Способ получения битумполимерных материалов



Способ получения битумполимерных материалов
Способ получения битумполимерных материалов
Способ получения битумполимерных материалов
Способ получения битумполимерных материалов
Способ получения битумполимерных материалов
Способ получения битумполимерных материалов

 


Владельцы патента RU 2400504:

Государственное унитарное предприятие "Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан" (ГУП "ИНХП РБ") (RU)

Изобретение относится к области получения битумполимерных материалов, в частности к способу получения битумполимерных материалов из битума и/или нефтяных остатков и полиэтилена. Изобретение касается способа получения битумполимерных материалов, включающего смешение тяжелого нефтяного сырья и полимера в перемешивающем устройстве при температуре гомогенизации и вывод готового продукта. В качестве полимера используют полиэтилен, при этом предварительно устанавливают графическую зависимость температуры размягчения и адгезии битумполимерного материала от его состава и графическую зависимость адгезии от температуры размягчения битумполимерного материала, а затем в зависимости от заданных температуры размягчения и/или адгезии по установленным графическим зависимостям подбирают необходимое соотношение тяжелого нефтяного сырья и полиэтилена. Технический результат - получение битумполимерных материалов с заранее заданными характеристиками, сокращение расходов исходных компонентов и снижение энергетических затрат. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области получения битумполимерных материалов, используемых в автодорожном строительстве, герметизации, гидроизоляции и ремонте, изготовлении кровельных материалов, адгезивов, клеев, мастик и др.

Введение полимеров в состав битумов и/или нефтяных остатков способствует направленной модификации отдельных свойств битумов, таких как пластичность, эластичность, широкий температурный диапазон эксплуатации и т.д. Важнейшими характеристиками битумполимеров являются их пластические и адгезионные свойства, которые характеризуются температурой размягчения (стеклования) и адгезией.

Известны способы повышения качественных показателей битумов путем добавления к ним полимеров: полиэтилена, полипропилена, этиленпропиленового полимера, поливинилхлорида и т.п. в количествах от 1 до 15 мас.% [Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1989, с.24, 144].

Также известен способ получения битума из нефтяных остатков и полимерных отходов [RU 2191797, 27.10.2002, МПК 8 С10С 3/04], согласно которому в нефтяные остатки вводят пленочные полимерные бытовые отходы, лом полимерных бутылок, пенопласт и/или органическое стекло и окисляют, или окисляют и компаундируют с окисленными и остаточными битумами, или в нефтяные остатки вводят указанные отходы и компаундируют с дистиллятами и окисленными и остаточными битумами, или в дистилляты вводят промышленные отходы поливинилхлорида и компаундируют с нефтяными остатками.

Общими недостатками описанных выше способов являются:

- значительные энергетические затраты;

- отсутствие единых правил приготовления, основанных на общей теории строения подобных материалов и универсального аппаратурного оформления промышленных процессов;

- основным критерием качества и контролируемым параметром является температура размягчения (стеклования), характеризующая пластические свойства битумов; параметр адгезии учитывается лишь в отдельных случаях и основным не является.

Известен способ получения битумполимерной композиции [RU 2177969, 10.01.2002, МПК 8 C08L 95/00], по которому смешивают 100 мас.ч. термоэластопласта на основе сопряженного диена и винилароматического мономера, 70-200 мас.ч. предварительно нагретого до температуры 90-110°С битума, 30-250 мас.ч. минерального наполнителя и ведут перемешивание при температуре 70-100°С в течение 10-15 мин, полученную смесь гомогенизируют при температуре 130-160°С в течение 10-15 мин в шнековом экструдере, снабженном гранулирующим устройством, охлаждаемым водой, имеющей температуру 20-40°С, через которое проходит композиционная масса, затем полученные гранулы композиции сушат и упаковывают. В начале смешения в композицию можно дополнительно вводить пластификатор - индустриальное или талловое масло в количестве 10-20 мас.ч. на 100 мас.ч. указанного термоэластопласта. Способ позволяет упростить технологию получения битумполимерной композиции за счет устранения многостадийности и снижения длительности процесса, а также получать битумполимерную композицию с высокими эластическими свойствами в технологически удобной выпускной форме - гранулах, что обеспечивает упрощение транспортировки, хранения, дозирования композиции, возможность ее многофункционального использования при изготовлении полимербитумных вяжущих, кровельных материалов, мастик, праймеров.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- невозможность получения битумполимерного материала с заранее заданными температурой размягчения и адгезией;

- в качестве полимерной составляющей используется дорогостоящий каучук и термоэластопласты;

- в процессе получения контролируются только пластические (температура размягчения) и низкотемпературные (температура хрупкости) свойства, которые не позволяют учитывать изменение адгезии при изменении состава сырья.

