Способ введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия и применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок

Авторы патента:

C08L95/00 - Композиции битуминозных материалов, например асфальта, гудрона, вара

C01B32/158 - Неметаллические элементы; их соединения

Настоящее изобретение относится к способу введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия. Способ заключается в введении одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок посредством размешивания на измельчающих мельницах. Применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, содержащего дорожные битумы и полимербитумные вяжущие, приводит к повышению адгезионных свойств адгезионных добавок для асфальтовых покрытий и к повышению качества и долговечности асфальтовых покрытий. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к строительной отрасли и в частности к материалам, используемым в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве, а именно к применению одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок (ОУНТ, ДУНТ, МУНТ) в составе адгезионных добавок (АД) для асфальтового (асфальтобетонного) покрытия (полотна) дорожного полотна и к способу введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав указанных адгезионных добавок.

Уровень техники

Адгезионные добавки - это любые существующие или перспективные поверхностно-активные вещества (ПАВ), применяемые в составе с дорожными битумами и полимербитумными вяжущими.

Углеродные нанотрубки - это протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свернутых в трубу графеновых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.

Идеальная углеродная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр графеновую плоскость, т.е. поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершине которых расположены атомы углерода. Структура одностенных углеродных нанотрубок, наблюдаемых экспериментально, во многих отношениях отличается от представленной выше идеализированной картины. Прежде всего это касается вершин углеродной нанотрубки, форма которых далека от идеальной полусферы. В основном одностенные углеродные нанотрубки применяются в литий-ионных аккумуляторах, углепластиковых материалах, автомобилестроении. Многостенные углеродные нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Разнообразие структур появляется как в продольном, так и в поперечном направлении. Широко известна структура "матрешки" многостенных углеродных трубок, которая представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга цилиндрических трубок. Другая разновидность этой структуры представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиальных призм. Также известен структура в виде свистка.

Открытие углеродных нанотрубок произошло относительно недавно и по этой причине их применение в настоящее время ограничено лишь определенными отраслями и направлениями, в частности: микроэлектроника, капиллярные, оптические применения, медицина, генераторы энергии и двигатели, источники тока.

В настоящее время на практике углеродные нанотрубки практически не применяются в строительной отрасли и в составе материалов, используемых в дорожном (аэродромном, гражданском) строительстве, а именно в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия дорожного полотна.

Также в настоящее время назрела необходимость создания способа введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав указанных адгезионных добавок.

Заявителю не известны патентные и иные опубликованные документы, раскрывающие применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия дорожного полотна и способ введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав указанных адгезионных добавок.

Раскрытие изобретения

Одна задача настоящего изобретения заключается в применении одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, содержащего дорожные битумы, минеральную часть и полимербитумные вяжущие, дорожного полотна. Другая задача настоящего изобретения заключается в получении устойчивых дисперсий углеродных нанотрубок в различных ПАВ на процесс диспергирования, размер агрегатов и стабильность полученных коллоидных систем (это - системы, в которых дискретные частицы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 1000 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу). Положительное влияние одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в адгезионных добавках заключается в следующем:

Осуществляется модификация поверхности одностеных, двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок с помощью адсорбции молекул ПАВ, которая способствует высокой эффективности диспергирования. Молекулы ПАВ прилипают к стенкам трубки и не позволяют трубкам агломерироваться, вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз.

Получение однородных суспензий и определение видов или смесей адгезионных добавок, позволяющих провести эффективное диспергирование для последующего получения конструкционных и функциональных композиционных материалов.

На основании полученных данных разработаны условия введения наномодификаторов (ОУНТ, ДУНТ, МУНТ) в ПАВ. Отмечено существенное улучшение физико-механических характеристик и термостабильности при использовании наномодифицированной АД в различного рода материалах.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании наиболее эффективного способа введения одностенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в адгезионную добавку, которая будет использоваться в асфальтовом покрытии дорожного полотна.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении эффективности введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в адгезионные добавки для асфальтового покрытия и в повышении адгезионных свойств адгезионных добавок для асфальтового покрытия а также, соответственно, в повышении качества и долговечности асфальтового покрытия.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет способа введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия, который заключается в введении одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок посредством их размешивания на измельчающих мельницах. За счет этого осуществляется смешивание углеродных нанотрубок с адгезионными добавками.

Согласно настоящему изобретению в качестве измельчающих мельниц могут использовать валковые мельницы или шаровые мельницы или циркуляционные мельницы.

Согласно настоящему изобретению могут варьировать угловую скорость в зависимости от вида измельчающих мельниц.

Согласно настоящему изобретению могут варьировать температурный режим и длительность измельчения в зависимости от вида измельчающих лестниц и предельных значений адгезионных добавок.

Согласно настоящему изобретению после размешивания могут использовать обработку одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок ультразвуком.

