Соединение для внедрения модифицированного битума в изготовление асфальтов

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2607737:

ТЕКНОФИЛЬМ С.П.А. (IT)

Группа изобретений относится к полимерной химии и используется при производстве асфальтов для дорожных покрытий. Измельчают вулканизированный каучук с получением крошки с гранулометрическим составом меньше 0,4 мм. Смешивают крошку, СБС и смазочный материал в экструдере. Весовое содержание смазочного материала составляет от 1% до 50% по отношению к весу смеси, а содержание вулканизированной каучуковой крошки составляет 70-100% по отношению к весу СБС. СБС представляет собой полимер линейного, радиального типов или их смесь. Каучуковую крошку получают из переработанных шин. Смазочный материал представляет собой минеральное масло. При температуре 160-200°С осуществляют экструзию смеси с получением соединения, содержащего каучуковую крошку, СБС и смазочное соединение. Экструдированное соединение разрезают на фишки и добавляют к битуму в весовом соотношении между 5% и 30% по отношению к общему весу модифицированного битума. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 табл.

 

Настоящая патентная заявка на промышленное изобретение относится к соединению для внедрения модифицированного битума.

Хотя термин «битум» будет являться превалирующим при использовании в приведенном ниже описании, следует понимать, что настоящее изобретение распространяется на отрасль асфальтов, в частности для дорожных покрытий.

Битумы являются сложными термопластичными продуктами, состоящими из довольно разнообразных элементов: асфальтенов и мальтенов. Битумы обладают превосходными адгезионными свойствами, но плохими механическими характеристиками, особенно в зависимости от температуры. В сущности, битумы характеризуются очень низкой жесткостью при комнатной температуре (25°C). Более того, при температуре ниже 0°C (на холоду) битумы являются жесткими и хрупкими, в то время как при температуре выше 38°C (в горячей среде) битумы являются пластичными, мягкими и довольно липучими. По этой причине, битумы не могут быть применены для большинства дорожных либо строительных приложений.

Модифицирование битумов с помощью химических и полимерных добавок представляется крайне важным для того, чтобы существенно модифицировать основные физико-химические свойства битумов, в результате чего модифицированные битумы становятся пригодными для самых разнообразных применений в промышленности.

Уже в достаточной степени известна модификация асфальтовых битумов и битумов с использованием гранул, получаемых из молотых шин с истекшим сроком годности. Преимущества, которые могут быть извлечены из данных мероприятий, могут быть технического и экологического характера.

Преимущества в техническом плане, вытекающие из проявления эксплуатационных качеств битума, модифицированного с добавлением каучуковой крошки, включают, например, снижение уровня шумности, более длительный срок службы готовых изделий, в значительной степени увеличенная эластичность, сокращение числа центров расслоения и их роста в промышленных товарах. Очевидно, сказанное выше соотносится со способностью каучуковой крошки становиться влажной, обуславливаемой несущим битумом. Иными словами, частицы каучука должны набухать и в терминах физической химии это означает, что параметры растворимости двух продуктов (каучука и битума) численно должны быть довольно близки так, что растворяющая часть битума, мальтеновая фракция, могла проникать в твердые частицы каучуковых гранул и форму, находящуюся вне твердых частиц, практически желатиновой фазы, которая является довольно активной в плане адгезии и когезионного взаимодействия с оставшейся битумной частью. Например, Нитрильный каучук (БНК) разбухает значительно меньше в битумах, чем Стирол-Бутадиеновый каучук (СБк). Таким образом, при той же концентрации и гранулометрическом составе эксплуатационные показатели битума, модифицированного гранулами БНК, будут значительно ниже, чем показатели битума, модифицированного гранулами из СБк.

Целесообразность с точки зрения воздействия на экологическую среду вытекает из возможности использования материала, который едва ли может быть практически применим в других видах деятельности и представляется доступным в больших объемах, для высокотехнологических приложений, заменяя вязкоупругие полимеры, дорого стоящие и являющиеся высокозатратными.

Довольно интересная модификация битумов, которая была открыта не столь давно, относится к применению девулканизованной вариации каучуковых гранул. Данный вариант позволяет производить часть материала с низким молекулярным весом, растворимого в битуме либо асфальтовом битуме, и позволяет образовывать поверхность остаточных гранул, более подходящую для когезионного взаимодействия с битумом, последовательно улучшая конечные механические свойства. Однако подобная технология является дорогостоящей и требует использования специального оборудования, такого как пиролизаторы, либо экструдеры, особым образом разработанные для достижения преобразования механической энергии в тепловую с целью достижения температур, необходимых для разрушения внутри- и межмолекулярных связей в вулканизированных продуктах. Более того, в подобной технологии применяются измельченные материалы из шин с очень высокими гранулометрическими показателями.

