СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БИТУМНОЙ ЭМУЛЬСИИ
METHOD FOR PREPARATION OF BITUMEN EMULSION

Изобретение относится к области приготовления битумных эмульсий и может быть использовано в дорожном строительстве в качестве вяжущего для органоминеральных смесей, холодных асфальтобетонов, поверхностной обработки, при устройстве безрулонных кровель и гидроизоляционной защиты, в составе комбинированных вяжущих при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог.
Более конкретно, заявляемое изобретение относится к битумной эмульсии катионного типа, предназначенной для использования в качестве связующего в дорожном строительстве, ремонте, содержании дорог, переработке старых асфальтовых дорожных покрытий или в строительных работах.
Известны битумные эмульсии с использованием эмульгаторов, для приготовления которых используют высокомолекулярные жирные кислоты и их эфиры, содержащиеся, например, в госсиполовой смоле (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №612925, МПК2 С07С 51/52, опубл. 30.06.78, бюл. №24), в остатках производства жирных кислот таллового масла, талловом пеке, (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №933857, МПК2 Е01С 7/24, опубл. 07.06.82, бюл. №21), кубовых остатках синтетических жирных кислот, либо в продуктах их окисления, в жировой массе с добавлением раствора щелочи, (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №731999, МПК2 В01F 17/00, опубл. 05.05.80, бюл. №17). В описанных эмульсиях эти вещества, вступая в реакцию нейтрализации со щелочью, образуют соли, обладающие поверхностно-активными свойствами, молекулы которых, адсорбируясь на поверхности раздела капелек битума, образуют защитные слои вокруг них и предотвращают их коалесценцию (слияние) и расслоение эмульсии. Указанные аналоги имеют склонность к расслоению, недостаточную стойкость при хранении.
Известен аналог битумная эмульсия в соответствии с описанием к патенту РФ №2185878 С1, МПК 7 В01F 17/00, опубл. 27.07.2002, бюл. №21, которая содержит битум и эмульгатор с вторичным продуктом переработки хлопкового масла (ОПХМ), образующегося после дисцилляции жирных кислот хлопкового масла, со щелочью - едким натром или едким кали при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум
50-55
Вторичный продукт переработки хлопкового масла
0,5-1,0
Едкий натр или
0,15-0,3
Едкое кали
0,2-0,4
Вода
остальное
В этом аналоге сначала получают эмульгатор из вторичного продукта переработки хлопкового масла (отходов производства хлопкового масла ОПХМ) его перемешиванием с подогретым раствором щелочи в течение трех часов до полного растворения ОПХМ, а затем в готовый водный раствор эмульгатора вводят тонкой струей разогретый битум при перемешивании со скоростью 300 об/мин. Однако этот способ также не дает возможность получить достаточно устойчивую эмульсию вследствие образования крупных частиц битума в эмульсии ввиду высокого поверхностного натяжения частиц битума. Другими недостатками являются длительность процесса омыления жировой массы эмульгатора, составляющая три и более часа, невысокая производительность установки по производству битумной эмульсии, большие энергетические затраты такого производства.
Недостатком этой битумной эмульсии является недостаточная ее устойчивость при хранении вследствие невозможности получения достаточно тонкодисперсных эмульсий ввиду высокого поверхностного натяжения частиц битума, обусловливающего значительность их размеров. Другими недостатками являются длительность процесса омыления эмульгатора, составляющая три и более часа, невысокая производительность установки по производству битумной эмульсии, большие энергетические затраты, а также большой расход битума.
Наиболее близким аналогом является битумная эмульсия и способ ее приготовления в соответствии с описанием к патенту РФ №2258075, МПК 7 C08L 95/00, B01F 17/00, опубл. 2005.08.10, в котором:
1. Битумная эмульсия, содержащая битум и эмульгатор из жировой массы в виде вторичного продукта переработки хлопкового масла с едким натром или едким кали и водой, отличающаяся тем, что жировая масса дополнительно содержит флотогудрон, являющийся кубовыми остатками дистилляции жирных кислот растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум
47-50
Смесь вторичного продукта переработки
хлопкового масла с флотогудроном
3,0-5,0
Едкий натр
0,6-1,0
или едкое кали
0,3-0,8
Вода
остальное
при этом соотношение вторичного продукта переработки хлопкового масла и флотогудрона составляет 40-70:60-30.
2. Способ приготовления битумной эмульсии по п.1, включающий приготовление эмульгатора из части смеси жировой массы в виде вторичного продукта переработки хлопкового масла и флотогудрона, представляющего собой кубовые остатки дистилляции жирных кислот растительных масел, при перемешивании ее с подогретым раствором в воде едкого натра или едкого кали до полного растворения вышеуказанной смеси с получением готового водного раствора эмульгатора с последующим введением в него при перемешивании разогретого битума, в который добавлена при перемешивании остальная часть.
