Резинобитумная композиция
REZINOBITUM COMPOSITION

Изобретение относится к получению битумно-резиновых композиций из крошки отходов вулканизованной резины и битума. Битумно-резиновые композиции могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве вяжущих для асфальтобетонных смесей, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных и гидроизоляционных работ.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая битумно-резиновая композиция включает битум и механоактивированную резиновую крошку, полученную при размоле вулканизованной резины до частиц, с характерным средним размером 0,5 мм, прямоточным сдвиговым воздействием (Balabekov М., Balabekov S., Jovanovic D. Comminution of granulated material. Patent Application WO/2002/005963, 2002). При механоактивации резиновая крошка распушивается и приобретает существенно большую внутреннюю удельную поверхность, чем полученная традиционным путем (Клищенко В.П., Пославский А.П., Сорокин В.В. Методы комплексной утилизации отработанных изделий транспортных средств из резины и резиносодержащих отходов. Прогрессивные технологии в транспортных системах. 2011. № 1. С. 135-141) с использованием одной из распространенных мельниц, крошка такого же гранулометрического состава, эффективнее взаимодействует со средой за счет появления свободных радикалов на механоактивированной поверхности. В процессе приготовления битумно-резиновых композиций на разработанном нами ранее оборудовании (Шершнев О.К., Рухман А.А. Устройство для приготовления резинобитумных композиционных вяжущих материалов. Патент №: 134178, 2012 г.), резинобитумные вяжущие подвергаются действию мощного низкочастотного ультразвука, увеличивающего текучесть битума, что позволяет увеличить количество введенной в композицию резиновой крошки, снизить температуру его модификации со (160÷170)°С до (120÷130)°С и сократить длительность процесса со (120÷180) до 20±4 минуты, ускорить пропитку крошки и получить модифицированный битум в виде высокогомогенизированного продукта, и при этом за счет снижения давления на входе насоса избежать кавитационной эрозии поверхности его деталей.
Известна композиция из битума и крошки вулканизированной резины с размером частиц (2÷10) мм из отработанных автомобильных шин, включающая обработанную до полной диссоциации частицы резины, минеральный наполнитель и нафталиновую фракцию каменноугольной смолы. (Алексеенко В.В., Кижняев В.Н., Житов Р.Г., Митюгин А.В. Асфальтобетонная смесь. Патент № RU 2374198, 2008). Однако при полной диссоциации частиц резины теряется возможность регулирования свойств композиции сочетанием свойств битума и измельченной резины.
Известна битумно-резиновая композиция, включающая кроме резиновой крошки и битума активный модификатор - соединение из ряда парабановых кислот, а в процессе получения битумно-резиновой композиции, битум перед смешиванием с резиновой крошкой предварительно подогревают до температуры 190-205°С, а резиновую крошку загружают в две стадии (Марьев В.А., Немцев В.А., Чернов О.Н., Руденский А.В. Битумно-резиновая композиция и способ ее получения. Патент RU №2223990, 2002). Применение высоких температур, дополнительного модификатора и многостадийность процесса существенно усложняет и удорожает получение резинобитумной композиции по описанию к указанному патенту.
Известна битумно-резиновая композиция, включающая битум и крошку из вулканизованной резины и содержащая дополнительно органические основания - ароматические или гетероароматические амины или фосфины, выбранные из группы пиридин, N-фенил-2-нафтиламин, трифенилфосфин и/или неорганические основания - карбонаты щелочных или щелочноземельных металлов. Кроме того, в процессе приготовления композиции ее компоненты смешиваются в герметичном реакторе при температуре 160-230°С с последующим удалением легколетучих продуктов (Розенберг Б.А., Эстрин Я.И., Эстрина Г.А. Битумно-резиновая композиция и способ ее получения. Патент №2164927, 1998). Недостатком композиции и способа ее получения является необходимость введения в ее состав дополнительных соединений, использование высоких температур, обеспечивающих реализацию процесса, не непрерывность процесса получения битумно-резиновой композиции.
Известна битумно-резиновая композиция и способ ее получения, включающий смешивание частиц резины с углеводородным маслом, термическое и механическое воздействие на размягченные и набухшие частицы резины, диспергирование частиц резины в битуме, введение дополнительных веществ для включения резины в битум (Лианг Жи Жонг, Вудхэмс Р.Т. Способ получения битумной композиции RU 2162475, 1993). К недостаткам композиции относится введение в ее состав дополнительных составляющих, а также усложняющее и удорожающее композицию применение при ее получении высоких температур и специального смесительного оборудования.
