АДГЕЗИОННАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БИТУМНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
ADHESIVE ADDITIVE FOR BITUMEN COMPOSITIONS

Изобретение относится к адгезионным добавкам для битумных и полимерно-битумных композиций.
Адгезионные добавки обеспечивают связь битума с минеральным наполнителем при строительстве автодорог, обустройстве кровельных покрытий. Они существенно повышают адгезионные свойства битумов - улучшают сцепление битума с минеральными материалами. При этом физико-механические показатели битумов не ухудшаются.
Известен ряд адгезионных добавок для битумно-полимерных композиций на основе азотсодержащих соединений: четвертичные аммониевые основания - катионные поверхностно - активные вещества, пиперазиновые производные, имидазолинол [Сб. "Использование ПАВ в дорожном строительстве", ЗАО "ЦИВССМ", Астрахань, 2001 г]. Дозировка азотсодержащих добавок от 0,5 до 2,0% мас. на битумную композицию. Свойства они сохраняют до температуры 160-163°С. Существенными недостатками этих добавок являются неприятный [аминный) запах и высокая токсичность [это, как правило, вещества 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76].
Известна также адгезионная добавка, представляющая собой продукт взаимодействия талового масла и триэтаноламина при массовом соотношении 66-68:32-34 соответственно [RU №2119513, C08L 95/00, 27.09.1998). Ее используют в дозировках 0,7-7,0% мас. Добавка имеет следующие недостатки:
- из-за высокой вязкости добавки необходима стадия предварительного подогрева ее перед введением в битумную композицию;
- неприятный запах;
- высокие дозировки для обеспечения нужного уровня адгезии.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является адгезионная добавка к битумной композиции, представляющая собой малеинизированный полибутадиен с содержанием связанного малеинового ангидрида 12÷21% мас., имеющий динамическую вязкость 10÷100 Па·с при температуре 25°С [RU №2226203, МПК C08L 95/00, 53/02, 15/00, 27.03. 2004).
Данная добавка обеспечивает битуму высокий уровень адгезии к минеральным наполнителям при использовании в невысоких дозировках (0,5÷5,0, для практических целей, как правило, - 0,5÷1,0).
Недостатком данной адгезионной добавки является высокая вязкость: 10÷100 Па·с (при 25°С). Из-за этого возникают технологические трудности по введению добавки в битумные композиции.
Задачей заявляемого изобретения является улучшение технологических свойств добавки при сохранении адгезионных свойств битумных композиций, в которых она используется, на том же уровне, что и в случае применения известных адгезионных добавок.
Технический результат достигается тем, что в качестве адгезионной добавки используют аддукт малеинового ангидрида с талловым маслом, содержащим смоляные и жирные кислоты в массовом соотношении 1:0,6÷5,0, при массовой доле связанного малеинового ангидрида в аддукте 10÷30% с динамической вязкостью 0,3-1,0 Па·с (при 25°С).
Заявляемая адгезионная добавка характеризуется высокими технологическими свойствами - значение динамической вязкости ниже, чем для известных адгезионных добавок - 0,3÷1,0 Па·с. Она легко дозируется и хорошо распределяется в битумной композиции. При ее применении не требуется операция предварительного смешения адгезионной добавки с термоэластопластом. Благодаря этому, приготовление битумной композиции осуществляется в одну стадию.
Полимерно - битумная композиция, содержащая ее, характеризуется высоким уровнем показателя "сцепление с минеральными наполнителями" как к щелочным, так и к кислым минеральным наполнителям, что и в случае использования известных адгезионных добавок. Оптимальный диапазон дозировки заявляемой адгезионной добавки в составе битумной композиции 0,3-0,8% мас. на композицию.
Адгезионная добавка может использоваться в составе как полимерно-битумной композиции, так и в битуме, не содержащем полимера.
Получение аддукта малеинового ангидрида с талловым маслом осуществляют следующим образом: в обогреваемый реактор, снабженный мешалкой, вводят расчетное количество таллового масла и малеинового ангидрида [соотношение компонентов соответственно 70÷90:30÷10), продувают инертным газом [азот или аргон), нагревают до температуры 200 и -220°С и выдерживают при перемешивании в течение 4-6 часов. Получают однородную массу с динамической вязкостью 0,3÷1,0 Па·с и содержанием свободного малеинового ангидрида не более 0,3% мас.
При осуществлении изобретения используют следующие продукты:
Битум нефтяной
- по ГОСТ 22245
Малеиновый ангидрид
- по ГОСТ 11153
Талловое масло
- любого из российских производителей с
массовым соотношением 1:0,6÷5,0
Параметры модифицированного битума оценивают по следующим методикам:
- сцепление с мрамором, песком
- ГОСТ 11508;
- глубина проникновения иглы
- ГОСТ 11501;
- температура размягчения, по КИШ
- ГОСТ 11506;
- эластичность при 25°С
- ГОСТ 11505;
- температура хрупкости
- ГОСТ 11507.
