Способ получения битумно-каучукового вяжущего
Владельцы патента RU 2529552:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к способу получения модифицированных битумных вяжущих, предназначенных для использования в дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства. Вяжущее получают путем добавления к нефтяному битуму при нагревании 3,0-5,0 мас.% каучука, взятого в виде его раствора в органическом растворителе, содержащем не более 30 мас.% каучука маслостойких сортов, при этом в качестве органического растворителя используют фракцию жидких продуктов пиролиза автомобильных шин, кипящую выше 200°C. Результат заключается в расширении ассортимента органических растворителей для маслостойких каучуков, используемых для производства битумно-каучуковых вяжущих, и в улучшении экономических показателей процесса за счет использования органического растворителя, полученного из отработанных автомобильных шин. Полученное вяжущее также обладает улучшенными техническими характеристиками. 2 табл., 8 пр.
Настоящее изобретение относится к способам получения модифицированных битумных вяжущих, мастик, герметизирующих и изоляционных материалов с улучшенными техническими характеристиками и предназначенными для использования в дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства.
Известны битумно-каучуковые вяжущие материалы и способы их получения, в которых синтетические каучуки или отходы их производства непосредственно добавляются к битумам в процессе приготовления асфальта. Использование подобных добавок позволяет улучшить физико-механические свойства битумов, такие как расширение температурного интервала работоспособности дорожного покрытия, т.е. понижение его хрупкости, увеличение трещиностойкости, повышение эластичности (RU 2167898, опубл. 12.01.00; RU 2248381, опубл. 20.03.05, SU 1671671, опубл. 08.23.91).
Недостатками известных способов являются неоднородность состава и низкая стабильность в горячем состоянии получаемых битумно-каучуковых вяжущих.
Известны способы получения битумно-каучуковых вяжущих, в которых с целью устранения вышеперечисленных недостатков, каучуки подвергаются предварительному растворению в органических растворителях, таких как смесь керосина и мазута (RU 2270846, опубл. 27.02.06), сланцевое масло, толуол (RU 2132857, опубл. 07.10.99) и т.д., с последующим добавлением образующейся смеси к нефтяному битуму.
Недостатком способов является невозможность использования маслостойких сортов каучуков, а также отходов их производства, имеющих низкую растворимость в вышеперечисленных растворителях.
Наиболее близким к настоящему изобретению является способ получения битумного каучукового вяжущего путем перемешивания нефтяного битума при нагревании с каучуксодержащим компонентом в виде раствора в органическом растворителе, взятом в количестве 2,5-5,0 мас.% от битумного вяжущего, причем, в качестве каучуксодержащего компонента используют раствор маслостойких сортов каучука с содержанием каучука до 35 мас.%, а в качестве органического растворителя используют жидкие продукты превращения угля, а именно: смолу полукоксования каменного угля или смолу полукоксования бурого угля или фракцию продуктов гидрогенизации бурого угля, кипящую выше 350°C (RU 2330053, опубл. 27.07.2008).
Недостатком данного способа является ограниченность ассортимента и ресурсов веществ, которые предлагается использовать в качестве органического растворителя. Промышленные производства гидрогенизации бурого угля в России в настоящее время отсутствуют, в основном из-за низкой рентабельности производств, связанной с высокой себестоимостью получаемых целевых продуктов [Кузнецов Б.Н., Шендрик Т.Г., Щипко М.Л., Чесноков Н.В., Шарыпов В.И., Осипов A.M.; отв. ред. чл.-корр. РАН Г.И. Грицко. Глубокая переработка бурых углей с получением жидких топлив и углеродных материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012, 211 с.]. Мощности существующих заводов полукоксования каменных углей незначительны, выход смол полукоксования составляет примерно 10 мас.% от угля, кроме того, смолы находят применение в качестве сырья для производства углеродных материалов.
Задача настоящего изобретения заключается в расширении ассортимента органических растворителей, используемых для производства битумно-каучуковых вяжущих на основе нефтяных битумов и растворов каучуков маслостойких сортов.
