Способ получения полимер-битумной композиции

 

Изобретение относится к переработке тяжелых нефтяных остатков, а именно к получению улучшенных материалов на битумной основе, и может быть использовано при производстве дорожных, кровельных и гидроизоляционных покрытий. В составе полимербитумной композиции (ПБК) используют битум с температурой размягчения 40-55°С, в качестве полимера-модификатора - блоксополимер бутадиена и стирола, а в качестве пластификатора – экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций или экстракт селективной очистки дистиллятных масляных фракций, которые имеют кинематическую вязкость при 100°С 12,7-24,3 мм²/с, температуру застывания 22 - 45°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: блоксополимер бутадиена и стирола – 1-5, вышеуказанный пластификатор 5-18, вышеуказанный битум – остальное. Способ осуществляют следующим образом: полимер-модификатор растворяют в пластификаторе при температуре 140-180°С в течение 30-120 мин, полученный раствор смешивают с битумом при температуре 150-190°С в течение 30-120 мин либо битум смешивают с пластификатором при температуре 140-180°С в течение 30-90 мин, в полученную смесь добавляют полимер-модификатор и перемешивают при температуре 150-200°С в течение 60-180 мин. Реализация предлагаемого изобретения позволяет из доступных реагентов получить ПБК, обладающие высокими теплостойкостью, морозостойкостью, пластичностью, эластичностью и повышенной стабильностью при хранении. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к переработке тяжелых нефтяных остатков, а именно к получению улучшенных материалов на битумной основе, и может быть использовано при производстве дорожных, кровельных и гидроизоляционных покрытий.

Для повышения эксплуатационных свойств покрытий применяют полимербитумные композиции (ПБК) на битумной основе с различными полимерами-модификаторами, а также пластификаторами, стабилизаторами и специальными добавками. Введение в битум полимерных добавок позволяет направленно регулировать структурно-механические свойства материала. При этом ПБК сочетают в себе качества, присущие полимерам (высокая эластичность, теплостойкость, прочность, морозостойкость) и битумам. Свойства и структура ПБК определяются в значительной степени типом полимера и дисперсной структурой битума. Введение в ПБК пластификатора (различные углеводородные фракции) позволяет улучшить пластичность и морозостойкость ПБК, а также совместимость полимеров и битума.

Из обзора (Д.А.Розенталь, Л.С.Таболина, В.А.Федосова, Модификация свойств битумов полимерными добавками. Тематический обзор, ЦНИИТЭ-нефтехим, №6, 1988, с. 17, 18) известен способ получения ПБК, используемых для кровельных и дорожных покрытий и полученных смешением при температуре 160-190°С битума (85-99 мас.%) и линейных полимеров (полиэтилена, полипропилена) (1-15 мас.%).

К недостаткам данного технического решения относятся:

- плохая совместимость полимеров данного типа с битумом;

- низкие показателя растяжимости ПБК;

- плохая эластичность ПБК.

Низкие показатели растяжимости и эластичности определяются природой линейных полимеров, которые сами не обладают этими свойствами.

Общим признаком у аналога и предлагаемого способа получения ПБК является использование в качестве основного компонента дорожных битумов. Отличиями являются: использование полимера-модификатора другой природы, введение дополнительно третьего компонента пластификатора, другое соотношение компонентов в ПБК,

Известен способ получения ПБК из битума и нефтеполимерных смол, получаемых из непредельных жидких продуктов пиролиза углеводородного сырья, изложенный в статье В.В.Леоненко, Л.Ю.Новоселова, Т.В.Петренко, Г.А.Сафонов, Полимерные модификаторы для нефтяного битума из жидких продуктов пиролиза, Нефтепереработка и нефтехимия, 1997, №11, с. 27-29. Его недостатками являются:

- невысокая модифицирующая способность нефтеполимерных смол;

- низкие показатели пластичности и эластичности ПБК;

- невысокая морозостойкость ПБК.

Общим признаком у данного аналога и предлагаемого способа получения ПБК является использование в качестве основного компонента дорожных битумов. Отличиями являются: использование полимера-модификатора другой природы, введение дополнительно третьего компонента пластификатора, другое соотношение компонентов в ПБК.

Наиболее часто в промышленном масштабе используется способ получения ПБК путем смешения окисленных дорожных битумов с полимером-модификатором (дивинилстирольный термоэластопласт, блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС: отечественный марки ДСТ-30-01 по ТУ 38 103267-80, а также зарубежные аналоги Финапрен 502 или Финапрен 411 фирмы “Петрофина”, Кратон Д 1101, Кратон Д 1184, Кратон Д 1186 фирмы “Шелл”, Европрен Сорл Т 161 фирмы “Эникем”, Калпрен 411 фирмы “Репсол”) и пластификатором (индустриальные масла И-20А, И-30А, И-40А, И-50А и сырье для производства битумов - гудроны), изложенный в ОСТ 218.010-98. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа СБС, дата введения 1998-06-01, с. 1-5.