Определение динамической вязкости проводят на рео-вискозиметре Хеплера (Реостат 2.1) при температуре 25°С.
Содержание свободного (непрореагировавшего) малеинового ангидрида определяют методом титрования раствором щелочи водного экстракта из добавки.
Содержание смоляных и жирных кислот в талловом масле определяют методом газо-жидкостной хроматографии.
Изобретение иллюстрируется примерами конкретного исполнения.
Пример 1. В емкость, снабженную мешалкой и циркуляционным насосом, загружают 195 кг нефтяного битума марки БНД 60/90, разогретого до температуры 140÷160°С, подают 4 кг термоэластопласта ДСТ-30Р-01 в виде крошки и 1 кг адгезионной добавки, представляющей собой малеинизированное талловое масло. Адгезионная добавка имеет следующие характеристики: динамическая вязкость - 0,60 Па·с, содержание общего малеинового ангидрида - 24,5% мас., свободного малеинового ангидрида - 0,20% мас., содержание связанного малеинового ангидрида - 24,3% мас., массовое соотношение смоляных и жирных кислот - 1:0,7. Ведут перемешивание при температуре 150÷160°С в течение 60 минут до полного растворения термоэластопласта. Адгезионная добавка полностью растворяется в течение 5 минут.
Образец битумной композиции испытывают стандартными методами.
Примеры 2-9. Все операции осуществляют по примеру 1. Изменяют состав адгезионной добавки, ее характеристики и дозировку в составе битумной композиции, данные по составу, характеристики адгезионных добавок и свойства битумных композиций приведены в таблице 1.
Пример 10 (по прототипу). В резиносмеситель загружают термоэластопласт линейного строения - ДСТ-30Р-01 в виде крошки в количестве 2 кг и низкомолекулярный малеинизированный полибутадиен в количестве 0,5 кг, содержащий 12% мас. связанного малеинового ангидрида, имеющий динамическую вязкость 10 Па·с. Смешение полимеров проводят в течение 15÷20 мин при нормальной температуре. Полученную смесь в виде сыпучей крошки в количестве 2,5 кг подают в емкость, снабженную лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, в нефтяной битум, разогретый до температуры 140÷160°С, и ведут перемешивание при температуре 150÷160°С в течение 60 мин до полного растворения полимера.
Образец битумной композиции подвергают стандартным испытаниям. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Из таблицы 1 следует, что заявляемый вариант адгезионной добавки обеспечивает высокий уровень адгезионных свойств дорожного битума, не хуже, чем в случае использования известной добавки малеинизированного полибутадиена. При этом технологические свойства заявляемой добавки существенно лучше - динамическая вязкость ее находится в диапазоне 0,30÷1,0 Па·с, тогда как у известной [по прототипу) добавки 41,5 Па·с.
Пример 11. Нефтяной дорожный битум марки БН 90/130 нагревают в емкости, снабженной лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, до температуры 150÷160°С, подают малеинизированное талловое масло (соотношение смоляных и жирных кислот - 1:0,7, содержание связанного малеинового ангидрида - 24,5% мас., динамическая вязкость - 0,6 Па·с). На 100 кг битума подают 0,35 кг адгезионной добавки. Перемешивают 10 минут. После охлаждения проводят испытание композиции. Результаты испытаний представлены в таблице 2 (пример 11).
Пример 12 (по прототипу). Все операции осуществляют по примеру 11. В качестве адгезионной добавки используют малеинизированный полибутадиен со следующими характеристиками: содержание общего малеинового ангидрида - 20,0% мас., динамическая вязкость - 41,5 Па·с. Образец битумной композиции подвергают стандартным испытаниям. Результаты испытаний приведены в таблице 2 (пример 12).
Для сравнения приведены характеристики битума без добавок.
Как следует из данных таблицы 2, заявляемая адгезионная добавка обеспечивает высокие адгезионные свойства битуму, не ухудшает основных характеристик битума и при этом имеет лучшие технологические свойства, чем в случае известного технического решения.
Таблица 2
Результаты испытания полимерно-битумных композиций с различными адгезионными добавками
Свойства полимерно-битумных композиций
№ примера
Содержание добавки, % мас.
Сцепление с мрамором, песком
Глубина проникновения иглы, 0,1 мм при 0°С
Температура размягчния по КИШ, °С
Температура хрупкости, °С
Эластичность, мм при 25°С
11
0,35
1
98
44
минус 13
86
12 по прототипу
0,35
1
97
44
минус 13
87
контрольный, битум без добавок
-
4
99
45
минус 11
85