но предполагают, что такое волокно закупоривает поры одномикронного фильтра, что делает фактическую фильтрующую среду менее пористой и, тем самым, приводит к ложному показанию доли (quanta) концентрации фильтрата. Образцы взаимосвязано-замещенного резинового материала в виде суспензии пропускали через поршневой диафрагменный насос при высокой температуре и высоком давлении и через высокопрочный спеченный фильтр, способный выдерживать давление до 50000 psi (345 МПа), через 1,0 мкм отверстие. Такая дополнительная обработка, которая, как полагают, уменьшает общую длину волокон, позволяла получить однородную смесь, способную проходить через поры фильтра размером в один мкм. Дальнейшая обработка приводила к быстрому разрушению резины с образованием легко диспергируемого субмикронного фрагмента при некотором выделении сажи.

[0324] Указанный волокнистый компонент, полученный из утилизируемой шины, может значительно улучшить прочность связи между асфальтом, к которому добавляют взаимосвязано-замещенный резиновый материал (например, в качестве вяжущего вещества или адгезива), и заполнителем, что, тем самым, улучшает общие характеристики дорожного покрытия и обеспечивает превосходное дорожное покрытие по сравнению с покрытием, полученным из заполнителя и асфальта, содержащего исходный натуральный каучук.

PTR в саженаполненной маточной смеси

[0325] Взаимосвязано-замещенный резиновый материал, полученный с применением лабораторного оборудования, аналогичного устройству, изображенному на фиг. 1, в условиях, аналогичных условиям, приведенным на фиг. 2, добавляли к основной саженаполненной маточной смеси с известными свойствами, содержащей исходный натуральный каучук в количестве 10 % масс. (после корректировки с учетом заполнителей во взаимосвязано-замещенном резиновом материале). Полученную 10 % масс. смесь подвергали термогравиметрическому анализу и другим испытаниям. Было обнаружено, что полученная 10% смесь по способности к гомогенизации и физическим свойствам почти эквивалентна основной саженаполненной маточной смеси с известными свойствами, содержащей исходный натуральный каучук, так что она не будет влиять на конечные рабочие характеристики новой шины, или ее можно использовать в основной саженаполненной маточной смеси при более высокой загрузке, чем верхний предел, составляющий 3 % масс., который традиционно использовали для полностью вулканизированной измельченной шинной резины с мелкими частицами (200 меш). Другими словами, было обнаружено, что взаимосвязано-замещенный резиновый материал подходит для применения при изготовлении шин в качестве единственного источника резины, или его можно использовать в комбинации с основной саженаполненной маточной смесью при загрузках выше 3%, например, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 или 95 % масс. или более.

[0326] Было обнаружено, что взаимосвязано-замещенный резиновый материал почти не содержит элементарную серу, имеет морфологию, аналогичную композитному исходному натуральному каучуку, имеет размер частиц < 50 мкм, отличается существенным удержанием сажи в эластомере. Материал подходит для применения в боковине новых легкогрузовых и автомобильных шин в количестве по меньшей мере 20% и до 50, 60%, 70, 80, 90% или более (например, до 100%). Кроме того, такой взаимосвязано-замещенный резиновый материал подходит для применения в мембранах и промышленных резиновых изделиях.

Резиновый полимер IPREX

[0327] Резиновый полимер (IRP) на основе взаимопроникающего регенеративного эластомера Xlink (IPREX) представляет собой микрослоистый, анизотропный структурированный резиновый лист. Он состоит из нескольких наплавляемых в вакууме и сшитых слоев, каждый из которых имеет толщину от 10 до 70 мкм. Такой материал содержит угленаполненные взаимопроникающие полиизопрен-полибутадиеновые эластомерные цепи, регенеративные перегруппированные поперечные связи, образованные поперечными сульфидными мостиками. Отдельные пластинки демонстрируют близкую к нулю вероятность образования петли, и наклонно направленную, параллельную рептационную, перекрученную структуру(ы) основной эластомерной цепи, которая при постепенном наложении в процессе конструирования под углом 30 - 45 градусов к анизотропному «зерну» каждой предыдущей пластинки образует готовый лист, демонстрирующий превосходное сопротивление кручению и упругость, сопоставимые с изотропными листами из аналогичного материала и аналогичной толщины сечения. Предварительно сшитое исходное сырье обрабатывают с получением тонких пластинок, пропуская его через вальцовую мельницу высокого давления с изменяемым зазором между валками. Резину IPREX можно получить в две стадии из предварительно сшитой саженаполненной маточной смеси в качестве исходного сырья, полученного для производства шин или других спроектированных резиновых продуктов, и/или из отходов отслуживших свой срок целых шин, которые были впоследствии разделены на мелкие резиновые частицы (обычно 30 меш, шинная резина, измельченная в условиях окружающей среды), которые затем повторно компаундируют в соответствии с предварительно определенными технологическими параметрами реактора PRISM, описанного в настоящем документе. Резину IPREX можно компаундировать с образованием взаимопроникающей и сшитой эластомерной сетки с другими эластомерами, такими как функционализированная SiR, для повышения химической и термической стойкости. Резина IPREX подходит для применения в конструкции боковины шины, изоляционной ленте, соответствующей нормам и правилам, и заливочных компаундах, промышленной ременной ткани и шлангах, высокотемпературных тканях и прокладках, геотехнических подкладках, кровельных и гидроизоляционных мембранах, коллоидных суспензиях для промышленных адгезивов и суперпейве (системе суперпрочного асфальтового покрытия), термоклее PG, модификации асфальтового вяжущего вещества.

Рабочие характеристики автомобильной шины, содержащей постреакторные GTRP

[0328] Постреакторные GTRP имеют на выходе из реактора комковатый, неоднородный вид. После сушки и компаундирования со сшивающими агентами и другими необязательными гибридными эластомерами, обычно выполняемого в закрытом смесителе с высоким сдвиговым усилием, таком как смеситель Бенбери с двойной лопастной мешалкой или Z-образный смеситель, GTRP пропускают через узкий зазор вальцовой мельницы, где указанные частицы превращаются в тонкий лист. Такой тонкий лист, в отличие от эластомерных композитных смесей на основе обычной исходной саженаполненной маточной смеси (VBMB), обработанных аналогичным образом, может обладать анизотропией в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине, составляющую до приблизительно 3:1. Факторы, которые могут вносить свой вклад в степень анизотропии, включают регулируемое реактором уменьшение вероятности образования петли, манипулирование степенью перемещения поперечных связей и/или сокращение времени внутреннего смешивания.

Регулируемое реактором уменьшение вероятности образования петли

[0329] Такой фактор может статистически добавить к полученной матрице в среднем 12,5% по массе дополнительного эффективного эластомера, поскольку после перемещения серного мостика, связанного с предшественником метильного карбокатиона с такой же основной цепью, эластомер высвобождается и динамически ориентируется (и остается таковым) как при рептации-смещении, вдоль боковой оси хода сжатия (перпендикулярной поверхности зазора вальцовой мельницы).

Манипулирование степенью перемещения поперечных связей

[0330] Упругость оставшихся поперечных связей в отслужившей свой срок шине вызывает переменное остаточное сопротивление уменьшению размеров во время компаундирования и получения конечного листа, при этом не полностью перемещенная частица сопротивляется сплющиванию под давлением вальцовой мельницы. Такой придаток действует как якорь, будучи протянутым вдоль той части эластомерной матрицы, которая более легко достигает динамики, подобной рептации. Такой эффект представляет собой рептацию-смещение в поперечном направлении хода сжатия между вальцами.

Сокращение времени внутреннего смешивания

[0331] Конечное уменьшение размеров постреакторных частиц GTRP представляет собой функцию количества циклов перетирания, которые выдерживает частица в смесителе (например, смесителе с двойной лопастной мешалкой). Поскольку обычно для получения GTRP, используемых для вальцевания с получением листа, применяемого для многих целей, используют только минимальные количества добавок, чрезмерное высокое усилие сдвига не требуется, за исключением тех случаев, когда желательно постепенное уменьшение размеров комков. Такая манипуляция во времени смешивания может иметь аналогичный, но немного менее выраженный эффект перемещения якоря, чем эффект, ранее описанный в настоящем документе.

[0332] Когда изотропия является целесообразной, GTRP можно обработать способом, который представляет собой инверсию указанных трех дискриминаторов. Однако, в отличие от VBMB, анизотропное качество может иметь огромное преимущество в конструкциях, которые должны подвергаться постоянному изгибанию, но при этом оставаться стабильными по размерам, такие как боковина шины транспортного средства.

Обработанная резина для применения в шинах

[0333] Среднеотраслевые показатели составляют приблизительно 15% от эксплуатационного расхода топлива транспортным средством при преодолении сопротивления качению автомобильной шины. Большая часть такого сопротивления обусловлена изгибом шины, поскольку при каждом обороте протектор отклоняется туда-сюда по случайной синусоидальной траектории в направлении движения, когда беговая часть шины вступает в контакт с дорожным покрытием. Такая деформация сдерживается за счет свойств упругости и кручения боковины шины, передаваемых на твердый обод и подвеску транспортного средства. В производственном дизайне и конструкции шин используют армирующую ткань, расположенную под углом от 15 до 90 градусов к вертикальной плоскости катящейся шины, которую наслаивают между изотропной VBMB для создания композитной структуры, сохраняющей безопасную и эффективную катящуюся конструкцию. Однако для преодоления широкого диапазона торсионных механизмов, связанных с перемещением при различных состояниях поверхности с переменными скоростями, требуется значительная энергия.

[0334] Микрослоистый GTRP лист с толщиной 40 мил (~ 1 мм), состоящий из четырех листов толщиной 0,010 дюйма (примерно 0,025 см), уложенных в форме сборки из четырех микрослоев, при этом каждый подслой расположен под углами приблизительно 45 градусов к последующей слоистой структуре, демонстрирует увеличение приблизительно на 30% или более устойчивости к деформации при кручении по сравнению с аналогичным образом полученной микрослоистой структурой VBMB. При применении торсионных механических моделей, количественно выраженных в единицах фунт-фут сила, для шинной конструкции, в которой используют такую анизотропную микрослоистую структуру, в частности, в качестве компонента в двух самых внешних слоистых структурах шинной конструкции, где напряжение от размерного радиуса при деформации является наибольшим, предсказывают уменьшение сопротивления качению на единицу массы каркаса шины на от 9,5% до 16%. Десятипроцентное (10%), уменьшение сопротивления качению шины с учетом текущего мирового потребления топлива соответствует ежегодной экономии топлива, составляющей более шести миллиардов галлонов (6000000000 галлонов (примерно 22700000000 л)). Таким образом, обработанная резина согласно настоящим вариантам реализации особенно полезна при применении в шинах, например, в виде микрослоистых листов (например, от 2 до 100 или более листов, например, от 2 до 20, от 2 до 20 или от 2 до 5 листов, наслоенных вместе) для применения в боковинах шин.

Обработанная резина для применения в высококачественных продуктах

[0335] Резину и резиносодержащие материалы согласно различным вариантам реализации можно получить таким образом, чтобы они соответствовали одному или более из следующих спецификаций. Согласно некоторым вариантам реализации получают резину и резиновые изделия, соответствующие одной или нескольким спецификациям MIL-R, перечисленным ниже. Такие продукты могут включать, но не ограничиваются ими, протектор шины, боковину шины, кровельную мембрану, изоляционную ленту с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовку бака, облицовку резервуара, траншейную крепь, опорную поверхность моста, гидроизоляционный материал для фундамента, гидроизоляционный материал для крытой автостоянки, шланг, ремень, отливку или другие резиновые товары, полученные из формованной резины или резинового листового материала (например, прокладки, трубопроводы, амортизирующие материалы, коврики для пола и бортовые прокладки для транспортных средств, коврики и материалы для покрытия полов для коммерческого и жилого строительства, основания для полов, настилов и бетона, звукоизоляционные материалы и т. д.) Другие продукты включают прорезиненные ленты в одежде и резинках для волос, перчатки для мытья посуды, игрушки, герметики для контейнеров и шины, дверные коврики с приветственной надписью, садовые шланги. Другие бытовые предметы из резины включают обувь, плащи, противофильтрационные облицовки водоемов, матрасы и диванные подушки, подушки, ручки для садовых инструментов, пробки для ванн, дверные доводчики, затычки для ушей, грелки, трубки для аквариума, моечные устройства и подкладки для ковриков. Из резины согласно настоящим вариантам реализации могут быть сделаны пробки для лабораторных колб и флаконов, химически стойкие коврики и прокладки, протезы и другие специализированные продукты и оборудование, а также резиновые миски для еды и воды, жевательные игрушки и шарики, наматрасники из губчатой резины, коврики, эластичные ветеринарные накидки, противоблошиные ошейники, рабочие рукавицы и резиновые расчески, коврики для мыши, клавиатуры, адгезивы и колеса для кресла на колесиках, коврики с повышенной динамической прочностью, основание для ковра, вкладыши для наушников и резиновые печати, надувные матрасы для кемпинга, плитки для игровых площадок, резиновые уточки, спортивная одежда, костюмы для подводного плавания, детали для автомобилей гражданского и военного применения; детали лодок, кораблей и подводных лодок для гражданского или военного применения; детали для летательных аппаратов, пассажирских самолетов и реактивных истребителей, детали для железнодорожных вагонов и железнодорожных двигателей, изделия для жилых и коммерческих зданий, внутризаводские или фабричные или промышленные компоненты, компоненты одежды и обуви.