Недостатки: недостаточно высокая устойчивость битумной эмульсии при хранении и транспортировании, низкая концентрация битума в эмульсии, что существенно увеличивает время формирования материалов, приготовленных на ее основе, используемые ингредиенты позволяют получить анионные битумные эмульсии, взаимодействующие с минеральными материалами только карбонатных пород, что ограничивает область применения.
Техническим результатом является повышение устойчивости битумной эмульсии при хранении и транспортировании, сокращение процесса омыления эмульгатора.
Технический результат достигается тем, что способ приготовления битумной эмульсии, включающий приготовление эмульгатора из катионного поверхностно- активного вещества, перемешивание его с подогретым раствором кислоты до полного растворения с последующим введением в готовый водный раствор эмульгатора разогретого битума при перемешивании, отличающийся тем, что предварительно водный раствор соляной или ортофосфорной кислоты соединяют с частью эмульгатора в количестве 25-75% от расчетного, а остальную часть эмульгатора добавляют в разогретый битум при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
60,0-70,0
Катионный эмульгатор
0,15-2,0
Катионный латекс
2,0-6,0
Керосин
0,5-2,0
Хлористый кальций
0,1-0,5
Соляная или ортофосфорная кислота
0,10-2,0
Вода
остальное
при этом отношение кислоты к общему количеству эмульгатора составляет 0,6-1,0.
Технический результат достигается в способе приготовления битумной эмульсии. Битумная эмульсия согласно заявляемому изобретению приготовляется способом, отличающимся следующими этапами: прием и подготовка битума, приготовление водного раствора эмульгатора, смешение битума и водной смеси в коллоидной мельнице.
За счет введения части эмульгатора непосредственно в битум приготовлением водного раствора эмульгатора, содержащего оставшуюся часть в емкости, куда согласно рецептуре из расходных баков закачивается вода, после чего в нее подается кислота, а затем эмульгатор при отношении кислоты к общему количеству - 0,6-1,0.
Именно благодаря такой последовательности в способе приготовления улучшается дисперсность эмульсии, уменьшаются размеры частиц эмульсии, средний размер частиц дисперсной фазы на 3-10% меньше, чем в известных способах аналогов. В результате чего повышается стабильность битумной эмульсии в 3 раза. Активируется поверхность частиц битума и облегчается его эмульгирование, что приводит к повышению устойчивости битумной эмульсии при хранении и транспортировании.
Процесс омыления эмульгатора происходит, как во время приготовления водного раствора, так и при взаимодействии водного раствора с битумом, что позволяет сократить общую продолжительность технологического процесса.
Технический результат достигается составом битумной эмульсии, содержащей битум, катионный эмульгатор, катионный латекс, керосин, хлористый кальций, соляную или ортофосфорную кислоту, воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
60,0-70,0
Катионный эмульгатор
0,15-2,0
Катионный латекс
2,0-6,0
Керосин
0,5-2,0
Хлористый кальций
0,1-0,5
Соляная или ортофосфорная кислота
0,10-2,0
Вода
остальное
при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 0,6-1,0.
Новым в способе является то, что отношение кислоты к общему количеству эмульгатора составляет 0,6-1,0.
В таком составе и сочетании ингредиентов получается битумная эмульсия с более высокой устойчивостью при хранении и транспортировании, сокращением процесса омыления эмульгатора.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ приготовления битумной эмульсии отличается от известных повышением устойчивости битумной эмульсии при хранении и транспортировании, сокращением процесса омыления эмульгатора.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный способ приготовления соответствует критерию "новизна".
Анализ известных технических решений (аналогов) в области приготовления битумных эмульсий позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе приготовления битумной эмульсии, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".
Все отличительные признаки заявляемого технического решения являются существенными, т.к. влияют на достижение технического результата и находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом, а именно с помощью заявляемого способа обеспечивается приготовление битумной эмульсии с более высокой устойчивость при хранении и транспортировании, сокращение процесса омыления эмульгатора.
Необходимо отметить, что все вышеперечисленные признаки заявляемого изобретения при проведении патентного и информационного поиска в уровне техники не обнаружены, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условиям патентоспособности, предусмотренной ст.4 Патентного закона РФ.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Способ приготовления битумной эмульсии предусматривает следующие стадии: прием и подготовка битума, приготовление водного раствора эмульгатора, смешение битума и водной смеси в коллоидной мельнице.
Прием битума, нагретого до температуры 136°-144°С, осуществляется в емкость, имеющую перемешивающее устройство и оборудованную подогревом. В битум через дозирующее устройство подается определенное количество эмульгатора и полученная смесь тщательно перемешиватся. При необходимости битум подогревается до необходимой температуры.
