Гранулированный компаунд для битума Российский патент 2025 года по МПК C10C3/02 C08L95/00 

Изобретение относится к полимерной химии, а именно к модифицированию битумов полимерными добавками, и может быть использовано в дорожном строительстве, при производстве кровельных (пропиточных и покровных) и гидроизоляционных материалов на основе битумов, при строительстве зданий и сооружений и т.д.

Долговечность и качество покрытия (дорожного и кровельного) во многом определяются параметрами и маркой используемого битума. Большинство выпускаемых битумов в полной мере не удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым разными отраслями промышленности и условиями эксплуатации. Также стоит учитывать влияние таких внешних факторов, как перепады температур, солнечное излучение, окисление под действием кислорода воздуха, нагрузку от движения транспортных средств. Под действием этих факторов битум начинает разрушаться, и вследствие этого покрытия теряют свою целостность. Для повышения устойчивости к воздействию перечисленных факторов, битум модифицируют (вводят добавки-модификаторы). Модификаторами битумов являются термоэластопласты (ТЭП) типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) , термопласты (полипропилен различной тактичности, полиэтилен (высокого давления, низкого давления, линейный и др.), этиленвинилацетат), каучуки, регенераты и резиновую крошку.

Из существующего уровня техники известны полимерно-битумные вяжущие [RU 2798340 С1, RU 2237691 С2, RU 2345107 С1, RU 2729649 С2, US 10479892, CN 106189290 B], содержащие в своем составе как отдельные из перечисленных компонентов, так и их комбинации. Однако в представленных примерах рассматриваются готовые полимерно-битумные вяжущие, которые хранятся в жидком виде и при высоких температурах, что требует особых условий хранения и транспортировки.

Наибольшая доля применяемых для модификации битумов материалов приходится на стирольные ТЭП. Выпускной формой стирольных ТЭП является порошок с низкой насыпной плотностью (так, например, традиционно используемый ТЭП марки ДСТ Л-30-01 имеет насыпную плотность менее 200 кг/куб.м), что увеличивает затраты на транспортировку и хранение. Решением этой проблемы может быть получение гранулированного материала.

Из существующего уровня техники известен концентрат резинобитумного вяжущего [RU 2735306 С1], имеющий сухую гранулированную форму и содержащий следующие компоненты, взятые в мас. %: активный резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм в количестве - 10-50; компонент пластифицирующий в количестве - 10-50; битум нефтяной дорожный в количестве - 10-50; стабилизирующая добавка в количестве - 0- 50; минеральный порошок в количестве - 0-10. Также известен полимерный композиционный модификатор асфальтобетонных смесей и битумных вяжущих [RU 2803598 С1], выпущенный в виде гранул и содержащий резиновую крошку (80-82 мас.%), битум строительный (5-7 мас.%), полиэтилен (3-5 мас.%), полиэтиленовый воск (0,5-1 мас.%), пластификатор из возобновляемых источников (0,5-1 мас.%), тальк (1-2 мас.%).

Однако резиновая крошка, используемая в обоих составах трудно диспергируется в битуме; успешное диспергирование требует высоких температур и длительного времени, и может привести к образованию гетерогенного связующего, в котором каучук (составляющий основу резиновой крошки) будет действовать главным образом как эластичный наполнитель.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются:

концентрат (модификатор) [RU 2718068 С1] используемый при получении асфальтобетонов, гидроизоляционных покрытий и мастик для строительных работ, выпускаемый в гранулированном виде, включающий в своем составе термоэластопласт в количестве - 10 – 50; компонент пластифицирующий в количестве - 10 – 50; битум нефтяной дорожный в количестве - 10-50; стабилизирующую добавку в количестве - 0 – 50; минеральный порошок в количестве - 0-10;

концентрат полимер-резинобитумного вяжущего [RU 2718069 С1] имеющий сухую гранулированную форму и содержащий компоненты, взятые в мас.%: термоэластопласт в количестве - 10-50; резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм в количестве - 10-50; компонент пластифицирующий в количестве - 10-50; стабилизирующая добавка в количестве - 0- 50; минеральный порошок в количестве - 0-10.

