Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2248381

БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Имя изобретателя: Зарипов Р.К. (RU); Махмутов А.А. (RU); Махмутов М.А. (RU); Кузмичев С.П. (RU); Хазипов Р.З. (RU); Горбачев Н.Г. (RU); Косоренков Д.И. (RU); Лебедев И.Н. 
Имя патентообладателя: ООО "Дорпластсервис" (RU); ООО "ИЗОБИТ" (RU)
Адрес для переписки: 423827, Республика Татарстан, г. Нижнекамск, ул. Шинников, 61, кв.119, Д.И. Косоренкову
Дата начала действия патента: 2003.04.09 

Битумно-полимерный материал и способ его получения относятся к области промышленного приготовления модифицированных битумных мастик, герметизирующих и гидроизоляционных материалов с улучшенными техническими характеристиками для использования в дорожном и промышленно-гражданском строительстве. Битумно-полимерный материал состоит из нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута, серусодержащих соединений и дополнительно содержащего в качестве поверхностно-активного вещества оксиэтилированный алкилфенол, в качестве серусодержащих соединений содержит сульфированную смесь из нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута, обработанную до сульфирования воздухом при температуре 140-230°С, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: битум 60-70; каучук 2-10; сульфированная смесь нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута 0,5-5,0; нефтяной растворитель и/или мазут 18-30; оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0. и описан способ получения вышеуказанного материала. Достигается повышение качества и производительности получения модифицированных полимерами битумных мастик и герметиков для гидроизоляции, при использовании недорогих доступных материалов с экономией энергоресурсов.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области промышленного получения модифицированных битумных композиций для дорожного, промышленно-гражданского строительства, производства гидроизоляционных и кровельных материалов, герметиков и мастик с улучшенными техническими характеристиками. Получаемые материалы имеют широкий диапазон применения в различных климатических зонах, устойчивы против воздействия влаги, высоких и низких температур, обладают технологичностью в производстве и применении.

Известны различные битумсодержащие материалы, в состав которых вводят дополнительно различные добавки: каучуки, термопласты, минеральные наполнители, пластификаторы, антиоксиданты, адгезивы и т.д. В зависимости от назначения и требуемых характеристик их соотношения могут быть различными. Однако способы введения компонентов, распределения их в битуме, гомогенизация и доведение до нужных параметров определяют время производственного процесса, технологичность, энергозатраты и качество, что влияет на стоимость получаемых материалов. Поэтому из-за перечисленных сложностей распространение получило лишь ограниченное количество разработок. Достаточно удачными в этом отношении можно назвать: полимерно-битумные мастики горячего применения “ИЖОРА”, МБР-Г-90, МБР-Г/Шм-75,ТУ 5775-002-11149403-97; резинобитумные композиционные мастики МРБК-И/Д, ТУ2384-003-40010445-2000; мастичные и герметизирующие материалы “БИТРЕК-ДИ”, патенты RU №2167898, №2178434, ТУ5718-004-05204776.

Наиболее близкой по технической сущности является битумно-полимерная композиция RU 2132857, содержащая каучук, битум, серу и органический ускоритель вулканизации, которая в качестве каучука содержит тройной сополимер этилена, пропилена и дициклопентадиена и дополнительно содержит мазут, или индустриальное масло, или толуол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

битум 41-94

мазут, или индустриальное

масло, или толуол 3-48

каучук 3-8

сера 0,06-2,4

органический ускоритель вулканизации 0,06-0,24

По способу получения п.2, RU 2132857, отличающаяся тем, что предварительно каучук смешивают с мазутом, или индустриальным маслом, или толуолом при 100-180°С до однородной массы, в полученную массу добавляют битум, серу и органический ускоритель вулканизации.