Недостатками данного способа являются:

- высокая стоимость пластификатора - индустриального масла;

- повышенные энергозатраты при изготовлении ПБК;

- плохие адгезионные свойства ПБК при использовании в качестве пластификатора индустриальных масел;

- склонность ПБК к расслаиванию при хранении.

Отрицательные свойства данных ПБК определяются физико-химическими свойствами применяемых пластификаторов.

Общими признаками у аналога и предлагаемого способа получения ПБК является использование в качестве основного компонента дорожных битумов, применение однотипного полимера-модификатора, использование пластификатора. Отличиями являются: использование в качестве пластификатора продуктов вторичной переработки нефти, другой способ смешения компонентов.

Наиболее близким (прототип) по технической сущности является способ получения полимербитумной композиции, описанный в (Пат. №2185402 RU, МПК⁷ С 08 L 95/00 “Способ получения ПБК и полимера-модификатора для ее изготовления”, БИ 2002, №20, с. 268), в котором предлагается смешивать битум с температурой размягчения 60-110°С, экстракт селективной очистки масел и полимер-модификатор, полученный путем термической сополимеризации фракции C₈-C₉ и синтетического бутадиенового каучука в соотношении, мас.%: (80-95):(5-20), либо фракции C₈-C₉, синтетического бутадиенового каучука и серы в соотношении, мас.%: (83,5-94,5):(5-15):(0,5-1,5). При этом компоненты смешиваются в следующем соотношении, мас.%: полимер-модификатор - 1-12, экстракт селективной очистки остаточной масляной фракции - 19-40 и битум - остальное. К недостаткам данного способа получения ПБК относятся:

- невысокая теплостойкость ПБК;

- недостаточно высокие эластичность и растяжимость ПБК.

Задачей предлагаемого изобретения являются:

- получение ПБК с улучшенными эксплуатационными свойствами по менее затратной технологии,

- повышение стабильности при хранении (предотвращение расслаивания),

- расширение ассортимента сырья для производства ПБК путем использования более доступных и недорогих реагентов.

Устранение указанных недостатков в способе получения полимербитумной композиции на основе битумов, полимера-модификатора и пластификатора - экстракта селективной очистки масляных фракций достигают за счет того, что в качестве битума используют битум с температурой размягчения 40-55°С, в качестве полимера-модификатора используют блоксополимер бутадиена и стирола, а в качестве пластификатора - экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций или экстракт селективной очистки дистиллятных масляных фракций, которые имеют кинематическую вязкость при 100°С 12,7-24,3 мм²/с, температуру застывания 22-45°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Блоксополимер бутадиена и стирола 1-5

Вышеуказанный пластификатор 5-18

Вышеуказанный битум Остальное

Способ осуществляют следующим образом: полимер-модификатор растворяют в пластификаторе при температуре 140-180°С в течение 30-120 мин, полученный раствор смешивают с битумом при температуре 150-190°С в течение 30-120 мин, либо битум смешивают с пластификатором при температуре 140-180°С в течение 30-90 мин, в полученную смесь добавляют полимер-модификатор и перемешивают при температуре 150-200°С в течение 60-180 мин.

Сопоставительный анализ прототипа и предлагаемого изобретения показывает, что общими признаками является использование в составе полимербитумной композиции битумов, полимера-модификатора и пластификатора - экстракта селективной очистки масляных фракций.

Отличием является то, что в качестве битума используют битум с температурой размягчения 40-55°С, в качестве полимера-модификатора используют блоксополимер бутадиена и стирола, а в качестве пластификатора - экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций или экстракт селективной очистки дистиллятных масляных фракций, которые имеют кинематическую вязкость при 100°С 12,7-24,3 мм²/с, температуру застывания 22-45°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Блоксополимер бутадиена и стирола 1-5

Вышеуказанный пластификатор 5-18

Вышеуказанный битум Остальное

Способ испытан в лабораторных и промышленных условиях с использованием окисленного дорожного битума, пластификатора, а также полимеров-модификаторов отечественного и импортного производства. В качестве компонентов при получении ПБК использовали:

- окисленный дорожный битум марки БНД-90/130 с различными характеристиками (в табл. 2 БНД¹ 90/130, БНД² 90/130);

- пластификатор - экстракты селективной очистки дистиллятных и остаточных масляных фракций (характеристика пластификаторов приведена в табл. 1);

- полимер-модификатор - блоксополимеры бутадиена и стирола: отечественный марки ДСТ-30-01 по ТУ 38 103267-80, а также зарубежные аналоги Финапрен 503 или Финапрен 411 фирмы “Петрофина”.

