Композиционная кровельная мастика (варианты) и способ ее получения (варианты)
Владельцы патента RU 2718787:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") (RU)
Изобретение относится к области изоляционных материалов, конкретно к композиционным кровельным мастикам (варианты) и способам их получения, и может быть использовано для защиты подземных сооружений, в качестве кровельных материалов, для защиты металлов или бетона от коррозии. Мастика содержит битум, нефтяной пек, нефтяной мазут или битум, смолу пиролиза и каменноугольный пек при определенном соотношении компонентов. По другому варианту мастика содержит каменноугольный пек и смолу пиролиза при определенных соотношениях их. Мастики получают при перемешивании и нагревании смеси компонентов при определенных температурах и в течение определенного периода времени с применением СВЧ. Изобретение позволяет повысить адгезию мастики по отношению к твердым материалам, повысить прочность, снизить водопоглощаемость композиционных кровельных мастик. 8 н.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области изоляционных материалов и может быть использовано для защиты подземных сооружений, в качестве кровельных материалов, для защиты металлов или бетона от коррозии. Изобретение позволяет повысить адгезию мастики по отношению к твердым материалам.
Известно изобретение гидроизоляционная мастика (Заявка № 93030643/04, дата публикации: 10.08.1996), содержащая в качестве нефтяного вяжущего продукт пропановой деасфальтизации нефтяных остатков. Гидроизоляционную мастику получают путем смешения компонентов в следующем соотношении, мас. %: продукт пропановой деасфальтизации нефтяных остатков 41,0-61,5, каменноугольное масло 0,7-1,0, инден-кумароновая смола 5,5-7,0, асбест 12,5-14,0, резина 15,6-19,0, асфальтит 0,8-9,0, поливинилхлорид 1,0-5,0, ПАВ 0,5-2,0, бензиновый разбавитель 1,9-2,0. Недостатком является недостаточное сцепление для прочности.
Известна мастичная композиция и способ ее получения (Патент РФ № 2543217, МПК C08L , C09D, C10C, опубликован 27.09.2013)
Известен способ (Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарев Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. – М.: Химия, 2000. – 408 с).
Для обработки спектральной информации диапазоны спектров ЯМР 1Н разбивались на фрагменты, соответствующие областям резонанса метильных, метиленовых и метиновых атомов водорода. Слабопольная область спектра 2.0-5.5 м.д. отвечает атомам водорода в α-положении к ароматическому фрагменту, а область 0 – 2.0 м.д. атомам водорода в β и γ-положении алифатической цепи углеводородов.
Недостатком является повышенный предельно-допустимый уровень спирта в составе композитных материалов.
Известен состав для заполнения деформационных швов и способ его приготовления (Патент РФ № 2696747, опубликовано 05.08.2019). В данной технологии применятся щебень различных горных пород и микросферы из радиопоглощающего материала, что увеличивает стоимость мастики. Так же при приготовлении смеси, необходимо нагревать щебень с помощью СВЧ-энергии, что подразумевает более высокие энергозатраты. Увеличение стоимости происходит так же из-за применения кремнийорганического гидрофобизатора в количестве 0,1-5,0% от массы обрабатываемого материала.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип (Патент RU № 2543217, опубликован 27.02.2015) является способ
получения композиционных мастик содержащих, мас.%: битум нефтяной или асфальт пропановой деасфальтизации гудрона (АПД) - 86-90, переработанный абсорбент производств бутадиена и изопрена - 5-8, кислота серная - остальное. Сначала битум нефтяной или АПД перемешивают с абсорбентом при температуре 100-110°C в течение 150-180 мин, после чего в реакционную массу вводят кислоту серную прикапыванием со скоростью 40-50 кг/ч при температуре реакционной массы 110-125°C. Далее полученную реакционную массу перемешивают в течение 120-150 мин при температуре 125-130°C, затем повышают температуру до 140°C, после чего продолжают перемешивание в течение 240-300 мин. Затем температуру реакционной массы повышают до 150°C и перемешивают в течение 240 мин, после чего полученный продукт подвергают вылеживанию.
Недостатком является, что известная мастичная композиция характеризуется сильным токсичным запахом из-за применения кислоты серной. А так же длительным приготовлением конечного продукта.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа получения композиционных кровельных мастик для гидроизоляции кровли, бетона, кирпича, дерева с повышенной адгезией.
Технический результат заключается в повышении адгезии, прочности, сокращении водопоглощаемости композиционных кровельных мастик.
Технический результат заключается в повышение ароматического водорода при термической обработке составов СВЧ-энергией и получении нового состава кровельных мастик.
