БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК C08L95/00 C09D195/00 C08K7/02 

Изобретение относится к областям нефтепереработки и дорожного строительства, конкретно к битумной эмульсии с высокой устойчивостью и экологичностью и способу ее получения и может быть использовано на нефтеперерабатывающих предприятиях для переработки высоковязких нефтей и битумов, а также при выполнении строительных и ремонтно-дорожных работ.

Известен способ получения битумной эмульсии (SU №1109053, МПК C08L 95/00, опубл. 15.08.1984), которая содержит битум 50,52-64,75 масс. %, блок-сополимер полибутадиена и полистирола 3,3-9,0 масс. %, аминный эмульгатор 0,375-0,800 масс. %, неорганическую кислоту 0,272-0,800 масс. % и воду, заключающийся в предварительном смешении битума с каучуком при 145-190°С и затем другими компонентами. Результатом является получение стабильной эмульсии.

Недостатком способа является использование соляной или фосфорной кислоты для создания битумной эмульсии и низкие вязкоупругие характеристики битумного вяжущего, образующегося при обезвоживании эмульсии.

Известен способ получения битумной эмульсии для дорожного строительства (Авт. Свид. №933857, МПК Е01С 7/24, опубл. 07.06.1982), включающей битум 30,0-35,0 масс. %, талловый эмульгатор (пек) 15,0-20,0 масс. %, едкий натр 0,5-1,1 масс. % и воду, заключающийся в растворении плавленного таллового пекового клея в воде, нагретой до 60-80°С, добавлении к смеси едкого натра и тщательном перемешивании. Щелочность водного раствора эмульгатора для дорожных эмульсий должна быть в пределах рН 10,5-11,5. Нефтяной битум нагревают при 120-150°С в зависимости от вязкости, а сланцевый битум и его смеси - при 100-120°С. Затем вяжущее и нагретый щелочной раствор эмульгатора одновременно подают непрерывной струей в диспергатор, в котором они смешиваются. Результатом является получение однородной и стабильной эмульсии, а также сокращение расхода битума.

Недостатком способа является использование едкого натра для создания битумной эмульсии и низкие вязкоупругие характеристики битумного вяжущего, образующегося при обезвоживании эмульсии.

Известен способ получения битумной эмульсии для дорожного строительства (Технические указания по приготовлению и применению дорожных эмульсий, ВСН 115-75, Минтрансстрой), включающей битум, эмульгатор на основе продукта переработки древесины (мыло древесной смолы) и воду, заключающийся в подаче нагретой до 60-80°С водной дисперсии эмульгатора в диспергатор, порционном добавлении предварительно нагретого до 90-150°С битума при постоянном перемешивании с продолжительностью, составляющей 5-7 мин после подачи всей порции битума, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

битум 40,0-60,0 эмульгатор 3,1-4,1 вода остальное.

Преимуществом способа является его простота и использование возобновляемого древесного сырья при получении эмульсии.

Недостатком способа является содержание едкого натра в составе мыла древесной смолы и низкая устойчивость получаемых эмульсий, расслаивающихся с течением времени.

По совокупности признаков и конечному техническому результату известный способ может быть принят как наиболее близкий аналог - прототип для получения битумных эмульсий для дорожного строительства.

Задачей данного изобретения является разработка битумной эмульсии для дорожного строительства на основе экологичных и безвредных компонентов, характеризующейся высокой устойчивостью при хранении, и способа ее получения.

Поставленная задача решается тем, что предложена битумная эмульсия для дорожного строительства, включающая битум, эмульгатор на основе продукта переработки древесины и воду, которая в качестве эмульгатора на основе продукта переработки древесины содержит микрофибриллярную целлюлозу со средним диаметром микрофибрилл 200-400 нм и длиной 100 мкм при следующем соотношении компонентов, масс. %:

битум 10,0-40,0 указанная микрофибриллярная целлюлоза 0,6-0,9 вода остальное.

Поставленная задача решается также тем, что предложен способ получения битумной эмульсии для дорожного строительства, включающий смешение эмульгатора и воды, нагрев полученной смеси до температуры 60-80°С, диспергирование полученной смеси в диспергаторе до образования водной дисперсии эмульгатора и постепенное добавление битума, предварительно нагретого до 90-150°С, при постоянном перемешивании с продолжительностью, составляющей 5-7 мин после подачи всей порции битума, с получением готового продукта - битумной эмульсии, в котором в качестве эмульгатора на основе продукта переработки древесины используют микрофибриллярную целлюлозу со средним диаметром микрофибрилл 200-400 нм и длиной 100 мкм при следующем соотношении компонентов, масс. %:

битум 10,0-40,0 микрофибриллярная целлюлоза 0,6-0,9 вода остальное.

Полученную по изобретению битумную эмульсию применяют по назначению в качестве готового продукта.

Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- получение экологичного и безопасного эмульгатора при приготовлении битумной эмульсии, не содержащей едких веществ;

- повышение устойчивости эмульсии, не расслаивающейся, по крайней мере, в течение года ее хранения;

- уменьшение расхода эмульгатора на получение эмульсии по сравнению с прототипом до 6,8 раз.

Неочевидность данного решения заключается в использовании микрофибриллярной целлюлозы в качестве эмульгатора битумной эмульсии, которая:

- адсорбируется на межфазной границе вода/битум, препятствуя коалесценции капель битума;

- образует перколяционную сетку в водной среде эмульсии, придающую ей предел текучести и, как результат, препятствующую ее седиментационному расслоению.

Нижеследующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают предлагаемое изобретение.

