Полимерный модификатор битума и битумно-полимерное вяжущее на его основе
POLYMERIC BITUMEN MODIFIER AND BITUMEN-POLYMER BINDER BASED ON IT

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к получению полимерного модификатора и битумно-полимерного вяжущего на его основе, применяемого в дорожном и гражданском строительстве для устройства дорожных асфальтобетонных покрытий, герметизации швов автодорожного полотна, устройства кровли и гидроизоляции строительных конструкций.
Известен полимерный модификатор битума, включающий битум, полимеры диенов и этилена, минеральное масло, резиновую крошку, при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум (марка БНД 60/90 или 90/130) - 50-80; резиновая крошка - 10-25; каучук синтетический полиизопреновый - 1-5; сополимер этилен-пропиленовый или полиэтилен высокого давления - 1-10; масло минеральное (соляровое, индустриальное масло И-8А, нафтапласт и др.) - 1-15 (патент RU 2158742, C08L 95/00, C08L 9/00, C08L 2316, C08L 17/00, опубл. 10.11.2000).
Недостатком указанного модификатора является наличие в его составе резиновой крошки, которая не растворяется в нефтяном битуме, таким образом равномерное покрытие минерального наполнителя в получаемых битумных материалах на основе вяжущего, содержащего резиновую крошку, не достигается, что приводит к потере прочностных свойств. Также недостатком модификатора является низкий интервал пластичности (разница между температурой хрупкости и размягчения) полимерно-битумных вяжущих, приготовленных на его основе.
Известно битумно-полимерное вяжущее для дорожных покрытий, получаемое смешением 95,0-99,5 мас. % битума, 0,41-4,10 мас. % растворителя-пластификатора, в качестве которого используют рапсовое масло или смесь дистиллированного таллового масла и пентаэритрита в соотношении 7:1, а также 0,09-0,90 мас. % сополимера этилена с винилацетатом (патент RU №2326143, C08L 95/00, C04B 26/26, опубл. 10.06.2008).
Недостатком данного изобретения является наличие в составе модификатора смеси непредельных карбоновых кислот, образующих рапсовое и талловое масла, вызывающих преждевременное старение как модификатора, так и вяжущего на его основе.
Известно битумно-полимерное вяжущее для дорожных покрытий, получаемое смешением 85-98 мас. % битума, 15-2 мас. % разветвленного или линейного стирольного блок сополимера (EP №0458386, кл. C08L 95/00, 1972).
Недостатком изобретения являются неудовлетворительные показатели растяжимости и эластичности полученных битумно-полимерных вяжущих, их низкая адгезия к минеральному материалу асфальтобетонных смесей, кроме того, неоднородность вяжущего.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является полимерный модификатор битума (RU №2346965, C08L 95/00, опубл. 20.02.2009), содержащий, мас. %:
Смола нефтеполимерная
20-80
Сополимер этилена с винилацетатом
10-30
Масло растительное
10-50
и битумно-полимерное вяжущее на его основе, содержащее, мас. %:
Битум
70,0-98,5
Нефтеполимерная смола
0,5-10,0
Сополимер этилена с винилацетатом
0,5-5,0
Масло растительное (общее количество)
0,5-10,0
Наполнитель
0,0-5,0
Недостатком прототипа является низкая адгезия битумно-полимерного вяжущего к минеральной части композиционного материала (например, асфальтобетонных смесей, изоляционных покрытий).
Задачей изобретения является увеличение адгезии битумно-полимерного вяжущего к минеральной части композиционного материала при сохранении остальных эксплуатационных характеристик.
20
26
Задача решается с помощью полимерного модификатора битума, содержащего сополимер этилена с винилацетатом, полиэтиленполиамин с содержанием общего азота 29-31 мас. %, наполнитель - тонкодисперсный порошок оксида металла переменной валентности с размером частиц от 0,25 до 1,5 мкм, и фракцию альфаолефинов состава C-C в качестве растворителя и дополнительно пластификатора, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Сополимер этилена с винилацетатом
60-80
Полиэтиленполиамин
10-30
Фракция альфаолефинов C<sub>20</sub>-C<sub>26</sub>
5-8
Наполнитель
2-5
Задача решается также битумно-полимерным вяжущим, включающим 70-98 мас. % битума и 2-30 мас. % указанного полимерного модификатора.
Техническим результатом изобретения является увеличение адгезии битумно-полимерного вяжущего к минеральной части композиционного материала в ~1,5 раза при сохранении других характеристик. Кроме того, у вяжущих дорожного назначения дополнительно улучшились низкотемпературные и реологические свойства; у вяжущих строительного назначения дополнительно увеличилась теплостойкость.
Для получения модификатора использовали следующие компоненты.