Однако описанные составы имеют ряд недостатков:

основной модификатор (ТЭП) содержится в малом количестве, что потребует введения в битум не менее 5% добавки-модификатора (согласно литературным данным, для обеспечения модифицирующего эффекта содержание термоэластопласта в составе битума (дорожного) должно быть не менее 2-3%; именно при этой концентрации ТЭП обеспечивает модифицирующий эффект);

резиновый порошок, входящий в состав, описанный в [RU 2718069 С1], может вызывать трудности в процессе диспергирования добавки в битуме;

используемый в достаточно больших дозировках в составе [RU 2718068 С1] битум может отличаться по марке и исходным параметрам от модифицируемого битума, что может негативно отразится на эксплуатационных свойствах конечного полимерного битумного вяжущего (ПБВ).

Указанные недостатки могут быть решены получением гранулированного компаунда на основе ТЭП путем совмещения ТЭП с термопластами, которые также традиционно используют для модификации битумов. Это позволит получить композицию, способную к последующей грануляции (для этого показатель текучести расплава (ПТР) должен находиться в пределах 0,2-20 г/10 мин).

Технический результат заключается в получении модификатора, вводимого в состав битума и обеспечивающего ему технологические (динамическая вязкость при 135 °С менее 3 ПаЧс) и эксплуатационные свойства (устойчивость против старения, сдвиговая устойчивость, теплоустойчивость).

Технический результат достигается тем, что гранулированный компаунд для битума содержит бутадиен-стирольный термоэластопласт, полиэтилен, атактический полипропилен и индустриальное масло в следующем соотношении, в мас.%.:

бутадиен-стирольный термоэластопласт 45-70 полиэтилен 20-45 атактический полипропилен 0-10 индустриальное масло 0-10,

при этом компауд изготавливают в виде гранул с насыпной плотностью не менее 400 кг/куб.м.

Бутадиен-стирольный термоэластопласт – полимер, обеспечивающий основной модифицирующий эффект (предназначен для повышения основных/традиционных эксплуатационных показателей); может быть выбран из СБС Л 30-01, СБС Р 30-00, ДСТ Л 30-01, ДСТ Р 30-00.

Полиэтилен – полимер, обеспечивающий модифицирующий эффект в составе битума, при этом обеспечивающий возможность получения модификатора в требуемой выпускной форме (гранула).

Атактический полипропилен – полимер, обеспечивающий модифицирующий эффект в составе битума, при этом позволяющий предотвратить существенное повышения вязкости системы битум-модификатор (при необходимости).

Индустриальное масло для регулирования технологических свойств композиции (при необходимости).

Для снижения себестоимости модификатора он может быть изготовлен с использованием вторичных полимерных материалов.

Примеры предлагаемых составов модификаторов, их величина ПТР, сыпучесть, характеристики битумов, содержащих соответствующие модификаторы (в количестве 3 мас.%), приведены в таблице и на фигуре.

Также в таблице представлены данные для битума марки БНД 60/90 без модификатора, битума марки БНД 60/90, содержащего 3 мас.% традиционно применяемого ДСТ Л-30-01, и данные для ПБВ-90 (по ГОСТ Р 52056-2003).

Приготовление и гранулирование модификаторов осуществлялось на двухшнековом экструдере с гранулирующей головкой по традиционной технологии изготовления композиций на основе ТЭП.

Введение модификаторов в битум марки БНД 60/90 осуществлялось при температуре 170-180°С с использованием лопастной мешалки (300-400 об/мин), продолжительность смешения составляла 4 часа.

Показатель текучести расплава (ПТР) определялся на приборе ИИРТ-5 (Россия) при температуре 190°С и нагрузке 10,6 кг с опорой на ГОСТ 11645-2021.

Однородность битума с введенными компаундами оценивали согласно ГОСТ Р 52056-2003.

Температура размягчения по кольцу и шару определялась по ГОСТ 11506-73, изменение температуры размягчения и массы после прогрева – по ГОСТ 18180-72 (прогрев производился при температуре 163°С в течение 5 часов).