Технический результат состоит в следующем:
в расширении ассортимента органических растворителей, используемых для производства битумно-каучуковых вяжущих;
в улучшении экономических показателей процесса за счет использования органического растворителя, полученного из отработанных (отходов) автомобильных шин;
в улучшении экологии за счет утилизации автомобильных шин. Технический результат достигается тем, что в способе получения битумно-каучукового вяжущего путем добавления к нефтяному битуму при нагревании 3,0-5,0 мас.% каучука, взятого в виде его раствора в органическом растворителе, содержащем не более 30 мас.% каучука маслостойких сортов, остальное - органический растворитель, согласно изобретению, в качестве органического растворителя используют фракцию жидких продуктов пиролиза автомобильных шин, кипящую выше 200°C.
Использование в качестве органического растворителя жидких продуктов пиролиза шин способствует расширению ассортимента органических растворителей, используемых для производства битумно-каучуковых вяжущих, улучшает экономические показатели процесса, а также решает важную экологическую проблему утилизации отходов резинотехнических изделий. В настоящее время, пиролиз шин, несмотря на относительную простоту технологии, не нашел широкого распространения по причине низкого качества образующихся жидких продуктов. Переработка этих продуктов в качественные компоненты моторных топлив или котельные топлива, как правило, не рентабельна [http://www.waste.ru]. Использование жидких продуктов пиролиза шин для производства битумно-каучуковых вяжущих увеличит их востребованность и потребительскую ценность.
Пиролиз шин проводился на установке с реактором периодического действия объемом 1 м3 при температуре 400 - 450°C без контакта с воздухом. Парогазовые продукты пиролиза охлаждались в холодильниках -сепараторах и разделялись на газообразные, жидкие фракции, выкипающие в интервале температур: начало кипения - 200°C и кипящие выше 200°C. В качестве органического растворителя использовали фракцию жидких продуктов пиролиза шин, кипящую выше 200°C.
Суть изобретения демонстрируется следующими примерами:
Пример 1. Смешивают каучук марки БНКС-18 AM (ТУ 38.30313-2006) в количестве 30 г и фракцию жидких продуктов пиролиза шин, кипящую выше 200°C в количестве 70 г (30% и 70% от массы смеси, соответственно). Смесь нагревают до 100-120°C, перемешивают в течение 4 часов. Полученный раствор добавляют к нефтяному битуму БНД 60/90, взятому на ОАО Ачинский НПЗ (ГОСТ - 2224590), исходя из расчета 3 мас.% каучука к нефтяному битуму. Смесь нагревают до 100 - 120°C и перемешивают в течение 3 часов. В результате образуется однородное, гомогенное вяжущее. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице 1.
Пример 2. Аналогично примеру 1, но смесь каучука и фракции жидких продуктов пиролиза шин, кипящей выше 200°C, добавляют к нефтяному битуму, исходя из расчета 5 мас.% каучука к нефтяному битуму. В результате образуется однородное, гомогенное вяжущее. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице 1.
Пример 3. Аналогично примеру 1, но смесь каучука и фракции жидких продуктов пиролиза шин, кипящей выше 200°C, добавляют к нефтяному битуму, исходя из расчета 8 мас.% каучука к нефтяному битуму. В результате образуется однородное, гомогенное вяжущее. Однако в полученном битумно-каучуковом вяжущем показатель «растяжимость» ниже значения, рекомендованного ГОСТ 22245-90, и показатель «глубина проникания иглы» выше значения, рекомендованного ГОСТ 22245-90 для битума БНД 60/90. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице 1.
Пример 4. Аналогично примеру 1, но смешивают каучук марки БНКС-18 в количестве 35 г и фракцию жидких продуктов пиролиза автомобильных шин, кипящую выше 200°C в количестве 65 г (35% и 65% от массы смеси, соответственно). Образующееся вяжущее содержит нерастворенный каучук.
