СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМ-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
METHOD OF PRODUCING BITUMEN-POLYMER COMPOSITIONS

Изобретение относится к способам получения композиций на основе битума с использованием полимеров, отходов их производства и других добавок целевого назначения, в частности битум-полимерных композиций, и может использоваться при производстве различных битум-полимерных полуфабрикатов для композиций, используемых при устройстве мягких кровель, гидроизоляции фундаментов и трубопроводов.
Известен способ получения полимерных композиций в машинах непрерывного действия, включающий интенсивную деформацию и перемешивание ингредиентов в червячном или двухчервячном смесителе непрерывного действия [Корнев А.Е., Буканов A.M., Шевердяев О.Н. «Технология эластомерных материалов». Учебник для ВУЗов.: НППА «ИСТЕК», г. Москва, 2005. - 508 с.].
Недостатком данного способа получения полимерных композиций являются относительно низкие физико-механические свойства получаемых битум-полимерных композиций, относительно высокие энергетические и временные затраты при их получении.
экв
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения битум-полимерных композиций, включающий измельчение полимеров до частиц размером d≤0,012 м и смешение предварительно нагретого до состояния расплава битума, гранулята полимера, минерального наполнителя (мела), масла в экструдере и последующее гранулирование композиции, причем полимеры являются смесью бутадиенстирольного термоэластопласта и отходов производства синтетических каучуков и латексов с вязкостью по Дефо 2700, в качестве масла вводят отходы индустриального масла, все вышеперечисленные ингредиенты одновременно, непрерывно дозируют в экструдер при условии: дозировка расплава битума от 0,120 до 0,391 кг/мин, дозировка гранулята бутадиенстирольного термоэластопласта от 0,092 до 0,300 кг/мин, отходов производства синтетических каучуков и латексов от 0,033 до 0,109 кг/мин, минерального наполнителя (мела) от 0,028 до 0,091 кг/мин, отходов индустриальных масел от 0,005 до 0,018 кг/мин, в течение удельного времени смешения ингредиентов 1,1-3,6 минут при температуре 140-195°С, после экструдера полученную смесь охлаждают до температуры 24-55°С и гранулируют с присыпкой. [Пат. РФ 2218370 C1, 10.12.2003, кл. C08L 95/00. Способ получения битум-полимерных композиций].
Основным недостатком данного способа получения полимерных композиций являются относительно низкие физико-механические свойства получаемых битум-полимерных композиций, невозможность визуального оперативного осуществления контроля параметров качества получаемых битум-полимерных композиций.
Техническая задача изобретения - повышение качества получаемых битум-полимерных композиций за счет улучшения комплекса их физико-механических характеристик, за счет осуществления процесса смешения при достаточно стабильных рабочих параметрах процесса на основании визуального и оперативного их контроля, снижение энергетических и временных затрат на получение битум-полимерных композиций.
Для изготовления полимерной композиции были использованы: отходы производства синтетических каучуков СКД и СКС и латексов, а именно полимерные соединения, не соответствующие требованиям ГОСТ и ТУ по показателям качества, получаемые при производстве данных марок синтетических каучуков: структурированный полимер, коагулюмы, мелкая крошка, уносимая из отделения коагуляции при производстве цис-бутадиеновых и бутадиен-стирольных каучуков. Содержание каждой марки каучука в соответствующих отходах их производства установить практически невозможно, поэтому в качестве основного критерия для их характеристики выбраны жесткость по Дефо, равная по величине 2700; смола 101 К ТУ 35 ХГ 500-82 - это алкилфенолформальдегидная смола на основе п-трет-бутилфенола с содержанием метилольных групп 9,0÷11,0%, как в RU 2320682 C1, 27.03.2008 D1 [формула изобретения]. Отходы индустриальных масел - это прошедшие эксплуатацию, выработавшие свой полезный ресурс и не подлежащие регенерации индустриальные масла любых марок, например, И-8А, И-20 и т.п.
