Битумно-резиновая композиция и способ ее получения
Владельцы патента RU 2327719:
Житов Роман Георгиевич (RU)
Верещагин Леонтий Ильич (RU)
Кижняев Валерий Николаевич (RU)
Митюгин Александр Викторович (RU)
Алексеенко Виктор Викторович (RU)
Смирнов Александр Ильич (RU)
Изобретение относится к получению битумно-резиновых композиций из битума и крошки вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин и может быть использовано в дорожном строительстве в качестве вяжущего для асфальтобетонных смесей, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных, гидроизоляционных работ, для производства мастик и клеев. Битумно-резиновая композиция включает, мас.%: битум - 70-80, крошку из вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин - 15-25 и нафталиновую фракцию каменноугольной смолы - 5-10. Нагревают смесь битума и нафталиновой фракции каменноугольной смолы до 100°С. Затем вводят крошку с размерами частиц 5-10 мм. Компоненты перемешивают в негерметичной емкости при 200-220°С в течение 30-60 мин. Затем смесь в горячем состоянии продавливают с использованием шнекового устройства через фильеры диаметром 1 мм. Полученную готовую к применению композицию сливают через металлическую сетку в емкость для хранения и транспортировки. Технический результат состоит в расширении ассортимента битумно-резиновых композиций с улучшенными эксплуатационными характеристиками, упрощении технологии приготовления композиции и сокращения длительности процесса. 2 н.п. ф-лы. 2 табл.
Изобретение относится к получению битумно-резиновых композиций (БРК) из битума и крошки вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин. Получаемые БРК могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве вяжущего для асфальтобетонных смесей, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных, гидроизоляционных работ, для производства мастик и клеев.
Известна битумно-резиновая композиция, включающая битум и дисперсную фазу, представляющую собой резиновую крошку, поверхность которой посредством радикальной полимеризации «подшивается» к непредельным компонентам, содержащимся в битуме. В результате в битуме образуется гетерогенная армирующая пространственная структура из компонентов композиции (пат России 2167898 С1, кл. С08L 95/00).
Недостатком этой композиции является то, что требуется использование относительно дорогой мелкой резиновой крошки (не более 0,5 мм), дорогостоящих инициаторов (перекисные соединения) и соинициаторов (нитроны) радикальной полимеризации. Кроме того, образование пространственной сетки внутри композита предполагает ее разрушение при вторичном нагревании при получении конечного асфальтового материала, что должно отрицательно сказываться на его эксплуатационных свойствах.
Известна битумная композиция, представляющая собой растворенную в битуме девулканизированную резину, что достигается нагреванием смеси резиновой крошки, битума и добавок органического основания (ароматические или гетероароматические амины, фосфины) в герметичном реакторе (пат. России 2164927 С2, кл. С08L 95/00). Способ позволяет получать гомогенную систему с низкой температурой хрупкости, однако, не указано размеров частиц резиновой крошки, подвергаемой растворению, что предполагает использование очень тонко измельченной (следовательно, дорогой) резиновой крошки. Кроме того, использование герметичного реактора подразумевает работу с избыточным давлением и прерывность самого процесса получения битумно-резинового композита.
Наиболее близкой предлагаемому изобретению композицией и способом ее получения является композиция, получаемая в соответствии с патентом 2162475 С2, кл. С08L 95/00 (Россия). По указанному способу битумная композиция, содержащая битум и диссоциированную до отсутствия различимых частиц резину, получается при термическом и механическом воздействии на смесь битума, углеводородного масла, жидкого каучука и резиновой крошки. Недостатками данной композиции и способа ее получения является длительный и сложный технологический процесс многократных загрузок и прогрева при интенсивном перемешивании, использовании дорогостоящих реагентов - ароматических масел с торговыми названиями "SUNTEH" и "HYDROENE", низкомолекулярного жидкого каучука (полибутадиенового или полиизопренового с молекулярной массой 300-60000). Кроме того, не указано, какими эксплуатационными свойствами обладает битумно-резиновый композит.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение ассортимента битумно-резиновых композиций с улучшенными эксплуатационными характеристиками при упрощении технологии приготовления композиции за счет уменьшения числа стадий и сокращения длительности процесса, обеспечения возможности проведения процесса приготовления БРК в непрерывном режиме и отсутствия дорогостоящих ингредиентов при их получении.
Поставленная задача достигается тем, что заявляемая битумно-резиновая композиция включает битум (70-80%), крошку вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин (15-25%) и нафталиновую фракцию каменноугольной смолы (5-10%). Кроме того, задача решается тем, что предлагаемый способ получения БРК заключается в том, что компоненты перемешиваются в негерметичной емкости при температуре 200-220°С в течение 30-60 мин, а затем смесь в горячем состоянии продавливается с использованием шнекового устройства через фильеры диаметром 1 мм. Полученную готовую к применению БРК сливают через металлическую сетку в емкость для хранения и транспортировки.
В указанных условиях вследствие разрушения сетки поперечных сульфидных и полисульфидных связей в резине получается однородная масса без присутствия различимых частиц резины, содержащая недеструктированные полимерные цепи каучука. Конечный продукт отличается от исходного битума улучшенными характеристиками, а именно, более низкой температурой хрупкости, повышенной температурой размягчения, большей эластичностью, что характерно для битумно-полимерных вяжущих композиционных материалов.
Для приготовления композиции используют дорожные битумы марки БНД 60/90 или 90/130 по ГОСТ ГОСТ 22245-90, нафталиновую фракцию каменноугольной смолы, не содержащую компоненты с температурой кипения ниже 200°С по ТУ 14-7-100-80. Концентрационный интервал содержания каменноугольной смолы в композите обусловлен оптимальным соотношением ускоряющего эффекта смолы на процесс растворения резины в битуме и эксплуатационными характеристиками конечного продукта.