[0336] Обработанную резину согласно настоящим вариантам реализации можно использовать в резиновых продуктах, соответствующих или превышающих одну или более из следующих спецификаций ASTM, военных спецификаций (MIL), спецификаций аэрокосмических материалов (AMS) и/или других спецификаций, которые применяют в различных отраслях промышленности, использующих резиновые изделия.

[0337] ASTM C542 (ASTM C 1166 Procedure) - Low Smoke, Low Flame, Low Toxicity Neoprene

[0338] ASTM E662 - Low Smoke, Low Flame, Low Toxicity Neoprene

[0339] ASTM D1330 Grade 1 - Premium SBR - Style 22

[0340] ASTM D1330 Grade 2 - Red Rubber SBR - Style 20

[0341] ASTM D2000 1AA 430 - Natural Rubber - Style 28

[0342] ASTM D2000 1AA 704 Z1 (Z1 = 75 ± 5 Durometer) - Red Rubber SBR - Style 20

[0343] ASTM D2000 M1AA 407 - Butyl

[0344] ASTM D2000 M1AA 417 -Natural Rubber, Pure Gum Floating Natural Rubber, EZ Cut Non-Floating Gum Natural Rubber, Protein Free (Synthetic Polyisoprene) Natural Rubber

[0345] ASTM D2000 M1AA 503 - Commercial EPDM

[0346] ASTM D2000 M1AA 507 - Butyl

[0347] ASTM D2000 M1AA 517 - Natural Rubber

[0348] ASTM D2000 M1AA 606 - Commercial EPDM

[0349] ASTM D2000 M1AA 607 - Butyl

[0350] ASTM D2000 M1AA 617 - Natural Rubber

[0351] ASTM D2000 M1AA 703 Z1 (Z1 = 75 ± 5 Durometer) - Specification Grade SBR (Red)

[0352] ASTM D2000 M1AA 706 - Commercial EPDM

[0353] ASTM D2000 M1AA 710 - Butyl

[0354] ASTM D2000 M4AA 407 A13 B13 C12 F17

[0355] ASTM D2000 M4AA 421 F17 G21 - Tuff-Stuff® Natural Rubber

[0356] ASTM D2000 M4AA 510 A13 B13 C12 F17 - ASTM D2000 M4AA Specification Grade (EPDM)

[0357] ASTM D2000 M4AA 610 A13 B13 C12 F17

[0358] ASTM D2000 M4AA Specification Grade (EPDM)

[0359] ASTM D2000 M4AA 710 A13 B13 C12 F17

[0360] ASTM D2000 M4AA Specification Grade (EPDM)

[0361] ASTM D2000 M2BA 407 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0362] ASTM D2000 3BA 508 C12 - Commercial EPDM - Style 40

[0363] ASTM D2000 3BA 515 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0364] ASTM D2000 3BA 608 C12 - Commercial EPDM - Style 40

[0365] ASTM D2000 3BA 615 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0366] ASTM D2000 3BA 708 C12 - Commercial EPDM - Style 40

[0367] ASTM D2000 3BA 715 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0368] ASTM D2000 3BA 815 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0369] ASTM D2000 1BC 408 - Commercial Neoprene - Style 10

[0370] ASTM D2000 1BC 508 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0371] ASTM D2000 1BC 515 - Mid-Grade Neoprene - Style 15

[0372] ASTM D2000 1BC 609 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0373] ASTM D2000 1BC 615 - Mid-Grade Neoprene - Style 15

[0374] ASTM D2000 1BC 710 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0375] ASTM D2000 1BC 715 - Mid-Grade Neoprene - Style 15

[0376] ASTM D2000 1BC 810 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0377] ASTM D2000 M1BC 303 - Mid -Grade Neoprene - 5100 Series, Premium Neoprene

[0378] ASTM D2000 M1BC 403 - Mid -Grade Neoprene - 5100 Series, Neoprene Molded Slabs

[0379] ASTM D2000 M1BC 407 - Premium Neoprene

[0380] ASTM D2000 M1BC 507 - Mid -Grade Neoprene - 5100 Series, Neoprene Molded Slabs

[0381] ASTM D2000 M1BC 510 - Premium Neoprene

[0382] ASTM D2000 M1BC 607 - Mid -Grade Neoprene - 5100 Series, Neoprene Molded Slabs

[0383] ASTM D2000 M1BC 610 - Premium Neoprene

[0384] ASTM D2000 M1BC 707 - Mid -Grade Neoprene - 5100 Series, Neoprene Molded Slabs

[0385] ASTM D2000 M1BC 710 - Premium Neoprene

[0386] ASTM D2000 M1BC 807 - Mid -Grade Neoprene - 5100 Series, Neoprene Molded Slabs

[0387] ASTM D2000 M1BC 810 - Premium Neoprene

[0388] ASTM D2000 M1BC 907 - Premium Neoprene

[0389] ASTM D2000 M2BC 407 A14 B14 C12 F17 Z1 - (Z1 = Fungus Resistance per MIL STD 810, Method 508), Anti-Microbial Neoprene

[0390] ASTM D2000 M2BC 410 A14 B14 C12 EO34 F17

[0391] ASTM D2000 M2BC Specification Grade (Neoprene)

[0392] ASTM D2000 M2BC 510 A14 B14 C12 F17 Z1 - (Z1 = Fungus Resistance per MIL STD 810, Method 508), Anti-Microbial Neoprene

[0393] ASTM D2000 M2BC 510 A14 B14 C12 EO34 F17

[0394] ASTM D2000 M2BC Specification Grade (Neoprene)

[0395] ASTM D2000 M2BC 610 A14 B14 C12 F17 Z1 - (Z1 = Fungus Resistance per MIL STD 810, Method 508), Anti-Microbial Neoprene

[0396] ASTM D2000 M2BC 610 A14 B14 C12 EO34 F17

[0397] ASTM D2000 M2BC Specification Grade (Neoprene)

[0398] ASTM D2000 M2BC 710 A14 B14 C12 EO34 F17

[0399] ASTM D2000 M2BC Specification Grade (Neoprene)

[0400] ASTM D2000 M1CA 410 - Peroxide Cure EPDM

[0401] ASTM D2000 M1CA 510 - Peroxide Cure EPDM

[0402] ASTM D2000 M1CA 610 - Peroxide Cure EPDM

[0403] ASTM D2000 M1CA 710 - Peroxide Cure EPDM

[0404] ASTM D2000 M1CA 810 - Peroxide Cure EPDM

[0405] ASTM D2000 1BF 408 Z1 (Z1 = Meets basic requirements of BF materials), Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0406] ASTM D2000 1BF 508 Z1 (Z1 = Meets basic requirements of BF materials), Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0407] ASTM D2000 1BF 609 - Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0408] ASTM D2000 1BF 710 - Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0409] ASTM D2000 1BF 810 - Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0410] ASTM D2000 1BG 610 - FDA Nitrile (Buna-N) - Style 37

[0411] ASTM D2000 M1BG 407 - Premium Nitrile (Buna-N)

[0412] ASTM D2000 M1BG 503 Z1 (Z1 = 45 ± 5 Durometer), WARCO White® FDA Nitrile (Buna-N)

[0413] ASTM D2000 M1BG 507 - Premium Nitrile (Buna-N)

[0414] ASTM D2000 M1BG 607 Z1 (Z1 = 55 ± 5 Durometer), WARCO White® FDA Nitrile (Buna-N)

[0415] ASTM D2000 M1BG 610 - Premium Nitrile (Buna-N)

[0416] ASTM D2000 M1BG 707 Z1 (Z1 = 65 ± 5 Durometer), WARCO White® FDA Nitrile (Buna-N)

[0417] ASTM D2000 M1BG 710 - Premium Nitrile (Buna-N)

[0418] ASTM D2000 M1BG 803 - WARCO White® FDA Nitrile (Buna-N)

[0419] ASTM D2000 M1BG 810 - Premium Nitrile (Buna-N)

[0420] ASTM D2000 M1BG 910 - Premium Nitrile (Buna-N)

[0421] ASTM D2000 5BG 613 A14 B14 EO14 F17 - Premium Nitrile (Buna-N) - Style 36

[0422] ASTM D2000 5BG 620 A14 B14 EO34 - Transformer Oil Nitrile (Buna-N)

[0423] ASTM D2000 5BG 720 A14 B14 EO34 - Transformer Oil Nitrile (Buna-N)

[0424] ASTM D2000 M5BG 407 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0425] ASTM D2000 M5BG 507 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0426] ASTM D2000 M5BG 610 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0427] ASTM D2000 M5BG 710 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0428] ASTM D2000 M1HK 607 - Premium Viton® A: 66% Fluorine

[0429] ASTM D2000 M1HK 707 - Premium Viton® A: 66% Fluorine, Premium Viton® B: 68% Fluorine

[0430] ASTM D2000 M1HK 807 - Premium Viton® A: 66% Fluorine

[0431] ASTM D2000 M1HK 807 Z1 (Z1 = 75 ± 5 Durometer), Premium Viton® B: 68% Fluorine

[0432] MIL-R-900 - MIL-R-900 Specification Grade

[0433] MIL-G-1149 - MIL-G-1149 Type 1 Class 1 Grade 50 - MIL-R-1149 Specification Grade (Neoprene)

[0434] MIL-G-1149 Type 1 Class 2 Grade 50 - MIL-R-1149 Specification Grade (SBR)

[0435] MIL-G-1149 Type 1 Class 5 Grade 50 - MIL-R-1149 Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0436] MIL-R-2765 - MIL-R-2765 Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0437] MIL-R-3065 SB 410 F2 - MIL-R-3065 SB Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0438] MIL-R-3065 SB 515 F2 - MIL-R-3065 SB Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0439] MIL-R-3065 SB 615 F2 - MIL-R-3065 SB Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0440] MIL-R-3065 SB 715 F2 - MIL-R-3065 SB Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0441] MIL-R-3065 SB 815 F2 - MIL-R-3065 SB Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0442] MIL-R-3065 SC 310 F1 - MIL-R-3065 SC Specification Grade (Neoprene)

[0443] MIL-R-3065 SC 408 Z1 (Z1 = 350% minimum Elongation), Commercial Neoprene - Style 10

[0444] MIL-R-3065 SC 410 F2 - MIL-R-3065 SC Specification Grade (Neoprene)

[0445] MIL-R-3065 SC 508 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0446] MIL-R-3065 SC 515 F2 - MIL-R-3065 SC Specification Grade (Neoprene)

[0447] MIL-R-3065 SC 609 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0448] MIL-R-3065 SC 615 F2 - MIL-R-3065 SC Specification Grade (Neoprene)

[0449] MIL-R-3065 SC 710 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0450] MIL-R-3065 SC 715 F2 - MIL-R-3065 SC Specification Grade (Neoprene)

[0451] MIL-R-3065 SC 810 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0452] MIL-R-3065 SC 815 F1 - MIL-R-3065 SC Specification Grade (Neoprene)

[0453] MIL-R-3065 RS 508 C1 - Commercial EPDM - Style 40

[0454] MIL-R-3065 RS 515 C1 F1 - Premium EPDM - Style 45

[0455] MIL-R-3065 RS 608 C1 - Commercial EPDM - Style 40

[0456] MIL-R-3065 RS 615 C1 F1 - Premium EPDM - Style 45

[0457] MIL-R-3065 RS 708 C1 - Commercial EPDM - Style 40

[0458] MIL-R-3065 RS 715 C1 F1 - Premium EPDM - Style 45

[0459] MIL-R-3065 RS 815 C1 F1 - Premium EPDM - Style 45

[0460] MIL-R-6855 Class 1 Grade 40 - MIL-R-6855 Class 1 Fuel Resistant Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0461] MIL-R-6855 Class 1 Grade 50 - MIL-R-6855 Class 1 Fuel Resistant Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0462] MIL-R-6855 Class 1 Grade 60 - MIL-R-6855 Class 1 Fuel Resistant Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0463] MIL-R-6855 Class 1 Grade 70 - MIL-R-6855 Class 1 Fuel Resistant Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0464] MIL-R-6855 Class 1 Grade 80 - MIL-R-6855 Class 1 Fuel Resistant Specification Grade (Nitrile/Buna-N)

[0465] MIL-R-6855 Class 2, Grade 30 - MIL-R-6855 Class 2 Oil Resistant Specification Grade (Neoprene)

