МОДИФИЦИРОВАННЫЙ БИТУМ
MODIFIED BITUMEN

Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов.
Известен модифицированный битум для дорожного строительства, включающий аминный активатор адгезии - отход производства анилина - анилиновую смолу с аминным числом не ниже 150 в количестве 1,0-1,5 мас.%. Вяжущее получают путем смешения битума и смолы при температуре 120-140°С в течение 40-60 мин (RU 2063990 С1, кл. С08L 95/00, С04В 26/26, 20.07.1996).
Недостатком известного вяжущего является то, что оно содержит отход производства анилина, состав которого варьируется в широком диапазоне, что не позволяет получить готовый битум стандартного качества.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является модифицированный битум, включающий в качестве аминного активатора адгезии гексаметилентетрамин и дополнительно продукт полукоксования углей при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 80,00-92,00, продукт полукоксования углей - 8,00-20,00, гексаметилентетрамин сверх 100% - 0,35-1,00. Модифицированный битум получают путем смешения исходного битума с продуктом полукоксования углей при 110°С до получения однородной смеси, в которую вводят гексаметилентетрамин, с последующим ее нагреванием до 160°С и изотермической выдержкой смеси в течение 30 мин при непрерывном перемешивании (RU 2241011 С1, кл. С08L 95/00, С08К 5/17, С04В 26/26, 27.11.2004).
Недостатком данного битума является его относительно низкая стойкость к воздействию плесневых грибов. Кроме того, модифицированный битум подвержен достаточно быстрому процессу старения, о чем свидетельствуют изменения массы и температуры размягчения после прогрева.
Техническим результатом изобретения является повышение качества и грибостойкости битума.
6
20
Данный результат достигается тем, что модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, в качестве аминного активатора содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C-C при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанный аминный активатор адгезии
0,5-2,0
Битум
до 100
6
20
Отличительной особенностью предложенного вяжущего является то, что введение в него продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C-C при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) в количестве 0,5-2,0 мас.% (далее - продукт взаимодействия) позволяет повысить стойкость битума к воздействию плесневых грибов, адгезию к каменным материалам, металлам, дереву и др. Кроме того, продукт взаимодействия замедляет процесс старения битума, так как его масса и температура размягчения после прогрева практически не изменяются.
Введение предложенного битума в асфальтобетонные смеси, строительные, кровельные и изоляционные материалы дает возможность повысить их водоотталкивающие свойства и биостойкость.
Введение продукта взаимодействия в количестве менее 0,5% не позволяет существенно повысить качество битума. Введение его более 2% нецелесообразно, так как дальнейшего влияния на показатели качества он не оказывает.
6
20
Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции C-C при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.
6
20
Жирные кислоты выделяют из растительных масел (подсолнечного, кокосового, льняного, соевого и т.д.) путем расщепления триглицеридов, например омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой для выделения смеси кислот фракции C-C (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. / Под ред. М.М.Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).
При синтезе используют борную кислоту, соответствующую ГОСТ 18704-78, диэтаноламин - ТУ 6-09-2652-91.
Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем.
6
20
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции C-C и диэтаноламин (ДЭА). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: диэтаноламин: смесь жирных кислот составляет 1:3:(0,5-2,5).
Полученный продукт представляет собой маслянистую вязкую жидкость коричневого цвета. Он растворим в минеральных маслах, битуме, органических растворителях и имеет следующие характеристики:
Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.
Аминное число, мг HCl/г - не менее 40.
Содержание воды, % - не более 0,5.
Зольность, % - отсутствие.
Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 230.
В качестве битума используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90, нефтяные строительные - по ГОСТ 6617-76, нефтяные кровельные - по ГОСТ 9548-74 и нефтяные изоляционные - по ГОСТ 9812-74.
Технология получения предложенного модифицированного битума состоит в следующем.
В смеситель, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 98,0-99,5 мас.% битума и 0,5-2,0 мас.% продукта взаимодействия и производят перемешивание при температуре 130-150°С в течение 10-20 мин до получения однородной массы. Полученный битум смешивают с минеральным наполнителем, нагретым до 160-170°С, для приготовления асфальтобетонной смеси, а также применяют при изготовлении кровельного материала и изоляционного покрытия.
Конкретные составы предложенного модифицированного битума представлены в табл.1, показатели их качества - в табл.2. Примеры 4 и 5 являются контрольными.
Для сравнительного анализа показателей качества были получены битумы БНК 90/30 и БНИ-IV, модифицированные термической фракцией >230°С смолы полукоксования углей и гексаметилентетрамином согласно запатентованному способу по прототипу.
Пенетрацию битумов определяли по ГОСТ 11501-78, дуктильность (рястяжимость) - по ГОСТ 11505-75, температуру размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73, температуру вспышки - по ГОСТ 4333-87, температуру хрупкости - по ГОСТ 11507-78, изменение массы после прогрева - по ГОСТ 18180-72, стойкость к воздействию плесневых грибов - по ГОСТ 9.049-91 метод 1. Шкала оценки грибостойкости по методу 1 представлена в табл.3.
С предлагаемым вяжущим по примеру 1 и вяжущим по прототипу были приготовлены горячие асфальтобетонные смеси стандартного состава по ГОСТ 9128-2009 типа В марки II, мас.%: щебень фракции 5-20-30, песок из отсевов дробления - 58,5, минеральный порошок - 5, модифицированный битум - 6,5, из которых были изготовлены плотные асфальтобетоны.