Следует учитывать, что гранулометрический показатель измельченных продуктов, получаемых из шин с истекшим сроком годности, либо иных подобных вулканизированных материалов, таких, например, как обувные подошвы, резиновые шланги, противовибрационные соединительные элементы и прокладки в стиральных либо посудомоечных машинах, намного больше чем минимальный размер в 0,5 миллиметров. Их полимерные основы, как правило, состоят из сополимеров Стирол-Бутадиена (СБК), Акрилонитрил-Бутадиена (БНК), Этилен-пропилен-Диена (ЭПДМ), Натурального Каучука (НК) и Бутадиеновых Полимеров (БП). Гранулометрический показатель, больший, чем 0,5 мм, значительно снижает способность вулканизированных каучуковых порошков к получению радикальных изменений в свойствах битумов.

Процесс, известный как «сухой процесс», известен в настоящее время в связи с производством модифицированного асфальта. Указанный процесс предусматривает применение порошков, получаемых при измельчении вулканизованных продуктов (как правило, шин), с размером больше 0,4 мм, и замены части минерального песка в составе асфальта на указанный порошок. Указанные порошки также применяются при производстве Каучуко-Асфальта, получаемого влажным процессом (во влажной фазе), с получением битумов с лучшими реологическими характеристиками, чем в случае стандартного битума. Тем не менее, асфальты и битумы, получаемые известными способами, не подходят для достижения эксплуатационных характеристик, какие требуются в настоящее время согласно национальным и международным спецификациям для конкретных применений в дорожных или строительных отраслях.

В нескольких документах описываются битумы, модифицированные переработанным порошком из шин:

СИНИС (SINIS) «Литературный обзор по утилизации побочного продукта в дорожном строительстве в Европе»

АХМЕД(AHMED) «Использование отходов в строительстве автомобильных дорог»

Министерство транспорта США «Модификатор на основе Каучуковой Крошки, Рабочие Записи»

ДЖОНГ(JEONG) «Эффекты взаимодействия в модифицированных каучуковой крошкой битумных связывающих веществах». Данные документы, однако, не описывают процесс производства определенным образом проэкструдированного соединения для модификации асфальтов и в них не указываются количества различных компонентов с тем, чтобы достичь определенных эксплуатационных характеристик битумов.

Известно, что использованию битумов, модифицированных каучуковой крошкой из переработанных шин, сопутствуют затруднения, связанные с совместимостью каучуковой крошки и битума. Подобного рода неудобство устраняется с помощью катализаторов, примешиваемых к битуму.

В документах WO 20011/074003 описывается применение катализатора в установке ФКК (Флюидизированного Каталитического Крекинга), включающей нефть и низкомолекулярные полимеры, такие как полиолефиновые полимеры. Разумеется, СБС не является низкомолекулярным полимером.

Халдун (KHALDOUN) в работе «Влияние фурфурол-активированной каучуковой крошки на свойства прорезиненного асфальта» описывает применение фурфурольного катализатора для повышения адгезии каучуковой крошки к битуму.

В соответствии с предшествующим уровнем техники наилучшие эксплуатационные характеристики модифицированных битумов достигаются с применением термопластичных блок-сополимеров Стирол-Бутадиен-Стирола (СБС) линейных, либо радиальных конфигураций, которые являются наиболее часто применяемыми полимерными продуктами при модификации битума. В сущности, упомянутые термопластичные блок-сополимеры (СБС) являются наиболее эффективными для модификации битума, делающие возможным достижение желаемых характеристик, таких как высокая температура размягчения, проникающая способность при температуре окружающей среды и низкотемпературная гибкость.

Прочие блок-сополимеры могут применяться для модификаций битума, такие как СБС. Они представляют собой блок-сополимер Стирол-Изопрен-Стирола (СИС) и их гидрированные производные СЭБС и СЭПС, в дополнение к прочим блок-сополимерам, которые могут быть получены модификацией фаз эластомера не на основе смесей Бутадиена и Изопрена, но едва ли применимы на практике из-за своей высокой стоимости.

Термопластичные гомо- либо терполимеры применяются и являются пригодными для модификаций битумов. Их получают из мономеров, таких как Этиленвинилацетат (ЭВА), Этилен-Пропилен (ЭПН), Этилен-Пропилен-Диен (ЭПДН), Атактический и Изотактический пропилен (ППа/изо), Полиэтилен (ЛПЭНП, ПЭНД, ПЭВД), Полибутадиен и Полибутен, но ни один из них в отдельности либо в смеси не дает характеристики, аналогичные СБС.

Баха (BAHA) в труде «Лабораторное сравнение модифицированного каучуковой крошкой и СБС битума и горячей асфальтовой смеси» описывает сравнение между модифицированным каучуковой крошкой битумом и модифицированным СБС битумом. Заключением данного документа является то, что модифицированный СБС битум характеризуется гораздо лучшей производительностью, чем модифицированный каучуковой крошкой битум. Поэтому, для того, чтобы заменить СБС на резиновую крошку при сохранении той же производительности асфальта, должно применяться соотношение 1:3, означающее, что количество каучуковой крошки должно быть, по крайней мере, в три раза больше, чем СБС. Данное утверждение подтверждается на примере продуктов, найденных на рынке. В сущности, модифицированные СБС битумы, как правило, содержат СБС в количестве 10% по весу. Напротив, модифицированные каучуковой крошкой битумы содержат каучуковую крошку в количестве до 30% по весу.