[0466] MIL-R-6855 Class 2, Grade 40 - MIL-R-6855 Class 2 Oil Resistant Specification Grade (Neoprene)

[0467] MIL-R-6855 Class 2, Grade 50 - MIL-R-6855 Class 2 Oil Resistant Specification Grade (Neoprene)

[0468] MIL-R-6855 Class 2, Grade 60 - MIL-R-6855 Class 2 Oil Resistant Specification Grade (Neoprene)

[0469] MIL-R-6855 Class 2, Grade 70 - MIL-R-6855 Class 2 Oil Resistant Specification Grade (Neoprene)

[0470] MIL-R-6855 Class 2, Grade 80 - MIL-R-6855 Class 2 Oil Resistant Specification Grade (Neoprene)

[0471] MIL-R-21252 - MIL-R-21252 Specification Grade (EPDM)

[0472] MIL-R-83248C Type 2 Class 1 - Fluorozone® Mil-Spec Performance FKM, Military Specification Grade Viton® A, MIL-R-83285

[0473] MIL-R-83285 Grade 80 - MIL-R-83285 Grade 80 Specification Grade (EPDM)

[0474] AMS 3205 - Aerospace Material Specification (AMS) Grade Low Temperature (Neoprene)

[0475] AMS 3208 - Aerospace Material Specification (AMS) Grade Weather Resistant (Neoprene)

[0476] AMS 3215 - Aerospace Material Specification (AMS) Grade Fuel Resistant (Nitrile/Buna-N)

[0477] AMS 3216 - Fluorozone® Mil-Spec Performance FKM, Military Specification Grade Viton® A

[0478] AMS 3301 - INFINISIL™ Spec-Grade Performance Silicone

[0479] AMS 3302 - INFINISIL™ Spec-Grade Performance Silicone

[0480] AMS 3303 - INFINISIL™ Spec-Grade Performance Silicone

[0481] AMS 3304 - INFINISIL™ Spec-Grade Performance Silicone

[0482] FDA Approved Ingredients per 21 CFR 177.2600 - FDA Neoprene, WARCO White® FDA Nitrile, Natural Rubber - Style 28, Pure Gum Floating Natural Rubber, Fluorozone® FDA Performance FKM, FDA Viton® A: 66% Fluorine, FDA Red Silicone, FDA White Silicone, FDA Approved Grade TPE (Black), FDA Approved Grade TPE (Neutral)

[0483] NSF 51 - NSF 51 & NSF 61 Approved Grade TPE

[0484] NSF 61 - NSF 51 & NSF 61 Approved Grade TPE

[0485] A-A-59588 2A & 2B - INFINISIL™ Spec-Grade Performance Silicone

[0486] SAE J200 1AA 430 - Natural Rubber - Style 28

[0487] SAE J200 3BA 508 C12 - Commercial EPDM - Style 40

[0488] SAE J200 3BA 515 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0489] SAE J200 3BA 608 C12 - Commercial EPDM - Style 40

[0490] SAE J200 3BA 615 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0491] SAE J200 3BA 708 C12 - Commercial EPDM - Style 40

[0492] SAE J200 3BA 715 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0493] SAE J200 3BA 815 A14 B13 C12 F17 - Premium EPDM - Style 45

[0494] SAE J200 1BC 408 - Commercial Neoprene - Style 10

[0495] SAE J200 1BC 508 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0496] SAE J200 1BC 609 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0497] SAE J200 1BC 710 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0498] SAE J200 1BC 810 - Commercial Neoprene - Style 10, Matte Finish Neoprene - Style 12

[0499] SAE J200 1BF 608 Z1 (Z1 = 40 ± 5 Durometer) -Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0500] SAE J200 1BF 608 Z1 (Z1 = 50 ± 5 Durometer) -Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0501] SAE J200 1BF 609 - Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0502] SAE J200 1BF 710 - Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0503] SAE J200 1BF 810 - Commercial Nitrile (Buna-N) - Style 35

[0504] AASHTO Grade 2 - AASHTO Unsupported Neoprene Bearing Pads - Style 71, AASHTO Unsupported Calendered Neoprene Bearing Pads, AASHTO Unsupported Molded Neoprene Bearing Pads, AASHTO Unsupported Neoprene Bearing Pads - Style 72

[0505] AASHTO Grade 3 - AASHTO Unsupported Calendered Neoprene Bearing Pads, AASHTO Unsupported Molded Neoprene Bearing Pads

[0506] Caltrans 51 -1.14 Waterstops - Cal-Trans Strip Water Stops

[0507] Boeing BSS 7239 - Low Smoke, Low Flame, Low Toxicity Neoprene

[0508] Bombardier SMP 800 -C - Low Smoke, Low Flame, Low Toxicity Neoprene

[0509] GMP.E/P.002 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0510] GMP.E/P.003 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0511] GMP.E/P.004 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0512] GMP.E/P.005 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0513] GMP.E/P.006 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0514] GMP.E/P.007 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0515] MSAR20A - General Purpose Grade TPE (Black)

[0516] MSAR20B - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0517] MSAR20C - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0518] MSAR20D - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0519] MSAR20E - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0520] MSAR30A - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0521] MSAR30B - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0522] MSAR40A - Flame Retardant Grade TPE

[0523] MSAR40B - Flame Retardant Grade TPE

[0524] WSD -M2D379-A1 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0525] WSD -M2D380-A1 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0526] WSD -M2D381-A1 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0527] WSD -M2D382-A1 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0528] WSD-M2D441-A - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0529] WSD-M2D712-A1 - General Purpose Grade TPE (Neutral)

[0530] HHP-151F - HHP-151F Cloth-Inserted (CI), Fungus Resistant, Anti-Microbial Neoprene

[0531] General Electric EA12C11E7 - Transformer Oil Nitrile (Buna-N)

[0532] ASTM D 178-93 Type 1 Class 2 - ASTM Switchboard Type 1 Rubber Matting

[0533] ASTM D2000 1AA - Corrugated Matting, Heavy Corrugated Matting, Lightweight KleenRite® Matting, Molded Slabs

[0534] AASHTO Grade 2 - AASHTO Unsupported Molded Neoprene Bearing Pads

[0535] AASHTO Grade 3 - AASHTO Unsupported Molded Neoprene Bearing Pads

Резиновый полимер PRISM™

[0536] Обработанную резину согласно некоторым вариантам реализации можно использовать в резиновом полимере PRISM™, материале гибридной маточной смеси на основе полибутадиен-бутилкаучука, включающем сульфидный метатезис, вызванный фазной ретикуляцией (PRISM). Резиновый полимер PRISM™ можно компаундировать таким образом, чтобы он содержал до восьми дополнительных смешанных полимеров, но чаще не более трех дополнительных полимеров (например, SBR, натуральный каучук и/или EPDM), в зависимости от конечного применения. Резиновый полимер PRISM™ включает взаимопроникающую двойную эластомерную сетку, в которой две совершенно разные химические структуры основной цепи были тесно сплетены, а затем сшиты отдельно друг от друга. Такой процесс позволяет достичь превосходного пространственного плетения и превосходных торсионных механических свойств по сравнению с обычным материалом маточной смеси для обеспечения превосходной стабильности во всех применениях. Преимущества резинового полимера PRISM™ включают высокое соотношение эффективность/стоимость, улучшенные механические, химические и электрические свойства, превосходную стойкость к окислению, значительное снижение углеродного следа, устойчивую химию полимеров. Резиновый полимер PRISM™ подходит для применения в боковинах шин, кровельных мембранах, изоляционной ленте с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовке бака, облицовке резервуара, траншейной крепи, опорной поверхности моста, гидроизоляционном материале для фундамента, гидроизоляционном материале для крытой автостоянки, резиновых шлангах, резиновых ремнях и резиновой отливке.

Полимер GTR/дополнительная полимерная матрица

[0537] Предложен способ, позволяющий достичь цель, состоящую в получении, пополнении и затем рекомбинации полимера частицы (частиц) GTR («полимер GTR») и другого полимера («дополнительного полимера») таким образом, чтобы отдельные сложные гетерогенные сшитые фрагменты были встроены во вновь перепутанную монолитную структуру, в основном состоящую из первоначальной GTR и полимера («полимерной матрицы») и инкапсулирующую углеродный компонент («инкапсулированный углерод»), полученный из первоначальной GTR.

[0538] Способы, описанные в настоящем документе, включают 1) аккуратную распаковку плотной композитной структуры GTR, 2) перемещение наименее устойчивой точки крепления поперечной связи полимера GTR без неблагоприятного изменения молекулы эластомера или серного мостика, 3) установку дополнительного рецептора полимера на участке перемещения, затем 4) после механически индуцированного отслаивания суб-частиц повторное сшивание первоначального прикрепленного серного мостика на восприимчивых участках перемещения вдоль основной цепи эластомера с получением полимерной матрицы, содержащей сшитый полимер, полученный из GTR, и дополнительный полимер и инкапсулированный углерод.

[0539] Когда между соседними полимерными цепями происходит сшивание, это придает полимерной матрице эластичность и модуль упругости при сдвиге (в настоящем документе это называется «свободным петлеобразованием»). Однако когда поперечная связь образуется в одной и той же полимерной цепи, она образует петлю и становится неэффективной с точки зрения эластичности и ее можно охарактеризовать как дефект или слабое место в структуре резиновой матрицы («замкнутое петлеобразование»). Детальный анализ вероятности образования петель показывает, что появление такого нежелательного состояния происходит в данной промышленно вулканизированной резине в диапазоне от 5 до 15% от общего количества поперечных связей. В зависимости от местоположения нежелательной поперечной связи образовавшая петлю молекулярная цепь полимера может превратить от 5 до 20% резинового полимера в неэффективный циклический углеводород. Повторная эластомерная морфология GTRP, обработанных способами согласно предложенным вариантам реализации настоящего изобретения, снижала подверженность такому явлению.

Регенерация взаимопроникающей эластомерной сетки из частиц измельченной шинной резины

[0540] Согласно одному из вариантов реализации для регенерации морфологии монолитной, макроструктурной, взаимопроникающей эластомерной сетки используют различные элементы, например, полимерную матрицу, из частиц измельченной шинной резины.

[0541] При производстве полимерных матриц можно использовать методы обработки на основе воды, описанные в международной заявке на патент PCT № PCT/US2018/028656, поданной 20 апреля 2018 года, содержание которой в полном объеме включено в настоящее описание посредством ссылки. Однако также можно успешно использовать и способ сухой обработки. Способ сухой обработки включает объединение частиц резиновой крошки, металлоорганического соединения и дополнительного полимера и воздействие на смесь перечисленных компонентов давлением, например, в вальцовой мельнице, камере для придания извитости экструдера или т.п. В таком способе резиновую крошку соединяют с металлоорганическим соединением и дополнительным полимером, имеющим реакционноспособные участки. Подходящие дополнительные полимеры могут включать полимеры, содержащие гидроксильные группы, группы, которые могут быть источником гидроксильных групп (например, сложные эфиры, такие как сложные эфиры жирных кислот, например, глицерин или другие полиолы), или другие функциональные группы с низкой реакционной способностью в отношении металлоорганического соединения, но способные сшивать или иным образом образовывать связь сами с собой или с полимером GTR. При объединении при высоких усилиях перетирания связанные с серой цепи полимера GTR отсоединяются на участке карбокатиона, образуя реакционноспособные участки, которые могут взаимодействовать с гидроксильными группами или другими группами дополнительного полимера с образованием взаимопроникающей сетки из цепей полимера GTR и цепей дополнительного полимера, инкапсулируя углерод, полученный из резиновой крошки. Полимерную матрицу можно гранулировать, формовать в виде листов или придавать форму иным образом для применения в конечной форме (например, в качестве формованного резинового изделия или в качестве добавки, например, к асфальту) или ее можно подвергнуть дальнейшей обработке (например, нанести на подложку или объединить с другими материалами, например, разбавленной формой или легированной формой или композитной формой). Полученный материал имеет преимущества, состоящие в том, что его можно подвергнуть дальнейшей последующей обработке при одновременном сохранении его эластомерных свойств и способности удерживать сажу внутри полимерной матрицы.

Частицы резиновой крошки

[0542] Частицы резиновой крошки, которые обычно получают из утилизируемых шин отслуживших свой срок, можно успешно использовать в способах согласно предложенным вариантам реализации. Указанные частицы обычно имеют размер 30 меш. Частицы резиновой крошки вносят сажу и/или графен в качестве компонента полученной полимерной матрицы.

[0543] В общем случае, предпочтительно, чтобы полученная полимерная матрица содержала по меньшей мере 60 % по массе полученного из резины полимера; однако согласно некоторым вариантам реализации можно использовать меньшее количество полученного из резины полимера. При применении 90% шинной резины получают систему, превосходящую обычную саженаполненную маточную смесь. Смесь, содержащая от 80 до 90 % по массе шинной резины с остатком в виде первичного полимера, можно рассматривать как подходящую замену саженаполненной маточной смеси.