Также для достижения вышеуказанного технического результата предложено применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок, полученных любым из вышеуказанных способов, в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, содержащего дорожные битумы и полимербитумные вяжущие, в качестве средств повышения адгезионных свойств.

Согласно настоящему изобретению концентрация одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок может составлять от 0,01% до 15% от объема асфальтового покрытия.

Осуществление изобретения

Способ введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия осуществляют следующим образом. Введение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок осуществляют посредством их размешивания на измельчающих мельницах. В качестве таких мельниц могут быть выбраны валковые, шаровые, циркуляционные и другие мельницы. Режим процесса размешивания выбирают следующим:

- угловая скорость (цикличная, скорость потока и др.) выбирается в зависимости от используемого оборудования;

- температурный режим и длительность диспергирования выбирается в зависимости от оборудования и предельных значений добавок;

- для некоторых адгезивных добавок после размешивания используют обработку ультразвуком. Ультразвуковое воздействие приводит к проникновению молекул поверхностно-активных веществ в промежутки между углеродными нанотрубками, к их разъединению и созданию адсорбированного слоя молекул поверхностно-активных веществ.

В результате осуществления способа происходит смешивание углеродных нанотрубок с адгезивными добавками.

Интенсивность диспергирования, структура полученных систем и размеры частиц оценивались методами абсорционной спектроскопии, кофокальной микроскопии и динамического рассеяния света. Изучалось влияние природы дисперсионной среды, структуры и концентрации ПАВ, концентрации дисперсной фазы, а также анализировалась устойчивость дисперсий в процессах центрифугирования и при длительном хранении. Показано, что введение ПАВ в оптимальных концентрациях приводит к существенному снижению размера частиц (агломератов).

В настоящем изобретении предлагается сам факт применения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, в том числе применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, полученных согласно вышеуказанному способу введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия.

Концентрация (содержание) одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок составляет от 0,01% до 15% от объема асфальтового покрытия, т.е. от объема готового продукта. Именно этот интервал обеспечивает наилучшее качество и адгезивные свойства асфальтового покрытия. Это обусловлено тем, что более низкой концентрации (0%) требуемый эффект не будет достигаться, а более высокая концентрация может привести к нарушению качества продукта.

1. Способ введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия, заключающийся в введении одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок посредством размешивания на измельчающих мельницах.

2. Способ по п. 1, в котором в качестве измельчающих мельниц используют валковые мельницы или шаровые мельницы или циркуляционные мельницы.

3. Способ по п. 1, в котором варьируют угловую скорость в зависимости от вида измельчающих мельниц.

4. Способ по п. 1, в котором варьируют температурный режим и длительность измельчения в зависимости от вида измельчающих мельниц и предельных значений адгезионных добавок.

5. Способ по п. 1, в котором после размешивания используют обработку одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок ультразвуком.

6. Применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок, введенных способом по любому из пп. 1-5, в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, содержащего дорожные битумы и полимербитумные вяжущие, в качестве средств повышения адгезионных свойств.

7. Применение по п. 6, согласно которому концентрация одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок составляет от 0,01% до 15% от объема асфальтового покрытия.

Изобретение относится к легким водостойким рулонным кровлям для защиты зданий или мостов, таким как рулонный кровельный материал. Кровля содержит упрочняющий материал, покрытый композицией покрытия, которая включает i) 40-90 мас.% смеси битума и пластификатора, ii) 5-50 мас.% нефтяного кокса (petcoke) и iii) 2-25 мас.% эластомерного блок-сополимера и/или пластомерного полимера.

Способ изготовления листовых битумных материалов, включающих в себя вспененный графит // 2674820

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении водонепроницаемых мембран для кровель. Сначала получают базовую смесь путем объединения битумного вяжущего вещества и полимерного модификатора при первой температуре, составляющей от около 150 до около 260°C.

Способ обработки дорожного покрытия // 2674672

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для обработки дорожных асфальтобетонных и бетонных покрытий с применением композиций - пленкообразователей на основе полимерного вяжущего.

Способ повышения прочностных свойств дорожного битума // 2673686

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для производства асфальтобетонной смеси, применяемой в качестве конструктивных слоев дорожной одежды.

Асфальтобетонная смесь, модифицированный нефтяной битум и модификатор для битума // 2672417

Изобретение относится к области строительных дорожных материалов, а именно к составу асфальтобетонной смеси, включающей щебень, песок и модифицированный нефтяной дорожный битум, который содержит одностенные углеродные нанотрубки в количестве 0,005-0,5 мас.% и адгезионную добавку на основе природных продуктов и фосфатидов растительных масел, или на основе амидоаминов и имидазолинов жирных кислот, или на основе продуктов взаимодействия таллового масла с полиалкиламиновыми соединениями.

Способ введения адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие и применение адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в составе битумов нефтяных дорожных вязких // 2669835

Настоящее изобретение относится к способу введения адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие, а также применению данных агдезионных добавок в составе битумов.