В патенте US 6818687 описывается битум, модифицированный СБС, либо СБк после вулканизации и помола; не указывается на то, является ли битум одновременно модифицированным СБС и СБк. Для подобных битумов характерны проблемы, связанные с хранением и, как следствие, к ним добавляют регулятор вязкости (масло) и катализатор на кислотной и сернистой основе.

В патенте WO 2008/083451 описывается продукт, состоящий из СБС, резиновой крошки, а также вулканизующих, пластифицирующих, смазывающих и расширяющихся агентов. Термореактивный продукт получают и подвергают вулканизации. По этой причине указанный продукт не является термопластичным растворимым в асфальте продуктом. В сущности, подобный продукт применяется в изготовлении подошв для обуви, а резиновая крошка приводится в качестве наполнителя, т.е. она может состоять из любого материала, который не нуждается в специальных реакциях для достижения специфических технических характеристик. В любом случае, обувные подошвы получают путем формования, а не экструзии.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники с получением материала, который может применяться при модификации битума, способен обеспечивать такие же эксплуатационные характеристики, как в случае с СБС в тех же количествах, который является менее дорогостоящим и в то же время обладает высокими техническими показателями и эксплуатационными характеристиками с целью применения в строительстве дорог и кровли зданий, по сравнению с СБС.

Решение данной задачи достигается в соответствии с изобретением, характеристики которого перечислены в приложенных независимых пунктах формулы изобретения.

Предпочтительные варианты исполнения вытекают из дополнительных пунктов формулы изобретения.

Посредством экспериментальных испытаний заявитель обнаружил, что путем снижения гранулометрического показателя используемых частиц вулканизированного каучука при том условии, что параметр растворимости не отличается чрезмерно от битума, представляется возможным в значительной мере повысить эффективность модификации конечного продукта.

Чем ниже гранулометрический показатель частиц каучука и чем параметр растворимости ближе к используемому битуму, тем действенней эффект модификации.

Параметр растворимости битума, как правило, довольно сильно отличается от вулканизированного полимерного продукта, полученного в результате измельчения шин. По этой причине, подходящие значения силы когезионного взаимодействия не образуются между двумя элементами. С технической точки зрения битум не смачивает в достаточной мере крошку вулканизированного каучука.

Значимые результаты получены для частиц вулканизированного каучука с гранулометрическим показателем меньше 0,4 мм, предпочтительно с гранулометрическим показателем 90-320 мкм.

Путем смешения указанных частиц вулканизированного каучука с битумом и доведения битума до состоянии расплава получают модифицированный битум с характеристиками, весьма схожими и сопоставимыми с битумами, модифицированными с использованием только лишь эластомерных полимеров, таких как блок-сополимеры СБС, которые представляются оптимальными и обладающими наилучшими эксплуатационными характеристиками. Процентное содержание по весу частиц вулканизированного каучука составляет 4-20%, предпочтительно 15%, по отношению к общему весу модифицированного битума.

С целью получить удовлетворительные результаты является необходимым подобрать вулканизированные эластомерные продукты, которые должны обладать адгезией к битуму, в качестве основной характеристики. Подбор химической основы каучуковой крошки был осуществлен в лаборатории подготовкой уменьшенного по размеру образца битума и смесей крошки из вулканизированного каучука с гранулометрическим показателем меньше 0,4 мм. По указанным испытаниям измерена смачивающая способность стандартного битума, равная 160/220 проникновению при 25°С для различных типов каучуковой крошки. Указанная смачивающая способность измерена путем оценки низкотемпературной гибкости указанных образцов.

Анализы образцов инфракрасной спектроскопией демонстрируют, что наилучшие результаты получаются с переработанной крошкой из вулканизированного каучука, состоящей из полимеров типа Стирол-Бутадиена, Бутадиена и Изопрена, а также соответствующих смесей. Автомобильные шины идеально подходят для подобного применения, будучи составленными из вышеупомянутых полимерных элементов, хотя и в значительно рознящихся концентрациях.

Переработанная крошка из вулканизированного каучука с регулируемым гранулометрическим показателем была получена после измельчения, в некоторых случаях также после криоизмельчения, с применением оборудования, снабженного достаточно эффективной системой охлаждения и подходящего для отсеивания порошков до нужного размера.

В Таблице 1 демонстрируется гранулометрический показатель порошков из вулканизированного каучука, получаемых после измельчения шин с истекшим сроком службы (ПФУ) и соответствующий отсев.

Таблица 1
ОБРАЗЦЫ и КОЛИЧЕСТВА в г
Размер ячейки сита в мкм ПФУ 1 ПФУ 2 ПФУ 3
500 0 0 0
400 41 0 0
300 36 15 0
200 23 44 10
100 0 37 64
50 0 4 21
<50 0 0 5
Средневзвешенная величина в микронах 318 172 <99

Как показано в Таблице 1, три образца порошков из вулканизированного каучука ПФУ 1, ПФУ 2 и ПФУ 3, соответственно, характеризуются гранулометрическим показателем, равным 318, 172 и приблизительно 99 мкм. Данные по указываемому гранулометрическому показателю были получены из средневзвешенной по фракциям величины, полученной в ходе просеивания.