В качестве микрофибриллярной целлюлозы используют целлюлозу Celish KY100S (Daicel Miraizu Ltd., Япония), микрофибриллы которой имеют средний диаметр от 200 до 400 нм и длину около 100 мкм, а в качестве битума - дорожный битум БНД 60/90 или любой другой.

Предел текучести эмульсий определяют на ротационном реометре при 25°С. Расслоение эмульсий определяют по ГОСТ Р 58952.9-2020.

Пример 1

В диспергатор добавляют 9 кг водной дисперсии эмульгатора, содержащей 0,09 кг микрофибриллярной целлюлозы, микрофибриллы которой имеют средний диаметр 400 нм, и 8,91 кг воды и нагретой до 80°С, затем постепенно добавляют 1 кг предварительно нагретого до 120°С битума при постоянном перемешивании со скоростью 17500 об/мин и продолжительностью 7 мин с получением готовой битумной эмульсии.

Получают битумную эмульсию, содержащую, % масс.:

битум 10,0 указанная микрофибриллярная целлюлоза 0,9 вода 89,1.

Характеристики предела текучести и расслоения получаемой эмульсии приведены в таблице.

Пример 2

Получение битумной эмульсии осуществляют аналогично способу, описанному в примере 1, но используют 0,08 кг микрофибриллярной целлюлозы, 7,92 кг воды и 2 кг битума.

Получают битумную эмульсию, содержащую, % масс.:

битум 20,0 указанная микрофибриллярная целлюлоза 0,8 вода 79,2.

Характеристики предела текучести и расслоения получаемой эмульсии приведены в таблице.

Пример 3

Получение битумной эмульсии осуществляют аналогично способу, описанному в примере 1, но используют 0,06 кг микрофибриллярной целлюлозы с средним диаметром 200 нм, 5,94 кг воды и 4 кг битума. Получают битумную эмульсию, содержащую, % масс.:

битум 40,0 указанная микрофибриллярная целлюлоза 0,6 вода 59,4.

Характеристики предела текучести и расслоения получаемой эмульсии приведены в таблице.

Пример 4 (по прототипу)

В диспергатор добавляют 6 кг водной дисперсии эмульгатора, содержащей 0,41 кг мыла древесной смолы и 5,59 кг воды и нагретой до 80°С, затем постепенно добавляют 4 кг предварительно нагретого до 120°С битума при постоянном перемешивании со скоростью 17500 об/мин и продолжительностью 7 мин с получением готовой битумной эмульсии.

Получают битумную эмульсию, содержащую, % масс.:

битум 40,0 мыло древесной смолы 4,1 вода 55,9.

Характеристики предела текучести и расслоения получаемой эмульсии приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет отказаться от использования едких эмульгаторов в составе эмульсии, многократно уменьшить расход эмульгатора на получение эмульсии (до 6,8 раз) и радикально увеличить устойчивость к расслоению получаемой битумной эмульсии, подавив ее практически полностью за счет придания эмульсии небольшого предела текучести - получаемая эмульсия не расслаивается, по крайней мере, в течение года ее хранения.

Группа изобретений относится к областям нефтепереработки и дорожного строительства, конкретно к битумной эмульсии с высокой устойчивостью и экологичностью и способу ее получения, и может быть использовано на нефтеперерабатывающих предприятиях для переработки высоковязких нефтей и битумов, а также при выполнении строительных и ремонтно-дорожных работ. Эмульсия включает битум, эмульгатор на основе продукта переработки древесины и воду, в качестве эмульгатора на основе продукта переработки древесины она содержит микрофибриллярную целлюлозу со средним диаметром микрофибрилл 200-400 нм и длиной около 100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 10,0-40,0; указанная микрофибриллярная целлюлоза 0,6-0,9 и остальное - вода. Способ включает смешение эмульгатора и воды, нагрев полученной смеси до температуры 60-80°С, затем диспергирование полученной смеси в диспергаторе до образования водной дисперсии эмульгатора и постепенное добавление битума, предварительно нагретого до 90-150°С, при постоянном перемешивании с продолжительностью, составляющей 5-7 мин после подачи всей порции битума, с получением готового продукта - битумной эмульсии, в котором в качестве эмульгатора используют указанную микрофибриллярную целлюлозу. Технический результат заявленной группы изобретений заключается в получении битумной эмульсии, не содержащей едких веществ, уменьшении расхода эмульгатора на получение эмульсии, повышении устойчивости получаемой битумной эмульсии, не расслаивающейся по крайней мере в течение года ее хранения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

1. Битумная эмульсия для дорожного строительства, включающая битум, эмульгатор на основе продукта переработки древесины и воду, отличающаяся тем, что в качестве эмульгатора на основе продукта переработки древесины она содержит микрофибриллярную целлюлозу со средним диаметром микрофибрилл 200-400 нм и длиной 100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 10,0-40,0 указанная микрофибриллярная целлюлоза 0,6-0,9 вода остальное.

2. Способ получения битумной эмульсии для дорожного строительства, включающий смешение эмульгатора и воды, нагрев полученной смеси до температуры 60-80°С, диспергирование полученной смеси в диспергаторе до образования водной дисперсии эмульгатора и постепенное добавление битума, предварительно нагретого до 90-150°С, при постоянном перемешивании с продолжительностью, составляющей 5-7 мин после подачи всей порции битума, с получением готового продукта - битумной эмульсии, в котором в качестве эмульгатора на основе продукта переработки древесины используют микрофибриллярную целлюлозу со средним диаметром микрофибрилл 200-400 нм и длиной 100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 10,0-40,0 микрофибриллярная целлюлоза 0,6-0,9 вода остальное.