БИТУМНО-УРЕТАНОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
BITUMEN-URETHANE BINDER AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к составам и способу получения битумно-уретановых композиций и может быть использовано в качестве вяжущего для гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и асфальтовых смесей.
Известна двухстадийная технология приготовления битумно-уретановой композиции, где в качестве реакционноспособного компонента содержатся полиолы, а также в качестве дополнительного модификатора используется резиновая крошка (пат. США 6538060, МПК C08L 95/00).
Недостатком такой технологии является ее длительность ввиду необходимости предварительного приготовления битумно-резиновой композиции.
Известна битумно-уретановая композиция, содержащая в качестве реакционноспособного компонента длинноцепочечный углеводородный диен с термически активным атомом водорода, реагирующим с изоцианатами, а также дополнительно содержащая наполнитель (пат. Европы 0957134, МПК C08L 95/00). Описываемая композиция приготавливается при по крайней мере 150°C.
Однако при температуре более 120°C возможна деструкция аллофанатных и биуретовых групп полиуретана.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению композицией и способом ее получения является битумно-уретановая композиция, получаемая в соответствии с Российским патентом №2296142, МПК C08L 95/00. Указанный способ заключается в том, что перед введением полимерной добавки осуществляют введение в битум изоционатного компонента, выбранного из группы, включающей 2,4-толуилендиизоцианат или полидиизоционат для образования в битуме свободных активных изоционатных групп, осуществляют выдержку образовавшейся смеси двух компонентов, а в качестве полимерной добавки используют сложные или простые полиэфиры, выбранные из группы, включающей полиэтиленбутиленгликольадипинат или полиоксипропилендиол или полиоксипропилентриол с функциональными группами, образующие с активными изоционатными группами битум-полиуретановую композицию в соотношении битум-полиуретан как (95-67):(5-33).
Основным недостатком данной композиции является низкая температура размягчения. Причиной данного недостатка является предварительная выдержка изоцианатного компонента в битуме, во время которой происходит химическое взаимодействие изоцианатных групп с гидроксильными группами битума. В результате при введении полимерной добавки количество свободных непрореагировавших изоцианатных групп недостаточно для взаимодействия со всеми гидроксильными группами полимера и создания густой полимерной сетки в битуме.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение температуры размягчения путем получения битумноуретанового вяжущего (БУВ), в которой двухкомпонентный модификатор химически связан с битумом в плотную битумполимерную сетку.
Результат достигается тем, что битумно-уретановая композиция для гидроизоляционных и антикоррозионных материалов и асфальтовых смесей, содержащая битум, гидроксилсодержащий компонент и изоцианатный компонент, согласно изобретению, в качестве гидроксилсодержащего компонента содержит продукт алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов при следующем соотношении компонентов (мас.ч.):
битум
100
продукт алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов
5-13
изоцианатный компонент
4-12
Результат достигается также тем, что в способе получения битумно-уретанового вяжущего, содержащего битум, продукт алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов и изоцианатный компонент в указанных выше соотношениях, заключающемся в двухстадийном перемешивании исходных компонентов в указанных соотношениях, согласно изобретению, на первой стадии битум смешивают с продуктом алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов в смесителе при температуре 90-110°C в течение 10-60 мин с последующей загрузкой в смеситель изоцианатного компонента и перемешивании полученной смеси при той же температуре в течение 10-30 мин.
При температуре менее 90°C процессы идут слишком медленно, а при более 110°C интенсифицируется деструкция полиуретана.
Продукт алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов представляет собой гидроксилсодержащие соединения, полученные в результате химической деструкции эластичного пенополиуретана под действием смеси простых полиэфиров.
Нижний предел концентрации (5 мас.ч.) предлагаемого гидроксилсодержащего компонента (продукта алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов) обусловлен недостаточностью модифицирующего эффекта, концентрация выше предлагаемого верхнего предела (13 мас.ч.) влечет при недостатке изоцианатного компонента пластификацию вяжущего, а при его избытке нежелательное возрастание вязкости конечного продукта.
Изоцианатный компонент, например сырой метилендифенилдиизоцианат (IsoPMDI 92140), представляет собой вещество, содержащее молекулы с двумя и более изоцианатными группами. Верхний предел концентрации (12 мас.ч.) обусловлен пластификацией вяжущего при недостатке гидроксилсодержащего компонента и чрезмерным возрастанием вязкости при его избытке, нижний предел (4 мас.ч.) обусловлен недостаточностью модифицирующего эффекта.
В присутствии выбранного двухкомпонентного модификатора при указанном способе происходит химическое взаимодействие изоцианатного компонента как с битумом, так и с гидроксилсодержащим компонентом.
Битумно-уретановое вяжущее получают двухстадийным перемешиванием исходных компонентов в предлагаемых пределах соотношений в смесителе при температуре 90-110°C. На первой стадии в течение 10-60 минут битум смешивают с продуктом алкоголиза отходов эластичных пенополиуретанов, на второй стадии в полученную смесь вводят изоцианатный компонент с последующим перемешиванием в течение 10-30 минут.
Получающееся битумно-уретановое вяжущее обладает повышенными по сравнению с чистым битумом температурой размягчения, эластичностью и твердостью, пониженными дуктильностью и температурой потери гибкости.
В таблице приведены характеристики получающегося битумно-уретанового вяжущего, полученного по предлагаемому способу, в сравнении с исходным битумом и прототипом.
Состав и свойства битумно-уретанового вяжущего в сравнении с чистым битумом
№ п/п
Состав, м.ч.
Тр, °C
П0, 0.1 мм
П25, 0.1 мм
Д25,см
Э, %
Д0,см
Температура потери гибкости, °C
1
БНД 90/130
44
50
97
95
13
0
+5
2
БНД 90/130 - 100,
115
-
26
6
58
0
-6
ГСК - 9;
ПИЦ - 8
3
БНД 90/130 - 100,
90
9
37
11
41
1
-5
ГСК - 5;
ПИЦ - 4
4
БНД 90/130 - 100,
130
-
16
4
63
0
-5
ГСК - 13;
ПИЦ - 12
5
Прототип
78
-
-
-
-
-
-
Тр - температура размягчения, П0 и П25 - пенетрация при 0°C и 25°C соответственно, Д25 и Д0 - дуктильность при 25°C и 0°C соответственно, Э - эластичность.
Как видно из таблицы, все характеристики битумно-уретанового вяжущего по результатам стандартных испытаний значительно улучшены по сравнению с показателями для чистого битума. Температура размягчения повысилась на 71°C, эластичность на 45%, судя по снижению пенетрации, существенно возросла твердость, температура потери гибкости снизилась на 11°C. В сравнении с прототипом температура размягчения увеличилась на 12-52°C. Настоящим изобретением предлагается новый вид модифицированного битума в виде битумно-уретанового вяжущего, содержащего битум, гидроксилсодержащий компонент и изоцианатный компонент, представляющий собой однородную массу. Разработанное вяжущее, обладающее повышенным комплексом свойств, может быть использовано в качестве модифицированного битумного вяжущего для антикоррозионных и гидроизоляционных целей, а также для асфальтобетона. Предлагаемое битумно-уретановое вяжущее является наиболее дешевым из всех описанных ранее битумно-уретановых вяжущих. Способ приготовления описываемого битумно-уретанового вяжущего прост и высокопроизводителен. Предлагаемое изобретение является экологически важным путем утилизации отходов эластичных пенополиуретанов.