экв
Для решения поставленной технической задачи изобретения предложен способ получения битум-полимерных композиций, характеризующийся тем, что готовят битум-полимерные композиции из крошки полимеров - бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ-30 и отходов производства синтетических каучуков и латексов с жесткостью по Дефо 2700, битума, минерального наполнителя (мела), смолы 101 К и отходов индустриальных масел, причем сначала полимеры - бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30 и отходы производства синтетических каучуков и латексов с жесткостью по Дефо 2700 измельчают до частиц размером d≤0,018 м и готовят расплав битума марки БНК 90/30, затем измельченные полимеры, расплав битума, мел, смолу 101 К и отходы индустриальных масел подают на предварительно прогретые до температуры 50-80°С вальцы, процесс смешения битум-полимерной композиции осуществляют до полной гомогенизации, готовую битум-полимерную композицию гранулируют и подвергают присыпке, например, тальком или каолином, в случае отсутствия гранулирования - присыпку получаемой композиции осуществлять не требуется. Удельное время смешения битум-полимерной композиции составляет 3,5-5,5 минут, готовят битум-полимерные композиции при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
Битум БНК 90/30
41,0
Бутадиенстирольный термоэласто-
пласт ДСТ-30
24,0
Отходы производства синтетических
каучуков и латексов с жесткостью
по Дефо 2700
23,0
Минеральный наполнитель - мел
9,0
Смола 101 К
1,0
Отходы индустриальных масел
2,0
Технический результат изобретения заключается в повышении качества битум-полимерных композиций за счет улучшения комплекса их физико-механических характеристик, за счет того, что процесс смешения осуществляют при достаточно стабильных рабочих параметрах процесса, на основании визуального и оперативного их контроля, в снижении энергетических и временных затрат на получение битум-полимерных композиций.
Способ получения битум-полимерных композиций осуществляют следующим образом.
экв
Бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30 (ТУ 38.103257-80) и отходы производства синтетических каучуков и латексов с вязкостью по Дефо 2700 измельчают до получения частиц размером d≤0,018 м. Битум марки БНК 90/30 (ГОСТ 9548-74) нагревают в емкости до получения расплава. Подготовленные таким образом полимеры и битум, а также мел по ГОСТ 12085-88 или ТУ 21-01-14366, смолу 101 К по ТУ 35 ХГ 500-82 и отходы индустриальных масел помещают в дозирующие устройства, а затем подают на предварительно прогретые до температуры 50-80°С вальцы. Готовят композицию при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
Битум БНК 90/30
41,0
Бутадиенстирольный термоэласто-
пласт ДСТ-30
24,0
Отходы производства синтетических
каучуков и латексов с жесткостью
по Дефо 2700
23,0
Минеральный наполнитель - мел
9,0
Смола 101 К
1,0
Отходы индустриальных масел
2,0
Процесс смешения составляет 3,5-5,5 минут удельного времени смешения. После завершения процесса смешения полученную смесь охлаждают до комнатной температуры, подвергают присыпке тальком, каолином и другими общепринятыми материалами, или полученные битум-полимерные композиции могут быть гранулированы с последующей присыпкой тальком, каолином и другими общепринятыми материалами.
Предложенное изобретение поясняется на примерах.
Пример 1 (прототип)
экв
Бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30 (ТУ 38.103257-80) и отходы производства синтетических каучуков и латексов с вязкостью по Дефо 2700 измельчают до получения частиц размером d≤0,012 м. Битум марки БНК 90/30 (ГОСТ 9548-74) нагревают в емкости до получения расплава. Подготовленные таким образом полимеры и битум, а также мел по ГОСТ 12085-88 или ТУ 21-01-14366 и отходы индустриальных масел помещают в дозирующие устройства, а затем порциями подают на вальцы, при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
Битум БНК 90/30
43,0
Бутадиенстирольный термоэласто-
пласт ДСТ-30
33,0
Отходы производства синтетических
каучуков и латексов с жесткостью
по Дефо 2700
12,0
Минеральный наполнитель - мел
10,0
Отходы индустриальных масел
2,0
Процесс смешения композиции осуществляют при средней температуре смеси 72°С. Удельное время смешения композиции составляет 4,5 минут. После завершения процесса смешения полученную смесь охлаждают до комнатной температуры подвергают присыпке каолином.
Полученную композицию анализируют, данные анализа представлены в таблице.
