Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ

Изобретение относится к строительным материалам, а именно в строительстве верхних слоев дорожного полотна.

Известна полимерно-битумная композиция (патент РФ №2258721, МПК C08L 95/00, C09D 195/00, опубл. 20.08.2005), содержащая битум, дивинилстирольный термоэластопласт и пластификатор, дополнительно содержит антиоксидант, в качестве которого использована полиэтилсилоксановая жидкость. Технический результат, по свидетельствам авторов, достигается также за счет того, что при получении полимерно-битумной композиции исходное количество битума делится на две части, первую часть 10-60% от исходного количества предварительно нагретого битума с температурой не ниже 90°C смешивают с пластификатором с использованием высокооборотной мешалки в течение 10-30 минут, полученную смесь догревают до 110°C и вводят дивинилстирольный термоэластопласт и антиоксидант с последующей обработкой на оборудовании с высоким напряжением сдвига при одновременном нагревании до 140-165°C, полученную полимерно-битумную смесь вводят во вторую часть 40-90% от исходного количества битума и диспергируют до получения однородной массы. Данное техническое решение трудно применить в промышленных условиях ввиду того, что гомогенность (однородность) вяжущего существенно зависит от последовательности смешения компонентов и строгого выдерживания температурных и временных режимов. Это приводит к недостаточной повторяемости условий эксперимента в промышленных условиях и, соответственно, не обеспечивает стабильности качества продукции.

Известна композиция (патент РФ №2412223, МПК C08L 95/00, опубл. 20.02.2011), которая содержит битум и полимерный компонент, при этом в качестве битума используется битум кровельный и битум строительный, в качестве полимерного компонента - стирол-бутадиен-стирольный полимер линейного и/или радиального типа. При этом в технологическую цепь включен смеситель-гомогенизатор, отличающийся скоростью вращения ротора 800-10000 об/мин, с величиной капиллярных отверстий или зазора узких щелей - 100-800 мкм.

Предлагаемая технология получения полимерно-битумного вяжущего предусматривает внедрение дорогостоящего и сложного оборудования. При этом использование битума (строительный битум) и полимеров с высокой температурой размягчения существенно усложняет процесс приготовления вяжущего. Возможно забивание капилляров гомогенизатора. Строительный битум значительно хуже совмещается с полимерами типа стирол-бутадиен-стирол. Таким образом, предлагаемое техническое решение трудно реализовать без использования пластификаторов.

Известна композиция (патент РФ №2297990, МПК С04В 26/26, C08L 95/00, опубл. 27.04.2007), в состав которой, помимо битума, полимера и ПАВ, входит индустриальное масло. Использование индустриальных масел приводит к ускоренному старению композиций и требует дополнительных компонентов - ингибиторов окисления.

Наиболее близкой по компонентному составу (прототипом) к предлагаемому полимерно-битумному вяжущему может служить композиция (патент РФ №2138459, МПК С04В 26/00, C08L 95/00, E04D 5/00, опубл. 27.09.1999), содержащая отходы термопластичных полимеров 1,0-69 мас. %, отработанное минеральное масло 10-30 мас. %, битум - остальное.

Недостатком данной композиции является зависимость эксплуатационных характеристик вяжущего от соотношения полимер-пластификатор и необходимость обязательного присутствия последнего.

При этом свойства композиции существенно будут зависеть от качества и природы используемых отходов полимеров, что не обеспечивает постоянства эксплуатационных свойств предлагаемой композиции. По свидетельствам авторов нижний предел содержания пластификатора в композиции составляет 5%. Его количество в меньшей пропорции не позволит осуществить пластификацию битума. Превышение верхнего предела содержания пластификатора в композиции будет способствовать ухудшению адгезионных свойств материала. Кроме того, эксперименты показали, что известная композиция не соответствует требованиям ГОСТ Р 52056-2003.