Металлоорганическое соединение

[0544] Металлоорганическое соединение используют в качестве реакционноспособного компонента для перемещения точек крепления в полимере резиновой крошки. Металлоорганическое соединение содержит металл, имеющий октаэдрическую молекулярную геометрию. В качестве примера, металлоорганическое соединение можно использовать в форме соли металла, претерпевающей фазовый переход от твердого к жидкому состоянию в диапазоне температур от 115 до 150°C, например, в форме ацетата меди. Такой реагент обычно используют в количестве от 0,1 до 5,0 частей реагента на сто частей вулканизированной резины (по массе); однако согласно определенным вариантам реализации также можно использовать более высокие или более низкие количества. Не желая быть связанными какой-либо теорией, полагают, что в такой реакции диссоциативное замещение иона ацетата металла происходит у метильного карбокатиона. Это разрушает предшественник вулканизации, при этом такая вставка образует в эластомерной боковой структуре новый функциональный участок для последующей перегруппировки сульфидных мостиков. В этом процессе O^2- превращается в CO₂ под действием заряженных частиц углеродного заполнителя в фазовом пространстве. При сильном взаимодействии между M²⁺ и S^2- образуется осадок, который высвобождает жесткий сульфидный мостик до состояния «привязки», связанной только у исходного аллильного карбокатиона. Для применения подходят ионы различных металлов, в том числе, но не ограничиваясь ими, Co²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 3×10⁶), Cu²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 5×10⁹), Ni²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 3×10⁴), Zn²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 2×10⁷) и Mn²⁺ (скорость лигандного обмена для координационной матрицы H₂O×металл составляет 2×10⁷). В литературе имеются фактические данные о том, что в нагретой водной среде координационное число металлоорганической молекулы на основе меди может составлять до десяти (10). Такая способность к координации обеспечивает промежуточное образование супер рыхлой матрицы, способствующей указанному процессу путем захвата лиганда из ингибирующего изомерного «осколка» вблизи реакционноспособного участка метильного карбокатиона. Скорости захвата и высвобождения лиганда также во много раз выше, чем у других металлов. Такие впечатляющие способности приводят к возможности создания различных реакционных изомеров на основе меди из гетерогенного фрагмента (maw) молекул, присутствующих во время последовательности распаковка GTRP-метатезис. Путем выбора металлоорганического соединения, которое демонстрирует фазовый переход при температуре, близкой к температуре элементарной серы, можно облегчить реакцию метатезиса; однако также можно использовать металлоорганические соединения, имеющие различные температуры фазового перехода. Металл можно использовать в ионной форме с органическим анионом, например, ацетатом. Ацетат меди подходит для применения в качестве металлоорганического соединения в способах согласно такому варианту реализации.

Дополнительный полимер

[0545] Дополнительный полимер может представлять собой гидроксилсодержащий полимер или другой полимер, имеющий ограниченную реакционную способность в отношении металлоорганического соединения. Такие полимеры включают, но не ограничиваются ими, триглицериды, полигидроксилированные полимеры (полиолы, разветвленные и/или линейные), полисахариды (ксантановую камедь, гуаровую камедь, карбоксиметилированные полисахариды, гидроксипропил полисахариды, карбоксиметил, гидроксипропил полисахариды), целлюлозу, аравийскую камедь, гуаровую камедь, камедь рожкового дерева, камедь тары, камедь кассии, агар, альгинаты, каррагенаны, хитозан, склероглюкан, диутан или модифицированные крахмалы, такие как н-октенил сукцинированный крахмал, пористый крахмал и гидроксипропил- и/или карбоксиметил-производные), углеводы, частично гидролизованный поливиниловый спирт и полиаминокислоты, такие как полисерин. Другие подходящие дополнительные полимеры включают сополимеры, содержащие виниловый спирт или другие мономеры, содержащие гидроксилзамещенные боковые цепи, или гидроксилсодержащие варианты полимеров, такие как сложные полиэфиры, поликарбонаты, поликапролактоны, простые полиэфиры, простые политиоэфиры, полиамидоэфиры, полиакрилаты, полиметакрилаты, поливиниловые спирты, полиуретаны, полиацетали, поливинилфенол, поливиниловый спирт или их сополимеры. Подходящие для применения полимеры могут иметь гидроксильное число (определенное согласно DIN 53240-2) от 20 или менее до 500 мг КОН/г или более и среднюю молярную массу от 250 или менее до 10000 г/моль или более.

[0546] Особенно подходящими для применения в качестве дополнительных полимеров являются сложные эфиры, например, эфиры жирных кислот, например, растительные масла. Растительные масла представляют собой липиды (сложные эфиры), полученные из растений, обычно в форме триглицеридов. Подходящие растительные масла включают, но не ограничиваются ими, кокосовое масло, кукурузное масло, хлопковое масло, оливковое масло, пальмовое масло, арахисовое масло, рапсовое масло, сафлоровое масло, соевое масло, подсолнечное масло, миндальное масло, касторовое масло, масло кешью, масло лесного ореха, масло макадамии, масло орехов монгонго, масло из ореха пекан, масло кедрового ореха, фисташковое масло, масло грецкого ореха, масло бутылочной тыквы, масло тыквы буйволова, масло семян тыквы, арбузное масло, масло асаи, масло семян черной смородины, масло семян бурачника, масло вечерней примулы, масло амаранта, абрикосовое масло, масло семян яблока, аргановое масло, артишоковое масло, масло авокадо, масло бабассу, бегеновое масло, масло семян Shorea stenoptera, масло капского каштана, масло стручков рожкового дерева, кассиевое масло, масло какао, масло дурнишника, масло семян пальмы Attalea, масло семян кориандра, масло семян растения Irvingia gabonensis, масло рыжика посевного, льняное масло, масло из виноградных косточек, конопляное масло, масло семян капка, масло семян кенафа, масло лаллеманции, льняное масло, маруловое масло, масло семян пенника лугового, горчичное масло, масло мускатного ореха, масло семян окры, масло семян папайи, перилловое масло, масло пеки, масло кедрового ореха, масло из семян мака, сливовое масло, масло квиноя, масло нута абиссинского, масло из рисовых отрубей, масло принсепии полезной, масло сача инчи, масло из семян чая, масло чертополоха, масло земляного миндаля, томатное масло, масло пшеничных зародышей, масло из водорослей, копайба, масло Honge, ятрофное масло, масло жожобы, масло молочного дерева и масло плодов нефтяного дерева. Такие растительные масла можно использовать в их первоначальном состоянии или их можно подвергнуть другим процедурам, таким как гидрирование. Также предусматриваются масла животного происхождения, например, масла, полученные из свиного сала. Хотя преимущественно используют природные растительные масла, полученные из растительных или животных источников, также предусматриваются синтетические варианты таких масел.

[0547] Хотя можно успешно использовать гидроксилсодержащие дополнительные полимеры, другие полимеры также подходят для применения. Такие полимеры способны образовывать поперечные связи с образованием полимерной матрицы и проявляют минимальную реакционную способность по отношению к металлоорганическому соединению. Для применения подходят и определенные технологические масла, как и полимерные материалы, не содержащие сажу, например, исходный натуральный каучук. Такие материалы включают, но не ограничиваются ими, стирол-бутадиеновый каучук, стирол-бутадиен-стирол, например, радиально разветвленный SBS, силиконовые полимеры и гомополимер бутадиена. Примеры включают полиалкилсилоксановые, полиарилсилоксановые, полиалкоксисилоксановые и полиарилоксисилоксановые масла и силиконовые масла. Конкретные примеры полисилоксанов включают метилфенилсиликон, метилтолилсиликон, метилэтилфенилсиликон, этилфенилсиликон, пропилфенилсиликон, бутилфенилсиликон и гексилпропилфенилсиликон или силиконы, такие как алкилфенилсиликоны. Алкильные группы для алкилфенилсиликонов включают алифатические группы, например, метил, пропил, пентил, гексил, децил и т.п.; алициклические группы, например, циклогексил, циклопентил и т.п.; арильные группы, например, фенил, нафтил и т.п.; аралкильные группы; и алкарильные группы, например, толил, ксилил и т.п.; и галогенированные, кислородсодержащие и азотсодержащие органильные группы, такие как галогенированные арильные группы, группы алкильных и арильных простых эфиров, группы алифатических сложных эфиров, группы органических кислот, цианоалкильные группы и т.п. Алкильные группы могут содержать от 1 до примерно 30 атомов углерода или более.

[0548] Можно использовать любое подходящее количество дополнительного полимера, обычно от примерно 1 части по массе дополнительного полимера к от 1 до 99 частей по массе резиновой крошки, или 1 часть по массе дополнительного полимера к от 2 до 20 частей по массе резиновой крошки, или 1 часть по массе дополнительного полимера к от 4 до 9 частей по массе резиновой крошки, или любое отношение в указанном диапазоне. Однако согласно некоторым вариантам реализации можно использовать отношения за пределами перечисленных выше отношений. При применении в настоящем документе термина «дополнительный полимер» указанный термин используют для обозначения либо чистого полимерного материала, либо полимерного материала, содержащего один полимер или комбинацию полимеров с различными химическими составами и/или распределениями по размерам. Например, один типичный дополнительный полимер может содержать компоненты, имеющие пиковую молекулярную массу в диапазоне от 150 до 200 тыс. Дальтон.

Иллюстративный процесс сухой реакции

[0549] Cu(Ac)₂ и касторовое масло добавляли к резиновой крошке в вальцовой мельнице, содержащей цилиндрические ролики для совместного сжатия. Смесь циклически пропускали через мельницу в условиях окружающей среды. После 30 циклов материал слипся. Согласно наблюдениям полученный материал являлся высокоэластичным (например, способен растягиваться более чем в два раза относительно его длины в состоянии покоя без разрыва или изменения его длины в состоянии покоя) и полупрозрачным при растяжении.

[0550] Согласно некоторым вариантам реализации используют смесь резиновой крошки и металлоорганического реагента, при этом указанная смесь содержит от 1,5 до 2,5 % масс. металлоорганического реагента, однако согласно определенным вариантам реализации также можно использовать более высокие или более низкие количества металлоорганического реагента. Такую смесь можно добавлять к дополнительному полимеру или наоборот. Можно успешно использовать любой порядок добавления компонентов при любом группировании.

Морфология полимерной матрицы

[0551] Полимерная матрица, полученная описанным выше способом, выполняет функцию инкапсулирования сажи, полученной из резиновой крошки, что, тем самым, позволяет сохранить сажу в полимерной матрице. Такую морфологию можно описать как организованный, инкапсулированный углеродный компонент (например, сажа и/или графен, полученный из шины, отслужившей свой срок), распределенный внутри полимерной матрицы. Инкапсуляцию можно рассматривать как энтеросолюбильную оболочку для сажи, предотвращающую ее высвобождение из полимерной матрицы.

[0552] В этом состоит отличие от полимера GTR как единственного полимерного материала, подвергаемого такому же процессу, то есть без применения дополнительного полимера. Когда GTR является единственным полимером в полимерной матрице, наблюдается потеря сажи из матрицы при приближении эффективного размера частиц к 5 мкм. Соответственно, для удержания сажи в матрице, необходимо поддерживать эффективный размер частиц на более высоком уровне (более 5 мкм, например, 6, 7, 8, 9 или 10 или более мкм). Материалы могут быть изготовлены из чистого полимера GTR, содержащего несколько слоистых структур с открытой сшитой матрицей толщиной до 10 мкм. При меньшей толщине образуется «смазываемая» структура, что указывает на разрушение взаимопроникающей структуры с соответствующим выделением сажи. Не желая быть связанными теорией, полагают, что некоторая степень свободного петлеобразования необходима для того, чтобы матрица, содержащая чистый полимер GTR, проявляла эластомерные свойства. Ниже такого эффективного размера частиц, составляющего 5 мкм, радиус свободной петли в матрице, содержащей чистый полимер GTR, подвергается воздействию таким образом, что сажа может освободиться от петель сшитой PTR в матрице.

[0553] При включении тонкой пленки полимера GTR в дополнительный полимер в точке, в которой сажа начинает высвобождаться из полимерной матрицы, наблюдается упрочняющий эффект. Не желая быть связанными теорией, полагают, что дополнительный полимер связывается с открытыми участками полимера GTR с обеспечением превосходных эластомерных свойств. При добавлении во время обработки дополнительного полимера, такого как описанный в настоящем документе, может наблюдаться удерживание сажи при даже еще меньших эффективных размерах частиц (то есть менее 5 мкм, например, 4, 3, 2 или 1 мкм или менее). При уменьшении эффективного размера частиц до 5 мкм или менее полимерную матрицу можно подвергнуть прививке без дополнительного измельчения, при этом площадь поверхности и количество полученных реакционноспособных участков позволяют получить удовлетворительный материал. Соответственно, применение дополнительного полимера в сочетании с резиновой крошкой обеспечивает получение полимерной матрицы с эффективным размером частиц менее 5 мкм одновременно с улучшенными эластомерными свойствами по сравнению с обычной саженаполненной маточной смесью.