В таблице 2 приводятся примеры сравнительных испытаний, проведенные для пяти образцов (СО, C1, C2, C3, C4, Cp): первый образец (CO) составлен из стандартного (не модифицированного) битума с проникающей способностью 160/220 при 25°С; три образца модифицированного битума (C1, C2, C3) получены путем смешивания битума образца СО с тремя образцами порошков из вулканизированного каучука ПФУ 1, ПФУ 2 и ПФУ 3 в весовом соотношении (85/15); пятый образец сравнения (Cp) получают путем смешивания образца стандартного битума (CO) с блок-сополимером СБС радиального типа в весовом соотношении (85/1).

Таблица 2
ОБРАЗЕЦ СО C1 C2 C3 Cp
Битум 169/220 100 85 85 85 85
ПФУ 1 15
ПФУ 2 15
ПФУ 3 15
СБС радиального типа 15
Результаты анализов
Вязкость при 180°С (мПа⋅с) Низкая
1000
56000 48000 39000 3000
Кольцо-Шар (°С) 38 105 113 121 114
Проник. Способность при 25°С (дмм) 175 27 32 45 50
Гибкость на холоду (°С) >0 -15 -17 -23 -27

Характеристики, приведенные в таблице (Вязкость при 180°C (мПа⋅с), Кольцо-Шар (°C); Проникающая Способность при 25°С (дмм); Гибкость на холоду (°С) были определены по следующим соответствующим методикам Итальянского Института Стандартизации: EN13 702, EN 1427, EN 1426 и EN 1109.

Как показано в Таблице 2, испытания образцов битума (C1, C2, C3), модифицированного каучуковой крошкой, обладающей малым гранулометрическим показателем, продемонстрировали отличные характеристики по сравнению с образцом сравнения (CP), модифицированного СБС.

Чем меньше гранулометрический показатель каучуковой крошки, тем больше общая площадь взаимодействия битума, что позволяет достичь более высокой общей прочности когезионного взаимодействия при контакте, образующемся между битумом и твердыми частицами, последовательно приводя к улучшению основных физических характеристик модифицированного продукта, как описывается далее в данном документе.

Также увеличивается устойчивость модифицированного битума к действию высоких температур в случае, когда гранулометрический показатель порошков уменьшается. Испытания Кольцо-Шар демонстрируют, что образец модифицированного битума (С1) начинает подвергаться деформации при 105°С; при уменьшении гранулометрического показателя порошков температура, при которой модифицированный битум подвергается деформации, возрастает.

Таким же образом, устойчивость модифицированного битума к действию низких температур улучшается при уменьшении гранулометрического показателя порошков. Испытание гибкости на холоду демонстрирует, что образец модифицированного битума (С1) становится твердым и разрывается при -15°С; при уменьшении гранулометрического показателя порошков температура, при которой модифицированный битум разрушается, снижается.

Напротив, жесткость модифицированного битума (измеренная при 25°C) незначительно уменьшается при уменьшении гранулометрического состава порошка.

Тест на проникновение иглы при 25°С демонстрирует, что образец модифицированного битума (С1) подвержен проникновению на 27 дмм; при уменьшении гранулометрического показателя порошка проникающая способность иглы несколько увеличивается. В любом случае, также в образце С3, где гранулометрический показатель порошка ниже 99 микрон, жесткость больше, чем в случае сравнительного образца (CP), модифицированного СБС, и гораздо больше, чем в случае стандартного не модифицированного битумного образца (СО).

Однако образцы битумов (C1, C2, C3), модифицированные каучуковой крошкой с малым гранулометрическим показателем, не показывают удовлетворительных результатов с точки зрения гибкости на холоду, либо результатов, сравнимых с результатами образца сравнения (Cp), представленного модифицированным СБС битумом. Несмотря на сведение к минимуму гранулометрического показателя каучуковой крошки (ПФУ 3), образец C3 не сопоставим с образцом сравнения Cp. Таким образом, каучуковая крошка сама по себе не способна в равной мере заменить СБС.

С тем, чтобы повысить гибкость на холоду, был испытан образец (C4) модифицированного резиновой крошкой битума с добавлением СБС и минерального масла, как это показано в Таблице 3. В образце (C4) объем вулканизированного каучука, получаемого переработкой шин с истекшим сроком службы (ПФУ 1), был снижен и были добавлены смазочное масло и радиальный СБС. Каучуковая крошка (ПФУ 1), СБС и смазочное масло вводятся отдельно и смешиваются с битумом.

Таблица 3
КОМПОНЕНТ ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПО ВЕСУ
БИТУМ 160/220 85
ПФУ 1 5
Радиальный СБС 5
Смазочное масло 5
Результаты анализов
Вязкость при 180°С (мПа⋅с) 3500
Кольцо-шар (°С) 92
Проник. Способность при 25°С (дмм) 80
Гибкость на холоду (°С) -24

Как показано в таблице 3, образец (C4) также не продемонстрировал желаемых эксплуатационных характеристик с точки зрения гибкости на холоду.