Пример 5. Смешивают каучук марки БНКС 28 AM (ТУ 38.30313 -2006) в количестве 30 г и фракцию жидких продуктов пиролиза автомобильных шин, кипящую выше 200°C в количестве 70 г (30% и 70% от массы смеси, соответственно). Смесь нагревают до 100-120°C, перемешивают в течение 4 часов. Полученную смесь каучука и органического растворителя добавляют к нефтяному битуму БНД 40/60, исходя из расчета 3 мас.% каучука к нефтяному битуму. Смесь нагревают до 100 - 120°C и перемешивают в течение 3 часов. В результате образуется однородное, гомогенное вяжущее. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице 2.
Пример 6. Аналогично примеру 5, но смесь каучука и фракции жидких продуктов пиролиза шин, кипящей выше 200°C, к нефтяному битуму, исходя из расчета 5 мас.% каучука к нефтяному битуму. В результате образуется однородное гомогенное вяжущее. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице 2.
Пример 7. Аналогично примеру 5, но смесь каучука и фракции жидких продуктов пиролиза шин, кипящей выше 200°C, к нефтяному битуму, исходя из расчета 8 мас.% каучука к нефтяному битуму. Образуется однородное, гомогенное вяжущее. Однако в полученном битумно-каучуковом вяжущем показатель «растяжимость» ниже значения, рекомендованного ГОСТ 22245-90, и показатель «глубина проникания иглы» выше значения, рекомендованного ГОСТ 22245-90 для битума БНД 60/90. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице 2.
Пример 8. Аналогично примеру 5, но смешивают каучук марки БНКС 2 в количестве 35 г и фракцию жидких продуктов пиролиза автомобильных шин, кипящую выше 200°C в количестве 65 г (35% и 65% от массы смеси, соответственно). Образующееся вяжущее содержит нерастворенный каучук.
Как следует из примеров, битумно-каучуковое вяжущее имеет однородную и гомогенную структуру при содержании каучука в смеси с органическим растворителем, в виде которой он вводится, не более 30 мас.%. Содержание 35 мас.% и более нецелесообразно из-за неполной растворимости каучука в растворителе. Добавление каучукового компонента к битуму в количестве 3-5 мас.% приводит к улучшению эластичности битума и, что особенно важно, к существенному снижению температуры хрупкости. Это приведет к повышению морозостойкости и трещиностойкости дорожного асфальтобетона при эксплуатации. Можно полагать, что дорожный асфальт, приготовленный из этого битума, будет более устойчив к воздействию низких температур. При добавлении каучука к битуму в количестве 8 мас.%, в полученном битумно-каучуковом вяжущем показатель «растяжимость» ниже значения, рекомендованного ГОСТ 22245-90, и показатель «глубина проникания иглы» выше значения, рекомендованного ГОСТ 22245-90 для битума БНД 60/90. Добавление каучукового компонента к битуму в количестве более 5 мас.% нецелесообразно, т.к. приводит к значительному увеличению пенетрации и температуры размягчения, что отрицательно скажется на полноте смешивания битума с каменным материалом и удобоукладываемости асфальтобетонной смеси при строительстве автодороги.
Таким образом, в предлагаемом изобретении расширен ассортимент органических растворителей для маслостойких сортов каучуков, которые используют для получения битумно-каучуковых вяжущих. Кроме того, улучшены экономические показатели процесса получения битумно-каучуковых вяжущих за счет использования органического растворителя, полученного из отработанных автомобильных шин, что также способствует решению важной экологической проблемы утилизации отходов резинотехнических изделий.
Способ получения битумно-каучукового вяжущего путем добавления к нефтяному битуму при нагревании 3,0-5,0 мас.% каучука, взятого в виде его раствора в органическом растворителе, содержащем не более 30 мас.% каучука маслостойких сортов, остальное - органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют фракцию жидких продуктов пиролиза автомобильных шин, кипящую при температуре выше 200°C.