Недостатками битумно-полимерной композиции RU 2132857 являются присутствие мазута или масла в качестве растворителя или пластификатора в несвязанном виде, разжижающие материал, повышающие пенетрацию и снижающие температуру размягчения и в результате которая в дальнейшем при эксплуатации, под воздействием кислродно-озоновой деструкции и солнечной радиации окисляется и усыхает и тем самым теряет свои изначальные физико-химические свойства и эксплуатационные характеристики (заявленные преимущества). Для композиции характерны отсутствие к металлам или недостаточная когезионная прочность, тенденция к старению под воздействием солнечной радиации и кислорода. Помимо прочего авторами заявлено, что нижний предел содержания пластификатора мазута или индустриального масла может быть 3 мас.ч., что предполагает согласно формуле минимальную концентрацию каучука в смеси любых возможных растворителей до 50%, что ни при каких условиях достичь невозможно. Реально минимальное количество мазута, или индустриального масла, или толуола должно быть не менее 9 мас. ч. при сохранении состава остальных компонентов, входящих в состав композиции, согласно формуле и описанию RU 2132857. Повышение температуры размягчения прототипа возможно лишь при увеличении содержания серусодержащих или времени вулканизации, что приводит к получению слишком вязкого, неоднородного и тем самым не пригодного в работе материала. Применение ароматических углеводородов (толуола) в композиции ухудшает экологическую ситуацию на предприятии-изготовителе и на строительном участке, помимо прочего не дает эффекта улучшения технических характеристик материала, понижает температуру вспышки, что повышает опасность возникновения пожара, взрыва, аварии, несчастного случая и т.д.

Целью настоящего изобретения является повышение адгезии, устойчивости к атмосферному воздействию (влаге, кислороду) и солнечной радиации, снижение производственных затрат, упрощение технологического процесса, а и приведение характеристик получаемых материалов к требованиям Российских нормативных документов: СниП 2.05.03-84, СниП 3.06.04-91 “Мосты и трубы”, СниП 2.03.11-85 “3ащита строительных конструкций от коррозии, ВСН 32-81 “Инструкция по устройству гидроизоляции конструкций мостов и труб на железных, автомобильных и городских дорогах”.

Снижение затрат достигается путем применения каучуков массового производства, таких как СКИ-3, СКС-30АРКМ, СКМС-30АРКМ, СКД-2, БК-1675Н (Т), (С), этиленпропиленового и этиленпропилендиенового СКЭП-(Т), укорочением времени технологического процесса при использовании сульфирования и окисления сульфоокислителем с получением сульфированной смеси из нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя с присутствием алкансульфокислот R-SO₂-OH, где R - углеводородный радикал, воздействие и влияние которых одновременно способствует расширению диапазона теплостойкости и усилению когезионных связей в получаемом битумно-полимерном материале, в дальнейшем БПМ. Дополнительно применение сульфоокислителя позволяет осуществлять контролируемое старение, избавляющее от старения во время эксплуатации и потери качества технических свойств. Использование щелочи, каустической соды, позволяет получать в составе битумно-полимерных материалов смеси, в которых присутствуют соли высших алкансульфокислот - алкилсульфонаты R-SО₃ Ме, где Ме - металл. В частности, присутсвующие алкилсульфонаты в составе БПМ дополнительно влияют на поверхностно-активные свойства, что увеличивает способность материала к смачиванию обрабатываемой поверхности и усилению адгезии.

Предварительное получение раствора каучука в нефтяном растворителе и/или мазуте позволяет легко совмещать эластомер, который является основным модифицирующим компонентом, влияющим на физико-механические свойства получаемых битумно-полимерных материалов, с битумами, что обеспечивает равномерность распределения компонентов в смеси. Применение различных органических и минеральных наполнителей позволяет получать широкий диапазон проявлений механических свойств, таких как деформационная прочность, ударная вязкость, пластичность и т.д.

По составу материала техническая задача настоящего изобретения реализуется получением битумно-полимерного материала, состоящего из нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута, серусодержащих соединений и дополнительно содержащего в качестве поверхностно-активного вещества оксиэтилированный алкилфенол, в качестве серусодержащих соединений он содержит сульфированную смесь из нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута, обработанную до сульфирования воздухом при температуре 140-230°С, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

битум 60-70;

каучук 2-10;

сульфированная смесь нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута 0,5-5,0;

нефтяной растворитель и/или мазут 18-30;

оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0.

В битумно-полимерном материале в качестве одного из серусодержащих компонентов присутствует алкансульфокислота. После введения в смесь сульфоокислителя в результате реакции сульфирования появляются алкансульфокислоты, повышающие технические характеристики БПМ.