[0554] Гораздо меньший эквивалентный размер частиц полимерных матриц согласно предложенным вариантам реализации обеспечивает ряд преимуществ, особенно при получении гомогенных смесей с асфальтом. Шинная резина имеет удельный вес приблизительно 1,1, при этом удельный вес асфальта составляет приблизительно 1,02. Соответственно, резиновая крошка из шин может осаждаться из суспензии с асфальтом. В отличие от такой обычной смеси резиновой крошки из шин в асфальте, полимерные матрицы согласно предложенным вариантам реализации будут поддерживать суспензию в асфальте. Не желая быть связанными теорией, полагают, что такая способность поддерживать суспензию связана с меньшим эффективным размером частиц (менее 5 мкм), который можно получить в случае полимерных матриц по сравнению с обычной резиновой крошкой из шин или чистым полимером GTR, подвергаемым обработке, как описано в настоящем документе, в отсутствие дополнительного полимера. Предложенный способ позволяет получить материал, подходящий для смешивания с асфальтом, поскольку он может проходить через 1-микронный фильтр и поскольку он характеризуется упругим восстановлением.

[0555] Как отмечено выше, добавленный дополнительный полимер может включать технологические масла, известные в данной области. В подходящих количествах, например, от 1 до 20 % по массе относительно массы смеси, полученный материал демонстрирует большую прочность и отсутствие размягчения, например, улучшенные предел прочности при растяжении и удлинение. Не желая быть связанными теорией, полагают, что технологическое масло вызывает набухание PTR, делая доступными реакционноспособные участки на поверхности, которые могут образовывать поперечные связи. Полученный материал с высоким пределом прочности при растяжении проявляет прочностные свойства, аналогичные свойствам материалов из исходного натурального каучука или превосходящие их. Например, чрезвычайно тонкую пленку, имеющую превосходные эластомерные свойства, можно получить из смеси 90% PTR и 10% полимера. Такой материал имеет свойства, аналогичные свойствам исходного натурального каучука, за исключением черного цвета вследствие присутствия сажи.

[0556] Путем выбора сополимера, подлежащего введению вместе с PTR, можно выбрать окончательные свойства сшитой полимерной матрицы. Например, используя полиуретан в качестве дополнительного полимера с толуолдиизоцианатом в качестве сшивающего агента, содержащим, например, 2,7 реакционноспособных звеньев на молекулу, можно получить термопластичный материал. При наличии 2,4 реакционноспособных звеньев на молекулу полученный материал проявляет термореактивные свойства. При уменьшении количества групп NCO, присутствующих в таком дополнительном полимере, получают материал, подходящий для применения в качестве пластификатора. Путем предварительной реакции полиола со сшивающим агентом (например, толуолдиизоцианатом) можно облегчить сшивание с полимером GTR. Также могут быть включены и другие полимерные материалы, например, стирол-бутадиеновый каучук, с получением спроектированных резиновых изделий с заданными свойствами.

[0557] Полимерные матрицы согласно предложенным вариантам реализации можно изготовить в виде радиационно-защитных материалов. Радиационную защиту обеспечивает организованный, инкапсулированный углеродный компонент (например, сажа и/или графен). Организованный, инкапсулированный углеродный компонент наряду с сажей и/или графеном может включать легирующие добавки, например, барит, бораты, карбид бора, барий, металлы, такие как переходные металлы, вольфрам, медь, ванадий, золото, свинец, легированный полипиррол, диоксид титана, стеклянные частицы, защищающие от излучения, например, стеклянные микросферы, содержащие легирующие добавки, такие как CeO₂, PbO, Tm³⁺, и другие легирующие добавки, известные в данной области техники, применяемые для радиационной защиты (например, для защиты от радиочастотного излучения и/или теплового излучения).

[0558] Радиационно-защитные свойства полимерной матрицы являются эффективными при применениях, при которых старение может создавать проблемы, например, при укладке дорожного покрытия или кровельных работах. Со временем обычный материал для дорожного покрытия или кровельный материал, содержащий первичный полимер или другой полимер, не содержащий сажу, будет подвергаться старению под воздействием элементов, в том числе теплового излучения и радиочастотного излучения. В примере укладки дорожного покрытия присутствие 5 % по массе резиновой крошки в качестве исходного материала в полимерных матрицах согласно предложенным вариантам реализации благодаря присутствию сажи будет заметно улучшать сопротивление старению материала для дорожного покрытия, содержащего такую полимерную матрицу. При применении в качестве исходного материала 10% по массе резиновой крошки срок службы дорожного покрытия можно значительно увеличить (то есть до 40 лет или более). При применении в качестве исходного материала 20% по массе резиновой крошки, например, в асфальте, получают материал, подходящий для радиационной защиты. Такой материал можно успешно наносить на поверхность путем распыления или настилать в форме отдельного листа или в виде композита с другими материалами.

[0559] В одном из вариантов реализации для радиационной защиты используют слой полимерной матрицы, нанесенный на опорный, изолирующий или другой подкладочный материал (например, мембрану или ткань (тканую или нетканую)), при этом слой полимерной матрицы наносят путем распыления, погружения, ламинирования или с применением других способов. Например, слой полимерной матрицы с толщиной от 0,25 до 1 мм, нанесенный на опорный материал, подходит для применения в качестве радиационно-защитного материала, например, в электронике. Такой слой особенно полезен для экранирования сотовых телефонов, когда желательно минимизировать радиационное воздействие на пользователя из-за близости к телу при применении. Другие области применения, в которых требуется защита от излучения, включают конструкции, действующие как клетки Фарадея, например, для предотвращения входа или выхода радиочастотного излучения или для обеспечения конфиденциальности, безопасности или защиты чувствительной электроники. Дополнительные преимущества такого материала включают демпфирующую способность и водостойкость. Согласно таким вариантам реализации может быть желательно использовать в радиационно-защитном материале силиконовый компонент, например, технологическое масло на основе кремния.

На фиг. 15 показано сопротивление усталости (обратимая деформация) в единицах пониженного напряжения (Вт/г/с) для первичного полимера, терминальной смеси/первичного полимера, GTR/первичного полимера и PTR. Согласно приведенным данным PTR демонстрирует превосходное сопротивление усталости по сравнению с обычными материалами, обеспечивая более длительный срок эксплуатации (годы эксплуатации).

Уменьшение охрупчивания дорожных покрытий

[0560] Дороги с упругим покрытием состоят из асфальтобетона (AC), который обычно содержит приблизительно 8 частей по массе битумного вяжущего вещества к 95 частям по массе матрицы заполнителя (например, камня). AC дорожное покрытие обычно наносят поверх или загрунтовывают через интервалы от 15 до 20 лет из-за проблем безопасности и растущих эксплуатационных затрат, связанных с чрезмерным растрескиванием и потерей камня - потерей, связанной с тем, что вяжущее вещество становится хрупким. Стандарты AASHTO PG Pressure Aging Vessel Standards (PAV R28 Test) разработаны для искусственного старения свежих битумных смесей при повышенных атмосферном давлении и температуре в течение от 20 часов до 60 часов, после чего проводят измерения растяжимости для определения расчетного срока эксплуатации.

[0561] Такая среда PAV (сосуда для старения под давлением), в которой используют нагретый сосуд при температуре приблизительно 235°F (примерно 113°С), характеризующийся пиковыми длинами волн от 1800 до 3000 нм, недостаточно эффективно моделирует повреждающую электрохимическую среду, в которой асфальтовое вяжущее вещество функционирует как компонент AC дорожного покрытия. Зависимость от такого способа анализа неизбежно приводит к субоптимальным выводам в отношении потенциальной долговечности битума.

[0562] Существуют намного более мощные действующие электрохимические силы, чем силы, смоделированные в испытании согласно PAV R28 или аналогичных испытаниях, в которых используют общепринятую методологию ускоренного старения. Была получена новая информация и выводы, сделанные на основе такой информации, которые позволяют лучше понять действующие механизмы, протекающие при старении асфальта в материалах для дорожного покрытия. Лучшее понимание таких механизмов и того, как они распространяют химические изменения, сигнализирующие об окончании срока службы дорожного покрытия, может обеспечить целенаправленное решение проблемы старения асфальта, которое значительно продлевает срок эксплуатации дорог с упругим покрытием.

Количество заполнителя

[0563] Измельченный заполнитель, применяемый в асфальтобетоне, классифицируют согласно документу «0.45 Power Gradation Chart» (PGC), используемому в дорожной промышленности. Улучшенный заполнитель является твердым и не имеет дефектов, и при равномерном перемешивании и уплотнении в соответствии с PGC будет размещаться с минимальным количеством воздушных пустот. При покрытии асфальтом, который способствует проскальзыванию между поверхностями измельченного заполнителя, с последующим уплотнением путем вибрационного уплотнения, можно обеспечить плотности воздушных пустот от 5 до 6% по объему.

[0564] Площадь поверхности заполнителя в смеси для дорожного покрытия с гранулометрическим составом, дающим плотную смесь частиц, будет варьироваться, но при расчете согласно модели MS-2 Института асфальта слоя асфальтобетона размером 2 дюйма (примерно 5,1 см), классифицированного согласно PGC, указанная площадь поверхности будет составлять приблизительно 1100000 квадратных дюймов на квадратный ярд (примерно 8500000 см²/м²) горизонтальной, готовой поверхности дорожного покрытия. Поскольку поверхность измельченного заполнителя характеризуется значительной неровностью, истинная поверхность передачи напряжения (TSTS) значительно меньше. Тщательное измерение выявило, что площадь контакта между поверхностями плотно уложенного заполнителя с гранулометрическим составом, дающим плотную смесь частиц, составляет примерно 1/10000 относительно теоретической площади, или примерно 100 квадратных дюймов на квадратный ярд (примерно 772 см²/м²) дорожной поверхности на камень, при этом слой прилегающих друг к другу камней равен 200 квадратным дюймам (примерно 1260 см²) зоны передачи нагрузки при перемещении всего напряжения, вызванного катящейся нагрузкой, через тонкую адсорбционную мембрану вяжущего вещества на основе асфальтового клея, зажатую между неровностями перекрывающегося заполнителя.

Макродинамика передачи напряжения, вызванного катящейся нагрузкой

[0565] Проектирование AC дорожного покрытия основано на ожидаемых транспортных нагрузках (ESAL) и количестве поездок транспортных средств в течение срока эксплуатации дороги. Эквивалентная одноосная нагрузка (Equivalent Single Axle Loading, ESAL) составляет 18000 фунтов (примерно 8164 кг) или равна нагрузке примерно одной оси грузового автомобиля с четырьмя шинами. Приблизительная площадь поверхности четырех шин (груженного) грузового автомобиля, соприкасающихся с дорожным покрытием, составляет приблизительно 90 квадратных дюймов (примерно 581 см²) или соответствует нагрузке на поверхность дорожного покрытия, составляющей примерно 200 psi (примерно 1379 кПа). В зависимости от скорости движения зона влияния нагрузки может простираться в среднем до 45 градусов, что увеличивает область, на один дюйм (2,54 см) глубины дорожного покрытия, примерно в два раза по сравнению с точкой контакта шины с дорожным покрытием или участка передачи массы, составляющего примерно 180 дюймов (примерно 457 см).

[0566] 1,0 psi (примерно 6,9 кПа) соответствует энергии в 195 Дж. Таким образом, единичная катящаяся нагрузка на ось грузового автомобиля массой 18000 фунтов (примерно 8000 кг) (одна эквивалентная одноосная нагрузка), перемещающаяся со скоростью 60 миль в час (примерно 97 км/час), непрерывно передает в/через верхние 2 дюйма (примерно 5,1 см) дорожной поверхности энергию в 39000 Дж.

[0567] Из расчета, что ширина TSTS составляет 0,005" (0,0127 см), при поверхностной скорости 60 миль в час (примерно 97 км/час) время задержки для каждой точки передачи энергии составляет примерно 13 миллисекунд. При преобразовании 39000 Дж с помощью коэффициента TSTS (1/10000) переданная энергия составляет 390000000 Дж (390 МДж). 1,0 Дж/сек = 1,0 Вт, следовательно, рассеянная энергия (потенциальная) эквивалентна энергии, используемой электрической лампочкой на 30 Вт - все сделано через точку контакта асфальта-полимерной мембраны, составляющую не более чем диаметр человеческого волоса. Выражаясь по-другому, поскольку такая одна ось грузового автомобиля перемещается через каждые три фута (примерно 0,9 м) колесной колеи, она рассеивает через адгезив подстилающего дорожного покрытия достаточное количество энергии для зажигания 670 электрических лампочек. Можно ожидать, что такое большое количество энергии, передаваемой и рассеиваемой через хорошо известный проводник, такой как медь, вызовет сильный перегрев надежной металлической конструкции, что приведет к быстрому перегоранию. Можно предполагать, что такие количества энергии, передаваемые на постоянной основе в течение многих лет, приведут к немедленному плавлению, обугливанию и разрушению органической структуры асфальта. Это происходит, на молекулярном уровне, но появление деградации и механизм отказа представляют собой постоянное, прогрессирующее разрушение, которое требует изучения для понимания и, тем самым, планирования инновации, которая позволит смягчить механизм отказа.