Обзор вышеприведенных и многочисленных других доступных источников информации позволяет заключить:
- рекомендованная температура модификации битума резиновой крошкой не ниже 170°С, повышение температуры процесса смешения резиновой крошки с битумом не сопровождается улучшением совместимости компонентов, а при (230÷240)°С приводит к полному термическому разрушению резины, потере ею эластичных свойств;
- для модификации битума используется резиновая крошка, полученная традиционным методом измельчения с размером частиц (0,8÷1,5) мм и более;
- добавляют резиновую крошку в модифицируемый битум в количестве не менее 8% (по массе), причем увеличение содержания крошки приводит к повышению вязкости модифицированного битума, кроме того крошка, попадая в битум при 170°С, начинает разбухать, что также приводит к увеличению вязкости до (2.200÷2.500) мПа и необходимости увеличить время модификации битума до (2÷2.5) часов.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении необходимого разнообразия существующих резинобитумных композициий и способов их получения, что облегчает выбор наиболее подходящей из них для решения той или иной конкретной задачи, в частности подбора оптимального состава резинобитумной композиции для использования в интервале требуемых рабочих температур.
3
Предлагаемая резинобитумная композиция характеризуется тем, что включает битум и механоактивированную резиновую крошку в количестве не менее 8 мас.% с характерным размером 0,5 мм, а также тем, что в процессе приготовления композициия подвергается действию низкочастотного ультразвука с плотностью мощности (0,5÷1,5) Вт/см, повышающего текучесть битума, (что позволяет увеличить количество введенной в композицию резиновой крошки до 50 мас.%, превращая ее в битумно-резиновую мастику), снизить температуру его модификации со (160÷170)°С до (120÷130)°С и длительность процесса со (120÷180) мин до (20÷30) минут.
Изобретение поясняется примерами, которые не носят ограничивающего характера.
Пример 1
Резиновую крошку с характерными размерами 0,8-1,2 мм, полученную измельчением на стандартной мельнице (RP-250), добавляют при постоянном перемешивании в предварительно нагретый до 170±5°С битум в количестве 10% по массе и подвергают перемешиванию до тех пор, пока вязкость композиции не перестанет меняться, что свидетельствует о завершении процесса модификации битума резиновой крошкой. В вышеуказанных условиях время, необходимое для завершения процесса модификации, составило 135 минут.
Пример 2
3
Механоактивированную резиновую крошку с характерным размером 0,5 мм, полученную при размоле вулканизованной резины в мельнице с прямоточным сдвиговым воздействием, добавляют при постоянном перемешивании в предварительно нагретый до 125±5°С битум в количестве 10% по массе и подвергают перемешиванию, совмещенному с воздействием ультразвуком с плотностью мощности 1,0 Вт/см, до тех пор, пока вязкость композиции не перестанет меняться, что свидетельствует о завершении процесса модификации битума резиновой крошкой. В вышеуказанных условиях время, необходимое для завершения процесса модификации, составило 18 минут.
Из приведенных примеров следует, что ультразвуковое воздействие в процессе модификации битума позволяет в 5-6 раз сократить длительность процесса, существенно уменьшить расход энергии на нагревание битума и длительное поддержание его в состоянии, нагретом до высоких температур, а также увеличить длительность эксплуатации битума, т.к. чем ниже температура модификации битума, тем полнее сохраняются летучие компоненты битума, предотвращающие растрескивание его композиций.
3
Предлагаемая резинобитумная композиция характеризуется тем, что включает битум и механоактивированную резиновую крошку с характерным размером 0,5 мм, а также тем, что в процессе приготовления композиция подвергается действию низкочастотного ультразвука с плотностью мощности (0,5÷1,5) Вт/см, увеличивающего текучесть битума, что позволяет увеличить количество введенной в композицию резиновой крошки до 50%, превращая в резино-битумную мастику, снизить температуру его модификации со (160÷170)°С до (120÷130)°С и длительность процесса со (120÷180) мин до (20÷30) минут, а также увеличить длительность эксплуатации битума за счет сохранности летучих компонентов битума, предотвращающих растрескивание его композиций.
Проведенные нами дополнительные исследования по варьированию различных физических параметров процесса (температура, плотность мощности ультразвука, соотношение битум-резиновая крошка, ее характерный размер), при поиске оптимальных режимов модифицирования битума резиновой крошкой показали, что при изменении каждого из указанных параметров как в сторону увеличения, так и уменьшения (при постоянстве остальных параметров) снижалась эффективность модифицирования. Исследования показали, что параметры заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, оптимальны и изобретение может быть осуществлено с помощью описанных в заявке средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
В результате проведенного анализа уровня техники получения резинобитумной композиции, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку применение ультразвука позволяет снизить температуру модификации битума резиновой крошкой, предотвратить термическое разрушение резины и битума, снизить эффективную вязкость резинобитумной композиции и сократить длительность процесса и потребление энергии на гомогенизацию композиции. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".