Резиносодержащий модификатор битума
Изобретение относится к области получения композиций, используемых в дорожном строительстве для покрытий дорог, тротуаров, площадок, а также для модификации битумов, применяемых для гидроизоляции кирпичных и бетонных строительных конструкций и кровли. Модификатор битума имеет в своем составе битум, полимерную добавку и регенерат резинотехнических изделий, дополнительно содержит мазут и/или гудрон, органическую перекись (перекись дикумила или перекись бензоила), в качестве полимерной добавки содержит полиамид, а в качестве упомянутого регенерата использован регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе и содержащий фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000 не менее 10%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 15-18, полиамид 3-9, гудрон и/или мазут 15-20 органическая перекись (перекись дикумила или перекись бензоила) 5-8, регенерат остальное до 100. Модификатор позволяет повысить эластичность битума при одновременном повышении адгезии к наполнителю. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области получения композиций, используемых в дорожном строительстве для покрытий дорог, тротуаров, площадок, а также для модификации битумов, применяемых для гидроизоляции кирпичных и бетонных строительных конструкций и кровли.
Известен полимерный модификатор битума [Патент РФ 2158742, 7 C08L 95/00, опубл. 10.11.2000], включающий битум БНД 60/90 или 90/130, полиизопреновый каучук СКИ-3 1-5%, полимер этилена или сополимер этилена с пропиленом 1-10%, минеральное масло 1-15% и в качестве модифицирующей добавки содержащий предварительно деструктированную в битуме резиновую крошку в количестве 10-25%. Недостатки данного модификатора обусловлены применением каучука СКИ-3, вязкость по Муни которого составляет 75-85, что снижает технологические свойства из-за наличия в сырых каучуках плотных гетерогенных включений. Такие включения нарушают однородность смеси. Также недостатком модификатора является большое содержание предварительно частично деструктированной резиновой крошки, частицы которой имеют развитую пористую поверхность, что приводит к значительному поглощению масла и еще больше повышает неоднородность смеси.
Известен резиносодержащий полимерный модификатор битума [Патент РФ 2266934, C08L 95/00, опубл. 27.12.2005], который содержит, мас.%: битум БНД 60/90 42-47, мазут 2-5, резиновая крошка 30-35, вторичный полиэтилен низкого или высокого давления 3-7, известь строительная 3.0-6.0. Модификатор повышает температуру размягчения и снижает температуру хрупкости битума. Однако он имеет существенный недостаток, который обусловлен высоким содержанием резиновой крошки, что приводит к образованию комков и увеличивает неоднородность композиции.
В качестве прототипа выбрана резиносодержащая добавка, по сути своей являющаяся модификатором и служащая для улучшения свойств неокисленного битума [авторское свидетельство СССР 1807999, опубл. 07.04.93], в состав которой входит полимерная добавка, наполнитель (тальк) и шинный регенерат по ОСТ 38422-86 или полибутадиен. Полимерная добавка представляет собой смесь двух линейных блоксополимеров, звездообразного блоксополимера и полистирола.
В предварительно приготовленный модификатор, полученный смешиванием его компонентов, нагретых до температуры 130°С, вводится неокисленный битум, также предварительно разогретый до температуры 150-170°С, и вся композиция перемешивается. Недостатки данного модификатора обусловлены тем, что он содержит большое количество талька, способствующего быстрому отверждению модифицируемого битума. Основные недостатки модификатора по прототипу - недостаточно высокая эластичность и низкая адгезия к наполнителю битумов, модифицируемых описанным составом.
Задача изобретения - создание модификатора, способствующего повышению эксплуатационных характеристик материалов на основе битума.
Технический результат - повышение эластичности битума при одновременном повышении адгезии к наполнителю.
Поставленная задача решается тем, что модификатор битума имеет в своем составе битум, полимерную добавку и регенерат резинотехнических изделий. От прототипа модификатор отличается тем, что дополнительно содержит мазут и/или гудрон, органическую перекись (перекись дикумила или перекись бензоила), в качестве полимерной добавки содержит полиамид, а в качестве упомянутого регенерата использован регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе и содержащий фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000 не менее 10%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| битум | 15-18 |
| полиамид | 3-9 |
| гудрон и/или мазут | 15-20 |
| органическая перекись (перекись дикумила или перекись бензоила) | 5-8 |
| регенерат остальное | до 100 |
В качестве полиамида используют кордный синтетический материал, находящийся в регенерате.
Более подробно сущность изобретения раскрывается в приведенных ниже примерах реализации.
