ВОДОСТОЙКИЕ РУЛОННЫЕ КРОВЛИ, СОДЕРЖАЩИЕ НЕФТЯНОЙ КОКС, И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к легким водостойким рулонная кровлям для защиты зданий и мостов или тому подобного, таким как рулонный кровельный материал.

Предпосылки создания изобретения

Битумные водостойкие рулонные кровли содержат упрочняющий материал, покрытый композицией (составом) битумного покрытия. Свойства водостойкости обеспечиваются содержанием битума. Введение пластомеров и эластомеров может улучшить характеристики битума, с точки зрения, эластичности, теплостойкости и долговечности.

Водостойкие рулонные кровли могут также содержать минеральный наполнитель (обычно карбонат кальция или полисиликат), имеющий высокую плотность, придающий необходимую вязкость композиции битумного покрытия для получения водостойкой рулонной кровли, также вносящий вклад в жесткость материала и снижающий производственные расходы.

Главным недостатком продуктов-прототипов является плотность. Действительно наполнитель обычно увеличивает общую плотность композиции на 30-50%.

Водостойкие рулонные кровле традиционно изготавливаются в форме намотанного готового продукта, который весит от 30 до 45 кг на единицу. Длина намотанного продукта составляет 5-10 м, и стандартная ширина составляет 1 м. Это делает продукты неудобными в обращении, и обращение может вызывать чрезмерные нагрузки для одного человека. Часто требуется особо сильный человек для переноски на участок применения и для нанесения продуктов. Для снижения общей массы может быть предложено снижение длины рулона. Однако, размещение, например, на поверхности крыши, дает в результате больше соединений и деталировки, что требует намного больше времени для выполнения работы.

Особой проблемой в процессе получения является применение композиции битумного покрытия в упрочняющем материале. Если композиция битумного покрытия является слишком вязкой, наносимый слой будет слишком толстым, или энергопотребление способа получения будет неприемлемым. Если вязкость является слишком низкой, наносимый слой будет слишком тонким и трудным для переработки. Точная толщина рулонной кровли является очень важной, т.к. имеются регулирующие технические требования в этом отношении во многих странах.

Особая проблема в случае композиции покрытия с низкой вязкостью имеется в том случае, когда упрочняющий материал представляет собой открытую структуру (например, сетку или тканый материал). В данном случае покрытие будет несплошным, и получаемая рулонная кровля не будет водонепроницаемой.

Традиционно вязкость регулируется введением минерального наполнителя в композицию битумного покрытия. Однако, такие природные источники становятся недостаточными, и затраты поэтому увеличиваются.

В EP2264094 рассматриваются водостойкие рулонные кровли, состоящие из упрочняющего материала, пропитанного битумной композицией, содержащей промышленный битум, минеральный наполнитель, термопластичный полимер или смесь термопластичных полимеров, причем рулонные кровли характеризуются тем, что минеральный наполнитель состоит из полых стеклянных микросфер с плотностью от 0,10 до 0,14 г/см³ и размером менее 120 мкм для того, чтобы снизить массу. Один из рассмотренных продуктов типа рулонной кровли содержит смесь 96,1% масс./масс. битума и пластификатора и 3,9% масс./масс. полых стеклянных микросфер. Рассмотренными свойствами данного продукта являются холодное изгибание при -25°C и плотность 750 г на квадратный метр на миллиметр толщины рулонной кровли (0,75 г/см³). Однако, при попытке воспроизвести указанный вид композиции наблюдалось, что воздействие на свойство упругого восстановления было слишком сильным. Неожиданно оказалось, свойства холодного изгибания рулонной кровли не соответствуют заявленным значениям. Кроме того, в процессе установки рулонной кровли при обработке горелкой наблюдалось, что полые стеклянные микросферы подвергаются высокой температуре (был слышан некоторый необычный звук потрескивания), и больше не участвуют в фиксации надлежащей вязкости битумной смеси, обрабатываемой горелкой. Как результат, битумная смесь может стать слишком текучей и растекаться вместо обеспечения хорошего соединения рулонной кровли с подложкой. Продукт выходит из строя и не дает в результате правильную толщину.