Технический результат достигается тем, что композиционная кровельная мастика, включающая в состав разогретый битум, нефтяной пек, согласно изобретению, имеет соотношение компонентов: (битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД 100/130 по ГОСТ 33133-2014).Битум БНД 100 /130 (240 г), нефтяного пека (45 г), (мазут ГОСТ 10585-2013) нефтяного мазута (15 г); композиционная кровельная мастика, включающая в состав разогретый битум, каменноугольный пек, смолу пиролиза, согласно изобретению, имеет соотношение компонентов следующее: битум БНД 100 /130 (240 г), смолы пиролиза (45 г), каменноугольного пека (15 г),; композиционная кровельная мастика, включающая в состав смолу пиролиза и каменноугольного пека, согласно изобретению, имеет соотношение: смолы пиролиза (210 г), каменноугольного пека (90 г); композиционная кровельная мастика, включающая в состав смолу пиролиза, каменноугольного пека, согласно изобретению, имеет следующее соотношение компонентов в составе: смолы пиролиза (270 г), каменноугольного пека (30 г).
Технический результат достигается тем, что в способе получения композиционных кровельных мастик, включающим смешивание состава, обработку СВЧ-энергией и нагревание, согласно изобретению, перед смешиваем смесь обрабатывают СВЧ-энергией, затем ставят в сушильный шкаф на 2 часа, при температуре 150ºС, при этом, перемешивание смеси (№1) происходит в течении 1 ч 11 минут до температуры 174,8°С,; что перемешивание смеси (№2) происходит в течении 1 ч 00 минут до температуры 122,8°С, перемешивание смеси (№3) происходит в течении 1 ч 00 минут до температуры 152,2°С; перемешивание смеси (№4) происходит в течении 0 ч 50 минут до температуры 183°С.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемых композиционных кровельных мастик и способа их получения
свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Приготовление реагентов и рабочих растворов композиционные кровельные мастики осуществлялось следующим образом:
В мерную колбу объемом 500 мл вносят разогретый до 150°С битум БНД 100/130 240 г, затем добавляли 45 г нефтяного пека и 15 г нефтяного мазута, затем смесь ставили в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 150°С. Далее смесь залили в смеситель с СВЧ-нагревом, перемешивание проводилось 1 ч 11 минут до температуры 174,8°С.
В мерную колбу объемом 500 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 240 г, затем добавляли 45 г смолы пиролиза и 15 каменноугольного пека, затем смесь ставили в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 150°С. Далее смесь залили в смеситель с СВЧ-нагревом, перемешивание проводилось 1 ч 00 минут до температуры 122,8°С.
В мерную колбу объемом 500 мл, вносили смолу пиролиза 210 г, затем добавляли 90 г каменноугольного пека. Далее смесь залили в смеситель с СВЧ-нагревом, перемешивание проводилось 1 ч 00 минут до температуры 152,2°С.
В мерную колбу объемом 500 мл, вносили смолу пиролиза 270 г, затем добавляли 30 г каменноугольного пека. Далее смесь залили в смеситель с СВЧ-нагревом, перемешивание проводилось 0 ч 50 минут до температуры 183°С.
Общая интегральная интенсивность спектра во всех случаях нормировалась на 100 единиц, соответствующие вклады представлены в таблице 1.
Таблица 1. Вклады спектральных интенсивности сигналов различных диапазонов (в %) по данным спектров ядерно-магнитного резонанса (ЯМР 1Н).
| Образец | Спектральный диапазон, м.д. | ΣНал | Спектральный диапазон, м.д. | ΣНар | Нар/Нал | |||
| 0-1,0 | 1,0-2,0 | 2,0-5,5 | 6,5-8,0 | 8,0–10,0 | ||||
| 1 | 19,2 | 62,9 | 11,1 | 93,2 | 50,7 | 1,1 | 60,8 | 0,07 |
| 2 | 17,9 | 59,3 | 12,7 | 89,9 | 9,1 | 1,0 | 10,1 | 0,11 |
| 3 | 3,1 | 17,5 | 28,2 | 48,8 | 44,3 | 6,9 | 51,2 | 1,05 |
| 4 | 2,4 | 14,6 | 33,2 | 50,2 | 44,8 | 5,0 | 49,8 | 0,99 |
На фиг.1. представлен спектральный диапазон ядерно-магнитного резонанса (ЯМР 1Н) со шкалой от 0 до 10 для составов образцов 1 и 2, где значение 0 до 2,5 показывает диапазон некачественного состава образца, а с диапазона 2,5 до 10 происходит стабилизация состава образцов;
на фиг. 2. представлен спектральный диапазон ядерно-магнитного резонанса (ЯМР 1Н) со шкалой от 0 до 9,5 для составов образцов 3 и 4, где значение от 0 до 2 показывает диапазон некачественного состава образца, а с диапазона 2 до 9,5 происходит стабилизация состава образцов;
на фиг.3 Спектр ЯМР 1Н образца 3. 6.45 – эталонный сигнал C2H2Cl4;
на фиг.4 Спектр ЯМР 1Н образца 4. 6.45 – эталонный сигнал C2H2Cl4;
на фиг. 5 Спектр ЯМР 13С образца 1. 98.0 м.д. – сигнал растворителя СCl4;
На фиг.6 Спектр ЯМР 13С образца 2. 98.0 м.д. – сигнал растворителя СCl4;
На фиг.7 Спектр ЯМР 13С образца 3. 98.0 м.д. – сигнал растворителя СCl4;
На фиг.8. Спектр ЯМР 13С образца 4. 98.0 м.д. – сигнал растворителя СCl4.
