Адгезионная присадка для битума нефтяного дорожного и способ ее получения Российский патент 2024 года по МПК C08L95/00 

Изобретение относится к адгезионным присадкам, предназначенным в качестве добавки к нефтяным дорожным битумам, применяемым при строительстве дорожных покрытий любых категорий с повышенной прочностью и долговечностью.

Далее в тексте заявителем приведены термины, которые необходимы для облегчения однозначного понимания сущности заявленных материалов и исключения противоречий и/или спорных трактовок при выполнении экспертизы по существу.

Адгезия - сцепление между вяжущим и минеральными материалами. Характеризуется способностью битумного вяжущего удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала [ОДМ 218.3.064-2019. Методические рекомендации по оценке эффективности адгезионных добавок в составе асфальтобетона. - М.: Федеральное дорожное агентство. - 2021. - 20 с.].

Адгезионные добавки - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела битум - минеральный материал, вызывают снижение поверхностного натяжения и способствуют увеличению адгезии. [ОДМ 218.3.064-2019. Методические рекомендации по оценке эффективности адгезионных добавок в составе асфальтобетона. - М.: Федеральное дорожное агентство. - 2021. - 20 с.].

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ № 2185401 «Катионактивная адгезионная присадка к битумам». Сущностью является катионактивная адгезионная присадка к битумам, представляющая продукт взаимодействия кислотного и основного компонентов, отличающаяся тем, что в качестве кислотного компонента применяются или смола пиролиза древесины лиственных пород, или флотогудрон, или остаточный продукт дистилляции жирных кислот, или кубовый остаток производства синтетических жирных кислот, а в качестве основного компонента применяются или кубовый остаток производства моноэтаноламина, или кубовый остаток ректификации морфолина при следующем соотношении компонентов, мас.%: Смола пиролиза древесины лиственных пород, или флотогудрон, или остаточный продукт дистилляции жирных кислот, или кубовый остаток производства синтетических жирных кислот - 15-90; Кубовый остаток производства моноэтаноламина или кубовый остаток ректификации морфолина - 10-85.

Недостатком известного способа является недостаточная адгезия битума к поверхности минерального материала кислого характера, в основном с высоким содержанием кремнезема, причиной данного недостатка является, то что известная адгезионная добавка по своему составу предназначена для увеличения адгезии битума к минеральным породам кислого характера.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ №2326144 «Способ получения адгезионной битумной присадки». Сущностью является способ получения адгезионной битумной присадки для модификации дорожных битумов путем синтеза при повышенной температуре полиэтиленполиамина и жирового компонента, отличающийся тем, что в качестве жирового компонента используют органические вещества или их смеси, имеющие кислотное число не менее 40 мг КОН/1 г, при этом содержание жирового компонента в составе сырья составляет 60±5 мас.%, и продукт синтеза разбавляют исходным жировым компонентом в количестве 20-40 мас.% при получении присадки катионного типа, в количестве 45-50 мас.% при получении присадки двойного действия и в количестве от более 50 мас.% до 90 мас.% для получения присадки анионного типа.

Недостатком известного способа является необходимость разбавления продукта синтеза исходным жировым компонентом для получения присадки того или иного типа, что усложняет технологию получения адгезионной битумной присадки, т.е. снижает эффективность использования изобретения по назначению.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ №2192438 «Способ получения адгезионной битумной присадки». Сущностью является способ получения адгезионной битумной присадки для модификации дорожных битумов путем синтеза полиэтиленполиамина и жирной основы, отличающийся тем, что в качестве жирной основы используют баковый отстой, образующийся при хранении нерафинированного растительного масла (фуз), при этом содержание фуза в сырьевой композиции составляет 50-70 мас.%.

Недостатком известного способа является необходимость введения в битум значительных количеств присадки (до 1%), что может приводить к изменению реологических свойств исходного битума (снижение пенетрации). Это, в свою очередь, может приводить к снижению прочности готового асфальтобетона т.е. это снижает эффективность использования изобретения по назначению.

Технической проблемой и техническим результатом заявленного технического решения является расширение арсенала адгезионных присадок указанного назначения и способов их получения, при этом достигается:

1. более высокое или сравнимое сцепление (адгезия) к минеральному материалу,

2. снижение концентрации в битуме нефтяном дорожном - до 0,5-0,8 % мас.,

3. упрощение технологии за счет низких температур получения заявленной адгезионной присадки - до 120°С,

4. меньшая энергозатратность за счет низких температур получения заявленной адгезионной присадки - до 120°С,

5. снижение себестоимости заявленной адгезионной присадки за счет использования более дешевого сырья.