Краткое описание изобретения

Одной целью настоящего изобретения является создание рулонной кровли, которая может обрабатываться одним отдельным работником, сохраняя геометрические характеристики продукта, такие как толщина и длина, без ущерба для прочности или характеристик, или свойств размещения продукта.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа получения легкой водостойкой рулонной кровли, сохраняющего геометрические характеристики продукта, такие как толщина и длина, без ущерба для прочности или характеристик, или свойств размещения продукта.

Один аспект изобретения относится к водостойкой рулонной кровле, содержащей упрочняющий материал, покрытый композицией покрытия, которая содержит:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса; и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

Второй аспект относится к композиции покрытия, которая содержит:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса; и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

Третий аспект относится к применению композиции покрытия в получении водостойкой рулонной кровли, причем композиция покрытия содержит:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса; и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

Подробное описание изобретения

Одной целью настоящего изобретения является создание водостойкой рулонной кровли, которая может обрабатываться одним человеком в отдельности, сохраняя геометрические характеристики продукта, такие как толщина и длина, без ущерба для прочности или характеристик, или свойств размещения продукта.

Настоящее изобретение в одном аспекте относится к водостойкой рулонной кровле, содержащей упрочняющий материал, покрытый композицией покрытия, которая содержит:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса; и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

В настоящем контексте термин «упрочняющий материал» используется для обозначения отрезков, используемых для несения и поддерживания композиции покрытия в процессе получения и в применении. Упрочняющий материал может быть выполнен из природных и/или синтетических материалов, обычно волокон, таких как джут, стеклянное или полимерное волокно, такое как сложнополиэфирное волокно.

Битумом, используемым согласно настоящему изобретению, могут быть перегнанные сорта, имеющие относительно высокое проникновение, или раздутый воздухом битум, имеющий высокие температуры размягчения. Качество битума выбрано в соответствии с используемыми знаниями специалиста в данной области техники в соответствии с предназначенным применением продукта. Таким образом, сорта битума для использования в настоящем изобретении имеют проникновение 35-50, 50-70, 70-100, 100-150 или 160-220. Раздутый воздухом битум, подходящий для использования в настоящем изобретении, имеет сорта (точка размягчения/проникновение) 85/25, 95/35, 100/15, 100/40, 88/40, 90/40, 95/40 или 115/15.

Авторы настоящего изобретения установили, что минеральный наполнитель может быть заменен нефтяным коксом. Кроме того, геометрические характеристики продукта сохраняются без ущерба для прочности или характеристик продукта.

Нефтяной кокс (часто имеющий аббревиатуру ʺpetcokeʺ) представляет собой углеродистый твердый материал, получаемый от установок нефтеочистительного коксования или других способов крекинга. Следовательно, он представляет собой отходы или регенерированный материал, который может заменить природные источники, которые обычно используются в качестве наполнителей для водостойкой рулонной кровли. Нефтяной кокс может быть либо топливного сорта (с высоким содержанием серы и металлов), либо анодного сорта (с низким содержанием серы и металлов). Исходный кокс непосредственно из установки коксования часто называется сырым коксом. В данном контексте «сырой» означает непереработанный. Дальнейшая переработка сырого кокса прокаливанием в печи с вращающимся подом удаляет остаточные летучие углеводороды из кокса. Прокаленный нефтяной кокс может быть дополнительно переработан в анодной печи для обжига для того, чтобы получить анодный кокс с желаемыми формой и физическими свойствами.

Распределение частиц по размеру применяемого нефтяного кокса обычно составляет от 1 до 5000 мкм (не измельченный) и обычно составляет от 5 до 100 мкм при измельчении (очень тонкое измельчение) и прокаливании.

Напротив, размер частиц углеродной сажи, которая используется в качестве материала наполнителя в US2004/161570 и US2003/203145, составляет ниже, по меньшей мере, 1 мкм, делая ее очень отличным типом углеродного материала.

Авторами изобретения было установлено, что использование нефтяного кокса в качестве наполнителя обеспечивает снижение плотности исходной композиции от около 1,3 г/см³, когда используется стандартный традиционный наполнитель, до желаемой более низкой плотности ниже 1,1 г/см³. Как видно из таблицы 3, масса рулона кровли, имеющего длину рулона 6,5 м, заметно снижается. Для того, чтобы снизить количество соединений при размещении, можно получать рулон кровли подобной массы как стандартный рулон кровли, но со значительно увеличенной (на 23%) длиной.