Оценку адгезионной способности предложенного модифицированного битума к щебню проводили по методике, изложенной в описании к патенту РФ 2241011 (прототип).
Для этого отдельные частицы щебня размерами не менее 10 мм высушивали до постоянного веса при температуре 105°С. Затем каждую частицу щебня привязывали на тонкую проволоку, нагревали в термостате в течение 1 ч при температуре 140-160°С и погружали на 15 с в чашку с вяжущим, нагретым до этой же температуры. Извлеченные из вяжущего частицы подвешивали на штативе для стекания избытка вяжущего, после этого их охлаждали при температуре 20°С не менее 15 мин. Затем обработанные частицы щебня опускали в стакан с медленно кипящей дистиллированной водой на 30 мин и определяли силу сцепления вяжущего по шкале, приведенной в табл.4.
С предлагаемым битумом по примеру 2 и аналогичным битумом по прототипу были изготовлены наплавляемые кровельные материалы, представляющие собой стеклоткани, на которые нанесено от 3 до 5 кг каждого из модифицированных битумов.
С предлагаемым битумом по примеру 3 и соответствующим битумом по прототипу были приготовлены составы для защиты трубопроводов, содержащие, мас.%: модифицированный битум - 50, растворитель - 50.
Качественные показатели полученных покрытий представлены в табл.5.
Полученные асфальтобетоны испытывали по ГОСТ 12801-98, кровельные материалы - по ГОСТ 2678-94, защитные покрытия для трубопровода - по ГОСТ 9.054-75 и ГОСТ 15140-78.
Использование предложенного модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью.
Таблица 1
Компоненты
Состав модифицированного битума по примерам, мас.%
1
2
3
4
5
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C<sub>6</sub>-C<sub>20</sub> в мольном соотношении 1:3:0,5
0,5
0,3
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C<sub>6</sub>-C<sub>20</sub> в мольном соотношении 1:3:1,5
1,25
2,5
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C<sub>6</sub>-C<sub>20</sub> в мольном соотношении 1:3:2,5
2,0
Битум
БНД 90/130
99,5
99,7
БНК 90/30
98,75
БНИ-IV
98,0
97,5
Таблица 2
Показатель
Значение показателя по примерам
1
2
3
4
5
Предлож. модиф. БНД90/130
Прототип модиф. БНД90/130
Предлож. модиф. БНК 90/30
Прототип модиф. БНК 90/30
Предлож. модиф. БНИ-IV
Прототип модиф. БНИ-IV
Предлож. модиф. БНД90/130
Предлож. модиф. БНИ-IV
Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм
102
96
30
28
35
32
94
36
Дуктильность при температуре 25°С, см
75
78
10
12
10
13
73
9
Температура размягчения по кольцу и шару, °С
55
57
90
92
80
83
53
82
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С
0,5
4
0,5
5
0,5
6
1
0,5
Изменение массы после прогрева, %
0,07
0,7
0,05
0,5
0,03
0,5
0,09
0,02
Температура хрупкости по Фраасу, °С
-19
-16
-14
-12
-12
-10
-17
-12
Температура вспышки, °С
270
260
265
257
267
260
270
268
Грибостоикость по методу 1, баллы
1
3
1
3
1
3
2
1
Адгезия к минеральным материалам, баллы
5
5
5
4
5
4
4
5
Адгезия к стали, МПа
0,5
0,4
0,9
0,7
1,0
0,9
0,4
1,0
Таблица 3
Метод
Степень развития плесневых грибов
Оценка материала
ГОСТ 9.049
ИСО 846
1
0
Материал не является питательней средой (нейтрален или фунгистатичен)
1, 2
-
Материал содержит питательные вещества, которые обеспечивают незначительное развитие грибов
3, 4, 5
Материал содержит достаточное количество питательных веществ, благоприятствующих развитию грибов
Таблица 4
Оценка сцепления битума со щебнем, баллы
Характеристика поверхности минеральных частиц, обработанных вяжущим, при оценке смачивания до кипячения, а сцепления - после кипячения
5 (отличное)
Вся поверхность минеральных частиц равномерно покрыта вяжущим, т.е. пленка вяжущего полностью сохраняется
4 (хорошее)
Вся поверхность минеральных частиц покрыта вяжущим, но вяжущее распределено по толщине неравномерно
3 (удовлетворительное)
Отдельные участки поверхности минеральных частиц не покрыты вяжущим, т.е. пленка вяжущего смещается водой. Наблюдается обнажение отдельных участков на поверхности частиц (не менее 50%)
2 (плохое)
Поверхность минеральных частиц обнажена на более, чем 50%
Таблица 5
Показатель
Асфальтобетон
Кровельный материал
Защитное покрытие для трубопровода
с предложенным битумом
с битумом по прототипу
с предложенным битумом
с битумом по прототипу
с предложенным битумом
с битумом по прототипу
Водонасыщение, об.%
0,90
1,55
-
-
-
-
Коэффициент водостойкости
1,10
0,90
-
-
-
-
Набухание, об.%
0,10
0,50
-
-
-
-
Водопоглащение при испытании 24 ч, %
1,15
1,30
Водонепроницаемость при давлении 0,001 МПа, ч
100
90
Водовытеснение, мм
-
-
-
-
120
90
Грибостойкость по методу 1, баллы
0
2
0
2
0
2