Задачей изобретения является создание полимерно-битумного вяжущего с улучшенными эксплуатационными характеристиками и возможность использования отходов термопластичных полимеров типа полиэтилентерефталата. Полимерно-битумное вяжущее обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, соответствующими ГОСТ Р 52056-2003.

Техническим результатом по сравнению с прототипом является упрощение технологического процесса (нет высокооборотистых смесителей) и обеспечение однородности композиции. В разработанной композиции смешение ведут с помощью мешалки лопастного типа со скоростью вращения, не превышающей 60 об/мин. При этом нет необходимости измельчать гранулы полимера до указанных размеров, он свободно диспергируется в разогретом битуме, что является преимуществом, так как отпадает необходимость в дорогостоящем гомогенизаторе.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что полимерно-битумное вяжущее, включающее термопластичный полимер и битум, в качестве термопластичного полимера содержит полимерную добавку на основе модифицированного полиэтилентерефталата, полученную путем совместной термохимической деструкции смесей вторичного полиэтилентерефталата (в присутствии олигопропиленгликоля или глицерина) при следующем соотношении компонентов мас.%:

полимерная добавка на основе модифицированного полиэтилентерефталата - 6-9;

битум - остальное.

Предлагаемая композиция не содержит пластификатора, а улучшенная термостабильность полимерно-битумного вяжущего подтверждена экспериментальными данными (относительно малые изменения эксплуатационных показателей после прогрева).

В качестве полимерной добавки используются модифицированный полиэтилентерефталат (олигоэфирный модификатор), полученный путем термохимической деструкции смесей вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленгликоля или глицерина.

В качестве вторичного полиэтилентерефталата использовались измельченные бытовые бутылки. Полимерную добавку готовят в обогреваемом реакторе с мешалкой в среде инертного газа - азота. Сначала вторичный полиэтилентерефталат (измельченные отходы полиэтилентерефталата) и многоатомный спирт - олигопропиленгликоль (лапрол-202) в процентном соотношении ПЭТФ:олигопропиленгликоль 45:55 мас.% или олигопропилентриол (глицерин) в процентном соотношении ПЭТФ:олигопропилентриол 55:45 мас. % загружают в реактор, расплавляют, затем полученную смесь нагревают до температуры 240-260°C в течение 1-2 часов и после этого охлаждают до 20-25°C.

Таким образом было приготовлено две полимерные добавки: модифицированная полимерная добавка на основе продуктов термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленгликоля (лапрол-202) (далее полимерная добавка-1) с температурой каплепадения 97°C и модифицированная полимерная добавка на основе продуктов термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропилентриола (глицерин) (далее полимерная добавка-2) с температурой каплепадения 65°C.

Результаты испытаний полимерно-битумного вяжущего с использованием полимерных добавок в различных концентрационных пределах представлены в таблицах 1 и 2.

Предлагаемое изобретение решает следующие поставленные задачи:

- улучшение эксплуатационных характеристик полимерно-битумного вяжущего по сравнению с прототипом (патент РФ №2138459), соответствие нормам ГОСТ Р 52056-2003;

- улучшение технологического решения (отсутствие необходимости введения в технологическую цепочку высокооборотистых смесителей);

- улучшенная гомогенность (однородность) полимерно-битумного вяжущего без использования дополнительного оборудования для измельчения гранул полимерной добавки;

- улучшенная термостабильность (незначительные изменения показателей пенетрации и температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева);

- отсутствие необходимости применения пластификатора;

- за счет процесса совместной химической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропилендиола или глицерина решается проблема усреднения продукта, ввиду чего нет потребности в предварительной подготовке и сортировке полимеров;

- предлагаемый способ получения полимерных добавок решает важную экологическую проблему утилизации вторичных полиэтилентерефталатных отходов. Полученными полимерными добавками можно заменить дорогостоящий стирол-бутадиен-стирольный каучук;

- данное технологическое решение реализуемо в промышленном объеме.