Таким образом, заявитель подверг испытаниям новый образец (C5) модифицированного битума, увеличив содержание каучуковой крошки (ПФУ 1) и СБС с 5 до 7,5 долей каждого, а именно активное вещество (ПФУ 1 + СБС) составляет 15 долей, смазочного масла 5 долей, а на битум приходится 85 долей. Следовательно, в данном случае, образец сравнения (CP 1) состоит из модифицированного битума, содержащего 15 долей СБС, 5 долей смазочного масла и 85 долей отводится на битум.

В таблице 4 приводится сравнение образца (C5) и образца сравнения (Cp1).

Таблица 4
ОБРАЗЕЦ Cp1 C5
БИТУМ 160/220 85 85
ПФУ 1 7,5
Радиальный СБС 15 7,5
Смазочное масло 5 5
Результаты анализов
Вязкость при 180°С (мПа⋅с) 3500 3300
Кольцо-шар (°С) 105 97
Проник. Способность при 25°С (дмм) 46 65
Гибкость на холоду (°С) -28 -26

Как показано в Таблице 4, эксплуатационные характеристики образца C5 улучшены по сравнению с образцом С4. Однако эксплуатационные характеристики образца C5 все еще не сопоставимы с образцом сравнение Cр1. По этой причине делается вывод о том, что те же эксплуатационные характеристики модифицированного СБС битума не достигаются добавлением ПФУ и СБС к битуму.

С учетом данных неудовлетворительных результатов заявитель предпринял попытку получить проэкструдированное соединение (CMP), состоящее из смеси трех продуктов:

А) каучуковой крошки ПФУ 1 в весовом процентном соотношении 37,5%

Б) радиального СБС в весовом процентном соотношении 37,5%

Б) смазочного масла в весовом процентном соотношении 25%.

Далее был получен образец битума (C6), модифицированный проэкструдированным соединением (CMP). Образец (6) включает в себя 85 долей битума и 20 долей проэкструдированного соединения (CMP). 20 долей проэкструдированного соединения (ХМП) состоят из 7,5 долей ПФУ 1, 7,5 долей радиального СБС и 5 долей смазочного агента.

В таблице 5 сравниваются образец сравнения (Cp1) (битум, модифицированный с СБС и смазочным маслом), образец (С5) (битум, модифицированный каучуковой крошкой, СБС и смазочным маслом, добавляемым отдельно) и образец (C6) (битум, модифицированный проэкструдированным соединением ХМП).

Таблица 5
ОБРАЗЕЦ Cp1 С5 C6
БИТУМ 160/220 85 85 85
ПФУ 1 7,5 7,5
Радиальный СБС 15 7,5 7,5
Смазочное масло 5 5 5
Результаты анализов
Вязкость при 180°С (мПа⋅с) 3500 3300 3100
Кольцо-шар (°С) 105 97 116
Проник. Способность при 25°С (дмм) 46 65 48
Гибкость на холоду (°С) -28 -26 -30

Как показано в Таблице 5, эксплуатационные характеристики образца (C6) являются весьма примечательными. Характеристики, продемонстрированные образцом (C6), гораздо лучше, чем в случае образца (C5), и сопоставимы, либо даже лучше, чем в случае образца сравнения (Cр1). Следовательно, в случае образца (C6) становится возможным достичь цели настоящего изобретения, а именно заменить СБС, применяемый для модификации битумов, на недорогой продукт с теми же эксплуатационными характеристиками, как в случае СБС с тем же содержанием.

Значительная разница в физических свойствах между образцами С5 и С6 обусловлена иной процедурой подготовки модифицированного битума: в случае образца С5 активные элементы вводятся по отдельности (ПФУ 1 и СБС) без какой-либо предварительной обработки, тогда как в случае образца C6 те же активные элементы (ПФУ 1 и СБС) и подвергались компаундированию и экструзии до непосредственного введения.

Физические характеристики образца C6, безусловно, лучше, чем в случае C5: гибкость на холоду ниже на 4°С, температура в тесте Кольцо-Шар выше на 19°С, а проникающая способность ниже на 17°C; это является как раз тем, что обычно желательно при модификации битумов.

Ниже следует обсуждение полученных результатов.

В образце C5, в случае когда каучуковая крошка ПФУ смешивается непосредственно с битумом, несмотря на порошкообразное состояние, твердый ПФУ характеризуется довольно разнящейся плотностью, в отличие от жидкообразного битума, нагретого до 160-190°С. Гомогенизация указанной смеси требует особой геометрической конфигурации смесителей, используемых для смешивания битума с тем, чтобы обеспечить включение твердого (ПФУ) в составе битумной жидкости без какой-либо гарантии правильности эффективного диспергирования ПФУ, что влияет на конечный результат в виде желаемых свойств.

С практической точки зрения, ПФУ выступает в качестве инертного наполнителя, но будучи наделенным хорошей характеристической упругостью, придает определенную эластичность битуму, который, определенно, не сравним с СБС, заменяемым в том же количестве. Более того, гранулы ПФУ обволакиваются битумными компонентами, которые характеризуются рознящимися параметрами растворимости, не сравнимыми с ПФУ. По этой причине, не образуется достаточной прочности когезионного взаимодействия и, следовательно, образуются прерывания сплошности фазы.