Выражение «традиционный наполнитель» используется для обозначения минеральных частиц, которые составляют менее 80 мкм в их наибольшем размере и могут быть, например, каменной пылью, как небольшие частицы силиката или известняка.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает использование регенерированного материала для получения легкой рулонной кровли с эквивалентными геометрическими характеристиками (смотри таблицы 1-2). Кроме того, еще возможна традиционная технология получения рулонов кровли.

Авторами изобретения было установлено, что при использовании нефтяного кокса может быть желательным вводить пластификатор в композицию для того, чтобы смягчить и улучшить эластичность продукта. Это является важным при получении и в процессе применения продукта.

В данном контексте термин «пластификатор» означает масло, совместимое с битумом. Таким маслом может быть чистое ароматическое нафтеновое или парафиновое масло или смесь двух или более из них, остаточное котельное масло, ненафтеновые вакуумные остаточные масла, например, регенерированное остаточное масло от смазочного масла, или растительное масло, имеющее, предпочтительно, высокую совместимость с СБС или АПП модифицированной битумной композиции.

Пластификатор может присутствовать в количестве до 25% масс./масс. и пригодно в количестве до 20% масс./масс. в зависимости от сорта битума, типа полимера, свойств и количества используемого нефтяного кокса. В некоторых вариантах изобретения было установлено количество пластификатора примерно 2,5% масс./масс. в комбинации 160/220 с мягким битумом с получением желательных свойств. Авторами изобретения было установлено, что можно определить правильную смесь «битум+пластификатор», характеризующуюся интервалом проникновения, дающим наилучшую совместимость и желаемые свойства композиции, и дающим желаемые свойства водостойкой рулонной кровли.

Отсюда в одном варианте композиция покрытия содержит пластификатор в количестве 0-25% масс./масс., таком как в интервале 6-25% масс./масс., например, в интервале 10-25% масс./масс., таком как в интервале 15-25% масс./масс., например, в интервале 20-25% масс./масс.

В другом варианте проникновение смеси битума и пластификатора, определенное в соответствии с EN1426 (при 25°C), находится в интервале 150-300 1/10 мм, например в интервале 200-300 1/10 мм, таком как в интервале 160-295 1/10 мм, например, в интервале 165-290 1/10 мм, таком как в интервале 170-285 1/10 мин, например, в интервале 175-280 1/10 мм, таком как в интервале 180-275 1/10 мм, например, в интервале 185-270 1/10 мм, таком как в интервале 190-265 1/10 мм, например, в интервале 195-260 1/10 мм. таком как в интервале 160-295 1/10 мм, например, в интервале 200-265 1/10 мм, таком как в интервале 205-260 1/10 мм, например, в интервале 210-250 1/10 мм.

Материалом наполнителя, используемым согласно настоящему изобретению, может быть наполнитель нефтяного кокса в отдельности или комбинация наполнителя нефтяного кокса и материала традиционного минерального наполнителя для того, чтобы снизить массу конечного продукта без ущерба для прочности и характеристик продукта.

Традиционным минеральным наполнителем может быть например, известняк (карбонат кальция) и/или сланцевая пыль (полисиликаты), которые подходяще присутствуют в количестве 1-40% масс./масс., таком как в интервале 5-35% масс./масс., например, в интервале 10-30% масс./масс., таком как в интервале 15-25% масс./масс., например, в интервале 2025% масс./масс.

В одном варианте композиция покрытия дополнительно содержит материала наполнителя помимо нефтяного кокса в количестве 1-40% масс./масс., таком как в интервале 5-35% масс./масс., например, в интервале 10-30% масс./масс,, таком как в интервале 15-25% масс./масс., например, в интервале 20-25% масс./масс.

Термин «карбонат кальция» используется для обозначения известняка, имеющего размер частиц менее 80 мкм в их наибольшем размере перед введением.

Предпочтительно, композиция покрытия содержит эластомерный блок-сополимер и/или пластомерный полимер для того, чтобы улучшить его свойства и характеристики известным образом.

В одном варианте композиция покрытия содержит либо эластомерный блок-сополимер, либо пластомерный полимер.

В одном варианте изобретения эластомерным блок-сополимером является термопластичный полимер, такой как стирол-бутадиен-стирол (СБС), стирол-изопрен-стирол (СИС), стирол-этилен-бутадиен-стирол (СЭБС), стирол-бутадиен (СБ) и их смесей. В предпочтительном варианте изобретения эластомерным блок-сополимером является СБС.

