АДГЕЗИОННАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БИТУМНЫХ И БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
ADHESIVE ADDITIVE FOR BITUMEN AND BITUMEN-POLYMER COMPOSITIONS

Изобретение относится к адгезионным добавкам для битумно-полимерных 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% 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%. Добавка имеет следующие недостатки:
- из-за высокой вязкости добавки необходима стадия предварительного подогрева ее перед введением в битумную композицию;
- непостоянный состав талового масла, зависимый от исходного природного сырья (лиственные или хвойные породы деревьев) существенно влияет на адгезионные свойства добавки,
- неприятный запах,
- высокие дозировки для обеспечения нужного уровня адгезии.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является адгезионная добавка к битумной композиции, представляющая собой малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен с содержанием связанного малеинового ангидрида 12-21 мас.%, имеющий динамическую вязкость при 25°С 10-100 Па·с (RU №2226203, МПК C08L 95/00, 53/02, 15/00, 27.03.2004).
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 заключается в снижении вязкости адгезионной добавки, при сохранении показателя «сцепление с минеральными носителями» полимер - битумных композиций, в которых она используется, на том же уровне, что и в случае применения известных адгезионных добавок.
Технический результат достигается тем, что известная адгезионная добавка на основе малеинизированного низкомолекулярного полибутадиена, содержащая связанный малеиновый ангидрид, согласно изобретению, дополнительно содержит алкенилянтарный ангидрид общей формулы:
где n=12-26
при массовом соотношении малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен: алкенилянтарный ангидрид 25-85:75-15, а содержание связанного малеинового ангидрида в ней составляет 21,5-33 мас.%.
На таблице приведена характеристика заявляемой адгезионной добавки и результаты испытаний содержащих ее полимербитумных композиций.
Заявляемая адгезионная добавка характеризуется высокими технологическими свойствами - значение динамической вязкости значительно ниже, чем для известных адгезионных добавок - 0,2-1,0 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.
Полимер - битумная композиция, содержащая ее, характеризуется таким же 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 0,4-0,8 мас.%, на композицию.
Заявляемая адгезионная добавка может быть получена двумя способами:
1. Смешением при нагревании раздельно полученных малеинизированного низкомолекулярного полибутадиена и алкенилянтарного ангидрида в заданном соотношении компонентов.
n
2n
2. Осуществлением процесса малеинизации в одном реакторе в две стадии: на первой стадии проводят малеинизацию α - олефина формулы СН, где n=12-26 при избытке малеинового ангидрида; на второй стадии в реактор подают расчетное количество низкомолекулярного полибутадиена и продолжают процесс малеинизации.
При осуществлении изобретения используют следующие продукты:
Низкомолекулярный
полибутадиен
- по ТУ 38.103641-98
α - Олефины
- по ТУ 2411- 058- 05766801-96
Малеинизированный
низкомолекулярный
полибутадиен
- по ТУ 0257-12-33452160-2003
Битум нефтяной
- по ГОСТ 22245-90
Малеиновый ангидрид
- по ГОСТ 11153-75
Алкенилянтарные ангидриды получены из промышленных фракций α-олефинов производства «Нижнекамскнефтехим».
Определение динамической вязкости проводят на рео-вискозиметре Хеплера (Реотест 2.1).
Содержание свободного (непрореагировавшего) малеинового ангидрида определяют методом титрования раствором щелочи водного экстракта из добавки.
Содержание общего малеинового ангидрида рассчитывают по кислотному числу, найденному методом неводного титрования щелочью адгезионной добавки.
Содержание связанного малеинового ангидрида рассчитывают по разности между количеством общего и свободного малеинового ангидрида.
Среднечисленную молекулярную массу (Mn) низкомолекулярного полибутадиена определяют методом гель - проникающей хроматографии.
Полидисперсность использованных образцов низкомолекулярного полибутадиена составляет 1,9-2,6.
Изобретение иллюстрируется примерами конкретного исполнения.
Пример 1
В емкость, снабженную лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, загружают 97,5 кг нефтяного битума марки БНД 60/90, разогретого до 140-160°С, подают 2 кг термоэластопласта ДСТ - 30-01 в виде крошки и 0,5 кг адгезионной добавки, представляющей собой смесь низкомолекулярного малеинизированного полибутадиена с алкенилянтарным ангидридом (n=16) в массовом соотношении 60:40. Адгезионная добавка имеет следующие характеристики: динамическая вязкость - 0,75 Па·с, кислотное число - 131,0 мг КОН/1 г, содержание общего малеинового ангидрида - 22,22%, свободного малеинового ангидрида - 0,22%, содержание связанного малеинового ангидрида - 22,0%. Ведут перемешивание при температуре 150-160°С в течение 60 мин до полного растворения термоэластопласта. Адгезионная добавка полностью растворяется в течение 5 мин.
Образец битумной композиции испытывают стандартными методами.
Примеры 2-9
Все операции осуществляют по примеру 1. Изменяют состав адгезионной добавки, ее характеристики и ее дозировку в составе битумной композиции. Данные по составу, характеристики адгезионных добавок и свойства битумных композиций приведены на табл.1.
Пример 10 (по прототипу)
В резиносмеситель загружают термоэластопласт линейного строения - ДСТ - 30-01 в виде крошке 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 сыпучий крошки в количестве 2,5 кг подают в емкость, снабженную лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, в нефтяной битум, разогретый до 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 на табл.1.
Таким образом, испытания показали, что адгезионные добавки, синтезированные по предлагаемому изобретению обеспечивают битумным и битумно-полимерным композициям высокий уровень показателей, включая высокое сцепление композиций с минеральными наполнителями.