Способ непрерывного получения битумной эмульсии и реактор для его осуществления // 2669100

Изобретение относится к способу непрерывного получения битумной эмульсии и к реактору для его осуществления. Предлагаемый способ включает смешение битума, воды и комплексного стабилизатора эмульсии до получения устойчивой эмульсии в реакторе, выполненном в виде цилиндрической немагнитной емкости с конусными переходами на входе и выходе для соединения с магистралями для подачи битума, водного раствора комплексного стабилизатора эмульсии и отвода готовой битумной эмульсии.

Модифицированный битум // 2669085

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно битумным вяжущим, и может быть использовано в дорожном строительстве при устройстве асфальтобетонного покрытия.

Модифицированная битумная эмульсия // 2668248

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий. Битумная эмульсия для формирования дорожных покрытий, содержащая битум, воду и минеральную добавку, в качестве минеральной добавки содержит битумированную реакционную массу от уничтожения фосфорорганической группы отравляющих веществ.

Битумная композиция, эффективная при низкой температуре и при промежуточной температуре // 2667291

Изобретение относится к области битумов, в частности к битумным композициям, предназначенным для покрытия дорог или шоссе, а также к битумным вяжущим, битумно-минеральным смесям, дорогам или шоссе, применению битумно-минеральных смесей для получения дорог или шоссе.

Способ получения графена, пленок и покрытий из графена // 2675146

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов, электрохимических и электрофизических устройств. В электролите, содержащем источник углерода, размещают электроды.

Способ интерактивной сушки теплоизолированной печи каталитического окисления природного газа // 2675014

Изобретение относится к технологии обработки в печи каталитического окисления, а именно к способу интерактивной сушки адиабатической печи каталитического окисления природного газа.

Аппарат и способ получения водородсодержащего газа // 2674971

Изобретение относится к аппарату и способу получения водородсодержащего газа. Способ включает в себя подачу парометановой смеси в межтрубное пространство коаксиального смесителя, установленного на верхнем корпусе реактора.

Способ получения порошка карбида хрома // 2674526

Изобретение относится к получению нанодисперсного порошка карбида хрома. Проводят восстановительную обработку оксидного соединения хрома микроволновым излучением в атмосфере аргона.

Способ и устройство для производства синтез-газа // 2674427

Изобретение относится к способу и устройству производства синтез-газа. Способ производства синтез-газа (5) осуществляется посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6).

Способ получения ячеистого пеноуглерода // 2674201

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении сорбентов, катализаторов, композитных материалов. Углеводородное сырьё разлагают в кварцевом реакторе при 850-900°C в присутствии инертного газа.

Установка для получения водорода // 2674123

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом. Предложена установка, включающая реактор с катализатором парового риформинга, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой и узел нагрева реактора с катализатором окисления, также содержащая устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления и узла теплообмена, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой, холодильником и рекуперационным теплообменником.

Устройство и способ получения ацетилена и синтез-газа // 2673890

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом. Устройство включает: реактор, снабженный блоком горелки с топочной камерой, для получения состава Z1, содержащего по меньшей мере ацетилен и замещенный ацетилен, первый скруббер, выполненный для смешивания состава Z1 с растворителем с получением состава Z2, второй скруббер, выполненный для смешивания состава Z2 с растворителем с получением состава Z3, первый отпарной аппарат, выполненный для отпаривания состава Z3 с получением состава Z4, содержащего замещенный ацетилен, ацетилен и растворитель, а также для выделения ацетилена, первую колонну, выполненную для частичной дегазации состава Z4 под давлением от 1,0 до 1,5 бар с получением состава Z5, состава Z10 и первой части А1 растворителя, второй отпарной аппарат, в который можно подавать состав Z5 для отпаривания состава Z9 с получением второй части А2 растворителя и состава Z6, третий отпарной аппарат, выполненный для отпаривания растворителя из первого скруббера с получением состава Z9, причем для подачи состава Z9 во второй отпарной аппарат третий отпарной аппарат соединен со вторым отпарным аппаратом.

Каталитическая установка // 2673839

Изобретение относится к каталитической установке, пригодной для использования в трубчатом реакторе, в сочетании с зернистым катализатором, в частности, с катализаторами, пригодными для использования в процессах каталитического потокового риформинга.

Шихта для получения карбида кремния // 2673821

Изобретение относится к неорганической химии и касается получения карбида кремния. Предложена шихта для получения карбида кремния, включающая кроме кварцевого песка и нефтяного кокса дополнительные углеродистые восстановители: древесный и малозольный каменный уголь фракцией 0-5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.

Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации // 2675391

Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе тетрагонального диоксида циркония и может быть использовано в качестве износостойких изделий, режущего инструмента, керамических подшипников, а также имплантатов для замещения костных дефектов.