В другом варианте эластомерный блок-сополимер выбран из группы, состоящей из стирол-бутадиен-стирола (СБС), стирол-изопрен-стирола (СИС), стирол-этилен-бутадиен-стирола (СЭБС), стирол-бутадиена (СБ) и их смесей.

В еще другом варианте изобретения пластомерным полимером является полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, атактический полипропилен, изотактический полипропилен, сополимер этилен/пропилен, терполимер этилен/пропилен/бутен и их смеси. Пластичным полимером является, предпочтительно, атактический полипропилен (АПП) в комбинации с другими полимерами, описанными выше.

В одном варианте композиция покрытия имеет плотность 1,050-1,150 г/см³ для рулонной кровли, модифицированной эластомерным блок-сополимером, и 0,95-1,0 г/см³ для рулонной кровли, модифицированной пластомерным полимером.

В другом варианте водостойкая рулонная кровля имеет плотность 1050-1150 г/м² на мм толщины рулонной кровли, модифицированной эластомерным блок-сополимером, и 950-1000 г/м² для рулонной кровли, модифицированной пластомерным полимером.

Было установлено, что является подходящим, что полимер присутствует в количестве приблизительно 4-30% масс. битумной композиции (исключая наполнитель).

Кроме того, было установлено, что является подходящим, что нефтяной кокс в качестве наполнителя присутствует в количестве от 1 до 50% масс., что обеспечивает снижение плотности до 1,0-1,3.

Подходящее количество нефтяного кокса составляет, например, от 10 до 40% масс. В одном варианте вводимое количество нефтяного кокса в качестве наполнителя составляет 36% масс., которое дает плотность 1,1. Таким образом, получается снижение массы на примерно 15%. Использование нефтяного кокса в качестве наполнителя в указанных количествах дает в результате намотанный конечный продукт, который весит 25-36 кг на отрезок длиной 5-10 м.

Композиция покрытия согласно настоящему изобретению может быть получена известным образом как таковым. Порядок смешения может быть таким, что нефтяной кокс смешивается со смесью битума, пластификатора и эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера. Альтернативно, битум и нефтяной кокс могут смешиваться сначала, когда после смешиваются пластификатор и эластомерный блок-сополимер и/или пластомерный полимер. Температура и время смешения и степень сдвига (высокая и низкая), используемые на отдельных стадиях, зависят от сорта битума и используемого полимера, сорта нефтяного кокса (сырого или тонкоизмельченного), а также количеств отдельных составляющих, которые определяются рутинным образом специалистом в данной области техники.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится к композиции покрытия, которая содержит:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса (petcoke); и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

В третьем аспекте изобретение относится к применению композиции покрытия в получении водостойкой рулонной кровли, причем композиция покрытия содержит:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса (petcoke); и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

Для целей настоящего изобретения используемые определения и термины установлены ниже.

Должно быть отмечено, что варианты и характеристики, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применимы к другим аспектам изобретения.

Настоящее изобретение теперь описывается более подробно в последующих не ограничивающих примерах.

Описание предпочтительных вариантов

Материалы и методы

Материалы и методы, используемые для осуществления приведенных ниже рабочих примеров, установлены ниже.

Битум 160/220 FR от фирмы EXXON.

Сополимер СБС: Термопластичный сополимер 70/30 бутадиен/стирол Calprene 411, имеющий радиальную структуру, от фирмы Dynasol Elastomers.

Пластификатор: Стандартное ароматическое масло Plaxolene 50 от фирмы Total.

Нефтяной кокс: Неизмельченный или измельченный нефтяной кокс от фирмы Garcia Muntes.

Традиционный наполнитель: Карбонат кальция Etanchcarb P2 от фирмы Omya.

Углеродная сажа: Printex G от фирмы Evonik.

Температуру размягчения определяют методом кольца и шара согласно EN1427. Проникновение определяют стандартным методом, как описано в EN1426. Текучесть определяют, как описано в стандарте NFP84-350. Образование пятен определяют, как описано в EN13301. Холодное изгибание определяют, как описано в стандарте NFP-84-350. Плотность определяют с использованием пикнометра. Упругое восстановление при 200% определяют, как описано в Uetac guide для оценки упрочненных водостойких листов кровли, выполненных из битума, модифицированного АПП или СБС (2001). Старение осуществляют с использование печи согласно EN1296.