В примерах используются следующие компоненты, входящие в состав модификатора:
- регенерат резинотехнических изделий - преимущественно шинный регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе, содержит фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000, соответствует ТУ 2511-011-23143512-05, а метод его получения описан в журнале «Каучук и резина» [Шаховец С.Е., Смирнов Б.Л. Интенсивная технология регенерации резины. - Каучук и резина, №1, 2006 г., стр.34-36];
- битум БДУС 70/100 (ТУ 0256-096-00151807-97) или БНК 45/180;
- полиамид - шинный синтетический корд;
- мазут ГОСТ 10585-63;
- гудрон масляный ГОСТ 783-63;
- перекись дикумила ТУ 38-40-255-83;
- перекись бензоила - перкадокс - инструкция НИИРП - И-405/1-001-2006.
Модификатор готовят следующим образом.
В смеситель, обогреваемый до температуры 160°С, загружают 1260 граммов регенерата резинотехнических изделий (РТИ), 400 граммов гудрона, 160 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивают в течение 5-7 минут, после чего осуществляют подачу 400 граммов битума, разогретого до температуры 150-170°С, и перемешивают еще 5 минут. После смешивания жидкая масса выливается в диспергатор, откуда выходит в виде гомогенной массы и собирается в аппарате с мешалкой. В нем полученный модификатор перемешивается в течение 10-15 минут. В случае, если регенерат получен из крошки отходов автомобильных шин [Крошка резиновая СТО 2511-001-58146599-2004], то он уже содержит от 6 до 115 граммов переработанного кордного синтетического волокна, например полиамида. В противном случае полиамид в соответствующем количестве вводят дополнительно.
Ниже приводятся примеры композиций модификатора, приготовленных описанным выше образом.
Пример 1
Модификатор готовят в смесителе при температуре 150-160°С. В смеситель загружается 1260 граммов регенерата, состоящего из 660 граммов шинного регенерата с содержанием 58.8 граммов синтетического корда и из 600 граммов регенерата РТИ на основе метилстирольного каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.
После 5 минут перемешивания добавляют 300 граммов разогретого до 160°С битума (марка БНК 45/180) и 300 граммов гудрона, после чего добавляется 100 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой.
Пример 2
Модификатор готовят в смесителе при температуре 150-160°С. В смеситель загружается 1347 граммов регенерата, состоящего из 639 граммов шинного регенерата с содержанием 74.9 граммов синтетического корда и из 708 граммов регенерата РТИ на основе бутилового каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.
После 5 минут перемешивания добавляют 424 грамма разогретого до 160°С битума (марка БДУС 70/100), затем 250 граммов гудрона и 250 граммов мазута, после чего добавляется 150 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой.
Пример 3
В смеситель загружается 1000 граммов регенерата, состоящего из 730 граммов шинного регенерата с содержанием 100 граммов синтетического корда и из 270 граммов регенерата РТИ на основе бутилового каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.
После 5 минут перемешивания добавляют 362 грамма разогретого до 160°С битума (марки БДУС 70/100) и 400 граммов гудрона, после чего добавляется 140 граммов перекиси бензоила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой.
Пример 4
В смеситель загружается 1056 граммов регенерата, состоящего из 700 граммов шинного регенерата, содержащего 105 граммов синтетического корда, и из 356 граммов регенерата на основе натурального каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.
После 5 минут перемешивания добавляют 380 граммов разогретого до 160°С битума (БДУС 70/100), добавляют 420 граммов мазута, после чего добавляется 148 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается еще 5 минут и через роликовый диспергатор направляется в аппарат с мешалкой.
Пример 5
Композицию готовят в смесителе при температуре 150-160°С. В смеситель загружается 1160 граммов регенерата, содержащего 660 граммов шинного регенерата с содержанием 60 граммов синтетического корда и 500 граммов регенерата РТИ на основе метилстирольного каучука, содержащего не менее 10% фракций каучука с молекулярной массой 18000-22000.
После 5 минут перемешивания добавляют 340 граммов разогретого до 160°С битума и 320 граммов мазута, после чего добавляется 120 граммов перекиси дикумила. Смесь перемешивается 5 минут и жидкая масса направляется в роликовый диспергатор и затем в аппарат с мешалкой. В качестве битума использовался БНК 45/180.