Получение ПБК производили в смесителе с механическим перемешивающим устройством с регулируемым подогревом. ПБК получали следующим образом:

Пример 1 (по прототипу)

Битум с температурой размягчения 70°С, экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций и полимер-модификатор, полученный термической сополимеризацией при температуре 250°С в течение 5 часов фракции C₈-C₉ и синтетического бутадиенового каучука в соотношении 90:10 мас.%, смешивали в течение 180-300 мин при температуре 160-180°С до однородного состояния.

Пример 2 (по прототипу)

По примеру 1, с тем отличием, что использовали полимер-модификатор, полученный термической сополимеризацией при температуре 250°С в течение 10 часов фракции C₈-C₉, синтетического бутадиенового каучука и серы в соотношении 89:10:1 мас.%, смешение компонентов ПБК проводили в течение 300-450 мин.

Пример 3

По примеру 1, с тем отличием, что использовали битум с температурой размягчения 40-55°С, в качестве пластификатора использовали либо ЭСО-ОМФ либо ЭСОДМФ. Полимер-модификатор вначале растворяли в пластификаторе при температуре 160°С и перемешивали до однородного состояния в течение 30-120 мин, затем полученный раствор вводили в горячий битум, полученную смесь перемешивали до однородного состояния при температуре 150-190°С в течение 30-120 мин, либо смешивали битум и пластификатор при температуре 140-180°С в течение 30-90 мин, а затем добавляли полимер-модификатор и проводили смешение при температуре 150-200°С в течение 60-180 мин.

Компонентный состав и свойства полученных ПБК на основе различных по качеству проб дорожного битума представлены в табл. 2.

Данные табл. 2 показывают, что ПБК, полученные по предлагаемому способу с применением в качестве пластификатора экстракта селективной очистки остаточных масляных фракций (см. опыты 2, 3, 8, 9 табл. 2), экстракта селективной очистки дистиллятных масляных фракций (см. опыт 4 табл. 2), значительно превосходят ПБК, полученные по прототипу (см. опыты 1, 2 табл. 2), по эластичности, растяжимости при 0 и 25°С и температуре размягчения при приблизительно одинаковых остальных свойствах.

Предложенный способ смешения компонентов ПБК позволяет увеличить их стабильность при хранении, что подтвердили проведенные исследования.

Для исследований были взяты образцы ПБК состава по опытам 2, (см. табл. 2), приготовленные одновременным смешением трех компонентов, и последовательным растворением полимера-модификатора в пластификаторе и последующим смешением полученного раствора с битумом. Полученные образцы охлаждали до твердого состояния при комнатной температуры и затем ежесуточно проводили их разогрев до жидкого состояния (160-180°С) для оценки однородности с последующим охлаждением. Образцы, приготовленные одновременным смешением трех компонентов, сохраняли однородность в течение 5-7 суток, а по предлагаемому способу - в течение 15-25 суток.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет при более низких затратах и из доступных реагентов получить ПБК, обладающие высокими эксплуатационными свойствами (теплостойкостью, морозостойкостью, пластичностью, эластичностью и повышенной стабильностью при хранении).

Формула изобретения

1. Способ получения полимербитумной композиции на основе битумов, полимера-модификатора и пластификатора – экстракта селективной очистки масляных фракций, отличающийся тем, что в качестве битума используют битум с температурой размягчения 40-55°С, в качестве полимера-модификатора используют блоксополимер бутадиена и стирола, а в качестве пластификатора – экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций или экстракт селективной очистки дистиллятных масляных фракций, которые имеют кинематическую вязкость при 100°С 12,7-24,3 мм²/с, температуру застывания 22-45°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Блоксополимер бутадиена и стирола 1-5

Вышеуказанный пластификатор 5-18

Вышеуказанный битум Остальное

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимер-модификатор растворяют в пластификаторе при температуре 140-180°С в течение 30-120 мин, полученный раствор смешивают с битумом при температуре 150-190°С в течение 30-120 мин либо битум смешивают с пластификатором при температуре 140-180°С в течение 30-90 мин, в полученную смесь добавляют полимер-модификатор и перемешивают при температуре 150-200°С в течение 60-180 мин.