Для приготовления водного раствора эмульгатора в емкость согласно рецептуре закачивается вода, после чего в нее подается кислота, эмульгатор при отношении кислоты и общего количества эмульгатора 0,6-1,0, при необходимости - 49% раствор хлористого кальция (стабилизатора), и содержимое перемешивается. После проверки водородного показателя рН раствор, при необходимости, разбавляется водой до требуемой концентрации и подогревается до расчетной температуры 35-45°С. В коллоидной мельнице осуществляется приготовление эмульсии: сначала подают водный раствор эмульгатора, потом битум, латекс при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
60,0-70,0
Катионный эмульгатор
0,15-2,0
Катионный латекс
2,0-6,0
Керосин
0,5-2,0
Хлористый кальций
0,1-0,5
Соляная или ортофосфорная кислота
0,10-2,0
Вода
остальное
при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 0,6-1,0.
Битум и водный раствор, проходя через коллоидную мельницу, образуют битумную эмульсию, которая далее по трубопроводу направляется в в емкости для хранения. По окончании процесса система промывается водным раствором, который также направляется в емкость для хранения. Температура готовой эмульсии, выходящей из мельницы, равна 85-94°С.
Технология приготовления битумной эмульсии указанного качественного и количественного состава отражена в описанных ниже примерах.
Пример 1.
Способ приготовления битумной эмульсии предусматривает следующие стадии: прием и подготовка битума, приготовление водного раствора эмульгатора, смешение битума и водной смеси в коллоидной мельнице.
Прием битума, нагретого до температуры 136°-144°С, осуществляется в емкости, имеющей перемешивающее устройство и оборудованной подогревом. В битум через дозирующее устройство подается эмульгатор в количестве 25% от предусмотренного составом и полученная смесь тщательно перемешивается. При необходимости битум подогревается до нужной температуры.
Для приготовления водного раствора эмульгатора в емкость согласно рецептуре закачивается вода, после чего в нее подается кислота, оставшееся количество эмульгатора при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 0,67, при необходимости - 49% раствор хлористого кальция (стабилизатора), и содержимое перемешивается. После проверки водородного показателя рН раствор, при необходимости, разбавляется водой до требуемой концентрации и подогревается до расчетной температуры 35° - 45°С. В коллоидной мельнице осуществляется приготовление эмульсии: сначала подают водный раствор эмульгатора, потом битум, латекс при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
60,0
Катионный эмульгатор
0,15
Катионный латекс
2,0
Керосин
0,5
Хлористый кальций
0,1
Соляная или ортофосфорная кислота
0,1
Вода
остальное
Битум и водный раствор, проходя через коллоидную мельницу, образуют битумную эмульсию, которая далее по трубопроводу направляется в емкости для хранения. По окончании процесса система промывается водным раствором, который также направляется в емкость для хранения. Температура готовой эмульсии, выходящей из мельницы, равна 85°-94°С.
Пример 2.
Способ приготовления битумной эмульсии осуществляется по примеру 1 с введением в битум эмульгатора в количестве 75% от предусмотренного составом при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
70,0
Катионный эмульгатор
2,0
Катионный латекс
6,0
Керосин
2,0
Хлористый кальций
0,2
Соляная или ортофосфорная кислота
2,0
Вода
остальное
при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 1,0.
Пример 3.
Способ приготовления битумной эмульсии осуществляется по примеру 1 с введением в битум эмульгатора в количестве 24% от предусмотренного составом при следующем соотношении ингредиентов мас.%:
Битум
58,0
Катионный эмульгатор
0,14
Катионный латекс
1,5
Керосин
0,3
Хлористый кальций
0,05
Соляная или ортофосфорная кислота
0,08
Вода
остальное
при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 0,57.
Пример 4.
Способ приготовления битумной эмульсии осуществляется по примеру 1 с введением в битум эмульгатора в количестве 76% от предусмотренного составом при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
72,0
Катионный эмульгатор
2,2
Катионный латекс
6,5
Керосин
2,5
Хлористый кальций
0,6
Соляная или ортофосфорная кислота
2,3
Вода
остальное
при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 1,05.
Пример 5.
Способ приготовления битумной эмульсии осуществляется по примеру 1 с введением в битум эмульгатора в количестве 30% от предусмотренного составом при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Битум
64,0
Катионный эмульгатор
1,0
Катионный латекс
3,0
Керосин
0,5
Хлористый кальций
0,1
Соляная или ортофосфорная кислота
0,9
Вода
остальное
при отношении кислоты к общему количеству эмульгатора 0,9.
Битумная эмульсия, приготовленная по примерам 3, 4, не соответствует показателям качества. Повышение устойчивости эмульсии при хранении и транспортировании, сокращение процесса омыления эмульгатора проявляются при приготовлении ее в примерах 1, 2, 5.
Технико-экономический эффект
Реализация предлагаемого способа позволит получить битумную эмульсию, повысить стабильность битумной эмульсии в 3 раза при хранении и транспортировании, повысить эффективность использования заводов по выпуску битумных эмульсий.