Результат интеллектуальной деятельности: Полимерный модификатор битума и битумно-полимерное вяжущее на его основе

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к получению полимерного модификатора и битумно-полимерного вяжущего на его основе, применяемого в дорожном и гражданском строительстве для устройства дорожных асфальтобетонных покрытий, герметизации швов автодорожного полотна, устройства кровли и гидроизоляции строительных конструкций.

Известен полимерный модификатор битума, включающий битум, полимеры диенов и этилена, минеральное масло, резиновую крошку, при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум (марка БНД 60/90 или 90/130) - 50-80; резиновая крошка - 10-25; каучук синтетический полиизопреновый - 1-5; сополимер этилен-пропиленовый или полиэтилен высокого давления - 1-10; масло минеральное (соляровое, индустриальное масло И-8А, нафтапласт и др.) - 1-15 (патент RU 2158742, C08L 95/00, C08L 9/00, C08L 2316, C08L 17/00, опубл. 10.11.2000).

Недостатком указанного модификатора является наличие в его составе резиновой крошки, которая не растворяется в нефтяном битуме, таким образом равномерное покрытие минерального наполнителя в получаемых битумных материалах на основе вяжущего, содержащего резиновую крошку, не достигается, что приводит к потере прочностных свойств. Также недостатком модификатора является низкий интервал пластичности (разница между температурой хрупкости и размягчения) полимерно-битумных вяжущих, приготовленных на его основе.

Известно битумно-полимерное вяжущее для дорожных покрытий, получаемое смешением 95,0-99,5 мас. % битума, 0,41-4,10 мас. % растворителя-пластификатора, в качестве которого используют рапсовое масло или смесь дистиллированного таллового масла и пентаэритрита в соотношении 7:1, а также 0,09-0,90 мас. % сополимера этилена с винилацетатом (патент RU №2326143, C08L 95/00, C04B 26/26, опубл. 10.06.2008).

Недостатком данного изобретения является наличие в составе модификатора смеси непредельных карбоновых кислот, образующих рапсовое и талловое масла, вызывающих преждевременное старение как модификатора, так и вяжущего на его основе.

Известно битумно-полимерное вяжущее для дорожных покрытий, получаемое смешением 85-98 мас. % битума, 15-2 мас. % разветвленного или линейного стирольного блок сополимера (EP №0458386, кл. C08L 95/00, 1972).

Недостатком изобретения являются неудовлетворительные показатели растяжимости и эластичности полученных битумно-полимерных вяжущих, их низкая адгезия к минеральному материалу асфальтобетонных смесей, кроме того, неоднородность вяжущего.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является полимерный модификатор битума (RU №2346965, C08L 95/00, опубл. 20.02.2009), содержащий, мас. %:

и битумно-полимерное вяжущее на его основе, содержащее, мас. %:

Недостатком прототипа является низкая адгезия битумно-полимерного вяжущего к минеральной части композиционного материала (например, асфальтобетонных смесей, изоляционных покрытий).

Задачей изобретения является увеличение адгезии битумно-полимерного вяжущего к минеральной части композиционного материала при сохранении остальных эксплуатационных характеристик.

Задача решается с помощью полимерного модификатора битума, содержащего сополимер этилена с винилацетатом, полиэтиленполиамин с содержанием общего азота 29-31 мас. %, наполнитель - тонкодисперсный порошок оксида металла переменной валентности с размером частиц от 0,25 до 1,5 мкм, и фракцию альфаолефинов состава C₂₀-C₂₆ в качестве растворителя и дополнительно пластификатора, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Задача решается также битумно-полимерным вяжущим, включающим 70-98 мас. % битума и 2-30 мас. % указанного полимерного модификатора.

Техническим результатом изобретения является увеличение адгезии битумно-полимерного вяжущего к минеральной части композиционного материала в ~1,5 раза при сохранении других характеристик. Кроме того, у вяжущих дорожного назначения дополнительно улучшились низкотемпературные и реологические свойства; у вяжущих строительного назначения дополнительно увеличилась теплостойкость.

Для получения модификатора использовали следующие компоненты.

Сополимер этилена с винилацетатом марки 12508-150 (ТУ 6-05-1636-97, производитель ОАО «НефтеХимСэвилен»), который структурирует дисперсионную среду модифицируемого битума, увеличивает его температуру размягчения.

