Влияние состава термоэластопластов на свойства модифицированных битумов

Е. В. Пузакова, Л. Ю. Закирова, И. С. Вольфсон,

Ю. Н. Хакимуллин, Д. А. Аюпов, А. В. Мурафа, В. Г. Хозин

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ

НА СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ

Ключевые слова: дорожный битум, термоэластопласт, битум-полимерная композиция.

В работе изучено влияние содержания винилацетата в сополимере СЭВА на физико-механические свойства ТЭП и физико-технические свойства битумно-полимерных композиций. Показана возможность использования ТЭП в качестве модификаторов дорожных битумов.

Keywords: asphaltic bitumen, termoelastoplast, bitumen-polymer composition.

The physical-mechanical, physical and technical properties of bitumen-polymer compositions and studied the effect on the properties of the components TEP modified bitumen. Shown to be effective as a modifier of bitumen road.

Анализ исследований по модификации битумов полимерами, показывает, что наиболее эффективными модификаторами являются термоэла-стопласты (ТЭП), в частности дивинилстирольные ТЭП - ДСТ. Вместе с тем ДСТ обладает недостаточно высокой долговечностью, в связи с наличием двойных связей в основной цепи, поэтому исследования по разработке новых типов ТЭП с предельной основной цепью или с уменьшенным содержанием двойных связей в настоящее время являются актуальными и представляют значительный интерес.

Следует отметить, что существует два способа получения ТЭП путем синтеза и «смесевой». Получение смесевых ТЭП значительно проще и быстрее, чем синтетических. Это связано с тем, что используются готовые полимеры, что позволяет существенно расширить возможности варьирования состава ТЭП, что значительно сокращает время поиска эффективных составов ТЭП для модификации битумов по сравнению с синтетическими способами.

Ранее проведёнными исследованиями была показана высокая эффективность, в качестве модификаторов дорожных битумов, смесевых ТЭП содержащих этиленпропиленовый каучук, полиэтилен, изопреновый каучук в соотношении 2/1/1[1]. Модифицированный таким ТЭП битум обладает более высокой долговечностью, чем ДСТ, однако наличие в его составе 25 % СКИ-3, не позволяет достигнуть той долговечности, которой обладают битумы модифицированные полимерами с предельной основной цепью.

В составе смесевых ТЭП обычно используется полиэтилен (ПЭ). Его использование позволяет достичь высокой температуры размягчения (Тр). Вместе с тем, для достижения требуемых адгезионных свойств битума необходимо вводить специальные адгезионные добавки. Заманчивым представляется использование сополимеров полиэтилена, обладающих высокой адгезией к различным субстратам. Одним из таких сополимеров является сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА). Использованием СЭВА вместо ПЭ в составе ТЭП предположительно можно добиться одновременного повышения Тр и высоких значений адгезии.

В данной работе в качестве эластомера вводился СКЭПТ-50, а в качестве полиолефина - полиэтилен высокого давления (ПЭ) и (или) его сополи-

меры - СЭВА-113, СЭВА-116, СЭВА-118. Известно, что полиолефины в составе смесевых ТЭП обеспечивают создание непрерывной матрицы благодаря этому такие композиции можно перерабатывать как термопласты[2]. Дополнительно вводили модифицирующую добавку сополимер а - олефинов с ма-леиновым ангидридом - Паволан для достижения высокой адгезии к минеральному наполнителю и термостойкости.

Изучалось влияние содержания винилацета-та (ВА) в сополимере на свойства ТЭП и модифицированного битума. Состав и свойства полученных ТЭП приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Состав и физико-механические свойства смесевых термоэластопластов*___________

№ со- ста- ва Ингредиенты, масс.ч.

СКЭПТ СЭВА- 113 СЭ- ВА- 116 СЭВА- 118 Паво лан

1 50 40 10

2 50 40 10

3 50 40 10

4 60 30 10

5 55 35 10

6 50 50 -

7 50 45 5

8 50 35 15

9 50 30 20

№ со- ста- ва fp> МПа О4 W H, усл. ед. Э % '-'тэп* /и

1 2,19 403 82 34

2 1,85 473 79 34

3 0,89 312 75 36

4 0,78 155 67 38

5 0,74 200 68 38

6 1,04 542 66 32

7 0,97 497 68 32

8 0,95 195 69 36

9 1,05 100 69 36

* - - прочность при разрыве, 8 - и относительное удли-

нение при разрыве, Н - твердость по Шору А , Этэп - эластичность по отскоку.

Для всех полученных композиций характерен не очень высокий уровень прочности. Это свя-

зано с тем, что в составе ТЭП полиэтилен заменен на его сополимер СЭВА, который изначально уступает по прочности ПЭ, что и приводит к снижению прочности.

С увеличением содержания массовой доли винилацетата в СЭВА в составах 1, 2, 3 прочность, модуль при 100 % удлинении и твердость снижаются. Стоит отметить, что увеличение или снижение содержания винилацетата в составе ТЭП не влияет на эластичность.