Процентные соотношения ингредиентов по примерам 1-5 сведены в Таблицу 1.
| Таблица 1 | |||||
| Примеры заявляемого состава | |||||
| Ингредиенты, мас.% | Номера примеров | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Регенерат РТИ | 61.3 | 54 | 46 | 50 | 58 |
| Битум | 15.3 | 17 | 18 | 18 | 17 |
| Синтетический корд | 3 | 3 | 8 | 5 | 3 |
| Гудрон | 15.3 | 10 | 20 | - | - |
| Мазут | - | 10 | - | 20 | 16 |
| Органическая перекись | 5.1 | 6 | 8 | 7 | 6 |
| 100% | 100% | 100% | 100% | 100% |
Полученный модификатор имеет однородную гомогенную структуру.
Модификатор, приготовленный согласно приведенным примерам, в количестве 5-7% добавляют к предварительно подогретому до 165-170°С нефтяному дорожному битуму марки БДУС 70/100.
Испытания свойств модифицированного битума проводились на образцах, изготовленных методом прессования. Испытания образцов проводили согласно принятым в этой области методикам аналогично тому, как это подробно описано в прототипе. Сравнение произведено со значениями показателей прототипа: средние значения и интервал значений. Свойства модифицированного битума приведены в Таблице 2
| Таблица 2 | ||||||
| Свойства модифицированного битума | ||||||
| Наименование показателей | По патенту 1807999 средние значения/интервал значений | Изобретение, номера примеров по Таблице 1 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Температура размягчения,°С | 95/(80-103) | 115 | 117 | 112 | 105 | 114 |
| Определение пенетрации (Глубина проникновения иглы при 25°С, ⊘ 0,1 мм), мм | 32,6/(30-40) | 27 | 26 | 29 | 29 | 28 |
| Температура хрупкости по Фраасу, °С | -20 | -21 | -22 | -21 | -21 | -21 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 86,1/(55-120) | 140 | 180 | 170 | 150 | 140 |
| Прочность крепления к металлу и камню, кг/см2 | 5/(3-6) | 6.4 | 6.7 | 6.5 | 6.6 | 6.4 |
Исследования молекулярной структуры используемого шинного регенерата на гель-хроматографе Waters 2000 показало содержание 80-85% высокомолекулярной части и 15% низкомолекулярной части (Mw=18000-22000) каучука. Наличие 10-15% низкомолекулярной части приводит к повышенной адгезии регенерата. Низкомолекулярная часть по вязкости сравнима с вязкостью битума и поэтому хорошо с ним совмещается, оказывая модифицирующее на него действие, а 80-85% высокомолекулярной части обеспечивает прочностные показатели. Как видно из данных, приведенных в Табл.2, введение заявленного модификатор в битум повышает его эластичность при одновременном повышении адгезии к наполнителю.
Из Табл.2 видно, что возрастает температура размягчения. Это обусловлено изменением коллоидной системы битума. Вследствие возрастания алифатичности среды растет массовая доля не растворимых в ней компонентов, т.е. объемная доля набухшего регенерата несколько увеличивается, уменьшается расстояние между частицами и растет энергия их взаимодействия, что проявляется в повышении температуры размягчения.
Также видно, что температура хрупкости уменьшается вследствие обогащения битума наиболее низкомолекулярными продуктами. В то же время битум наполняется регенератом, содержащим наполнители входящие в резиновую смесь, поэтому пенетрация (глубина проникновения иглы) начинает снижаться. Чем выше степень набухания полимера в битуме, тем большее модифицирующее воздействие оказывает он на битум.
Таким образом, полученный модификатор позволяет улучшить эксплуатационные свойства модифицируемого им битума - расширяется интервал эластично-пластичного состояния за счет увеличения температуры размягчения и снижения температуры хрупкости, уменьшается зависимость пенетрации от температуры при одновременном повышении адгезии к наполнителю.
1. Модификатор битума, включающий битум, полимерную добавку и регенерат резинотехнических изделий, отличающийся тем, что дополнительно содержит мазут и/или гудрон, содержит перекись дикумила или перекись бензоила, в качестве полимерной добавки содержит полиамид, а в качестве упомянутого регенерата использован регенерат, полученный методом термомеханодеструкции в шнековом диспергаторе, и содержащий фракции каучука с молекулярной массой 18000-22000 не менее 10% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| битум | 15-18 |
| полиамид | 3-9 |
| гудрон и/или мазут | 15-20 |
| перекись дикумила или перекись бензоила | 5-8 |
| регенерат | остальное до 100 |
2. Модификатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве полиамида используют кордный синтетический материал, находящийся в регенерате.