Полиэтиленполиамин с содержанием общего азота 29-31 мас. % (ТУ 2413-214-00203312-2002, производитель ООО «РУСХИМ НН») вводят в модификатор в качестве адгезионной добавки для увеличения сцепления битумно-полимерного вяжущего с минеральной частью композиционного материала.

Фракция альфаолефинов состава C₂₀-C₂₆ (ТУ 2411-068-05766801-97, производитель Открытое акционерное общество «Таиф») выполняет функции растворителя и пластификатора: улучшает низкотемпературные и реологические свойства битумно-полимерного вяжущего.

Наполнитель - тонкодисперсный порошок оксида металла переменной валентности с размером частиц от 0,25 до 1,5 мкм, например, порошок Fe₂O₃, MnO, NiO, Al₂O₃ и др., предотвращает негативное влияние последствий воздействия окружающей среды на непредельные и кислородсодержащие соединения, находящиеся в составе полимерного модификатора, образуя при этом вместе с ними новую дисперсную фазу в битумно-полимерном вяжущем. Для этой цели размер частиц является оптимальным с позиций физико-химической механики нефтяных дисперсных систем. В отличие от прототипа наполнитель вводят непосредственно в модификатор, что приводит к увеличению теплостойкости вяжущего за счет равномерного распределения наполнителя в объеме модифицированного вяжущего.

Полимерный модификатор готовят при температуре 130°C смешением вышеуказанных компонентов в заданном соотношении в течение 30 минут.

Для приготовления битумно-полимерного вяжущего использовали битумы дорожного назначения марок БНД 60/90, БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90, а также строительные битумы марок БН 90/10, БН 70/30 по ГОСТ 6617-76.

Битумно-полимерное вяжущее готовят в следующий последовательности: в предварительно нагретый до 160°C битум вводят полимерный модификатор и перемешивают при этой же температуре до получения однородной массы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Полимерный модификатор битума готовят смешением 10 г полиэтиленполиамина с 5 г фракции альфаолефинов состава C₂₀-C₂₆, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 80 г и 5 г порошка оксида железа (III) Fe₂O₃.

Получение битумно-полимерного вяжущего: 70 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 90/130 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 30 г полученного полимерного модификатора.

Пример 2

Полимерный модификатор битума готовят смешением 32,6 г полиэтиленполиамина с 31,6 г фракции альфаолефинов состава C₂₀-C₂₆, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 32,1 г и наполнитель порошок Fe₂O₃ - 3,7 г.

Получение битумно-полимерного вяжущего: 96 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 90/130 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 4 г полимерного модификатора.

Пример 3

Полимерный модификатор битума готовят смешением 30 г полиэтиленполиамина с 8 г фракции альфаолефинов состава C₂₀-C₂₆, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 60 г и наполнитель Fe₂O₃ - 2 г.

Получение битумно-полимерного вяжущего: 98 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 90/130 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 2 г полимерного модификатора.

Пример 4

Полимерный модификатор битума готовят смешением 10 г полиэтиленполиамина с 5 г фракции альфаолефинов состава C₂₀-C₂₆, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 80 г и наполнитель Fe₂O₃ - 5 г.

Получение битумно-полимерного вяжущего: 70 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 60/90 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 30 г полимерного модификатора.

Примеры 5-12 аналогичны примерам 1-4.

Составы полученных полимерных модификаторов и битумно-полимерных вяжущих приведены в таблице.

Физико-механические характеристики полученных битумов определяли по

ГОСТ 11501-78. Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы;

ГОСТ 11506-73. Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару;

ГОСТ 11507-78. Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу;

ГОСТ 11508-76. Битумы нефтяные. Метод определения сцепления битума с мрамором и песком;

ГОСТ 11505-75. Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости;

ГОСТ 2678-94. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний;

ГОСТ 10296-79. ИЗОЛ. Технические условия.

Физико-механические характеристики полученных битумов приведены в таблице.

Как видно из табличных данных, предлагаемые битумно-полимерные вяжущие превосходят прототип по показателям адгезии к минеральной части композиционного материала при сохранении и/или улучшении других характеристик: у вяжущих дорожного назначения улучшились низкотемпературные (температура хрупкости, гибкость мастики) и реологические (глубина проникания иглы) свойства; у вяжущих строительного назначения увеличилась теплостойкость.

Таким образом, битумно-полимерное вяжущее на основе предлагаемого полимерного модификатора в отличие от прототипа имеет более высокую адгезию к минеральной части композиционного материала при сохранении других характеристик.