Дополнительное введение в смесь после сульфирования каустической соды позволяет получить в составе БПМ соли высших алкансульфокислот - алкилсульфонаты.

Количеством введения щелочи регулируют нейтрализацию алкансульфокислот и соответственно содержание алкилсульфонатов, причем серусодержащими дополнительно могут быть алкансульфокислота, алкилсульфонат или смесь алкансульфокислоты с алкилсульфонатами и прочими серусодержащими соединениями, получаемыми в результате сульфирования битума, каучука, нефтяного растворителя и/или мазута.

Дополнительно БПМ может содержать в качестве наполнителя минеральные порошки, органическую крошку или их многокомпонентную смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

битум 60-70;

каучук 2-10;

сульфированная смесь нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута 0,5-5,0;

нефтяной растворитель и/или мазут 18-30;

оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0;

наполнитель 1,0-15,0.

По способу техническая задача решается получением битумно-полимерного материала, включающим получение смеси путем перемешивания нефтяного битума с раствором синтетического каучука в нефтяном растворителе и/или мазуте при температуре с последующим сульфированием, где смешивают нефтяной битум с 6,25-30% раствором каучука в нефтяном растворителе и/или мазуте, перемешивают при температуре 140-230°С с обработкой воздухом до получения однородной смеси, после чего осуществляют сульфирование введением в течение 10-60 мин сульфоокислителя с получением в смеси серусодержащих соединений, после чего вводят оксиэтилированный алкилфенол при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

битум 60-70;

раствор каучука в нефтяном растворителе и/или мазуте 20-40;

серусодержащее соединение 0,5-5,0;

оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0.

и по способу получения техническая задача решается введением после сульфирования в смесь битума, раствора каучука и серусодержащих соединений, до введения оксиэтилировнного алкилфенола, щелочи, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

битум 60-70;

раствор каучука в нефтяном растворителе и/или мазуте 20-40;

серусодержащее соединение 0,5-5,0;

оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0;

щелочь (каустическая сода) 0,5-5,0.

Таким образом проводится реакция полной или частичной нейтрализации алкансульфокислоты с получением в БПМ алкилсульфонатов, степень нейтрализации регулируют количеством вводимой щелочи, в зависимости от требуемых технических характеристик БПМ.

При необходимости для получения БПМ с более вязкими показателями, большей жесткостью, повышенной температурой размягчения и теплостойкостью дополнительно вводят наполнитель в количестве, 1,0-15,0 мас.ч.

Технология получения БПМ заключается в следующем.

Предварительно измельчают в крошку синтетический каучук, далее ее смешивают с мазутом и нефтяным растворителем, или с одним из них, причем нефтяным растворителем может быть керосин, лигроин или сольвент нефтяной, уайт-спирит, нефрас и т.п.

После получения однородного раствора с необходимой концентрацией в пределах 6,25-30%, его вводят в предварительно разогретый до температуры 100°С нефтяной битум, которым может быть, например, БНД90/130 или БН-90/10, поднимают температуру до 140-230°С и перемешивают с обработкой воздухом самозасасыванием в смесь при помощи механического перемешивающего устройства или принудительно от компрессора, или любого другого воздухонагнетательного устройства.

После полного смешения компонентов в смесь битума с раствором вводят сульфоокислитель, которым может быть, например, серная кислота H₂SO₄, порциями дискретно или с помощью калиброванного на расход в единицу времени дозатора в течение 10-60 мин, причем время введения определяют опытно-экспериментальным путем, в зависимости от используемого сырья и необходимых требований к техническим показателям готовой продукции, например к температуре размягчения и хрупкости.

Затем вводят поверхностно-активное вещество - оксиэтилированный алкилфенол, которым может быть полиэтиленгликолевый эфир моно- и диалкилфенолов R-С₆Н₄O-(СН ₂СН₂)n-СН₂СН₂OН, например ОП-10 или оксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримеров пропилена неонол марки АФ9-10 в нужном количестве и перемешивают. При необходимости, в зависимости от конкретного назначения получаемого материала, в полученное добавляют наполнитель, которым может быть доломитовая мука, диоксид кремния или технический углерод, резиновая крошка, минеральный порошок или их многокомпонентная смесь. После смешения входящих компонентов и достижения гомогенности готовый продукт сливают и затаривают.