При создании изобретения ставилась задача получения битумполимерных материалов с заранее заданными характеристиками (температура размягчения и/или адгезия), что позволит сократить расходы исходных компонентов, уменьшить затраты рабочего времени, снизить энергетические затраты.

Вышеуказанная задача решается способом получения битумполимерных материалов, включающим смешение тяжелого нефтяного сырья и полимера в перемешивающем устройстве при температуре гомогенизации и вывод готового продукта, в котором согласно изобретению в качестве полимера используют полиэтилен, при этом предварительно устанавливают графическую зависимость температуры размягчения и адгезии битумполимерного материала от его состава и графическую зависимость адгезии от температуры размягчения битумполимерного материала, а затем, в зависимости от заданных температуры размягчения и/или адгезии, по установленным графическим зависимостям подбирают необходимое соотношение тяжелого нефтяного сырья и полиэтилена.

В качестве тяжелого нефтяного сырья используют битум или гудрон. Предлагаемый способ получения битумполимеров с заданными температурой размягчения и/или адгезией реализуется следующим образом:

- сначала проводят предварительные лабораторные исследования для установления графической зависимости температуры размягчения и адгезии битумполимера от его состава, а также графической зависимости адгезии битумполимера от его температуры размягчения, включающие построение фазовых диаграмм состояния битумполимерных материалов (система «Битум (нефтяной остаток) - Полиэтилен») «Температура размягчения - Концентрация полиэтилена» и «Адгезия - Концентрация полиэтилена» и/или «Адгезия - Температура размягчения» и выбор, в зависимости от заданных температуры размягчения и/или адгезии, необходимого соотношения полиэтилена и битума и/или нефтяного остатка;

- затем приготавливают битумполимерный состав в аппарате с механическим перемешивающим устройством.

На стадии предварительных лабораторных исследований строят диаграммы зависимости температуры размягчения от концентрации полиэтилена, адгезии от концентрации полиэтилена и/или адгезии от температуры размягчения. Определение температуры размягчения выполняют стандартным методом по ГОСТ 11506-73 (Определение температуры размягчения методом «Кольца и шара»). Определение адгезии проводят по методу отрыва субстрата (пластины) от расплава материала (адгезива).

На диаграммах состояния выделяют области, которые разделяются критическими точками: первая область - полиэтилен в битуме, вторая область - переходная, третья область - битум в полиэтилене. Для данного вида сырья определяется эмпирическая зависимость адгезии от температуры размягчения. В соответствии с требуемыми пластическими и адгезионными свойствами определяется оптимальный состав битумполимерной композиции, необходимый для получения материала с заданными температурой размягчения и адгезией.

На второй стадии в стандартный аппарат с механическим перемешивающим устройством для вязких сред загружают битум. Температуру в аппарате поднимают до 180°С путем нагрева водяным паром соответствующих параметров или электроэнергией. Включают перемешивающее устройство. Далее порциями через дозатор загружают рассчитанное количество полиэтилена в раздробленном (гранулированном) виде. Перемешивание производят при температуре 180°С до образования однородной массы, но не менее одного часа. Далее полученный продукт откачивают шестеренчатым насосом в емкость для хранения (с подогревом и циркуляцией) или фасуют.

Данная технология имеет универсальное применение для производства битумполимерных материалов с заданными температурой размягчения и/или адгезией.

Ниже приведены примеры создания битумполимерной композиции, которые иллюстрируются прилагаемыми фигурами (1-6).

Пример 1. Необходимо получить битумполимер с температурой размягчения не ниже 100°С (373 К) и адгезией не менее 300 Н/м.

Пример 2. Необходимо получить битумполимер с адгезией не менее 1500 Н/м и температурой размягчения не ниже 120°С (393 К).