Пример 2
экв
Бутадиенстирольный термоэластопласт ДСТ-30 (ТУ 38.103257-80) и отходы производства синтетических каучуков и латексов с вязкостью по Дефо 2700 измельчают до получения частиц размером d≤0,018 м. Битум марки БНК 90/30 (ГОСТ 9548-74) нагревают в емкости до получения расплава. Подготовленные таким образом полимеры и битум, а также мел по ГОСТ 12085-88 или ТУ 21-01-14366, смолу 101 К ТУ 35 ХГ 500-82 и отходы индустриальных масел помещают в дозирующие устройства, а затем порциями подают на вальцы одновременно, непрерывно дозируя их в зазор предварительно прогретых до рабочей температуры вальцов. Скорость дозирования ингредиентов устанавливают такую, чтобы обеспечить хорошее перемешивание ингредиентов композиции до получения однородной массы. Дозировку компонентов композиции осуществляют при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
Битум БНК 90/30
41,0
Бутадиенстирольный термоэласто-
пласт ДСТ-30
24,0
Отходы производства синтетических
каучуков и латексов с жесткостью
по Дефо 2700
23,0
Минеральный наполнитель - мел
9,0
Смола 101 К
1,0
Отходы индустриальных масел
2,0
Процесс смешения осуществляют при средней температуре 75°С. Удельное время смешения составляет 3,5 минуты. После завершения процесса смешения полученную смесь охлаждают до комнатной температуры, подвергают присыпке каолином.
Полученную композицию анализируют, данные анализа представлены в таблице.
Пример 3
Получение битум-полимерной композиции осуществляют аналогично примеру 2, только удельное время смешения на вальцах составляет 4,5 минуты, средняя температура смешения 70°С. После завершения процесса смешения полученную смесь охлаждают до температуры 24±5°С и гранулируют с последующей присыпкой тальком.
Полученную битум-полимерную композицию анализируют, данные анализа представлены в таблице.
Пример 4
Получение битум-полимерной композиции осуществляют аналогично примеру 2, только удельное время смешения на вальцах составляет 5,5 минуты, средняя температура смешения 65°С. После завершения процесса смешения полученную смесь охлаждают до температуры 24±5°С и гранулируют с последующей присыпкой каолином.
Полученную битум-полимерную композицию анализируют, данные анализа представлены в таблице.
экв
Как видно из экспериментальных данных по исследованию получаемых по способу изобретения битум-полимерных композиций, представленных в таблице, получение битум-полимерных композиций целесообразно осуществлять с использованием предлагаемого способа получения, включающего в себя предложенное рецептурное соотношение компонентов и предварительное измельчение полимеров - бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ-30, отходов производства синтетических каучуков и латексов с жесткостью по Дефо 2700 до частиц размером d≤0,018 м, приготовление расплава битума марки БНК 90/30, затем смешение подготовленных таким образом полимеров, расплава битума, мела, смолы 101 К и отходов масла на вальцах или другом оборудовании аналогичного принципа действия. Процесс смешения осуществляют в течение 3,5-5,5 минут при температуре 65±15°С с последующим охлаждением композиции до температуры 24-35°С и ее грануляцией. Дополнительно проводят присыпку полученного материала тальком, каолином или другими общепринятыми материалами.
Если изменить время и температуру смешения битум-полимерной композиции в сторону уменьшения, например 2,5 минут и 40°С, то качество получаемой композиции снижается вследствие неравномерного взаимораспределения ингредиентов (недосмешение), а при увеличении времени и температуры смешения, например 6,5 минут и 90°С - качество битум-полимерной композиции снижается вследствие термоокислительных реакций, начинающих стремительно превалировать в битум-полимерной композиции.
Таким образом, из приведенных выше данных видно, что предлагаемый способ получения битум-полимерных композиций позволяет получить композицию, превосходящую по основным физико-механическим характеристикам композицию, полученную по технологии прототипа, снизить энергетические и временные затраты при ее получении.
Показатели
Данные анализа по примерам
1 (прототип)
2
3
4
1
2
3
4
5
Условная прочность, МПа
0,97
1,02
1,01
1,03
Относительное удлиннение, %
75,0
85,2
96,0
89,2
Относительное остаточное удлиннение, %
12,0
12,5
12,2
12,3
Адгезия к металлу, МПа
0,09
0,12
0,10
0,11