модифицированный битум

Формула изобретения

Модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, отличающийся тем, что в качестве аминного активатора адгезии он содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆ -С₂₀ 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

Описание изобретения к патенту

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.

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 C₆-C ₂₀ 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

Отличительной особенностью предложенного вяжущего является то, что введение в него продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C₆-C₂₀ 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.

Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции C₆ -C₂₀ при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.

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 C₆-C₂₀ (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.

В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции C ₆-C₂₀ 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 C6-C20 в мольном соотношении 1:3:0,5	0,5			0,3
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 в мольном соотношении 1:3:1,5		1,25			2,5
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C6-C20 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