Битумполимерные композиции с заданными температурой размягчения и адгезией готовят на основе остаточного битума вакуумной перегонки БН 90/130 производства АО «Уфанефтехим» и полиэтилена высокого давления марки 110862 ГОСТ 1.6337-72.

На стадии предварительных лабораторных исследований построены фазовые диаграммы состояния битумполимерных материалов (система «Остаточный битум - Полиэтилен») «Температура размягчения - Концентрация полиэтилена» и «Адгезия - Концентрация полиэтилена» и/или «Адгезия - Температура размягчения». По полученным диаграммам сделан выбор, в зависимости от заданных температуры размягчения и/или адгезии, необходимого соотношения полиэтилена и битума.

На фиг.1 представлена зависимость температуры размягчения системы «Остаточный битум - Полиэтилен» от концентрации полиэтилена. Зависимость температуры размягчения системы «Остаточный битум - Полиэтилен» от концентрации полиэтилена имеет полиэкстремальный характер. Наблюдается две критические точки: при концентрации полиэтилена 10 и 80 мас.%.

На фиг.2 представлена зависимость адгезии системы «Остаточный битум - Полиэтилен» от концентрации полиэтилена. Зависимость адгезии системы «Остаточный битум - Полиэтилен» от концентрации полиэтилена также имеет полиэкстремальный характер. Наблюдается две критические точки: при концентрации полиэтилена 10 и 80 мас.%.

На фиг.3 представлена зависимость адгезии системы «Остаточный битум - Полиэтилен» от температуры размягчения. Зависимость адгезии системы «Остаточный битум - Полиэтилен» от температуры размягчения также имеет полиэкстремальный характер и по форме кривой аналогична зависимости «Концентрация полиэтилена - Адгезия».

Для реализации примера 1 использованы диаграммы на фиг.1 и фиг.2. Для получения битумполимера с температурой размягчения не ниже 100°С (373 К) и адгезией не менее 300 Н/м необходимо взять 92 мас.% остаточного битума и 8 мас.% полиэтилена.

Для реализации примера 2 использованы диаграммы на фиг.3, фиг.1 и фиг.2. По диаграмме на фиг.3 определено, что при адгезии 1500 Н/м битумполимер имеет температуру размягчения примерно 127°С (400 К), что соответствует заданным параметрам. По диаграммам на фиг.1 и фиг.2 определено, что для получения битумполимера с адгезией не менее 1500 Н/м и температурой размягчения не ниже 120°С (393 К) необходимо взять 40 мас.% остаточного битума и 60 мас.% полиэтилена.

На второй стадии в соответствии с определенными по фазовым диаграммам составами битумполимеров производится их получение в стандартном аппарате с механическим перемешивающим устройством для вязких сред.

Пример 3. Необходимо получить битумполимер с температурой размягчения не ниже 85°С (358 К) и адгезией не менее 500 Н/м.

Пример 4. Необходимо получить битумполимер с адгезией не менее 400-450 Н/м и температурой размягчения не ниже 75°С (348 К).

Битумполимерные композиции с заданными температурой размягчения и адгезией готовят на основе остаточной высококипящей нефтяной фракции (гудрона вакуумной перегонки нефти с температурой кипения выше 400°С (673 К), и полиэтилена высокого давления марки 110862 ГОСТ 1.6337-72.

На стадии предварительных лабораторных исследований построены фазовые диаграммы состояния битумполимерных материалов (система «Гудрон - Полиэтилен») «Температура размягчения - Концентрация полиэтилена» и «Адгезия - Концентрация полиэтилена» и/или «Адгезия - Температура размягчения». По полученным диаграммам сделан выбор, в зависимости от заданных температуры размягчения и/или адгезии, необходимого соотношения полиэтилена и гудрона.

На фиг.4 представлена зависимость температуры размягчения системы «Гудрон - Полиэтилен» от концентрации полиэтилена. Явная критическая точка наблюдается при концентрации полиэтилена 10 мас.%.

На фиг.5 представлена зависимость адгезии системы «Гудрон - Полиэтилен» от концентрации полиэтилена. Явная критическая точка наблюдается при концентрации полиэтилена 10 мас.%.

На фиг.6 представлена зависимость адгезии системы «Гудрон - Полиэтилен» от температуры размягчения. Зависимость адгезии системы «Гудрон - Полиэтилен» от температуры размягчения по форме кривой аналогична зависимости «Адгезия - Концентрация полиэтилена».

