Способ изготовления битумно-резиновой композиции
METHOD FOR MAKING BITUMEN-RUBBER COMPOSITION

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано в производстве битумных кровельных и гидроизоляционных материалов, а именно для изготовления битумно-резиновых композиций.
Известен способ приготовления резинобитумной композиции, включающий смешивание нагретого битума и резиновой крошки с постоянным помешиванием с большой скоростью, обработку смеси ультразвуком после введения каждой порции крошки (Патент Российской Федерации №2550888 от 13.12.2012, МПК C08L 17/00, C08L 95/00, C08J 3/20, C08J 11/04, C09D 195/00, опубл. 27.06.2014 бюл. №14).
Недостатком данного способа является необходимость использования излучателей ультразвука высокой мощности при получении большого количества резинобитумных композиций, следовательно, сложное и дорогое оборудование, высокая стоимость ультразвуковой энергии и соответственно сильное удорожание получения композиции в крупносерийном производстве, сводящее на нет эффект от экономии специализированных дорогих модификаторов-термоэластопластов.
Наиболее близким является способ изготовления битумно-резиновой композиции, включающий первый этап смешивания резиновой крошки и битума, второй этап набухания резиновой крошки в битуме при нагреве с постоянным помешиванием, третий этап механического воздействия сдвигом на полученную на втором этапе массу при нагреве (Патент Российской Федерации №2162475 от 29.12.1993, МПК C08L 95/00, C08L 17/00, опубл. 27.01.2001 бюл. №3).
Недостатком данного способа является то, что на третьем этапе механического воздействия сдвигом отсутствует регулировка зазора между двумя истирающими поверхностями смешивающего устройства, в результате чего отсутствует возможность создать максимального сдвигающего усилия для получения однородной массы резиновой крошки и битума, а так же, повышенная температура нагрева смеси (до 250°С), приводящая к началу деструкции каучука, что может сказаться на качестве получаемой смеси, а именно получение композиции с низкой температурой размягчения и высокой хрупкостью.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа изготовления битумно-резиновой композиции, позволяющего получить битумно-резиновую композицию с высокой температурой размягчения и низкой температурой хрупкости для производства рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов с теплостойкостью выше 100 С° и предельным значением температуры гибкости ниже -15 С°, а так же простота и незначительные финансовые затраты для осуществления способа изготовления битумно-резиновой композиции.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления битумно-резиновой композиции, включающем первый этап смешивания резиновой крошки и битума, второй этап набухания резиновой крошки в битуме при нагреве с постоянным помешиванием, третий этап механического воздействия сдвигом на полученную на втором этапе массу при нагреве в отличие от известного на первом этапе смешивают 14-20% резиновой крошки с 80-86% битума, полученную на втором этапе набухшую массу резиновой крошки и битума направляют на третий этап механического воздействия сдвигом, на котором набухшую массу при нагреве подают в коллоидное устройство, в котором рабочие подвижные части вращаются в противоположные стороны, набухшую массу резиновой крошки и битума пропускают через рабочие подвижные части коллоидного устройства с уменьшением зазора на каждом последующем переходе между рабочими подвижными частями коллоидного устройства, при этом суммарное время воздействия рабочих подвижных частей коллоидного устройства на набухшую массу резиновой крошки и битума на каждом переходе должно составлять предпочтительно 5-10 с, скорость вращения рабочих подвижных частей коллоидного устройства должна быть 1-10 см/с.
Способ осуществляется следующим образом.
На первом этапе осуществления способа берут 14-20% резиновой крошки, которая получена из переработанных шинных отходов с размером частицы до 0,6 мм, и 80-86% битума. Смешивают битум с резиновой крошкой.
Смешивание битума и резиновой крошки осуществляют в лопастных горизонтальных смесителях.
На втором этапе смесь нагревают и постоянно помешивают для набухания резиновой крошки в битуме.
Затем переходят к третьему этапу механического воздействия сдвигом на набухшую массу резиновой крошки и битума. Для этого полученную на втором этапе набухшую массу резиновой крошки и битум подают в коллоидное устройство. При этом масса должна быть нагретой до температуры не более 190 С°.
Нагретую набухшую массу подают на рабочие подвижные части коллоидного устройства. Рабочие подвижные части должны вращаться с минимальной скоростью вращения в противоположные стороны. Это необходимо для того, чтобы частицы резины подвергались сдвиговой деформацией. Рабочие подвижные части коллоидного устройства могут представлять собой цилиндрические или конические валки.
Скорость вращения рабочих подвижных частей коллоидного устройства должна быть 1-10 см/с.
Если скорость вращения рабочих подвижных частей коллоидного устройства будет меньше 1 см/с, то механической энергии на деформацию частей резины будет недостаточно, и, следовательно, диссоциация вулканизационной сетки каучука, который содержится в резиновой крошке, будет недостаточной для создания разветвленной пространственной структуры в битуме.
Если скорость вращения рабочих подвижных частей коллоидного устройства будет больше 10 см/с, то переизбыток энергии разогреет резину до температуры деструкции каучука, который входит в состав резиновой крошки, в результате чего произойдет уменьшение размера молекул каучука в резине и вулканизационная сетка будет недостаточно сшитой.