Динамика передачи напряжения, вызванного катящейся нагрузкой, на атомном уровне

[0568] Подавляющее большинство поверхностей не являются плоскими на атомном уровне, и когда две такие поверхности соприкасаются, контакт между ними происходит только в местах их перекрывающихся неровностей. В результате, хотя передача энергии не зависит от видимой (макроскопической) поверхности контакта, она фактически пропорциональна истинной площади контакта. Хотя существует много уровней геометрической сложности, на которых можно оценить энергию диссипации, фундаментальное понимание структуры «камень-на вяжущем веществе-на камне» изображено на фиг. 16.

[0569] Хотя предварительная нагрузка посредством постнагрузочной географии в точке соприкосновения между соседними, несущими нагрузку контактами испытывает незначительные механические отклонения, гибкие пленки между такими точками и исходящая эманация ведут себя подобно частицам, которые катятся или перемещаются в открытые углубления несоразмерной поверхности контакта, состоящей из беспорядочных топологий. Молекулы всегда находят локальный минимум энергии. Следовательно, хотя высокоинтенсивный выброс энергии, связанный с прохождением катящейся нагрузки по поверхности дорожного покрытия, инициирует прохождение в месте контактного мостика, гораздо большая часть окружающего зазора активируется с распространением и рассеиванием «работы». Именно здесь лучше всего понятен механизм отказа, связанный с охрупчиванием асфальта, и именно здесь возможность смягчения такого механизма имеет наилучшие шансы на оптимальную эффективность.

[0570] Катящаяся нагрузка ESAL механически переходит в вибрацию кристаллической структуры камня, приводящей в движение фононную волну. Энергия такой вибрации передается соседним камням в структуре сильно уплотненного заполнителя через TSTS. TSTS становится местом быстрой передачи аккумулированных фононных волн, которые начинают создавать помехи, затем плотность отражается обратно в камень, после чего образуется встречная волна, которая либо преобразуется в запас энергии внутри такого каменного фрагмента, либо в форме акустической волны переходит в соседний камень с интенсивностью башенной волны (tower wave) по линии адгезионной связи. По мере того, как поверхность дороги и подстилающая основа испытывают воздействие повышенной тепловой нагрузки от солнечного излучения или транспортной нагрузки, энергия внутри такой системы будет продолжать стремиться к равновесию.

[0571] Асфальт можно охарактеризовать согласно четырем категориям: предельные углеводороды, ароматические соединения, смолистые вещества и асфальтены (SARA). В общем случае содержание таких молекулярных компонентов в дорожном асфальте находится в следующем диапазоне: предельные углеводороды от 1 до 4%, ароматические соединения от 18 до 30%, смолистые вещества от 18 до 30% и асфальтены от 8 до 35%. Композицию SARA обычно рассматривают как двухфазный материал, при этом SAR называют непрерывной фазой или фазой мальтенов, а асфальтен представляет собой суспендированную фазу. В области передачи энергии очень высокого уровня TSTS фононная волна будет формировать предшественник поляритонов в форме плазмонов. Документально было подтверждено, что смолистые вещества, представляющие собой полярные ароматические соединения, и ароматические соединения, представляющие собой преимущественно нафтеновые структуры и являющиеся неполярными, фактически образуют вокруг асфальтенового ядра суперагломерацию в форме обшивки. Поскольку асфальтены являются полярными, их влияние на индуцирование и поддержание толщины обшивки приводит к уменьшению размера субагломерата примерно в 2-3 раза. Когда очень высокое давление, создаваемое внутри TSTS, передает «усиленную длину волны» от области плазмонов, соответствующей участку от 450 до 550 нанометров (нм), передача такой длины волны в ближайшие молекулярные области смолистого вещества и ароматической структуры (структур) будет приводить к фотоосвещению, вызывая фонон-поляритонный каскад.

[0572] Такое обратное исходное фотоосвещение ближайшей окружающей поверхности контакта камня и асфальта, которая также содержит среду с предварительно усиленными плазмонами, вызывает цепную реакцию, приводящую к множественным разрядам поляритонов; что-то похожее на множественные одновременные удары молнии, поскольку предполагается, что температура таких поляритонов, хотя и коротких по продолжительности, составляет от 1600°F (примерно 871°С) до 2000°F (примерно 1093°С) или более. Длины волн пика поляритонов составляют от 700 до 900 нм с плотностями потока, которые экспоненциально больше плотностей потока PAV, генерируемых при выполнении текущего протокола AASHTO по ускоренному окислительному старению.

[0573] Излучение поляритонов имеет достаточную энергию для быстрого дегидрирования гибких низкомолекулярных углеводородных цепей смолистого вещества и ароматических структур, хотя бы несколько молекул за один раз. Тысячи поездок транспортных средств в день в конечном итоге приводят к постоянной потере объемных свойств дорожного покрытия. Как можно ожидать (и это действительно так), вследствие асимметричного рассеяния энергии сверху вниз вдоль поперечного сечения дорожного покрытия, охрупчивание дорожного покрытия начинается в самой верхней области поверхности дороги. К десяти годам верхняя часть размером дюйма (1,27 см) становится хрупкой и характеризуется образованием поверхностных трещин и расслоением. К двенадцатому году такая верхняя часть распространяется на глубину в 1 дюйм (2,54 см), а к пятнадцатому году она достигает глубины в 2 дюйма (примерно 5,1 см) или простирается еще ниже.

[0574] Большая часть адгезивных свойств и характеристик гибкости асфальта обеспечивается смолистыми веществами и ароматическими молекулярными структурами. Асфальтены представляют собой сверхскрученные высокомолекулярные (> 50000 Дальтон) структуры с высоким содержанием углерода, не подверженные влиянию энергии излучения поляритонов. Такое дегидрирование укорачивает указанные уязвимые молекулы смолистых и ароматических веществ, что, тем самым приводит к постепенной потере гибкости дорожного покрытия. Стадии дегидрирования включают образование H₂O в качестве побочного продукта высвобождаемого атома водорода в комбинации с воздухом, удерживаемым в области пустот между камнями. Присутствие воды глубоко в пограничном слое асфальт-камень постепенно ухудшает адгезионную целостность структуры из камня и нанесенного на него асфальта путем образования -ОН групп вследствие химических взаимодействий оксидов металлов, содержащихся в заполнителе. Ионы карбоксилата и сульфоксида также являются вредными побочными продуктами, которые тоже образуются в ходе указанного процесса. Данный процесс характеризуют как окислительное охрупчивание.

Модификаторы полимеров

[0575] Долгосрочная программа мощения улиц (LTPP) подводит итог 25-летним исследованиям, утверждая, что «Гибкое дорожное покрытие не выдерживает испытаний из-за окислительного охрупчивания. Введение таких первичных полимеров, как SBS, EVA (этиленвинилацетат) и т. д., помогает стабилизировать миграцию и расслоение двух фаз асфальта, но, как правило, не приводит к достаточному электрохимическому подавлению такого процесса окислительного охрупчивания».

[0576] Введение модификатора асфальта, который характеризуется достаточной плотностью наноуглеродных кластеров, может существенно уменьшить процесс окислительного охрупчивания. Тем самым наблюдается продление гибкости и сопротивления усталости AC дорожного покрытия на многие годы по сравнению со спроектированными обычными смесями модифицированного полимером асфальта.

Наноуглеродные кластеры

[0577] Шинная резина, полученная из саженаполненной маточной смеси (BMB-1), представляет собой классический материал, продемонстрировавший эффективное действие уменьшения энергии высокого уровня, в частности, инфракрасной энергии в диапазоне от 700 до 20000 нм. BMB-1 обычно представляет собой композицию сажи и резины в соотношении 30:70. Сажу измельчают и добавляют в резину, которая часто представляет собой смесь натурального каучука и стирол-бутадиеновых эластомеров, с применением закрытых смесителей с высоким усилием сдвига, таких как Z-образный смеситель или смеситель Бенбери. Целевая конфигурация кластера представляет собой полное распределение с дипергированием до достижения упаковки размером от 10 до 50 нм, полностью встроенной во взаимопроникающую эластомерную сетку. После завершения первичной обработки сажи для получения BMA-2 добавляют сшивающие агенты.

[0578] Поведение полученных таким образом кластеров сажи соответствует растущему пониманию физики наноуглеродных кластеров (NCC). Наиболее важно то, что NCC имеют чрезвычайно высокую площадь поверхности атомов с внутренними проходами, посредством которых электромагнитная энергия, передаваемая в кластер, в частности, в ИК-области, фрагментируется, поскольку время пролета прерывается в масштабе фемтосекунд, при этом вторичное излучение намного меньше энергетических длин волн в диапазоне от дальнего ИК до микроволнового излучения.

[0579] Это именно то, что необходимо для уменьшения электромагнитного воздействия на дегидрирование смолистых и ароматических веществ. Но для достижения оптимальной защиты асфальта от напряжения и стабилизации асфальта (S3) между асфальтовой средой и BMB необходима дисперсионная близость на атомном уровне.

[0580] Хотя рассмотрены наноуглеродные кластеры, также можно использовать и другие нанокластеры, например, кремниевые кластеры или другие твердые кластеры нанометровых размеров (например, от 1 до 10 нм).

Способ обработки

[0581] Структура BMB-1 будет размягчаться и диспергировать во взвешенную фазу внутри нагретого асфальта. Очень высокое или сверхвысокое сдвиговое усилие между статорным и роторным механизмом представляет собой коммерчески доступное средство для интеграции таких сред, но упругий материал BMB-1 обеспечит равновесие частиц с размером примерно 100 мкм, в результате чего наиболее близкой является поверхностная адсорбция. Это является недостаточной близостью для достижения эффективного результата. Был разработан новый способ объединения материала типа BMB-1 с получением материала с низкой вязкостью, такого как нагретый асфальт.

[0582] Предложенное устройство называют реактором для перемешивания (IFR). Он был спроектирован таким образом, чтобы иметь две, в иных случаях неожиданные возможности: 1) высокоскоростное перемешивание открытого лопастного смесителя и 2) ударное действие клина смесительного экструдера. Одноступенчатое устройство изображено на фиг. 17А и 17В.

NNC и IFR образуют асфальт S3

[0583] Молекулярное перемешивание в соотношении 20:80 BMB (PTR):асфальта приводит к разрушению обшивки структуры смолистое вещество-ароматическое вещество-асфальтен и микро-расслоению нанокластера при взаимном проникновении BMB и полностью гомогенизирует/диспергирует смесь с получением однородного эластомера, наполненного битумом, который равномерно распределяет рассеивание энергии по внутренней поверхности контакта между камнями. Активность фотолюминесценции нарушается таким образом, что повреждающее излучение поляритонов и другие высокие концентрации энергии не могут воздействовать на битумный компонент. Нарушение процесса окислительного охрупчивания приводит к значительному улучшению: 1) сопротивления усталости AC дорожного покрытия, 2) циклов расширенного технического обслуживания, 3) срока службы и 4) затрат за срок службы.

Иллюстративные способы, устройство и композиции

[0584] Способ 1: Способ получения модифицированной резины, включающий: введение водной суспензии, содержащей частицы вулканизированной резины и металлоорганическое соединение, в электромеханический реактор, выполненный с возможностью создания среды фазового пространства путем кавитации с тем, чтобы вызвать расслоение резиновой матрицы внутри частиц вулканизированной резины, сопровождаемое разрывом сульфидных связей.

[0585] Способ 2: Способ согласно Способу 1, дополнительно включающий повторное формирование перемещенных сульфидных связей с образованием внутри матрицы сшитых серными мостиками, перегруппированных слоистых структур.

[0586] Способ 3: Способ согласно Способу 1, в котором расслоение связано с тем, что часть жестких сульфидных мостиков частиц вулканизированной резины у исходного метильного карбокатиона становятся несвязанными, оставаясь при этом привязанными у исходного аллильного карбокатиона.

[0587] Способ 4: Способ согласно Способу 1, в котором металлоорганическое соединение содержит металл с октаэдрической молекулярной геометрией.

[0588] Способ 5: Способ согласно Способу 1, в котором металлоорганическое соединение содержит ион металла, выбранный из группы, состоящей из Co²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и Mn²⁺.

[0589] Способ 6: Способ согласно Способу 1, в котором металлоорганическое соединение содержит органический анион в качестве лиганда для иона металла.