Динамическая вязкость оценивалась на сдвиговом реометре «StressTech» ф. «REOLOGICA Instruments AB» с использованием системы параллельных плоскостей (поверхность верхней плоскости имеет диаметр 20 мм) с опорой на ГОСТ 33137-2014; вязко-упругие свойства битума (комплексный модуль сдвига (G*) и фазовый угол (δ)) при различных температурах оценивались в соответствии с ГОСТ 58400.10-2019 (угловая частота 10±0,1 рад/с, испытательный зазор 1,0±0,01 мм).

Как видно из представленных примеров, предлагаемые компаунды хорошо совмещаются с битумом (однородны), не вызывают существенного повышения динамической вязкости (согласно ГОСТ Р 58400.2-2019 динамическая вязкость при 135°С должна быть менее 3 ПаЧс), обеспечивают повышение температуры размягчения по кольцу и шару (что позволяет говорить о расширении температурного интервала эксплуатации), обеспечивают большую стойкость к воздействию сдвиговой нагрузки (параметр G*/sinδ описывает устойчивость битума к образованию колеи: чем выше его значение, тем более устойчиво битумное вяжущее к колееобразованию).

Таким образом, использование предлагаемых компаундов обеспечивает получение битумов сопоставимых или превосходящих по характеристикам с ПБВ-90 (ГОСТ Р 52056-2003) и битумами, содержащими традиционный модификатор ДСТ Л-30-01 в эквивалентной дозировке. При этом предлагаемые компаунды могут быть гранулированы (ПТР находится в интервале 0,2-20 г/10 мин), а гранулы имеют насыпную плотность более 400 кг/куб.м.

Таблица – Примеры предлагаемых составов компаундов Наименование ингредиента Примеры предлагаемых составов Примеры для сравнения 1 2 3 4 Битум БНД 60/90 ДСТ Л-30-01 ПБВ-90 Содержание, % Бутадиен-стирольный ТЭП ДСТ Л-30-01 производства ПАО «Сибур-Холдинг» 70 70 45 55 - - - Полиэтилен низкого давления (вторичный) производства ООО «Реверс-Полимер» 20 20 45 35 - - - Атактический полипропилен производства ПАО «Сибур-Холдинг» 0 5 10 0 - - - Индустриальное масло МГА-8 Татнефть (Танеко) 10 5 0 10 - - - ПТР, г/10 мин (190°С, 10,6 кг)/возможность грануляции 2,1/да 1,8/да 15/да 13/да - менее 0,1/нет - Насыпная плотность не менее, кг/куб.м 450 - - Содержание модификатора, % 3 3 3 3 0 3 - Однородность однородно Динамическая вязкость (условие 1) при 135°С, Па⋅с 2,3 1,6 1,6 1,7 0,7 2,5 - Температура размягчения по кольцу и шару, °С 56,9 55,7 60,5 58,2 45,7 57,9 не менее 51 Изменение температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева, °С 0,1 3,1 2,3 0,5 0 6,4 не более 6 Изменение массы после прогрева, % менее 1 -

Изобретение относится к полимерной химии, а именно к модифицированию битумов полимерными добавками, и может быть использовано в дорожном строительстве, при производстве кровельных (пропиточных и покровных) и гидроизоляционных материалов на основе битумов, при строительстве зданий и сооружений и т.д. Предложен гранулированный компаунд для битума, содержащий бутадиен-стирольный термоэластопласт 45-70 мас.%, полиэтилен 20-45 мас.%, атактический полипропилен 0-10 мас.% и индустриальное масло 0-10 мас.%. Компаунд изготавливают в виде гранул с насыпной плотностью не менее 400 кг/куб.м. Полученный модификатор, вводимый в состав битума, обеспечивает его технологические - динамическая вязкость при 135°С менее 3 Па⋅с, и эксплуатационные свойства - устойчивость против старения, сдвиговая устойчивость, теплоустойчивость. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

Гранулированный компаунд для битума, содержащий бутадиен-стирольный термоэластопласт, полиэтилен, атактический полипропилен и индустриальное масло в следующем соотношении, мас.%:

бутадиен-стирольный термоэластопласт 45-70 полиэтилен 20-45 атактический полипропилен 0-10 индустриальное масло 0-10,

при этом компаунд изготовлен в виде гранул с насыпной плотностью не менее 400 кг/куб.м.