Сущностью заявленного технического решения является адгезионная присадка для битума нефтяного дорожного, представляющая собой продукт взаимодействия масла растительного ненасыщенного и серы газовой, отличающаяся тем, что в качестве компонента омыления триглециридов жирных кислот применяют моноэтаноламин или триэтаноламин марки Б, в следующем соотношении компонентов, мас. %: масло растительное ненасыщенное – 50,0-55,0; моноэтаноламин или триэтаноламин марки Б – 5,0-10,0; сера газовая – 35,0-40.0.

Способ получения адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного по п.1, включающий подачу масла растительного ненасыщенного в нагреватель, где подогревают до температуры не более 100°С; далее подогретое масло растительное ненасыщенное подают в смесительный реактор вместе с моноэтаноламином или триэтаноламином марки Б при перемешивании и с поддержанием температуры нагрева 100-120°C, при этом реакция протекает при температуре 80-100°С и приводит к образованию этаноламинных жирных солей; далее на стадии протекания реакции взаимодействия указанных компонентов после 0,5-1,0 ч перемешивания вводят серу газовую и продолжают процесс перемешивания при 100-120°С в течение 2 часов; далее после истечения времени перемешивания, смесь охлаждают при комнатной температуре; получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1 и Фиг. 2.

На Фиг. 1 представлена Таблица 1, в которой приведены физико-химические показатели исходного битума нефтяного дорожного БНД 70/100.

На Фиг. 2 представлена Таблица 2, в которой приведены физико-химические показатели исходного битума нефтяного дорожного БНД 70/100 с использованием заявленной адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного.

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.

Далее заявителем приведена характеристика исходных материалов.

1. Масло растительное ненасыщенное - является продуктом лесопереработки, получается путем разложения сульфатного мыла, которое образуется во время варки древесного сырья. В дальнейшем при вакуумной ректификации масла растительного ненасыщенного получают дистиллированное талловое масло (ДТМ), жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ), канифоль, таловый пек и другие продукты. По происхождению различают лиственные и хвойные талловые масла. Кислотное число выше у хвойного таллового масла (ТМ), а неомыляемые вещества выше у лиственного ТМ. Именно поэтому хвойное ТМ нашло основное применение в качестве компонента в защитных лакокрасочных покрытиях, производстве ДТМ и ЖКТМ. А лиственное сырое ТМ применяется больше при производстве разделительных жидкостей и смазочно-охлаждающих материалов

[https://roadtm.com/syroe-tallovoe-maslo/#:~:text=Сырое%20талловое%20масло.%20

Описание%3A%20сокращенно,таловый%20пек%20и%20другие%20продукты].

2. Моноэтаноламин C₂H₇NO - это органическое соединение, представляющее группу аминоспиртов (аминоалкоголей) - веществ, в составе которых представлены одновременно аминогруппы и гидроксильные группы. Как следствие, аминоалкоголи в различных химических взаимодействиях способны проявлять свойства как спиртов, так и аминов. Моноэтаноламин является простейшим представителем названной группы. Для производственных нужд моноэтаноламин синтезируется в процессе взаимодействия оксида этилена с аммиаком или его водным раствором. Имеет обширную область применения в хозяйственных целях [https://him-element.com.ua/ru/news/168].

3. Триэтаноламин марки Б - (нитрилотриэтанол, N,N-(2-гидроксиэтил)-2-аминоэтанол, сокращенно - ТЭА) - это вещество органической этимологии, третичный амин и, в то же время, спирт с 3-мя спиртовыми группами, низкомолекулярный аминоспирт. По аналогии с иными аминами, является слабым основанием. Характеризуется вступлением в реакции, свойственные и аминам, и спиртам. Входит в состав мягчителей для каучука, охлаждающих жидкостей, парфюмерии, косметики. Применяется также в качестве абсорбента кислых газов, ингибитора коррозии и как сырье в ряде органических синтезов [https://dzen.ru/a/YoX4cod1fBRgCTha].

4. Сера газовая - кристаллическое вещество лимонно-желтого цвета с аллотропическими свойствами. Является химически активным элементом и при нагревании легко вступает во взаимодействие со многими веществами, за исключением азота, йода, золота, платины и инертных газов. В тонкодисперсном состоянии сера окисляется кислородом воздуха до сернистой и серной кислот [https://dominant102.ru/sera-tehnicheskaya].

Заявленный технический результат достигается за счет того, что получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного по заявленному способу, который заключается в применении серы газовой, которая вступает в сополимеризацию с непредельными и циклическими соединениями масла растительного ненасыщенного за счет присоединения к α-атому углерода по отношению к двойной связи, образующиеся при этом взаимодействие тиольные группы, взаимодействуют далее с раскрытием двойных связей, при этом продуктами взаимодействия являются сульфиды и полисульфиды, а особенностью является низкая температура полимеризации. Полученные сульфиды вступают во взаимодействие с другими органическими соединениями в битуме, образуя полисульфиды по механизму сополимеризации поликонденсации. Вследствие чего заявленная адгезионная присадка имеет высокую термическую стабильность.