[0590] Способ 7: Способ согласно Способу 6, в котором органический анион содержит ацетат-ион.

[0591] Способ 8: Способ согласно Способу 1, в котором металлоорганическое соединение представляет собой ацетат меди.

[0592] Способ 9: Способ согласно Способу 1, в котором металлоорганическое соединение представляет собой соль металла, претерпевающую фазовый переход от твердого к жидкому состоянию в диапазоне температур от 115 до 150°C.

[0593] Способ 10: Способ согласно Способу 1, в котором температуру в электромеханическом реакторе поддерживают на уровне окружающей среды с помощью охлаждающей рубашки или охлаждающих змеевиков.

[0594] Способ 11: Способ согласно Способу 1, в котором размер частиц крошки вулканизированной резины составляет более 200 меш.

[0595] Реактор 12: Электромеханический реактор, содержащий: ротор, имеющий множество пазов; и статор, при этом указанный электромеханический реактор выполнен с возможностью создания среды фазового пространства путем образования смеси увлеченного воздуха, металлоорганического соединения и частиц измельченной шинной резины в жидкости, подвергающейся кавитации.

[0596] Матрица 13: Гетерогенная матрица на основе резины, содержащая взаимопроникающую сетку из двух или более эластомеров, при этом указанная сетка содержит сшитые серными мостиками, перегруппированные переплетенные слоистые структуры, среднее расстояние между которыми составляет от 10 нм до 5 мкм, при этом каждая слоистая структура содержит один из двух или более эластомеров.

[0597] Матрица 14: Матрица согласно Матрице 13, дополнительно содержащая частицы сажи, диспергированные между слоистыми структурами.

[0598] Матрица 15: Матрица согласно Матрице 13, в которой два или более эластомера содержат исходный натуральный каучук и эластомер, полученный из измельченной шинной резины.

[0599] Матрица 16: Матрица согласно Матрице 13, в которой два или более эластомера содержат исходный натуральный стирол-бутадиеновый/бутадиеновый каучук и эластомер, полученный из измельченной шинной резины.

[0600] Матрица 17: Матрица согласно Матрице 13, в которой два из двух или более эластомеров имеют разные по химической природе основные цепи.

[0601] Матрица 18: Матрица согласно Матрице 13, в которой два из двух или более эластомеров, имеющих разные по химической природе основные цепи, тесно сплетены, а затем сшиты отдельно друг от друга.

[0602] Лист 19: Лист из гетерогенной матрицы на основе резины согласно Матрице 13.

[0603] Лист 20: Лист согласно Листу 19, обладающий анизотропией в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине, при этом анизотропия в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине составляет от 1,1:1 до 3:1.

[0604] Слоистая структура 21: Слоистая структура, содержащая множество листов согласно Листу 19.

[0605] Слоистая структура 22: Слоистая структура согласно Слоистой структуре 21, в которой толщина каждого из листов составляет от 10 до 70 мкм.

[0606] Слоистая структура 23: Слоистая структура согласно Слоистой структуре 21, в которой каждый из листов получен путем наплавления в вакууме и сшит с соседним листом.

[0607] Слоистая структура 24: Слоистая структура согласно Слоистой структуре 21, в которой каждый из листов ориентирован под углом от 30 до 45 градусов к анизотропному зерну соседнего листа.

[0608] Структура 25: Композитная структура измельченной шинной резины, имеющая несвязанную, рептационную внутреннюю морфологию, при этом часть содержащихся в ней жестких сульфидных связей является каждая привязанной у исходного аллильного карбокатиона и несвязанной у исходного метильного карбокатиона.

[0609] Вулканизированная резина 26: Вулканизированная резина, в которой часть содержащихся в ней жестких сульфидных связей является каждая привязанной у исходного аллильного карбокатиона и несвязанной у исходного метильного карбокатиона, и в которой часть полимерной основной цепи в вулканизированной резине замещена ацетатным фрагментом.

[0610] Взаимосвязано-замещенная резина 27: Взаимосвязано-замещенная резина, по существу описанная в настоящем документе.

[0611] Изделие 28: Протектор шины, боковина шины, кровельная мембрана, изоляционная лента с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовка бака, облицовка резервуара, траншейная крепь, опорная поверхность моста, обмотка жгута проводов, самосклеивающаяся обмотка жгута проводов, обувные подошвы, резиновая обувь, изоляционная лента, гидроизоляционный материал для фундамента, гидроизоляционный материал для крытой автостоянки, шланг, ремень или отливка, содержащие взаимосвязано-замещенный резиновый продукт, описанный в настоящем документе.

[0612] Резиновая шина 29: Резиновая шина, в которой от 3% по массе до 15% по массе резины в шине получено способом, по существу описанным в настоящем документе.

[0613] Резиновая шина 30: Резиновая шина, в которой от 15% по массе до 100 % по массе резины в шине получено способом, по существу описанным в настоящем документе.

[0614] Протектор шины 31: Протектор шины, содержащий от 10% по массе до 50% по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0615] Боковина шины 32: Боковина шины, содержащая от 5% по массе до 100% по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0616] Резиноасфальтовое вяжущее вещество 33: Резиноасфальтовое вяжущее вещество, содержащее от 5% по массе до 95 % по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0617] Асфальтовая эмульсия 34: Асфальтовая эмульсия, содержащая от 5% по массе до 95 % по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0618] Асфальтовый кровельный материал 35: Асфальтовый кровельный материал, содержащий от 5% по массе до 95 % по массе взаимосвязано-замещенной резины, по существу описанной в настоящем документе.

[0619] Способ 36: Способ получения полимерной матрицы, включающий: объединение частиц вулканизированной резины, дополнительного полимера и металлоорганического соединения в смесь с тем, чтобы вызвать расслоение резиновой матрицы внутри частиц вулканизированной резины, сопровождаемое разрывом сульфидных связей, и с тем, чтобы вызвать сшивку дополнительного полимера в полимерной матрице, с инкапсулированием тем самым полимерной матрицей частиц сажи.

[0620] Способ 37: Способ согласно Способу 36, в котором объединение включает приложение давления к указанной смеси.

[0621] Способ 38: Способ согласно Способу 36, в котором объединение включает объединение в вальцовой мельнице.

[0622] Способ 39: Способ согласно Способу 36, в котором объединение происходит в отсутствие воды в качестве жидкости-носителя.

[0623] Способ 40. Способ согласно Способу 36, дополнительно включающий повторное формирование перемещенных сульфидных связей с образованием внутри матрицы сшитых серными мостиками, перегруппированных слоистых структур.

[0624] Способ 41: Способ согласно Способу 36, в котором расслоение связано с тем, что часть жестких сульфидных мостиков частиц вулканизированной резины у исходного метильного карбокатиона становятся несвязанными, оставаясь при этом привязанными у исходного аллильного карбокатиона.

[0625] Способ 42: Способ согласно Способу 36, в котором металлоорганическое соединение содержит металл с октаэдрической молекулярной геометрией.

[0626] Способ 43: Способ согласно Способу 36, в котором металлоорганическое соединение содержит ион металла, выбранный из группы, состоящей из Co²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и Mn²⁺.

[0027] Способ 44: Способ согласно Способу 36, в котором металлоорганическое соединение содержит органический анион в качестве лиганда для иона металла, при этом необязательно органический анион содержит ацетат-ион.

[0628] Способ 45: Способ согласно Способу 36, в котором металлоорганическое соединение представляет собой ацетат меди.

[0629] Способ 46: Способ согласно Способу 36, в котором металлоорганическое соединение представляет собой соль металла, претерпевающую фазовый переход от твердого к жидкому состоянию в диапазоне температур от 115 до 150°C.

[0630] Способ 47: Способ согласно Способу 36, в котором температуру в электромеханическом реакторе поддерживают на уровне окружающей среды с помощью охлаждающей рубашки или охлаждающих змеевиков.

[0631] Способ 48: Способ согласно Способу 36, в котором размер частиц крошки вулканизированной резины составляет более 200 меш.

[0632] Полимерная матрица 49: Полимерная матрица, содержащая сшитую сеть из резины, полученной из отслуживших свой срок шин, и по меньшей мере один дополнительный полимер, при этом указанная полимерная матрица инкапсулирует частицы сажи и/или графена.

[0633] Полимерная матрица 50: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой дополнительный полимер включает исходный натуральный каучук.

[0634] Полимерная матрица 51: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой дополнительный полимер включает стирол-бутадиеновый/бутадиеновый каучук.

[0635] Полимерная матрица 52: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой резина, полученная из отслуживших свой срок шин, и дополнительный полимер имеют разные по химической природе основные цепи.

[0636] Полимерная матрица 53: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, эффективный размер частиц которой составляет менее 5 мкм.

[0637] Полимерная матрица 54: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает гидроксилсодержащий полимер.

[0638] Полимерная матрица 55: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает растительное масло.

[0639] Полимерная матрица 56: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает соевое масло, касторовое масло, льняное масло, подсолнечное масло или гидрогенизированное соевое масло.

[0640] Полимерная матрица 57: Полимерная матрица согласно Полимерной матрице 49, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает исходный натуральный стирол-бутадиен-стирольный каучук или исходный натуральный бутадиеновый каучук.

[0641] Изделие 58: Лист из полимерной матрицы согласно Полимерной матрице 49.

[0642] Изделие 59: Лист согласно Изделию 58, обладающий анизотропией в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине, при этом анизотропия в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине составляет по меньшей мере 1,1:1, необязательно от 1,1:1 до 3:1.

[0643] Изделие 60: Слоистая структура, содержащая множество листов согласно Изделию 58.

[0644] Изделие 61: Слоистая структура согласно Изделию 60, в которой толщина каждого из листов составляет от 10 до 70 мкм.

[0645] Изделие 62: Слоистая структура согласно Изделию 60, в которой каждый из листов получен путем наплавления в вакууме и сшит с соседним листом.

[0646] Изделие 63: Слоистая структура согласно Изделию 60, в которой каждый из листов ориентирован под углом от 30 до 45 градусов к анизотропному зерну соседнего листа.

[0647] Изделие 64. Протектор шины, боковина шины, кровельная мембрана, изоляционная лента с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовка бака, облицовка резервуара, траншейная крепь, опорная поверхность моста, обмотка жгута проводов, самосклеивающаяся обмотка жгута проводов, обувные подошвы, резиновая обувь, изоляционная лента, гидроизоляционный материал для фундамента, гидроизоляционный материал для крытой автостоянки, шланг, ремень или отливка, содержащие полимерную матрицу согласно Полимерной матрице 49.

[0648] Изделие 65: Радиационно-защитный материал, содержащий полимерную матрицу согласно Полимерной матрице 49.

[0649] Изделие 66: Материал для дорожного покрытия, содержащий полимерную матрицу согласно Полимерной матрице 49.

[0650] Изделие 67. Суспензия полимерной матрицы согласно Полимерной матрице 49 в асфальте.

[0651] Изделие 68: Материал для дорожного покрытия, содержащий: заполнитель с гранулометрическим составом, дающим плотную смесь частиц, при этом указанный заполнитель имеет кристаллическую структуру; и пленку из перемешанных молекул асфальта и наноуглеродных кластеров на участках передачи энергии, связанных с точками столкновения заполнителя с гранулометрическим составом, дающим плотную смесь частиц, при этом указанные наноуглеродные кластеры адаптированы для защиты и/или стабилизации молекул асфальта от воздействия энергии разрядов поляритона, генерируемых на участках передачи энергии при катящейся нагрузке на материал для дорожного покрытия.

[0652] Изделие 69: Материал для дорожного покрытия согласно Изделию 68, в котором содержится пленка из перемешанных молекул асфальта и наноуглеродных кластеров на участках передачи энергии, связанных с точками столкновения заполнителя с гранулометрическим составом, дающим плотную смесь частиц, при этом указанные наноуглеродные кластеры получены из резиновой крошки из отслуживших свой срок шин, необязательно, когда пленка содержит Изделие 67.

[0653] Изделие 70: Саженаполненная маточная смесь, содержащая полимерную матрицу согласно Полимерной матрице 49.

[0654] Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в приведенном выше описании, такие иллюстрации и описание следует рассматривать как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не ограничивающие. Настоящее описание не ограничено приведенными вариантами реализации. Изменения в описанных вариантах реализации могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения на основе изучения графических материалов, описания и прилагаемой формулы изобретения.

[0655] Все ссылки, цитируемые в настоящем документе, в полном объеме включены в него посредством ссылки. В тех случаях, когда публикации и патенты или заявки на патенты, включенные посредством ссылки, противоречат раскрытию, содержащемуся в описании изобретения, предполагают, что указанное описание заменяет и/или имеет преимущество перед любым таким противоречивым материалом.