Когда СБС примешивается непосредственно в горячем битуме, СБС растворяется. Тем не менее, при низких температурах имеет место фазовое разделение и битум встраивается в трехмерную сетку из блок-сополимера СБС. Полистирольный блок не растворим в битуме и действует как соединительный элемент между различными молекулами СБС, способствуя формированию трехмерной структуры, а именно полимерный сетки, которая придает эластичность и стойкость модифицированному битуму. Данный процесс представляет собой примерно то же самое явление, которое имеет место в бетоне, используемом для заливки пола: если металлический каркас такой, как, например, сетка, не был вставлен внутрь, то полы будут непрочными и легко разбиваемыми.

Напротив, путем компаундирования СБС с ПФУ низкой размерности (менее 400 мкм) (пластификацирующее смазочное масло является вспомогательной добавкой для экструзии), образуется плотный контакт между СБС и ПФУ, поскольку совместимы их параметры растворимости. ПФУ, в основном, состоит из ненасыщенных полимерных цепей и стирольных групп, которые вполне совместимы и подвержены смачиванию со стороны СБС, полимера со схожим олефиновым типом ненасыщенности и стирольными группами. Таким образом, устанавливающееся когезионное связывание между СБС и твердыми гранулами ПФУ является достаточно прочным и увеличивается с уменьшением размера гранул, с последующим возрастанием удельной поверхности, доступной для взаимодействия, причем в данном случае достигается максимальная дисперсионная активность твердого ПФУ в полимерной матрице СБС.

Это явление представляет собой принцип, на котором основываются принципы действия ТВП (Термопластичные динамически Вулканизированные Полимеры) эластомеров, которые в отличие от жесткоцепных полимеров, таких как Полипропилен, делают возможным получение высокоэффективных каучуков.

Если вулканизированные частицы СКЭП с микрометрическими и субмикрометрическими размерами включаются в ПП, СКЭП характеризуется параметром растворимости, близким к полипропилену, потому твердая частица вулканизированного СКЭП смачивается и присоединяется к ПП, который представляет собой жесткий продукт, и уже из данного сочетания получается эластомер, подходящий для самых разнообразных и актуальных практических применений.

Принимая во внимание вышеизложенное, соединение ПФУ и СБС будет сочетаться при гомогенизации с битумом, но после охлаждения его трехмерная сетка, сформированная из СБС и твердого ПФУ, будет включать в себя битумную фазу при сохранении ее упругой структуры с физическими характеристиками, описываемыми в настоящем изобретение. В области полимеров данное явление известно как ВПС (Взаимопроникающие Полимерные Сетки) и, при связывании с явлением, описываемым в технологии ТВП, способствует объяснению различий в эксплуатационных характеристиках между образцами C5 и C6 согласно изобретению.

Процесс получения соединения согласно изобретению включает следующие стадии: измельчение вулканизированного каучука до получения вулканизированной каучуковой крошки с гранулометрическим показателем меньше 0,4 мм; смешивание вулканизированной каучуковой крошки, СБС и смазочного материала в экструдере, где весовое процентное содержание смазочного материала составляет от 1% до 50% по отношению к весу смеси, а вулканизированной каучуковой крошки в весовых процентах 70-100% по отношению к весу СБС.

Экструзия соединением, содержащего указанную вулканизированную резиновую крошку, СБС и смазочный материал соединение.

Предпочтительно:

- гранулометрический состав вулканизированной каучуковой крошки составляет от 0,09 и 0,32 мм;

- каучуковая крошка получается из переработанных шин с истекшим сроком годности (ПФУ);

- весовое процентное содержание СБС равно весовому процентному содержанию вулканизированной каучуковой крошки;

- СБС, предпочтительно, представлен радиальным типом, но также может быть линейным, либо в виде смеси радиального СБС и линейного СБС;

- смазочный материал по весовому процентному содержанию присутствует в количестве 20-30% по отношению к общему весу соединения;

- смазочный материал представлен минеральным маслом;

- как каучуковая крошка, так и СБС по весовому процентному содержанию представлены в объеме от 35% до 42% по отношению к общей массе соединения;

- экструзия проводится при температуре между 160-200°С.

Соединение, получаемое на выходе из экструдера, разрезается на фишки любого размера. Указанные фишки из проэкструдированного соединения используются при модифицировании битумов. Битум модифицируют добавлением проэкструдированного соединения в весовом процентном соотношении между 5% и 30% по отношению к общему весу модифицированного битума. Указанный битум, модифицированный проэкструдированным соединением, обладает эксплуатационными характеристиками, схожими с модифицированными СБС битумами, с равным проэкструдированному соединению количеством СБС, но стоимость проэкструдированного соединения является значительно более низкой, чем в случае СБС.

1. Способ получения соединения для внедрения модифицированного битума в асфальты, включающий следующие стадии:

- измельчение вулканизированного каучука с получением вулканизированной каучуковой крошки с гранулометрическим показателем меньше 0,4 мм;

- смешение вулканизированной каучуковой крошки, СБС и смазочного материала в экструдере, где весовое процентное содержание смазочного материала составляет от 1% до 50% по отношению к весу смеси, а вулканизированной каучуковой крошки в весовом процентном соотношении, равном весовому процентному соотношению СБС;

- экструзия с получением экструдированного соединения, содержащего указанную вулканизированную каучуковую крошку, СБС и смазочное соединение, где экструзия имеет место при значении температуры в интервале между 160 и 200°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гранулометрический показатель вулканизированной каучуковой крошки составляет от 0,09 и 0,32 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каучуковую крошку получают из переработанных шин с истекшим сроком годности (ПФУ).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что СБС представляет собой полимер радиального типа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что СБС представляет собой полимер линейного типа.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что СБС представляет собой смесь радиального СБС и линейного СБС.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весовое процентное содержание смазочного материала составляет между 20-30% по отношению к общему весу соединения.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смазывающий материал представляет собой минеральное масло.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весовое процентное содержание как каучуковой крошки, так и СБС составляет от 35% до 42% по отношению к общему весу соединения.

10. Способ модификации битума для производства асфальтов, где способ предусматривает добавление экструдированного соединения, получаемого с помощью способа по п. 1, где экструдированное соединение добавляют к битуму в весовом процентном соотношении между 5 и 30% по отношению к общему весу модифицированного битума.



 

Похожие патенты:

Изобретение раскрывает привитой полимер, содержащий цепь основного полимера Р, содержащую сопряженные диеновые звенья; по меньшей мере одну боковую привитую цепь G, представленную следующей общей формулой (1)R-(OCH2CH2)m-S-, (1)где R представляет собой насыщенную, линейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую по меньшей мере 18 атомов углерода, а m представляет собой целое число, варьирующееся в диапазоне от 0 до 20, при этом указанная привитая цепь G связана с цепью основного полимера Р через атом серы из формулы (1); и по меньшей мере одну привитую цепь G’, представленную следующей общей формулой (4)-S-R’-S-, (4)где R’ представляет собой углеводородную группу, насыщенную или ненасыщенную, линейную или разветвленную, циклическую и/или ароматическую, содержащую от 2 до 40 атомов углерода, необязательно содержащую один или несколько гетероатомов, при этом указанная привитая цепь G’ связана с цепью основного полимера Р с использованием каждого атома серы из формулы (4).

Изобретение относится к битумным композициям и может быть использовано для получения битумных композиций, применяемых в дорожном строительстве. Разработана битумная композиция, применяемая в дорожном строительстве, включающая в себя смесь окисленного битума с нефтяным неокисленным нефтепродуктом.

Изобретение относится к области строительных материалов и изделий, а именно к способу приготовления асфальтобетонной смеси. Способ приготовления асфальтобетонной смеси, содержащей битум в количестве 3-9 мас.%, гидролизный лигнин фракции от 0 до 2,5 мм влажностью 10-50% в количестве 3-10 мас.% и минеральный материал, включающий щебень в количестве 30-70 мас.% и песок из отсевов дробления - остальное, включает одновременную подачу гидролизного лигнина и разогретого до 130-150°С битумного вяжущего в смеситель с разогретым до 130-150°С минеральным материалом.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, в частности к получаемым из нефти продуктам, востребованным в автодорожной отрасли. Продукт предназначен для полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), применяемых для дорожного строительства, для мастик и гидроизоляционных материалов.
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к производству жидких битумных материалов, которые могут найти широкое применение в качестве вяжущих для выполнения строительных, ремонтных, гидроизоляционных, монтажных и других видов работ.

Изобретение относится к области дорожного строительства, в частности к стабилизирующим добавкам, используемым при производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (ЩМАС).
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к технологии приготовления асфальтобетонных смесей для устройства верхнего и нижнего слоев покрытий дорожных одежд автомобильных дорог, велосипедных дорожек, тротуаров и площадок.

Группа изобретений относится к способу изготовления ленточного дорожно-строительного материала на основе полимерно-битумных вяжущих и может быть использована для обеспечения герметизации стыков и сопряжений при устройстве дорожных покрытий, мостовых сооружений и аэродромов.

Изобретение относится к способу получения привитых полимеров из полимера на основе конъюгированных звеньев диена и привитого компонента-производного тиола и может быть использовано для битум-полимерной композиции.

Изобретение относится к привитому полимеру GP, включающему основную цепь полимера Р и по меньшей мере один привитой компонент G, связанный с основной цепью полимера, причем привитой компонент G имеет общую формулу -S-R1-X-R2, в которой R1 и R2 независимо друг от друга представляют собой линейные или разветвленные, ненасыщенные или насыщенные углеводородные группы такие, что общее число атомов углерода в группах R1 и R2 составляет от 2 до 110; Х представляет собой амидную, амидо-кислотную функциональную группу, функциональную группу мочевины или уретана, причем привитой компонент G связан с цепью полимера Р через атом серы, при этом цепь Р получена в результате сополимеризации звеньев диена с сопряженными двойными связями и звеньев моновинилового ароматического углеводорода.