Рекомендуемые вещества для битумно-полимерного материала:

а) каучук - СКЭП-(Т), ТУ2294-035-05766801-95;

БК-1675Н, ТУ2294-034-05766801-95;

СКИ-3, ГОСТ 14925-79; СКДК(Н), ТУ2294-073-05766801-98

б) мазут - М-100, ГОСТ 10585-75;

в) битум - БНД 90/130, ГОСТ 22245-90; БН-90/10, ГОСТ 6617-76;

г) ПАВ - АФ 9-10, ТУ 2483-077-05766801-98; ОП-10, ГОСТ 8433-81;

д) растворитель - лигроин К-6, ТУ-0250-001-04855329-94; сольвент нефтяной ГОСТ 10214-78; уайт-спирит С4-155/200;

е) наполнитель - технический углерод П-514, ТУ38-41558-97; резиновая крошка фракции 1.0-1.5мм, ТУ 38.00149438-48-92; минеральный порошок, ГОСТ 16557-78;

ж) сульфоокислитель - серная кислота, ГОСТ 2184-77;

з) щелочь - каустическая сода NaOH.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

1.1 Крошку каучука СКЭПТ-40 в количестве 15 кг смешивают и растворяют в 85 кг мазута М-100 при температуре 100°С.

1.2 Полученный раствор вводят в 300 кг разогретого до жидкого состояния битума БНД 90/130 и поднимают температуру до 180°С с одновременным перемешиванием и обработкой воздухом, обеспеченную самозасасыванием в смесь во время работы перемешивающего устройства.

1.3 После получения однородной смеси при продолжающемся перемешивании равномерно в течение 20 минут вводят сульфоокислитель, 15 кг концентрированной серной кислоты H₂SO₄. Через 30 мин после прекращения подачи кислоты берут анализ полученного материала на соответствие температуры размягчения Т киш°С требуемым характеристикам и в случае положительного результата в смесь вводят 15 кг оксиэтилированного моноалкилфенола марки неонол АФ9-10 и смешивают в течение 30 мин, температуру поддерживают в пределах 160-180°С.

1.4 По окончании приготовления продукт сливают. Соотношение входящих компонентов и состав получаемого битумно-полимерного материала представлены в Таблице 1.

Пример 2

2.1 Крошку каучука СКИ-3 в количестве 15 кг смешивают и растворяют в 80 кг мазута М-100 и 5 кг С4-155/200 при температуре 100°С до получения однородной массы.

2.2 Полученный раствор вводят в 350 кг разогретого до жидкого состояния битума БНД 90/130, поднимают температуру до 180°С и перемешивают с обработкой смеси воздухом.

2.3 После получения однородной смеси при продолжающемся перемешивании в течение 20 минут вводят 15 кг серной кислоты.

2.4 Через 30 мин, после прекращения подачи кислоты, после окисления и сульфирования с одновременным отгоном легких фракций растворителя С4 производят отбор пробы на анализ температуры размягчения. В случае несоответствия Ткиш°С необходимой процесс перемешивания продолжают пока не будет достигнут необходимый результат и тогда в смесь вводят 5 кг вещества ОП-10 и смешивают в течение 10 мин при Т=160-180°С.

2.5 По окончании процесса в полученное вводят смесь минерального порошка с резиновой крошкой по 25 кг каждого и в течение 45 мин смешивают до полного распределения и однородности.

2.6 Готовый продукт сливают и затаривают. Соотношение входящих компонентов и состав получаемого БПМ представлены в Таблице 2.

Пример 3

3.1 Крошку каучука СКДК(Н) в количестве 15 кг смешивают с 80 кг мазута М-100 при Т=100°С и растворяют до получения однородной массы.

3.2 Полученный раствор вводят в 350 кг жидкого битума БНД 90/130, поднимают температуру до 180°С и перемешивают с обработкой смеси воздухом.

3.3 После получения однородной смеси, при продолжающемся перемешивании в течение 20 мин вводят 15 кг серной кислоты.