Сополимер этилена с винилацетатом марки 12508-150 (ТУ 6-05-1636-97, производитель ОАО «НефтеХимСэвилен»), который структурирует дисперсионную среду модифицируемого битума, увеличивает его температуру размягчения.
Полиэтиленполиамин с содержанием общего азота 29-31 мас. % (ТУ 2413-214-00203312-2002, производитель ООО «РУСХИМ НН») вводят в модификатор в качестве адгезионной добавки для увеличения сцепления битумно-полимерного вяжущего с минеральной частью композиционного материала.
20
26
Фракция альфаолефинов состава C-C (ТУ 2411-068-05766801-97, производитель Открытое акционерное общество «Таиф») выполняет функции растворителя и пластификатора: улучшает низкотемпературные и реологические свойства битумно-полимерного вяжущего.
2
3
2
3
Наполнитель - тонкодисперсный порошок оксида металла переменной валентности с размером частиц от 0,25 до 1,5 мкм, например, порошок FeO, MnO, NiO, AlO и др., предотвращает негативное влияние последствий воздействия окружающей среды на непредельные и кислородсодержащие соединения, находящиеся в составе полимерного модификатора, образуя при этом вместе с ними новую дисперсную фазу в битумно-полимерном вяжущем. Для этой цели размер частиц является оптимальным с позиций физико-химической механики нефтяных дисперсных систем. В отличие от прототипа наполнитель вводят непосредственно в модификатор, что приводит к увеличению теплостойкости вяжущего за счет равномерного распределения наполнителя в объеме модифицированного вяжущего.
Полимерный модификатор готовят при температуре 130°C смешением вышеуказанных компонентов в заданном соотношении в течение 30 минут.
Для приготовления битумно-полимерного вяжущего использовали битумы дорожного назначения марок БНД 60/90, БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90, а также строительные битумы марок БН 90/10, БН 70/30 по ГОСТ 6617-76.
Битумно-полимерное вяжущее готовят в следующий последовательности: в предварительно нагретый до 160°C битум вводят полимерный модификатор и перемешивают при этой же температуре до получения однородной массы.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
20
26
2
3
Полимерный модификатор битума готовят смешением 10 г полиэтиленполиамина с 5 г фракции альфаолефинов состава C-C, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 80 г и 5 г порошка оксида железа (III) FeO.
Получение битумно-полимерного вяжущего: 70 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 90/130 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 30 г полученного полимерного модификатора.
Пример 2
20
26
2
3
Полимерный модификатор битума готовят смешением 32,6 г полиэтиленполиамина с 31,6 г фракции альфаолефинов состава C-C, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 32,1 г и наполнитель порошок FeO - 3,7 г.
Получение битумно-полимерного вяжущего: 96 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 90/130 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 4 г полимерного модификатора.
Пример 3
20
26
2
3
Полимерный модификатор битума готовят смешением 30 г полиэтиленполиамина с 8 г фракции альфаолефинов состава C-C, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 60 г и наполнитель FeO - 2 г.
Получение битумно-полимерного вяжущего: 98 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 90/130 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 2 г полимерного модификатора.
Пример 4
20
26
2
3
Полимерный модификатор битума готовят смешением 10 г полиэтиленполиамина с 5 г фракции альфаолефинов состава C-C, затем полученную смесь нагревают и вводят в нее при постоянном перемешивании сополимер этилена с винилацетатом в количестве 80 г и наполнитель FeO - 5 г.
Получение битумно-полимерного вяжущего: 70 г нефтяного битума дорожного назначения марки БНД 60/90 разогревают, затем при постоянном перемешивании вводят 30 г полимерного модификатора.
Примеры 5-12 аналогичны примерам 1-4.
Составы полученных полимерных модификаторов и битумно-полимерных вяжущих приведены в таблице.
Физико-механические характеристики полученных битумов определяли по
ГОСТ 11501-78. Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы;
ГОСТ 11506-73. Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару;
ГОСТ 11507-78. Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу;
ГОСТ 11508-76. Битумы нефтяные. Метод определения сцепления битума с мрамором и песком;
ГОСТ 11505-75. Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости;
ГОСТ 2678-94. Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний;
ГОСТ 10296-79. ИЗОЛ. Технические условия.
Физико-механические характеристики полученных битумов приведены в таблице.
Как видно из табличных данных, предлагаемые битумно-полимерные вяжущие превосходят прототип по показателям адгезии к минеральной части композиционного материала при сохранении и/или улучшении других характеристик: у вяжущих дорожного назначения улучшились низкотемпературные (температура хрупкости, гибкость мастики) и реологические (глубина проникания иглы) свойства; у вяжущих строительного назначения увеличилась теплостойкость.
Таким образом, битумно-полимерное вяжущее на основе предлагаемого полимерного модификатора в отличие от прототипа имеет более высокую адгезию к минеральной части композиционного материала при сохранении других характеристик.