Кроме того, при температурах 160-170°С полисульфиды в битуме не образуют соединения сероводорода, так как на стадии добавления заявленной адгезионной добавки в битум, в нем отсутствуют соединения свободной серы.

Далее описан подробное получение заявленной адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного по заявленному способу.

Масло растительное ненасыщенное в количестве 50,0-55,0% мас. подают в нагреватель, например, нагреватель проточный горизонтального типа с мощностью нагревательного элемента 6 кВт, где нагревают до температуры 90-100°С. Далее нагретое масло растительное ненасыщенное подают в смесительный реактор, например, смесительный реактор с коническим дном из нержавеющей стали с электроподогревом или подогревом теплоносителя через рубашку реактора, с перемешивающим устройством, например, объемом от 2,0 м³.

Далее в смесительный реактор добавляют при перемешивании моноэтаноламин или триэтанолаимин марки Б в количестве 5,0-10,0 мас.%.

Далее осуществляют перемешивание масла растительного ненасыщенного и моноэтаноламина или триэтанолаимина барки Б в течение 30 минут. Температуру смеси при этом поддерживают 100-120°С.

Далее в смесительный реактор добавляют при перемешивании серу газовую в количестве 35,0-40,0 мас.%.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов. Температуру смеси при этом поддерживают 100-120°С. После истечения времени перемешивания, смесь охлаждают при комнатной температуре.

Получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного.

Для экспериментальной проверки заявленной адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного по заявленному способу были приготовлены 3 варианта состава с различным содержанием компонентов в заявленных интервалах.

Далее приводятся конкретные примеры выполнения заявленного технического решения.

Пример 1. Получение адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного со следующим содержанием компонентов, мас. %: масло растительное ненасыщенное - 50,0, моноэтаноламин - 10,0, сера газовая - 40.0.

Масло растительное ненасыщенное в количестве, например, 50 кг подают в нагреватель, где подогревают до температуры, например, 90°С.

Далее подогретое масло растительное ненасыщенное подают в смесительный реактор при перемешивании.

Далее в смесительный реактор добавляют при перемешивании моноэтаноламин в количестве, например, 10 кг.

Далее осуществляют перемешивание масла растительного ненасыщенного и моноэтаноламина в течение 30 минут. Температуру смеси при этом поддерживают, например, на отметке 100°С.

Далее в смесительный реактор засыпают при перемешивании серу газовую в количестве, например, 40 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов. Температуру смеси при этом поддерживают, например, на отметке 100 °С. После истечения времени перемешивания, смесь охлаждают при комнатной температуре.

Получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного.

Пример 2. Получение адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного со следующим содержанием компонентов, мас.%: масло растительное ненасыщенное - 55,0, триэтаноламин марки Б - 10,0, сера газовая - 35.0.

Масло растительное ненасыщенное в количестве, например, 55 кг подают в нагреватель, где подогревают до температуры, например, 100°С.

Далее подогретое масло растительное ненасыщенное подают в смесительный реактор при перемешивании.

Далее в смесительный реактор добавляют при перемешивании триэтаноламин марки Б в количестве, например, 5 кг.

Далее осуществляют перемешивание масла растительного ненасыщенного и триэтаноламина марки Б в течение 30 минут. Температуру смеси при этом поддерживают, например, на отметке 120°С.

Далее в смесительный реактор засыпают при перемешивании серу газовую в количестве, например, 35 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов. Температуру смеси при этом поддерживают, например, на отметке 120°С. После истечения времени перемешивания, смесь охлаждают при комнатной температуре.

Получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного.

Пример 3. Получение адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного со следующим содержанием компонентов, мас.%: масло растительное ненасыщенное - 55,0, моноэтаноламин - 5,0, сера газовая - 40.0.

Масло растительное ненасыщенное в количестве, например, 55 кг подают в нагреватель, где подогревают до температуры, например, 90°С.

Далее подогретое масло растительное ненасыщенное подают в смесительный реактор при перемешивании.

Далее в смесительный реактор добавляют при перемешивании моноэтаноламин в количестве, например, 5 кг.

Далее осуществляют перемешивание масло растительного ненасыщенного и моноэтаноламина в течение 30 минут. Температуру смеси при этом поддерживают, например, на отметке 110 °С.

Далее в смесительный реактор засыпают при перемешивании серу газовую в количестве, например, 40 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов. Температуру смеси при этом поддерживают, например, на отметке 110 °С. После истечения времени перемешивания, смесь охлаждают при комнатной температуре.

Получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного.

Заявленная адгезионная присадка для битума нефтяного дорожного была испытана в составе битума БНД 70/100 в количестве от 0,5 до 0,8 мас. % в соответствии с ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие» в аккредитованной испытательной лаборатории дорожной организации.