Примеры 1-3

Получение композиций покрытия

Обычно композиции покрытия настоящего изобретения могут быть получены по следующей рецептуре:

i) 40-90% масс./масс. смеси битума и пластификатора;

ii) 5-50% масс./масс. нефтяного кокса (petcoke); и

iii) 2-25% масс./масс. эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

Композиция покрытия получают стандартными способами смешения при 200°C.

Состав композиции покрытия, выраженный в % масс.:

Битум+пластификатор: 57,85% масс./масс.;

Эластомерный блок-сополимера и/или пластомерный полимер: 7% масс./масс.; и

Наполнитель известняк/

нефтяной кокс: 35% мас./мас.

Результаты испытаний в состоянии после изготовления и после старения при 80°C представлены в таблице 1 и показывают, что замена наполнителя-известняка нефтяным коксом дает рост продуктов, имеющих более низкую плотность (1,1 г/см³) и сравнимые физические свойства конечной композиции. Композиции, содержащие только нефтяной кокс (примеры 2-3) по сравнению только с минеральным наполнителем (пример 1) показывают более высокую вязкость, что усложняет процесс изготовления, т.к. требуются более высокие температуры для переработки композиции. Высокие температуры являются нежелательными, т.к. смесь битума и полимера может деструктировать при нагревании.

Кроме того, наблюдается сниженная характеристика в отношении холодного изгибания.

Примеры 4-5

Получение композиции битума

Состав композиции покрытия, выраженный в % масс.:

Битум+пластификатор: 60,52/64,08% масс./масс.;

Эластомерный блок-сополимера

и/или пластомерный полимер: 7,48/7,92% масс./масс.; и

Наполнитель известняк/

нефтяной кокс: 32/28% масс./масс.

Композиции (примеры 4-5), содержащие меньше нефтяного кокса, чем в примерах 2-3, получают таким же образом, как описано в примерах 1-3. Снижение содержания нефтяного кокса в композиции с 35% масс./масс. до 28-32% масс.*масс. дает более низкую вязкость и улучшенное холодное изгибание после старения при 80°C.

Кроме того, плотность еще снижается по сравнению с традиционными композициями.

Рулонную кровлю получают согласно прототипу, но на основе композиции в примере 4.

Как видно из таблицы 3, масса рулона кровли, имеющей длину рулона 6,5 м, является заметно сниженной. Для снижения количества соединений при размещении поэтому можно получать рулон кровли аналогичной массы, как у стандартного рулона кровли, но со значительным увеличением (на 23%) длины.

Примеры 6-8

Получение композиций покрытия

Композиции покрытий, содержащие АПП и различные наполнители, получают таким же образом, как описано в примере 1. Результаты испытаний, представленные ниже в таблице 4, показывают, что плотность снижается примерно на 15% также у композиции покрытия, модифицированной АПП.

В стандартную АПП-композицию, содержащую АПП, иПП, ПЭНП и пластификатор (пример 6), вводят 25% масс./масс. известняка в качестве наполнителя (пример 7), что увеличивает плотность от 0,9 до 1,14. В композицию примера 8 вводят в качестве наполнителя 10% масс./масс. нефтяного кокса с получением плотности примерно 1, как видно из таблицы 4 ниже.

Примеры 9-10

Результаты сравнения с использованием нефтяного кокса и

углеродной сажи

Композиции покрытия, содержащие нефтяной кокс (пример 9), получают таким же образом, как описано в примере 1, а композицию, содержащую углеродную сажу (пример 10) вместо нефтяного кокса, получают аналогичным образом для сравнения между двумя углеродными материалами.

Результаты испытаний, приведенные ниже в таблице 5, показывают, что использование нефтяного кокса вместо углеродной сажи обеспечивает неожиданные и улучшенные свойства, особенно с точки зрения вязкости (более легкая перерабатываемость на линии), с обеспечением значительно улучшенной дружественности к использованию.

Из данных таблицы 5 можно сделать вывод, что нефтяной кокс является несомненно лучшим материалом наполнителя по сравнению с углеродной сажей.

Пример 9

Пр. 10