Сравнение полученных спектров ядерно-магнитного резонанса (ЯМР 1Н) для составов (1, 2) и (3, 4) (фиг.1-4) позволяет обнаружить существенную разницу вкладов в интегральную интенсивность спектров от ароматических атомов водорода ΣНар (область 6.5-10.0 м.д.) и алифатических атомов водорода ΣНал (для которой интегрирование сигналов проводилось в диапазоне 0-5.5 м.д.) (Таблица 1). Что отражается на величине отношения Нар/Нал и позволяет количественно оценить содержание ароматических соединений в исследуемых образцах. Этот показатель определяет влияние СВЧ-энергии в процессе подготовки композиционных связующих. Повышение ароматического водорода говорит о том, что при термической обработке композиционного вяжущего в СВЧ-энергии поле синтезируются высокомолекулярные конденсированные углеводороды, которые повышают реологические свойства вяжущего.
Сравнивая между собой спектральные характеристики образцов (1, 2) и (3, 4) отмечаем незначительный вклад ароматических функциональных групп в полную интенсивность спектра для образцов (1, 2) что отражается на параметре Нар/Нал. Большое значение интеграла для сигналов в области 1.0-2.0 м.д. является свидетельством присутствия в составе образцов (1, 2) насыщенных углеводородных цепей.
Анализ полученных спектров химических сдвигов ЯМР 13С позволяет отметить качественные особенности строения компонентов состава образцов 1-4. В первую очередь это отсутствие сигналов в диапазоне 150-200 м.д. Это значит, что в структурах компонент пеков карбонил и карбоксил содержащие фрагменты не присутствуют. Также утверждаем об отсутствии О-алкил и О-арил функциональных групп, для которых характерны сигналы в области спектра 50-60 м.д. и 150-160 м.д. соответственно (фиг.5-8). Для образцов 3-4 наблюдается существенный вклад в интенсивность сигналов в ароматической части спектра 110-150 м.д. по сравнению с алифатическим диапазоном 10-50 м.д.
В экспериментах: спектры ЯМР 1Н и 13 С исследуемых растворов образцов в CCl4 с концентрацией 5 и 10% для 1Н- и 13 С- анализов, соответственно, зарегистрированы на спектрометре ЯМР Вruker DPX250 на рабочей частоте 250 МГц (1Н) и 63 МГц (13С) в режиме квадратурного фазового детектирования и использования 900 считывающих импульсов при ширине развертки 10 кГц (1Н) и 15 кГц (13С).
Спектры ЯМР 13С регистрировались с использованием импульсной последовательности, включающей подавление спин-спинового взаимодействия с протонами только на период считывания данных для минимизации ядерного эффекта Оверхаузера, релаксационная задержка выбиралась равной 10 13С для обеспечения корректного вклада в интегральную интенсивность сигналов. Спектры ЯМР 13С получены за 10К прохождений. Обработка спектров во всех случаях включала Фурье –преобразование с использованием взвешивающей функции, настройку фазы, коррекцию базовой линии и автоматическое цифровое интегрирование сигналов.
1. Композиционная кровельная мастика, включающая в составе разогретый битум, отличающаяся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов:
| битум БНД 100/130 | 240 г |
| нефтяной пек | 45 г |
| нефтяной мазут | 15 г |
2. Композиционная кровельная мастика, включающая в составе разогретый битум, отличающаяся тем, что дополнительно содержит каменноугольный пек и смолу пиролиза в соотношении компонентов:
| битум БНД 100/130 | 240 г |
| смола пиролиза | 45 г |
| каменноугольный пек | 15 г |
3. Композиционная кровельная мастика, включающая смолу пиролиза и каменноугольный пек в соотношении компонентов:
| смола пиролиза | 210 г |
| каменноугольный пек | 90 г |
4. Композиционная кровельная мастика, включающая смолу пиролиза и каменноугольный пек в соотношении компонентов:
| смола пиролиза | 270 г |
| каменноугольный пек | 30 г |
5. Способ получения мастики по п. 1, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 ч 11 минут до температуры 174,8°С.
6. Способ получения мастики по п. 2, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 ч 00 минут до температуры 122,8°С.
7. Способ получения мастики по п. 3, включающий нагрев смеси, отличающийся тем, что нагрев смеси осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 ч 00 минут до температуры 152,2°С.
8. Способ получения мастики по п. 4, включающий нагрев смеси, отличающийся тем, что нагрев смеси осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 50 минут до температуры 183°С.