Результаты физико-химических показателей представлены в Таблице 2 на Фиг. 2.

Как видно из Таблицы 2, все показатели битума нефтяного дорожного БНД 70\100 с использованием заявленной адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного, полученный заявленным способом с заявленными компонентами и в заявленных интервалах соотношений компонентов удовлетворяют требованиям ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие», что подтверждает достижение заявленного технического результата.

Основываясь на описанном выше, можно сделать вывод, что заявителем решена техническая проблема и достигнут заявленный технический результат, а именно - расширен арсенал присадок указанного назначения путем разработки адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного и способов их получения, обеспечивающее (Таблица 2 на Фиг. 2):

- высокое или сравнимое сцепление (адгезия) к минеральному материалу по сравнению с аналогом (патент РФ №2185401) - в среднем от 4 до 5 баллов по ГОСТ 11508-74 «Метод определения сцепления битума с мрамором и песком»;

- снижение концентрации адгезионной присадки в битуме нефтяном дорожном до 0,5-0,8 мас. % по сравнению с 1,0 мас. % у аналога (патент РФ №2192438);

- более упрощенную технологию за счет низких температур получения заявленной адгезионной присадки - до 120°С по сравнению со 140°С у аналога (патент РФ №2185401);

- меньшую энергозатратность за счет низких температур получения заявленной адгезионной присадки - до 120°С по сравнению со 140°С у аналога (патент РФ №2185401);

- снижение себестоимости в результате дешевизны серы газовой [https://agroserver.ru/b/sera-gazovaya-granulirovannaya-marki-9998-1561173.htm] как основного компонента по сравнению с флотогудроном [https://kazan.regtorg.ru/goods/t495756-flotogudron_prodaem_v_kazani.htm] у аналога (патент РФ №2185401), что позволяет осуществлять значительную экономию дорогостоящего материала и значительно удешевлять стоимость конечного битума нефтяного дорожного.

Из Таблицы 1 на Фиг.1 и Таблицы 2 на Фиг. 2 видно, что использование заявленной адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного позволяет получить на их основе модифицированный битум БНД 70\100 с улучшенными физико-химическими свойствами.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как при определении уровня техники не выявлено техническое решение, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) совокупности признаков, перечисленных в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как может быть изготовлено с использованием известных материалов, комплектующих изделий, стандартных технических устройств и оборудования.

Изобретение относится к адгезионным присадкам, предназначенным в качестве добавки к нефтяным дорожным битумам, применяемых при строительстве дорожных покрытий любых категорий с повышенной прочностью и долговечностью. Адгезионная присадка для битума нефтяного дорожного представляет собой продукт взаимодействия масла растительного ненасыщенного и серы газовой. В качестве компонента омыления триглицеридов жирных кислот применяют моноэтаноламин или триэтаноламин марки Б. Способ получения адгезионной присадки включает подачу масла растительного ненасыщенного в нагреватель для подогрева до температуры не более 100°С. Подогретое масло подают в смеситель вместе с моноэтаноламином или триэтаноламином марки Б при 100-120°C. После 0,5-1,0 ч перемешивания вводят серу газовую и продолжают перемешивание при 100-120°С в течение 2 часов. Далее смесь охлаждают при комнатной температуре. Обеспечивается расширение арсенала адгезионных присадок, при этом достигается увеличение сцепления к минеральному материалу, снижение концентрации присадки в битуме нефтяном дорожном, упрощение технологии, уменьшение энергозатратности и снижение себестоимости. 2 н.п. ф-лы 2 ил., 3 пр.

1. Адгезионная присадка для битума нефтяного дорожного, представляющая собой продукт взаимодействия масла растительного ненасыщенного и серы газовой, отличающаяся тем, что в качестве компонента омыления триглециридов жирных кислот применяют моноэтаноламин или триэтаноламин марки Б, в следующем соотношении компонентов, мас.%: масло растительное ненасыщенное – 50,0-55,0; моноэтаноламин или триэтаноламин марки Б – 5,0-10,0; сера газовая – 35,0-40.0.

2. Способ получения адгезионной присадки для битума нефтяного дорожного по п.1, включающий подачу масла растительного ненасыщенного в нагреватель, где подогревают до температуры не более 100°С;

далее подогретое масло растительное ненасыщенное подают в смесительный реактор вместе с моноэтаноламином или триэтаноламином марки Б при перемешивании и с поддержанием температуры нагрева 100-120°C, при этом реакция протекает при температуре 80-100°С и приводит к образованию этаноламинных жирных солей;

далее на стадии протекания реакции взаимодействия указанных компонентов после 0,5-1,0 ч перемешивания вводят серу газовую и продолжают процесс перемешивания при 100-120°С в течение 2 часов;

далее после истечения времени перемешивания смесь охлаждают при комнатной температуре;

получают заявленную адгезионную присадку для битума нефтяного дорожного.