Для реализации примера 3 использованы диаграммы на фиг.4 и фиг.5. Для получения битумполимера с температурой размягчения не ниже 85°С (358 К) и адгезией не менее 500 Н/м необходимо взять 90 мас.% гудрона и 10 мас.% полиэтилена.

Для реализации примера 4 использованы диаграммы на фиг.6, фиг.4 и фиг.5. По диаграмме на фиг.6 определено, что при адгезии 400-450 Н/м битумполимер имеет две возможных температуры размягчения: примерно 75-77°С (348-350 К) и 112-113°С (385-386 К), что соответствует заданным параметрам. По диаграммам на фиг.4 и фиг.5 определено, что битумполимер с адгезией не менее 400-450 Н/м может быть получен при следующих соотношениях гудрона и полиэтилена: первый вариант - 90,0-90,5 мас.% гудрона и 9,5-10,0 мас.% полиэтилена, второй вариант - 60 мас.% гудрона и 40 мас.% полиэтилена. Для заданной температуры размягчения не менее 75-77°C (348-350 К) с учетом сокращения расходов полимерного материала определено соотношение компонентов 90,0-90,5 мас.% гудрона и 9,5-10,0 мас.% полиэтилена.

На второй стадии в соответствии с определенными по фазовым диаграммам составами битумполимеров производится их получение в стандартном аппарате с механическим перемешивающим устройством для вязких сред.

Предлагаемый способ позволяет получать битумполимерные материалы с заранее заданными температурой размягчения и адгезией, что позволяет сократить расходы исходных компонентов, уменьшить затраты рабочего времени и снизить энергетические затраты.

1. Способ получения битумполимерных материалов, включающий смешение тяжелого нефтяного сырья и полимера в перемешивающем устройстве при температуре гомогенизации и вывод готового продукта, отличающийся тем, что в качестве полимера используют полиэтилен, при этом предварительно устанавливают графическую зависимость температуры размягчения и адгезии битумполимерного материала от его состава и графическую зависимость адгезии от температуры размягчения битумполимерного материала, а затем в зависимости от заданных температуры размягчения и/или адгезии по установленным графическим зависимостям подбирают необходимое соотношение тяжелого нефтяного сырья и полиэтилена.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тяжелого нефтяного сырья используют битум или гудрон.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области получения битуминозных материалов, в частности адгезионных битумных присадок, предназначенных в качестве добавки к нефтяным дорожным битумам, применяемым при строительстве покрытий повышенной прочности и долговечности.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а конкретнее к способам закрепления подрельсовых элементов в бетонном основании пути, и может быть использовано в тоннелях и метрополитенах для крепления рельса к бетонной шпале.
Изобретение относится к асфальтовым композициям и асфальтобетонам. .

Изобретение относится к материалам, используемым при строительстве и ремонте автодорог, а именно к вяжущим материалам для дорожного покрытия. .

Изобретение относится к материалам, используемым при строительстве дорог, а именно к вяжущим материалам для строительства и ремонта дорожных покрытий. .
Изобретение относится к технологии производства строительных материалов и используется при изготовлении битумно-полимерных гидроизоляционных мастик и безрулонных кровельных покрытий.
Изобретение относится к области производства дорожно-строительных материалов и может быть использовано для ремонта аэродромных и дорожных покрытий. .
Изобретение относится к катионактивным адгезионным присадкам к битумам и может быть использовано при устройстве автомобильных дорог, аэродромов и т.п. .

Изобретение относится к области строительства, а конкретнее к производству строительных материалов, таких как битумно-полимерные кровельные горячие мастики, аналогичные мастикам по ГОСТ 2889-80, покровные композиции для рулонных кровельных наплавляемых материалов по ГОСТ 30547-97

Изобретение относится к адгезионным добавкам для битумных битумно-полимерных композиций

Изобретение относится к производству дорожных строительных материалов, а именно к вяжущим составам на основе органических вяжущих, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог и аэродромных покрытий
Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий
Изобретение относится к области получения битумных композиций, содержащих полимерные добавки и предназначенных для использования в дорожном строительстве
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано при производстве рулонного кровельного материала

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства слоев покрытий дорожных одежд во всех климатических зонах
Наверх