3.4 Через 30-50 мин после прекращения подачи кислоты и проведения сульфирования определяют температуру размягчения полученного материала и в случае получения положительного результата, т.е. достижения необходимой Ткиш°С, вводят 15 кг кристаллической каустической соды NaOH и смешивают в течение 30 мин для получения в составе БПМ сульфированной смеси алкилсульфонатов.

3.6 Затем вводят 5 кг неонола АФ9-10 и перемешивают в течение 20 мин при температуре 160-180°С.

3.7 По окончании процесса смешения с ПАВ в полученное вводят технический углерод П-514 в количестве 50 кг и смешивают до однородного состояния. Готовый продукт сливают и затаривают. Соотношение входящих компонентов и состав получаемого БПМ по Примеру 3 представлены в Таблице 3. Характеристики получаемых БПМ представлены в Таблице 4.

Кинетическая зависимость степени приготовления битумно-полимерных материалов при применении сульфоокислителя в процессе, в сравнении со способом получения модифицированных битумов и битумно-полимерных материалов посредством окисления воздухом представлена на графике Фиг.1. Кривая 1 демонстрирует динамику изменения температуры размягчения Т°С по КиШ без использования сульфоокислителя. Кривая 2 демонстрирует динамику изменения температуры размягчения Т°С по КиШ при использовании сульфоокислителя. В зависимости от назначения битумно-полимерного материала соотношения входящих компонентов могут меняться. Температура размягчения является определяющим показателем для определения степени готовности материала и регулируется количеством подаваемого сульфоокислителя, временем перемешивания, температурой ведения процесса. Физико-механические свойства битумно-полимерных материалов БПМ позволяют использовать их в качестве мастик для ремонта автомобильных дорог, герметиков для заделки межпанельных стыков, покровных масс для гидроизоляции, антикоррозионной защиты магистральных трубопроводов и металлических конструкций. Материалы устойчивы против воздействия низких и высоких температур, что позволяет их эксплуатировать в северных и южных регионах России.

Соотношение входящих компонентов и состав получаемых битумно-полимерных материалов БПМ.

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Таблица основных технических показателей битумно-полимерного материала

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Битумно-полимерный материал, состоящий из смеси нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута, серусодержащих соединений, отличающийся тем, что он дополнительно включает в качестве поверхностно-активного вещества оксиэтилированный алкилфенол, в качестве серосодержащих соединений он содержит сульфированную смесь из нефтяного битума, синтетического каучука, нефтяного растворителя и/или мазута, до сульфирования обработанную воздухом при температуре 140-230°С при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

битум 60-70;

каучук 2-10;

вышеуказанные серосодержащие соединения 0,5-5,0;

нефтяной растворитель и/или мазут 18-30;

оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0.

2. Битумно-полимерный материал по п.1, отличающийся тем, что сульфированную смесь дополнительно обрабатывают каустической содой.

3. Битумно-полимерный материал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит наполнитель в количестве 1,0-15,0 мас.ч.

4. Способ получения битумно-полимерного материала, включающий получение смеси путем перемешивания нефтяного битума с раствором каучука СКЭПТ в нефтяном растворителе и/или мазуте при температуре с последующим сульфированием, отличающийся тем, что смешивают нефтяной битум с 6,25-30% раствором каучука в нефтяном растворителе и/или мазуте, перемешивают при температуре 140-230°С с обработкой воздухом до получения однородной смеси, после чего осуществляют сульфирование введением в течение 10-60 мин сульфоокислителя с получением в смеси серосодержащих соединений, после чего вводят оксиэтилированный алкилфенол при следующих соотношениях компонентов, мас.ч.:

битум 60-70;

вышеуказанный раствор каучука 20-40;

серосодержащее соединение 0,5-5,0;

оксиэтилированный алкилфенол 0,1-5,0.

5. Способ получения по п.4, отличающийся тем, что до введения оксиэтилированного алкилфенола после сульфирования вводят щелочь в количестве 0,5-5,0 мас.ч.

6. Способ получения по пп.4 и 5, отличающийся тем, что после введения оксиэтилированного алкилфенола дополнительно вводят наполнитель в количестве 1,0-15,0 мас.ч. и перемешивают.

Версия для печати
Дата публикации 18.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов