Способ получения полимерно-битумного вяжущего на основе вспененного полиуретана

Изобретение относиться к способу получения полимерно-битумных композиций, областью применения которых является дорожное, аэродромное и промышленно-гражданское строительство, а также они используются для производства кровельных, композитных материалов и гидрофобных покрытий. Способ получения полимерно-битумного вяжущего включает смешивание битума и уретанового форполимера, причем битум смешивают с предварительно вспененным водой уретан-алкидным форполимером, содержащим концевые свободные изоцианатные группы, при количественном содержании форполимера от 5 до 15% от общей массы вяжущего. Техническим результатом является улучшение физико-механических свойств вяжущего. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

 

Изобретение относиться к способу получения полимерно-битумной композиции, используемой в дорожном и аэродром строительстве, в качестве органического вяжущего, где требуется высокое сопротивление износу, динамическим и атмосферным воздействиям и перепадам температур.

Известен способ приготовления полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) на основе вязкого дорожного нефтяного битума и блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол (СБС), получаемого растворением полимера в битуме или предварительным растворением полимера в специальном растворителе (индустриальном, сланцевом масле, дизельном топливе и др.) с последующим смешением раствора полимера с битумом. Данный материал предназначен для применения при строительстве, реконструкции и ремонте дорог, мостов и аэродромов. Основные требования к данному материалу описаны в ГОСТ Р 52056 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол». Основным недостатком данного материала является повышенная вязкость по сравнению с исходным битумом, что приводит к технологическим затруднениям при приготовлении асфальтобетонной смеси с ПБВ. Использование пластификаторов помогает решить данную проблему, но возникает ряд других проблем. Вследствие этого при приготовлении ПБВ необходимо использовать высокоскоростные смесительные агрегаты (коллоидные мельницы, диспергаторы, планетарные мешалки и др.), позволяющие получать гомогенную композицию, но повышающие затраты при производстве.

Наиболее близким по технической сущности является способ модификации битумов полиуретанами (RU 2303613): описан способ модификации битумов полиуретанами, включающий взаимодействие в массе битума с предварительно приготовленным предполимером, полученным из компонентов, содержащих полиольные и изоцианатные группы, отличающийся тем, что взаимодействие в массе осуществляют путем перемешивания при температуре 60-140°С в течение 0,25-1 часа, при этом при приготовлении предполимера в качестве компонента с полиольными группами используют полиэфиры и группы полиоксипропиленгликолей и полиэтилен(бутилен)гликольадипинатов с функциональностью не менее двух, а в качестве компонента с изоцианатными группами используют 2,4-толуилендиизоцианат, при этом мольное соотношение групп -OH:-NCO- составляет 1:2, а количество предполимера составляет 1-10 мас. %. от количества битума. Недостатками данного способа является то, что химическая сшивка данной композиции осуществляется за счет образования в основном обратимых аллофанатных или биуретановых узлов, которые чувствительны к повышению температуры. При воздействии температуры более 135-140°С через некоторое время происходит деструкция полиуретан-битумной композиции, приводящая к потере модифицированных свойств.

Отличие заявляемого способа получения полимерно-битумного вяжущего заключается в том, что битум смешивают с предварительно вспененным водой уретан-алкидным форполимером, содержащим концевые свободные изоцианатные группы, при количественном содержании форполимера от 5 до 15% от общей массы вяжущего.

Химическое взаимодействие форполимера с водой и битумом происходит при соотношении свободный изоцианат : вода от 1:0,01 до 1:2,5 и обусловлено тем, что часть свободных RNCO- (изоцианатных) групп реагирует вначале с H2O (водой), с образованием нестабильной карбаминовой кислоты, распадающейся на первичные амины и CO2 (углекислый газ), нужный для вспенивания:

R-N=C=O+НОН→[R-NH-CO-OH]→R-NH2+CO2

Далее при добавлении горячего битума и дополнительном вспенивании (от испарения воды) ранее образовавшиеся амины при повышенной температуре очень быстро реагируют с оставшимися изоцианатными группами с образованием двузамещенной мочевины:

R-NH2+R-N=C=O→R-NH-CO-NH-R

После происходит процесс отверждения и «сшивания» предполимера с образованием полиуретан-мочевины, как и в результате аминного отверждения форполимера:

где R - остаток простого или сложного олигоэфира; R'' - остаток диамина.

Полученный пенополиуретан образует пространственную эластичную сетку, в макромолекуле которого встречаются простые или сложноэфирные, уретановые, мочевинные и ароматические группы.

Все ячейки и пространство в сетке заполнены битумом, химически связанным с полимером за счет водородных связей. Это обусловливает каучукоподобные свойства полимерно-битумного вяжущего.

Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего может осуществляться двумя способами.

При первом способе используют заранее приготовленный уретан-алкидный форполимер с концевыми изоцианатными группами, который предварительно обезвоживают, затем дозируют в реактор или смесительную емкость, температура форполимера не должна превышать 90°С, консистенция должна быть жидкая или вязко-жидкая. Далее добавляем воду в количестве, определенном экспериментально (температура воды должна быть в пределах 10-30°С), перемешиваем смесь принудительно (скорость вращения лопастей не более 300 об/мин) до однородной массы и увеличения вязкости, время перемешивания ориентировочно составляет 1-3 мин, более точно определяют пробным замесом. После дозируем в смеситель предварительно обезвоженный и нагретый до 100-160°С битум (в зависимости от марки битума). Происходит обильное вспенивание за счет испарения непрореагировавшей части воды, пары воды и углекислый газ отводят (откачивают), для лучшего вспенивания при необходимости создается пониженное давление (вакуумным насосом). Через 1-2 мин начинаем перемешивание до однородной массы и полного обезвоживания смеси. Время перемешивания в зависимости от начальной температуры и используемых компонентов составляет 20-40 мин, определяется экспериментально. Максимальная температура смеси не должна превышать 135-145°С в процессе производства.

Второй способ имеет аналогичную технологию с первым за исключением того, что изначально уретановый форполимер готовиться одностадийным способом путем смешения в реакторе или смесительной емкости отдельно взятых в определенных пропорциях алкидной смолы, ди-(поли-) изоцианата, воды, при необходимости других компонентов (полиэфир, стабилизатор, вспенивающий агент, удлинитель цепи, отвердитель и др.). Температура реакции не должна превышать 100°С. Готовность вспененного форполимера определяют по увеличении вязкости до момента гелеобразования, определенного заранее методом эксперимента. Только после этого добавляют разогретый битум, и далее технология аналогична первому способу.

Уретан-алкидные смолы являются продуктом взаимодействия полиолов с кислотами жирного ряда и/или маслами а также карбоновыми кислотами с частичной заменой последних поли- или диизоцианатами.

Такие форполимеры должны представлять собой вязкую жидкость или пластичную (эластичную) массу с температурой плавления ниже 100°С.

Соотношение реагентов в исходной форполимерной смеси должны подбираться таким образом, чтобы полученные из них пенополиуретаны обладали ярковыраженными свойствами эластомеров с высоким температурным интервалом работоспособности (более 100°С), низкой температурой хрупкости (ниже -30°С), с относительным удлинением не менее 100% и низкой остаточной деформацией (через 22 ч при 70°С и 50% сжатии не более 20%).

Массовое содержание форполимера в полимерно-битумном вяжущем варьируется от 5 до 15% и зависит от природы форполимера, соотношения и температуры исходных компонентов. При концентрации менее 5% заметных изменений свойств исходного битума не наблюдалось, при содержании более 15% после «сшивания» и отверждения форполимера в вяжущем полимерно-битумное вяжущее переставало быть термопластичным, появлялись ярковыраженные свойства каучука, что исключало возможности дальнейших испытаний.

Битум, используемый для приготовления полимерно-битумного вяжущего, относится к битумам нефтяным дорожным вязким и должен соответствовать ГОСТ 22245 или ГОСТ 33133. Битумам нефтяным дорожным улучшенным по СТО АВТОДОР 2.1-2011.

Полимерно-битумное вяжущее на основе вспененного полиуретана, приготовленное по заявленной технологии, однородно и стабильно при хранении. Поэтому может производиться как непосредственно перед использованием, так и заранее с последующим хранением.

Улучшенные свойства вяжущего на основе вспененного форполимера уретан-алкидной смолы в отличие от свойств исходного битума были определены лабораторно-аналитическим методом.

В качестве исходного битума был взят битум нефтяной дорожный вязкий марки: 40/60; 60/90 с показателями, указанными в таблице 1.

Пример 1

Полимерно-битумное вяжущее готовилось по первому способу, в качестве полимерной основы был взят уретан-алкид, содержащий концевые изоцианатные группы 2.7% по массе, битум нефтяной дорожный вязкий БНД 40/60, вода питьевая.

Компоненты были взяты в следующих соотношениях:

Форполимер обезвоживали, затем в определенной пропорции дозировали в реактор, температура составляла 85°С, затем добавляли воду комнатной температуры в количестве, указанном в таблице 2, при включенной мешалке реактора. Время перемешивания до однородной массы и увеличения вязкости составило от 2 до 3 мин в зависимости от содержания смолы. Далее, выключив мешалку, дозировали в течение 4-5 минут обезвоженный и нагретый до 140-145°С битум, через 1-2 минуты после окончания подачи битума начинали перемешивание со скоростью 100-150 об/мин с поддержанием температуры смеси 140-145°С. Полная однородность смеси была достигнута при 25-32 минутах перемешивания.

Приготовленное полимерно-битумное вяжущее было перекачено в емкость для остывания до комнатной температуры.

Показатели испытаний данного ПБВ указаны в таблице 4

Пример 2

Полимерно-битумное вяжущее готовилось по второму способу, в реактор загружали поочередно: алкидную смолу (глифталевая смола модифицированная соапстоком, включающим до 70% жирных кислот), содержащую 2.97% весовых гидроксильных групп, толуилендиизоцианат (ТДИ 80/20), взятый в избытке относительно гидроксильных групп алкидной смолы, изоцианатный индекс равен 1.10 (полученное содержание концевых изоцианатных групп - 2.2% ) и воду (50% от всей массы воды), компоненты перемешивали до однородной массы и увеличения вязкости до момента гелеобразования (с нагревом до 80°С), затем вводили остаток воды и дозировали разогретый битум БНД 60/90 и далее по описанной технологии.

Компоненты были взяты в следующих соотношениях (таблица 3):

Показатели испытаний данного ПБВ указаны в таблице 4

Приготовленные в указанных примерах полимерно-битумные вяжущие остывали до комнатной температуры и испытывались на следующий день после приготовления.

Характеристики полученного полимерно-битумного вяжущего определялись согласно ГОСТ 11501 «Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы (с Изменениями 1, 2, 3, 4)»; ГОСТ 11505 «Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости (с Изменениями 1, 2)»; ГОСТ 11506 «Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару (с Изменениями 1, 2, 3)»; ГОСТ 11507 «Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу»; ГОСТ 11508 «Битумы нефтяные. Методы определения сцепления битума с мрамором и песком (с Изменениями 1, 2)»; ГОСТ Р 52056 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия»; ГОСТ 4333 «Нефтепродукты. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле (с Поправкой)»; ГОСТ 18180 «Битумы нефтяные. Метод определения изменения массы после прогрева».

На основании полученных данных был определен интервал работоспособности материала.

Результаты испытаний отображены в таблице 4.

1. Способ получения полимерно-битумного вяжущего, включающий смешивание битума и уретанового форполимера, отличающийся тем, что битум смешивают с предварительно вспененным водой уретан-алкидным форполимером, содержащим концевые свободные изоцианатные группы, при количественном содержании форполимера от 5 до 15% от общей массы вяжущего.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концевые свободные изоцианатные группы взаимодействуют с водой и битумом при соотношении свободный изоцианат : вода от 1 : 0,01 до 1 : 2,50.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (ЩМАС), используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Изобретение может быть использовано в производстве строительных материалов на известковой или цементной основе, асфальта. Способ восстановления шестивалентного хрома в оксидных твердых материалах включает смешивание оксидного твердого материала, содержащего Cr(VI), с углеродсодержащим соединением.

Изобретение относится к добавке для эмульсии битума, которая представляет собой особую смесь алкоксилированных соединений с низким и высоким содержанием групп окиси алкилена в комбинации с алюминийсодержащим полимером.

Изобретение относится к специализированным массам для дорожного покрытия, а именно к массам для гидроизоляционного слоя. Брикеты битумной массы содержат битум, резиновую крошку, парабановую кислоту, щебень и песок.

Изобретение относится к использованию производного фосфата для промотирования адгезии между битумом и заполнителями в композиции асфальта. Кроме того, изобретение относится к композиции, содержащей битум и производное фосфата.

Изобретение относится к способам получения полимерно-битумных вяжущих, которые могут быть использованы при строительстве дорог. Способ получения полимерно-битумного вяжущего заключается во введении при перемешивании в битум при температуре 140-150°С смеси гудрона с условной вязкостью при 80°С 60-300 с и дистиллятной фракции 540-610°С в соотношении 3:1, взятой в количестве 30-60 мас.% от массы композиции, а затем блок-сополимера алкадиена и стирола в количестве 3,0-3,5 мас.% до полного растворения.

Изобретение относится к полимербитумным добавкам, которые могут быть использованы в асфальтобетонах, тонкослойных защитных покрытиях, а именно для практического применения при изготовлении покрытия шоссейных дорог на основе щебеночно-мастичных асфальтобетонов.

Изобретение относится к битумной композиции и к способу ее получения. Битумная композиция включает в себя битум, первую присадку, содержащую по меньшей мере одну функциональную группу сложного эфира жирной кислоты, насыщенной или ненасыщенной, имеющей линейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 4 до 36 атомов углерода, необязательно замещенную по меньшей мере одной гидроксильной группой, и вторую присадку, содержащую по меньшей мере один органический гелеобразователь.