Резиновая крошка (5-10 мм) может быть приготовлена измельчением амортизированных автомобильных покрышек как без корда, так и с синтетическим кордом. Нижний предел содержания резиновой крошки обусловлен заметным изменением свойств конечного продукта по сравнению с исходным битумом, а верхний предел ограничен отрицательным влиянием диспергированной сажи, высвобождающейся при растворении резиновой крошки.
Указанные пределы температурного режима прогрева композиции являются оптимальными, т.к. ниже 200°С растворение резины происходит очень медленно, а выше 220°С температуру повышать нецелесообразно, т.к. идут процессы деструкции макромолекул каучука. При соблюдении указанного температурного режима амортизированная резина переходит в раствор битума в виде невулканизированного каучука с высокой молекулярной массой, что и обеспечивает улучшение эксплуатационных свойств композита по сравнению с исходным битумом.
В табл.1 приведены составы исходной смеси, температурные режимы и продолжительность приготовления композита, а в табл.2 физико-механические свойства получаемых композитов.
Пример 3.
В 2-литровый химический стакан, снабженный обогревающей рубашкой и механической лопастной мешалкой, помещают 500 г битума марки БНД 60/90, 70 г нафталиновой фракции каменноугольной смолы и смесь нагревают до 100°С. Затем засыпают 140 г крошки вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин с размерами частиц 5-10 мм. Полученную массу нагревают при перемешивании до 220°С в течении 60 мин и в горячем состоянии продавливают с использованием шнекового устройства через фильеры диаметром 1 мм.
Способ по предлагаемому изобретению прост в исполнении, позволяет получать битумно-резиновые композиции, превосходящие по своим характеристикам исходный битум. Повысилась температура размягчения на 12-20°С, температура хрупкости, наоборот, понизилась на 10-22°С, появилась эластичность при нормальной температуре (25°С), характерная для полимер-битумных вяжущих, а при пониженной температуре (0°С) полностью отсутствует хрупкий разрыв, характерный для битума. Существенно увеличилась адгезия к мраморной крошке и песку. Небольшая продолжительность процесса перевода резиновой крошки в растворенное состояние позволяет снизить энергозатраты на производство битумно-резинового композита по сравнению с известными способами. Предлагаемое изобретение является одним из эффективных подходов утилизации амортизированных резиновых изделий и отходов их производства.
| Таблица 1 | |||
| Состав, температурный и временной режим приготовления битумно-резиновой композиции | |||
| №Образца | Состав, мас.% | Температура приготовления БРК, °С | Время перемешивания, мин |
| 1 (контрольный пример) | Битум - 70; резиновая крошка - 10; каменноугольная смола - 20 | 220 | 40 |
| 2 (контрольный пример) | Битум - 60; резиновая крошка - 30; каменноугольная смола - 10 | 220 | 40 |
| 3 | Битум - 70; резиновая крошка - 20; каменноугольная смола - 10 | 220 | 40 |
| 4 | Битум - 75; резиновая крошка - 20; каменноугольная смола - 5 | 220 | 60 |
| 5 | Битум - 70; резиновая крошка - 20; каменноугольная смола - 10 | 200 | 60 |
| 6 (контрольный пример) | Битум - 70; резиновая крошка - 20; каменноугольная смола - 10 | 240 | 40 |
| 7 | Битум - 70; резиновая крошка - 20; каменноугольная смола - 10 | 220 | 60 |
| 8 | Битум - 70; резиновая крошка - 20; каменноугольная смола - 10 | 220 | 30 |
| Таблица 2 | |||||||
| Результаты испытаний некоторых образцов битумно-резиновой композиции | |||||||
| № образца | Пенетрация при 25°С | Температура размягчения, °С | Температура хрупкости, °С | Эластичность при 25°С, % | Изменение температуры размягчения после прогрева, °С | Сцепление с мрамором или песком | Температура вспышки, °С |
| 1 | 70 | 49 | -25 | 40 | 5 | Выдерживают по контрольному образцу №2 ГОСТ 11508-74 | 220 |
| 2 | 41 | 70 | -13 | 34 | 4 | ||
| 3 | 65 | 67 | -39 | 85 | 6 | ||
| 4 | 68 | 59 | -27 | 80 | 6 | ||
| 5 | 58 | 61 | -33 | 61 | 5 | ||
| 6 | 90 | 55 | -21 | 39 | 3 | ||
| 7 | 72 | 67 | -38 | 84,5 | 5 | ||
| 8 | 63,5 | 63 | -26 | 75 | 5 | ||
| БНД 60/90 | 80,5 | 47 | -17 | Не нормируется | 5 | Не выдерживает | 230 |
1. Битумно-резиновая композиция, включающая битум и крошку из вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин, отличающаяся тем, что указанная крошка вулканизированной резины имеет размер 5-10 мм и композиция дополнительно содержит нафталиновую фракцию каменноугольной смолы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| битум | 70-80 |
| указанная крошка из вулканизированной резины | 15-25 |
| нафталиновая фракция каменноугольной смолы | 5-10 |
2. Способ получения битумно-резиновой композиции, включающий нагревание смеси битума и нафталиновой фракции каменноугольной смолы до 100°С, затем вводят крошку вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин с размерами частиц резины 5-10 мм перемешивают при 200-220°С в течение 30-60 мин и в горячем состоянии продавливают с использованием шнекового устройства через фильеры диаметром 1 мм при следующем соотношение компонентов, мас.%:
| битум | 70-80 |
| крошка из вулканизированной резины | 15-25 |
| нафталиновая фракция каменноугольной смолы | 5-10 |