[0656] Если не указано иное, все термины (в том числе технические и научные термины) должны быть предоставлены специалисту в данной области техники в их обычном и общепринятом значении и не должны быть ограничены особым или специализированным значением, если иное явно не определено в настоящем документе. Следует отметить, что применение конкретной терминологии при описании определенных признаков или аспектов настоящего изобретения не должно подразумевать, что такая терминология заново определена в настоящем документе с целью ограничения включения каких-либо конкретных характеристик признаков или аспектов настоящего изобретения, с которыми связана указанная терминология. Термины и выражения, применяемые в настоящей заявке, и их вариации, в частности, в прилагаемой формуле изобретения, если прямо не указано иное, следует рассматривать как неограничивающие, а не как ограничивающие. В качестве примеров вышеизложенного, следует понимать, что термин «включающий» означает «включающий, без ограничения», «включающий, но не ограниченный ими» или т. п.; используемый в настоящем документе термин «состоящий из», является синонимом «включающий», «содержащий» или «характеризующийся» и является охватывающим или неограничивающим и не исключает дополнительных, неупоминаемых элементов или стадий способа; термин «имеющий» следует понимать как «имеющий по меньшей мере»; термин «включает» следует понимать как «включает, но не ограничивается ими»; термин «пример» используются для приведения иллюстративных примеров обсуждаемого предмета, не является исчерпывающим или ограничивающим их перечень; прилагательные, такие как «известный», «нормальный», «стандартный» и термины аналогичного значения, не должны рассматриваться как ограничивающие описанный предмет данным периодом времени или предметом, доступным по состоянию на данный момент времени, но вместо этого следует понимать, что указанные термины включают известные, обычные или стандартные технологии, которые могут быть доступны или известны сейчас или в каком-либо времени в будущем; и следует понимать, что применение таких терминов, как «предпочтительно», «предпочтительный», «требуемый» или «желательный» и слов аналогичного значения не подразумевает, что некоторые признаки являются критическими, существенными или даже важными с точки зрения структуры или функции настоящего изобретения, но вместо этого указанные термины просто предназначены для акцентирования альтернативных или дополнительных признаков, которые могут быть или могут не быть использованы в конкретном варианте реализации настоящего изобретения. Аналогичным образом, группу предметов, связанных союзом «и», не следует рассматривать как требующую наличия всех и каждого из таких предметов в группировке, но скорее следует понимать как «и/или», если прямо не указано иное. Аналогичным образом, группу предметов, связанных союзом «или», не следует рассматривать как требующую взаимной исключительности среди такой группы, но скорее следует понимать как «и/или», если прямо не указано иное.

[0657] При приведении диапазона значений, подразумевают, что верхний и нижний предел и каждое промежуточное значение между верхним и нижним пределом указанного диапазона включены в варианты реализации настоящего изобретения.

[0658] Что касается применения в настоящем документе по существу любых терминов во множественном и/или единственном числе, специалисты в данной области техники могут переводить из множественного числа в единственное число и/или из единственного числа во множественное число в зависимости от контекста и/или применения. В настоящем документе ради ясности могут быть явно приведены различные перестановки единственного/множественного числа. Существительное в единственном числе не исключает множественность. Один процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, приведенных в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинацию таких мер нельзя использовать для получения преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.

[0659] Кроме того, специалистам в данной области техники будет понятно, что, если во включении в формулу изобретения подразумевается определенное число, то такое намерение будет явно выражено в пункте формулы изобретения, а в отсутствие такого включения отсутствует и соответствующее намерение. Например, для облегчения понимания приведенная ниже формула изобретения может содержать употребление вводных выражений «по меньшей мере один» и «один или более», используемых для введения включения в формулу изобретения. Однако применение таких выражений не следует рассматривать как подразумевающее, что введение включения в формулу в единственной форме ограничивает какой-либо конкретный пункт формулы изобретения, содержащий такое включение, вариантами реализации, содержащими только одно такое включение, даже когда этот же пункт формулы изобретения содержит вводные выражения «один или более» или «по меньшей мере один» и неконкретные существительные в единственном числе (например, существительные в единственном числе, как правило, следует понимать как «по меньшей мере один» или «один или более»); то же самое относится и к применению конкретных существительных, используемых для введения включений в формулу изобретения. Кроме того, даже если во включении в формулу четко указано определенное число, специалисты в данной области техники поймут, что такое включение обычно следует интерпретировать как означающее по меньшей мере указанное число (например, простое включение «двух включений» без других модификаторов обычно означает по меньшей мере два включения или два или более включений). Кроме того, в тех случаях, когда используют условное выражение, аналогичное выражению «по меньшей мере один из A, B и C и т. д.», в общем случае такая конструкция используется в том смысле, в котором специалист в данной области техники будет понимать указанное условное выражение (например, «система, содержащая по меньшей мере один элемент из A, B и C», будет включать, но не ограничиваться ими, системы, содержащие только A, только B, только C, A и B вместе, A и C вместе, B и C вместе и/или A, B и C вместе и т. д.). В тех случаях, когда используют условное выражение, аналогичное выражению «по меньшей мере один из A, B или C и т. д.», в общем случае такая конструкция используется в том смысле, в котором специалист в данной области техники будет понимать указанное условное выражение (например, «система, содержащая по меньшей мере один элемент из A, B или C», будет включать, но не ограничиваться ими, системы, содержащие только A, только B, только C, A и B вместе, A и C вместе, B и C вместе и/или A, B и C вместе и т. д.). Кроме того, специалистам в данной области техники будет понятно, что практически любое разделительное слово и/или выражение, представляющие два или более альтернативных термина, будь то в описании, формуле изобретения или на чертежах, следует понимать с точки зрения рассмотрения возможностей включения одного из терминов, любого из терминов или обоих терминов. Например, выражение «A или B» следует понимать как включающее возможности «A» или «B» или «A и B».

[0660] Все числа, выражающие количества ингредиентов, условия реакции и т. д., используемые в описании изобретения, следует понимать как модифицируемые во всех случаях термином «примерно». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, приведенные в настоящем документе, представляют собой приблизительные значения, которые могут варьировать в зависимости от требуемых искомых свойств, которые предполагают обеспечить. По крайней мере, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов в отношении объема любой формулы изобретения в любой заявке, претендующей на приоритет на основании настоящей заявки, каждый числовой параметр следует рассматривать с учетом количества значащих цифр и обычных способов округления.

[0661] Кроме того, хотя приведенный выше документ был довольно подробно описан с помощью иллюстраций и примеров в целях ясности и понимания, специалистам в данной области техники очевидно, что на практике могут быть сделаны некоторые изменения и модификации. Соответственно, указанное описание и примеры не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения конкретными вариантами реализации и примерами, описанными в настоящем документе, но скорее должны включать все модификации и альтернативы, соответствующие истинному объему и сущности изобретения.

Группа изобретений относится к области переработки вулканизированной резины. Описаны материал для дорожного покрытия, полимерная матрица для инкапсулирования частиц сажи и/или графена, лист из полимерной матрицы для получения слоистой структуры, слоистая структура, содержащая множество листов для получения изделия, изделие, содержащее полимерную матрицу, радиационно-защитный материал, содержащий полимерную матрицу, суспензия полимерной матрицы в асфальте, способ получения полимерной матрицы. Полимерная матрица для инкапсулирования частиц сажи и/или графена содержит сшитую сеть из резины, полученной из отслуживших свой срок шин, и по меньшей мере один дополнительный полимер. Техническим результатом является повышение прочности изделий. 8 н. и 24 з.п. ф-лы, 34 ил., 9 табл., 7 пр.

1. Материал для дорожного покрытия, содержащий:

заполнитель с гранулометрическим составом, дающим плотную смесь частиц, при этом указанный заполнитель имеет кристаллическую структуру; и

пленку, которая содержит полимерную матрицу, содержащую сшитую сеть из резины, полученной из отслуживших свой срок шин, и по меньшей мере один дополнительный полимер,

при этом в указанной полимерной матрице инкапсулированы частицы сажи и/или графена.

2. Полимерная матрица для инкапсулирования частиц сажи и/или графена, содержащая сшитую сеть из резины, полученной из отслуживших свой срок шин, и по меньшей мере один дополнительный полимер.

3. Полимерная матрица по п. 2, в которой дополнительный полимер содержит исходный натуральный каучук.

4. Полимерная матрица по п. 2, в которой дополнительный полимер содержит стирол-бутадиеновый/бутадиеновый каучук.

5. Полимерная матрица по п. 2, в которой резина, полученная из отслуживших свой срок шин, и дополнительный полимер имеют разные по химической природе основные цепи.

6. Полимерная матрица по п. 2, эффективный размер частиц которой составляет менее 5 мкм.

7. Полимерная матрица по п. 2, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает гидроксилсодержащий полимер.

8. Полимерная матрица по п. 2, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает растительное масло.

9. Полимерная матрица по п. 2, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает соевое масло, касторовое масло, льняное масло, подсолнечное масло или гидрогенизированное соевое масло.

10. Полимерная матрица по п. 2, в которой по меньшей мере один дополнительный полимер включает исходный стирол-бутадиен-стирольный каучук или исходный бутадиеновый каучук.

11. Лист из полимерной матрицы по п. 2 для получения слоистой структуры.

12. Лист по п. 11, обладающий анизотропией в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине, при этом анизотропия в отношении предела прочности при растяжении по длине к пределу прочности при растяжении по ширине составляет по меньшей мере 1,1:1, необязательно от 1,1:1 до 3:1.

13. Слоистая структура, содержащая множество листов по п. 11, для получения изделия, выбранного из группы, состоящей из протектора шины, боковины шины, кровельной мембраны, изоляционной ленты с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовки бака, облицовки резервуара, траншейной крепи, опорной поверхности моста, обмотки жгута проводов, самосклеивающейся обмотки жгута проводов, обувных подошв, резиновой обуви, изоляционной ленты, гидроизоляционного материала для фундамента, гидроизоляционного материала для крытой автостоянки, шланга, ремня и отливки.

14. Слоистая структура по п. 13, в которой толщина каждого из листов составляет от 10 до 70 мкм.

15. Слоистая структура по п. 13, в которой каждый из листов получен путем наплавления в вакууме и сшит с соседним листом.

16. Слоистая структура по п. 13, в которой каждый из листов ориентирован под углом от 30 до 45 градусов к анизотропному зерну соседнего листа.

17. Изделие, содержащее полимерную матрицу по п. 2, выбранное из группы, состоящей из протектора шины, боковины шины, кровельной мембраны, изоляционной ленты с высокой диэлектрической проницаемостью, облицовки бака, облицовки резервуара, траншейной крепи, опорной поверхности моста, обмотки жгута проводов, самосклеивающейся обмотки жгута проводов, обувных подошв, резиновой обуви, изоляционной ленты, гидроизоляционного материала для фундамента, гидроизоляционного материала для крытой автостоянки, шланга, ремня и отливки.

18. Радиационно-защитный материал, содержащий полимерную матрицу по п. 2.

19. Суспензия полимерной матрицы по п. 2 в асфальте.

20. Способ получения полимерной матрицы по п. 2, включающий объединение частиц вулканизированной резины, дополнительного полимера и металлоорганического соединения в смесь с тем, чтобы вызвать расслоение резиновой матрицы внутри частиц вулканизированной резины, сопровождаемое разрывом сульфидных связей, и с тем, чтобы вызвать сшивку дополнительного полимера в полимерной матрице, с инкапсулированием тем самым полимерной матрицей частиц сажи и/или графена.

21. Способ по п. 20, согласно которому объединение включает приложение давления к указанной смеси.

22. Способ по п. 20, согласно которому объединение включает объединение в вальцовой мельнице.

23. Способ по п. 20, согласно которому объединение происходит в отсутствие воды в качестве жидкости-носителя.

24. Способ по п. 20, дополнительно включающий повторное формирование перемещенных сульфидных связей с образованием внутри матрицы сшитых серными мостиками перегруппированных слоистых структур.

25. Способ по п. 20, согласно которому расслоение связано с тем, что часть жестких сульфидных мостиков частиц вулканизированной резины у исходного метильного карбокатиона становятся несвязанными, оставаясь при этом привязанными у исходного аллильного карбокатиона.

26. Способ по п. 20, согласно которому металлоорганическое соединение содержит металл с октаэдрической молекулярной геометрией.

27. Способ по п. 20, согласно которому металлоорганическое соединение содержит ион металла, выбранный из группы, состоящей из Co²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и Mn²⁺.

28. Способ по п. 20, согласно которому металлоорганическое соединение содержит органический анион в качестве лиганда для иона металла.

29. Способ по п. 28, согласно которому органический анион содержит ацетат-ион.

30. Способ по п. 20, согласно которому металлоорганическое соединение представляет собой ацетат меди.

31. Способ по п. 20, согласно которому металлоорганическое соединение представляет собой соль металла, претерпевающую фазовый переход от твердого к жидкому состоянию в диапазоне температур от 115 до 150 °C.

32. Способ по п. 20, согласно которому размер частиц вулканизированной резины составляет более 200 меш.