способ получения битумополимерной композиции

Формула изобретения

1. Способ получения битумополимерной композиции, включающий введение при перемешивании в нагретый битум полимера, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют в роторно-пульсационном аппарате, обеспечивающем гидромеханическое и акустическое воздействие в диапазоне излучаемых частот в интервале 0,2-36,0 кГц при мощности акустического воздействия 90-125 дБ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимер вводят в битум в виде раствора в органическом растворителе.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что битум нагревают до температуры не ниже его температуры размягчения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения битумополимерных композиций, используемых при строительстве дорог, промышленных и гражданских сооружений (кровель, гидроизоляций и герметиков).

Известно получение вяжущего для дорожных покрытий смешением битума (85-98 мас. %), разветвленного или линейного бутадиенстирольного блок-сополимера при 220-250^oC в течение 15-45 мин. [1, ЕР 458386, C 08 L 95/00]. Вяжущее имеет сравнительно высокие значения прочности и эластичности. Однако не наблюдается хорошего совмещения полимера с битумом, т.е. структура вяжущего не гомогенна, несмотря на то, что процесс его получения осуществляется при 200-250^oC. Негомогенная структура вяжущего является причиной образования трещин на дорожном покрытии при температурах ниже -10^oC. Кроме того, при 200-250^oC возможно протекание деструктивных процессов в компонентах вяжущего.

Наиболее близким предполагаемому изобретению является битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения [2, патент РФ 2038360, C 08 L 95/00} , включающий введение при перемешивании в битум блоксополимера алкадиена и стирола, при этом до введения в битум названный блоксополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас. %, смешивают при 80-160^oC с 1,9-33,3 мас.% масла индустриального, после чего полученную смесь вводят при 100-160^oC в 44,4-98,0 мас.% битума. Способ позволяет получать однородное битумное вяжущее.

Недостатком известного способа является то, что вяжущее имеет сравнительно низкие значения эластичности, растяжимости, адгезии и высокую температуру размягчения. Кроме того, в данном способе на предварительное растворение сополимера в индустриальном масле затрачивается время от 0,5 до 1,0 часа, а на совмещение раствора полимера с битумом до 0,5 часа, и присутствие растворителя является необходимым условием для достижения представленных показателей.

Причем растворение полимера в растворителе и введение раствора полимера в битум требует сравнительно высоких температур (до 160^oC).

Задачей изобретения является повышение значений эластичности, адгезии, растяжимости и улучшение низкотемпературных свойств битумополимерной композиции.

Поставленная задача решается способом получения битумополимерной композиции, включающим введение в нагретый битум полимера при гидромеханическом перемешивании. Причем перемешивание осуществляют в роторно-пульсационном аппарате, обеспечивающем гидромеханическое и акустическое воздействие в диапазоне излучаемых частот в интервале 0,2-36,0 кГц и при мощности акустического воздействия 90-125 дБ.

Причем полимер вводят как в чистом виде, так и в виде раствора в органическом растворителе, а битум нагревают до температуры не ниже его температуры размягчения.

Перемешивание битума при введении в него полимеров в роторно-пульсационном аппарате при совместном гидромеханическом и акустическом воздействиях в определенном режиме приводит к тому, что наряду с интенсивным гидромеханическим воздействием со стороны элементов ротора и статора на обрабатываемую среду, уже обеспечивающем высокоэффективное перемешивание, на обрабатываемую смесь оказывается акустическое воздействие, приводящее, по-видимому, к ультратонкому диспергированию полимера в битуме. В результате такой совместной обработки получают битумополимерные композиции со значительно улучшенными свойствами. Кроме того, способ позволяет получать эти композиции, минуя операцию растворения полимеров в органических растворителях.

Способ может быть осуществлен в роторно-пульсационных аппаратах, позволяющих обеспечить соответствующий режим воздействия.

Используемый в способе роторно-пульсационный (РПА), представленный на фиг. 1, 2 и схеме его соединенным с емкостью на фиг. 3, содержит корпус с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1, с зазором к нему, на упругих элементах 4 установлены статоры 5, между которыми на валу 6 закреплен ротор 7. На торцах статоров 5, обращенных к ротору, и на торцах ротора 7 установлены коаксиальные цилиндры 8 и 9, в которых выполнены проточные каналы 10 и 11 соответственно. Ротор с помощью упругих лопаток 12 крепится к втулке 13, установленной на валу 6, который соединен с регулируемым по частоте электроприводом. Аппарат всасывающим 14 и нагнетающим 15 трубопроводами через входной и выходной патрубки 2 и 3 связан с емкостью 16.

Способ осуществляют следующим образом. В емкость 16 заливают битум, при температуре не ниже температуры его размягчения включают электропривод РПА, при этом начинает вращаться вал 6, а вместе с ним втулка 13, упругие лопатки 12 и ротор 7. Вращающийся ротор 7 своими проточными каналами 11, выполненными в коаксиальных цилиндрах 9 (его боковыми стенками), создают в аппарате радиальное движение битума.