Изобретение относится к битумным композициям и может быть использовано для получения битумных композиций, применяемых в дорожном строительстве. Композиция включает смесь окисленного битума и тяжелого газойля каталитического крекинга, при этом в качестве окисленного битума содержит продукт окисления кислородом воздуха утяжеленного гудрона с ВУ80 102-132 с и дополнительно содержит линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена при определенном соотношении компонентов.
Изобретение относится к стабилизирующим добавкам, предназначенным для использования в щебеночно-мастичных асфальтобетонах. Стабилизирующая добавка в виде гранул для щебеночно-мастичного асфальтобетона включает стабилизирующий материал - минеральное волокно, имеющее капиллярную структуру, органическое связующее – битум и резиновый порошок при следующем соотношении компонентов состава, мас.%: стабилизирующий материал 60-90, резиновый порошок 5-20, органическое связующее 5-20.

Настоящее изобретение относится к способу изготовления полиизоциануратного пеноматериала, а также к способу изготовления слоистых панелей типа «сэндвич». Способ получения полиизоциануратного пеноматериала включает инжектирование в закрытую полость формы реакционной смеси и отверждение указанной смеси с образованием полиизоциануратного пеноматериала.

Настоящее изобретение относится к огнестойким полиуретановым пенам, а также к способу их получения. Огнестойкая полиуретановая пена содержит две реакционные смеси.
Изобретение относится к пенополиизоциануратной композиции, которая может найти применение при изготовлении теплоизолирующих материалов и строительных панелей. Пенополиизоциануратная композиция включает полиизоцианатное соединение, первый полиэфирполиол на основе сложного эфира, включающего остаток ортофталевой кислоты, второй полиэфирполиол на основе сложного эфира, включающий остаток терефталевой кислоты, по меньшей мере один полиэфирполиол на основе простого эфира, характеризующийся функциональностью, составляющей по меньшей мере 3, и гидроксильное число, изменяющееся в пределах от 200 до 850 мг КОН/г.
Изобретение относится к изготовлению пенопластовых изделий. Заявлен способ изготовления пенопластовых изделий путем введения порообразующей композиции в полимерную матрицу и путем порообразования в ней в результате выделения углекислого газа из этой порообразующей композиции, которая содержит, по меньшей мере, один носитель диоксида углерода, выбранный из карбонатов, гидрокарбонатов и карбаматов щелочных металлов, щелочноземельных металлов, алюминия, переходных металлов и/или аммония, и, по меньшей мере, один носитель кислоты.
Настоящее изобретение относится к заливочной композиции для получения жесткого пенополиуретана для предизолированных труб (труба в трубе). Композиция включает полиэфирполиол - оксипропилированный глицерин, вспенивающий агент - воду, катализатор, антипирен, пеностабилизатор, полиизоцианат и дополнительно содержит полиэфирполиолы: простой полиэфир, получаемый окисипропилированием глицерина и сахарозы, простой полиэфир, получаемый полимеризацией окиси этилена с этиленгликолем, в качестве пеностабилизатора - негидролизуемое силиконовое поверхностно-активное вещество, в качестве катализатора - пентаметилдиэтилентриамин, в качестве антипирена - трихлорпропилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксипропилированный глицерин 12,0-18,0; простой полиэфир, получаемый окисипропилированием глицерина и сахарозы 10,0-14,0; простой полиэфир, получаемый полимеризацией окиси этилена с этиленгликолем 1,0-2,0; вода 2,0-4,0; пентаметилдиэтилентриамин 0,1-0,5; негидролизуемое силиконовое поверхностно-активное вещество 0,5-1,0; трихлорпропилфосфат 8,0-10,0; полиизоцианат остальное.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из пенополистирола и устройству для получения этих изделий непрерывным методом. .
Изобретение относится к полимерным контейнерам для напитков. .
Изобретение относится к технологии пенопластов и может быть использовано при производстве стеклопластиковых "сэндвичевых" конструкций. .

Изобретение относиться к способу получения полимерно-битумных композиций, областью применения которых является дорожное, аэродромное и промышленно-гражданское строительство, а также они используются для производства кровельных, композитных материалов и гидрофобных покрытий. Способ получения полимерно-битумного вяжущего включает смешивание битума и уретанового форполимера, причем битум смешивают с предварительно вспененным водой уретан-алкидным форполимером, содержащим концевые свободные изоцианатные группы, при количественном содержании форполимера от 5 до 15 от общей массы вяжущего. Техническим результатом является улучшение физико-механических свойств вяжущего. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

Наверх