Изобретение относится к стирол-бутадиеновому каучуку на основе раствора с высоким содержанием звеньев стирола и винила с определенным содержанием стирола. Описан полимер, который содержит (а) блок из стирола с количеством звеньев стирола 4-6, 27-50% вес.

Изобретение относится к разработке изопренового полимера. Заявлен изопреновый сополимер, содержащий стирольный блок или бутадиеновый блок в своей терминальной части, где стирольные мономеры составляют менее 5 мол.

Изобретение относится к огнестойким расширяющимся полимеризатам, содержащим в качестве системы антипиренов комбинацию из, по меньшей мере, одного фосфорного соединения в качестве антипирена и, по меньшей мере, одного сернистого соединения в качестве дополнительного антипирена или огнезащитного синергиста, а также к способам получения таких полимеризатов и полимерных пенопластов.

Изобретение относится к способу непрерывной полимеризации с получением полимера, включающего мономерные звенья, полученные из стирола и 1,3-бутадиена. Способ включает полимеризацию мономеров в присутствии инициатора и, по меньшей мере, одного полярного агента, выбранного из формулы 1.

Изобретение относится к термопластической эластомерной композиции и формованным продуктам, таким как листовой материал, материал для внутренней отделки автомобиля, слоистым пластикам и приборным панелям, полученных с использованием указанной композиции.

Настоящее изобретение относится к пневматическому объекту. Описан пневматический объект, снабженный эластомерным слоем, непроницаемым для надувного газа, причем указанный непроницаемый эластомерный слой содержит по меньшей мере один термопластичный стирольный эластомер с блоком полиизобутилена, отличающийся тем, что указанный непроницаемый эластомерный слой дополнительно содержит пластифицирующее масло в количестве от более 5 до менее 150 phr (весовых частей на 100 частей эластомера) и простой полифениленовый эфир ("РРЕ"), где простой полифениленовый эфир выбран из группы, состоящей из поли(2,6-диметил-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-диметил-cо-2,3,6-триметил-1,4-фениленового эфира), поли-(2,3,6-триметил-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-диэтил-1,4-фениленового эфира), поли(2-метил-6-этил-1,4-фениленового эфира), поли(2-метил-6-пропил-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-дипропил-1,4-фениленового эфира), поли(2-этил-6-пропил-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-дилаурил-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-дифенил-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-диметокси-1,4-фениленового эфира), поли(1,6-диэтокси-1,4-фениленового эфира), поли(2-метокси-6-этокси-1,4-фениленового эфира), поли(2-этил-6-стеарилокси-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-дихлоро-1,4-фениленового эфира), поли(2-метил-6-фенил-1,4-фениленового эфира), поли(2-этокси-1,4-фениленового эфира), поли(2-хлоро-1,4-фениленового эфира), поли(2,6-дибромо-1,4-фениленового эфира), поли(3-бромо-2,6-диметил-1,4-фениленового эфира), их соответствующих сополимеров и смесей этих гомополимеров или сополимеров, и тем, что весовая доля полифениленового эфира составляет от более 0,05 до менее 5 раз от весовой доли стирола, присутствующего в самом термопластичном стирольном эластомере.
Изобретение относится к эластомерной термопластичной композиции, имеющей прочность при сжатии при температурах от 20°C до 100°C, содержащей гидрированные блок-сополимеры стирола и бутадиена.

Изобретение относится к термоплавкой композиции на основе термопластичного эластомера. Предложена термоплавкая композиция в форме гранул и/или порошка с размером частиц не более 1400 мкм, содержащая 40-70 мас.% селективно гидрогенированного блок-сополимера (ГБПС); 8,5-15 мас.

Изобретение относится к рецептуре резиновой смеси с использованием поверхностно модифицированного технического углерода и может быть использовано в производстве шин для пассажирских, грузовых и гоночных автомобилей.

Изобретение относится к способу получения Функционализированного полимера. Способ включает взаимодействие полимера с активными концевыми группами с соединением, которое содержит арильную группу с по меньшей мере одним непосредственно связанным заместителем OGP, где Gp является защитной группой, и заместителем (Q), который свободен от активных атомов водорода и является группой, которая включает кратную связь углерод-азот или соединен с указанной арильной группой через такую группу.
Изобретение относится к стирол-бутадиеновому каучуку на основе раствора с высоким содержанием звеньев стирола и винила. Описан полимер, содержащий 15-35 вес.% блока стирола с количеством последовательных звеньев стирола более 6, 25-80 вес.% винила от общего количества полимеризованного 1,3-диена, 35-75 вес.% стирола от общего веса полимера. Распределение молекулярного веса равно или меньше 1,5. Описан также способ полимеризации полимера в присутствии н-бутил-лития, калий-3,7-диметил-3-октилата и органического эфирного соединения формулы R1-O-CH2-CH(R3)-О-R2, такого как 2-(2-этоксиэтокси)-2-метилпропана. Кроме того, описана композиция компонента шины или обуви и продукт. Технический результат – получение полимера с узким распределением молекулярного веса. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 пр.
Наверх