Взаимодействуя с неподвижными проточными каналами 10 статора 5 с зубьями (лопатками), образованными этими каналами и коаксиальными цилиндрами 8 статоров 5, битум подвергается гидромеханическому воздействию. Кроме того, это воздействие оказывается на битум в зазорах между цилиндрами статора и ротора. Вся совокупность этих воздействий носит ярко выраженный гидромеханический характер и ведет к интенсивному перемешиванию и повышению температуры обрабатываемого битума В емкость 16 вводят полимерные наполнители, приведенные в примерах 1-8, и продолжают перемешивание при числе оборотов 5000-7500 об/мин. В результате циркуляции смеси битума с полимерами через аппарат 1 в емкость 16 через трубопроводы 14 и 15 поступает композиция гомогенного состава. При оборотах 5000-7500 об/мин в проточных каналах создается контролируемый шумомером (на схеме не показан) режим акустического воздействия на смесь, приводящий к изменению свойств получаемой композиции. Таким образом, на битумополимерную смесь оказывается гидромеханическое и акустическое воздействие к улучшению ее физико-механических свойств.

Приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1. 0,3 кг (1 вес. %) сополимера этилена с пропиленом в виде крошки размером 1-10 мм и 29,7 кг (99 вес. %) битума нагретого до 70^oC, смешивают в роторно-пульсационном акустическом аппарате в течение 0,5 мин при частоте акустического воздействия f=10 кГц и мощности акустического воздействия f=100 дБ.

Пример 2. 0,9 кг (3 вес. %) сополимера этилена с винилацетатом в виде крошки размером 1-10 мм и 29,1 кг (99 вес. %) битума, нагретого до 60^oC, смешивают в роторно-пульсационном акустическом аппарате при в течение 1,0 мин, при f=15 кГц и N=105 дБ.

Пример 3. 1,5 кг (5 вес. %) дивинил-стирольного термоэластопласта в виде крошки размером 1-10 мм и 28,5 кг (95 вес. %) битума нагретого до 50^oC смешивают в роторно-пульсационном акустическом аппарате в течение 1,5 мин, при f=25 кГц и N=115 дБ.

Пример 4. 2,1 кг (7 вес. %) резиновой крошки 1-5 мм и 27,9 кг (93 вес. %) битума, нагретого до 70^oC смешивают в роторно-пульсационном акустическом аппарате в течение 1,0 мин, при f=36 кГц и N=125 дБ.

Пример 5. 2,4 кг (8 вес. %) сополимера этилена с пропиленом в виде крошки размером 1-10 мм растворяют в 3,2 кг (11 вес. %) тяжелого вакуумного газойля в роторно-пульсационном акустическом аппарате в течение 0,5 мин, и N= 90 дБ. Затем полученный раствор полимера смешивают в том же аппарате с 24,4 кг (81 вес. %) битума нагретого до 60^oC, в течение 0,5 мин, при f=2 кГц и N=5 дБ.

Пример 6. 3,0 кг (10 вес. %) дивинил-стирольного термоэластопласта в виде крошки размером 1-10 мм растворяют в 4,0 кг (13,3 вес. %) тяжелого вакуумного газойля в роторно-пульсационном аппарате в течение 1,0 мин, при f=5 кГц и N=100 дБ. Затем полученный раствор полимера смешивают в том же аппарате с 23 кг (76,7 вес. %) битума нагретого до 50^oC, в течение 0,5 мин при тех же значениях f и N.

Пример 7. 1,8 кг (6 вес. %) сополимера этилена с винилацетатом в виде крошки размером 1-10 мм растворяют в 2,4 кг (3 вес. %) тяжелого вакуумного газойля в роторно-пульсационном аппарате в течение 0,5 мин, при N=100 дБ. Затем полученный раствор полимера смешивают в том же аппарате с 25,8 кг (86 вес. %) битума нагретого до 70^oC в течение 1,0 мин, при тех же значениях f и N.

Пример 8. 3,0 кг (10 вес. %) резиновой крошки 1-5 мм, растворяют в 4,0 кг (13,3 вес. %) тяжелого вакуумного газойля в роторно-пульсационном аппарате в течение 1,0 мин, при f=12 кГц, и N=115 дБ. Затем полученный раствор полимера смешивают в том же аппарате с 23 кг (76,7 вес. %) битума нагретого до 50^oC, в течение 0,5 мин, при тех же значениях f и N.

Значение максимальной температуры битума ограничивают необоснованным расходом электроэнергии и возможностью протекания деструктивных процессов в смешиваемых компонентах.

Физико-механические свойства битумополимерных композиций, приготовленных согласно примерам NN 1-8, приведены в таблице.

Из представленных результатов видно, что битумополимерные композиции, полученные предложенным способом, имеют более высокие значения эластичности (на 1,17-8,2% при 25^oC и 1,87-6,3% при 0^oC), адгезии, растяжимости (на 11-44% при 25^oC и 7,1-18% при 0^oC), а температура хрупкости снижается с (-17) - (-40)^oC до (-29,5) - (-44,5)^oC.

Данный способ позволяет также сократить время приготовления композиции до нескольких минут и вводить полимер как в чистом виде, так и в виде раствора.