Нагретую набухшую массу пропускают через рабочие подвижные части устройства за несколько переходов (примерно, 4-10 переходов). При этом на каждом последующем переходе уменьшают зазор между рабочими подвижными частями коллоидного устройства, для того чтобы размер частиц резиновой крошки не превышал размера минерального наполнителя, входящего в состав кровельного материала, и не препятствовал технологическому процессу нанесения битумно-резинового покрова на основу.
На первом переходе зазор между рабочими подвижными частями устройства выбирают меньше, чем размер частицы резиновой крошки.
Время воздействия рабочих подвижных частей устройства на нагретую набухшую массу резиной крошки и битума на каждом переходе должно составлять 5-10 с. Это необходимо для того, чтобы частицы резины получали необходимую энергию на сдвиговую деформацию.
Если время воздействия рабочих подвижных частей устройства на нагретую набухшую массу будет меньше 5 с, то этого времени будет недостаточно для измельчения частиц резины.
Если время воздействия рабочих подвижных частей устройства на нагретую набухшую массу будет больше 10 с, то температура частиц резины превысит температуру деструкции каучука в ее составе, произойдет потеря компонента композиции и его будет недостаточно для создания пространственной вулканизационной сетки.
Критерием окончания процесса является достижение температуры размягчения примерно 110°С (ГОСТ 11506-73 Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару).
После получения гомогенной массы битумно-резиновую композицию подают в агрегат производства рулонных кровельных материалов как покровную массу для основы.
При этом полученная в результате осуществления способа битумно-резиновая композиция имеет температуру хрупкости не выше -35°С (ГОСТ 11507-78 Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу), теплостойкость не ниже 100°С (ГОСТ EN 1110-2011 Материалы кровельные и гидроизоляционные гибкие битумосодержащие. Метод определения теплостойкости).
Благодаря осуществлению способа изготовления битумно-резиновой композиции получаем битумно-резиновую композицию с высокой температурой размягчения и низкой температурой хрупкости для производства рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов с теплостойкостью выше 100 С° и предельным значением температуры гибкости ниже -15 С°, а так же простоту и незначительные финансовые затраты для осуществления способа изготовления битумно-резиновой композиции.
Данный способ получения битумно-резиновой композиции позволяет обеспечить длительное и регулируемое воздействие механической сдвиговой деформации на резиновую крошку до получения равномерно распределенной пространственной сетки частиц резины в битуме. Способ предполагает использование недорогого оборудования с оптимальным расходом энергии.
Пример осуществления способа.
Берут резиновую крошку от переработки шинных отходов с размером частицы до 0,6 мм в количестве 15% и битум марки БНК 45/190 85%.
Битум заливают в горизонтальный смеситель, нагревают до температуры 190°С и засыпают резиновую крошку. Смесь выдерживают в течение 4 часов с постоянным помешиванием.
Полученную массу при температуре 190°С подают в зазор между рабочими подвижными частями коллоидного устройства.
Размер рабочих подвижных частей устройства и скорость вращения выбираются из условия окружной скорости до 10 см/сек.
Первый переход осуществляют при зазоре меньшем, чем размер крошки, скорость вращения минимальная 1 см/с.
Осуществляют 9 переходов с уменьшением зазора на каждом переходе.
При увеличении температуры смеси выше 200°С, обеспечивается охлаждение ее подачей воды в рубашку смесителя.
Количество переходов должно обеспечивать механическую сдвиговую деформацию на все частицы резиновой крошки в битуме не менее 5-10 сек.
После получения гомогенной массы битумно-резиновую композицию подают в агрегат производства рулонных кровельных материалов как покровную массу для основы.
В результате получили битумно-резиновую композицию со следующими значениями: температура хрупкости не выше -35 С°, температура размягчения не ниже 110 С° и получение кровельных материалов с помощью этой композиции с теплостойкостью не ниже 100 С° и температурой гибкости не выше -15 С°.
Благодаря тому, что в способе изготовления битумно-резиновой композиции, включающем первый этап смешивания резиновой крошки и битума, второй этап набухания резиновой крошки в битуме при нагреве с постоянным помешиванием, третий этап механического воздействия сдвигом на полученную на втором этапе массу при нагреве в отличие от известного на первом этапе смешивают 14-20% резиновой крошки с 80-86% битума, полученную на втором этапе набухшую массу резиновой крошки и битума направляют на третий этап механического воздействия сдвигом, на котором набухшую массу при нагреве подают в коллоидное устройство, в котором рабочие подвижные части вращаются в противоположные стороны, набухшую массу резиновой крошки и битума пропускают через рабочие подвижные части коллоидного устройства с уменьшением зазора на каждом последующем переходе между рабочими подвижными частями коллоидного устройства, при этом суммарное время воздействия рабочих подвижных частей коллоидного устройства на набухшую массу резиновой крошки и битума на каждом переходе должно составлять предпочтительно 5-10 с, скорость вращения рабочих подвижных частей коллоидного устройства должна быть 1-10 см/с достигается получение битумно-резиновой композиции с высокой температурой размягчения и низкой температурой хрупкости для производства рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов с теплостойкостью выше 100 С° и предельным значением температуры гибкости ниже -15 С°, а так же простота и незначительные финансовые затраты для осуществления способа изготовления битумно-резиновой композиции.