По результатам испытаний видно, что в составах 6-9 увеличение содержания паволана и уменьшение СЭВА-118 ведёт к существенному снижению относительного удлинения при сохранении прочности, твердости и эластичности.

Таким образом, установлено, что наиболее сильное снижение прочности связано с увеличением содержания в составе смесевого ТЭП паволана. К снижению твердости приводит увеличение содержания винилацетата в СЭВА. Эластичность мало зависит от соотношения содержания компонентов в составе термоэластопласта.

Полученные ТЭП вводили в дорожный битум БНД 90/130. Для битумполимерных композиций были определены физико-технические свойства: температура размягчения (Тр), пенетрация (П25), дуктильность (Д25), эластичность (Э25), морозостойкость (М) и адгезия к минеральному наполнителю (А), которые приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Физико-технические свойства чистого битума и битума, модифицированного термо-эластопластами

№ состава и о а н П25> 0,1 мм Д25, см Э25, % и о £

1 81 32 3,8 57 - 7

2 79 30 3,9 57 - 8

3 76 37 7,5 57 - 7

4 64 80 7,3 42 - 11

5 78 71 5,8 32 - 12

6 66 56 5,3 73 - 7

7 69 85 8,6 44 - 7

8 75 47 4,8 45 - 8

9 58 68 5,8 39 - 8

чистый битум 46 104 77 13 0

При введении смесевого ТЭП в битум наблюдается увеличение температуры размягчения. Наиболее значительное повышение температуры размягчения наблюдается у составов 1, 2 и 3, при некотором ее снижении с увеличением содержания массовой доли винилацетата в СЭВА.

Самая низкая температура размягчения у состава 9, что связано с уменьшением содержания СЭВА и повышением содержания паволана в композиции.

Пенетрация при 25оС модифицированных битумов снижается во всех случаях, что говорит об увеличении твёрдости композиций с повышением в

них содержания добавки. Наиболее низкие значения пенетрации наблюдается для образцов 1 и 2 содержащих максимальное количество СЭВА (40мас.ч.) с минимальным содержанием ВА.

Сравнение полученных данных по температуре размягчения и пенетрации модифицированных битумов позволяет проследить корреляцию между этими показателями.

Снижение дуктильности дорожного битума при введении в них полимера - известный закономерный эффект для низковязких битумов. Наиболее сильно растяжимость падает у составов 1 и 2.

Наибольшая эластичность модифицированных битумов при 25оС наблюдается у образца № 6 в составе, которого отсутствует паволан. Анализ данных показал, что паволан в составе смесевого ТЭП оказывает отрицательное влияние на эластичность. Эластичность в составах, в которых присутствует паволан снижается, и находится в пределах 33-58%.

Одним из основных показателей, характеризующих эксплуатационные свойства дорожного битума, является морозостойкость и адгезия к минеральному наполнителю. Введение ТЭП в битум приводит к улучшению морозостойкости. Наиболее эффективно на морозостойкость влияет увеличение содержания СКЭПТ в композиции.

Адгезия к минеральным материалам определяет важнейшее качество битумного вяжущего и является параметром, определяющим долговечность покрытия дорог [3, 4]. Для всех композиций введение смесевого ТЭП приводит к улучшению адгезии к минеральному наполнителю по ГОСТ 11508-74, что связано с введением в состав ТЭПа СЭВА и па-волана. Наиболее сильное влияние на улучшение адгезии, исходя из полученных данных, дает введение СЭВА, так как даже в отсутствие паволана можно получить битумы с высокой адгезией к минеральному наполнителю.

Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено: - использование СЭВА в составе битума позволяет добиться высокой адгезии к минеральному наполнителю; - прочность ТЭПа уменьшается с увеличением содержания ви-нилацетата в СЭВА. Результатами исследования показана возможность использования разработанных смесевых ТЭПов для модификации низковязких нефтяных битумов.

Литература

1 Модификация дорожных битумов смесевыми термоэла-стопластами /А.И.Минхаирова и др./ Вестник Казан. технол. ун-та - 2012.-т.15.- .№17.-С.120 - 122.

2 Вольфсон С. И. Динамически вулканизованные термо-

эластопласты: получение, переработка, свойства /

Вольфсон С. И. - М.: Наука, 2004. - 173 с.: ил.

3 Карташевский А. И. Определение адгезии битумов к минеральным материалам // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1971. - Вып. 4. - С. 11 - 13.

4 Розенталь Д. А. Изменение свойств дорожных битумов / Розенталь Д. А., Сыроежко А. М. // Химия и технология топлив и масел. - 2000. - Вып. 4. - С. 41 - 43.

© Е. В. Пузакова - студ. КНИТУ, Л. Ю. Закирова - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, lazaur285@yandex.ru, Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; И. С. Вольфсон - инж. КНИТУ; Д. А. Аюпов - к.т.н., асс КГАСУ; А. В. Мурафа - к.т.н., проф. КГАСУ; В. Г. Хозин - д.т.н., проф. КГАсУ.