способ получения битумно-каучуковой мастики

Формула изобретения

Способ получения битумно-каучуковой мастики путем смешивания битума, модифицирующей добавки, отличающийся тем, что перед смешиванием с модифицирующей добавкой битум нагревают до температуры 150-190°С, вводят отходы производства поликапроамида, перемешивают до однородного состояния и в полученную смесь вводят пластификатор и органический растворитель, перемешивают, затем в полученную смесь вводят модифицирующую добавку, представляющую собой комплекс из низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука, с соотношением мономеров бутадиена и изопрена 80:20, молекулярной массой 3000-3500, содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, полиизоцианата, наполнителя, влагопоглотителя, катализатора уретанообразования, пластификатора, низкомолекулярного спирта и дополнительно перемешивают при температуре 20-50°С до гомогенного состояния, вышеуказанные компоненты модифицирующей добавки берут в следующем соотношении, мас.ч.:

Низкомолекулярный
гидроксилсодержащий каучук	100
Полиизоцианат	20-36
Наполнитель	100-250
Влагопоглотитель	5-20
Катализатор уретанообразования	0,001-3,0
Пластификатор	40-100
Низкомолекулярный спирт	0,5-8

при следующем соотношении компонентов мастики, мас.ч.:

Битум	25-200
Пластификатор	17-200
Отходы производства
поликапроамида	0,5-100
Модифицирующая добавка	100

Описание изобретения к патенту

Изобретение относиться к технологии производства строительных материалов и может быть использовано в качестве гидроизоляционных и кровельных мастик.

Известен способ получения битумно-каучуковой мастики, включающий подачу в турбосмеситель низкомарочного битума, введение в него при постоянном перемешивании полимерной добавки, дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30, тонкодисперсного наполнителя и перемешивание их. Часть наполнителя вводят в битум в соотношении 1:0,028, затем в полученную смесь порциями в течение 5-10 минут вводят полимерную добавку до получения смеси с соотношением компонентов битум:добавка:наполнитель 1:0,058:0,028, смесь перемешивают в течение 40-60 минут, после чего добавляют оставшееся количество наполнителя и осуществляют окончательное перемешивание до получения композиции содержащей, мас.%: битум 72-85, ДСТ-30 5-8, наполнитель 10-20 (патент РФ 2016019, С 08 L 95/00, 1994).

Недостатком данного способа является низкая адгезия мастики к основанию.

Известен способ получения битумно-каучуковой мастики путем смешения в смесителе битума, бутилкаучука, пластификатора и наполнителя, в состав композиции дополнительно вводят фенолформальдегидную или нефтеполимерную смолу с температурой размягчения не ниже 85°С, диоксид кремния и антисептик, при этом первоначально осуществляют при 100-120°С смешение бутилкаучука, смолы и диоксида кремния до получения однородной массы, затем в полученную массу вводят разогретый до 170-190°С битум, при этом введение наполнителя осуществляют или до введения битума, или двумя равными порциями, одну из которых вводят на стадии смешения бутилкаучука с добавками, другую вместе с битумом при следующем составе композиции, мас.%: битум 50-64%, пластификатор 5-8%, бутилкаучук 8-15%, синтетическая смола 2-4%, минеральный наполнитель 15-22%, диоксид кремния 2-3%, антисептик 0,5-1% (патент РФ 2016018, С 08 L 95/00).

Недостатком указанного способа является сложность и длительность процесса, низкая теплостойкость покрытия.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ изготовления битумно-каучуковой мастики (патент 2139904, С 09 D 195/00, 1999) путем смешивания каучука, битума, антиоксиданта, модифицирующей добавки и наполнителя, причем перед смешиванием с битумом каучук диспергируют в органическом растворителе с антиоксидантом и перемешивают в высокоскоростном смесителе в течение 15-30 минут, затем в полученную смесь вводят остальные указанные реагенты и дополнительно перемешивают 30-60 минут, весь процесс ведут при температуре 20-50°С, в качестве модифицирующей добавки используют салициловую кислоту, в качестве каучука хлоропреновый, этиленпропиленовый, хлоркаучук и 1,2-полибутадиен, и дополнительно вводят вулканизующий агент и нефтеполимерную или инденкумароновую синтетическую смолу при следующем соотношении, мас.%: битум 3,0-10,0, хлоропреновый каучук 2,0-10,0, этиленпропиленовый каучук 0,2-2,0, 1,2-полибутадиен 0,01-0,5, хлоркаучук 0,5-3,0, синтетическая смола 3,0-10,0, антиоксидант 0,1-0,5, вулканизующий агент 0,1-1,0, салициловая кислота 0,01-0,5, наполнитель 0,5-5,0, органический растворитель все остальное.

Недостатком данной композиции является низкая адгезия к основанию, недостаточно высокая теплостойкость. Мастика используется в виде праймера, обязательна сушка нанесенного покрытия. При этом в процессе сушки возможно образование усадочных трещин и пузырей, что снижает эксплутационные качества покрытия. Из-за высокого содержания легколетучего растворителя формирование гидроизолирующего покрытия слоем необходимой толщины наливным способом невозможно без дополнительной приклейки рулонного материала.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка технологичного способа получения битумно-каучуковой мастики, обладающей повышенной адгезией к основанию, повышенной теплостойкостью и возможностью формирования гидроизолирующих и кровельных покрытий заданной толщины холодным способом путем налива или обмазки без применения дополнительных рулонных изолирующих материалов.

Техническим результатом является повышение адгезии к основанию и теплостойкости битумно-каучуковой мастики, возможность формирования гидроизолирующих и кровельных покрытий заданной толщины холодным способом путем налива или обмазки без использования дополнительных рулонных изолирующих материалов.

Технический результат достигается тем, что в способе получения битумно-каучуковой мастики путем смешивания битума, модифицирующей добавки перед смешиванием с модифицирующей добавкой битум нагревают до температуры 150-190°С, вводят отходы производства поликапроамида, перемешивают до однородного состояния и в полученную смесь вводят пластификатор и органический растворитель, перемешивают, затем в полученную смесь вводят модифицирующую добавку представляющую собой комплекс из низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука, с соотношением мономеров бутадиена и изопрена 80:20, молекулярной массой 3000-3500, содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, полиизоцианата, наполнителя, влагопоглотителя, катализатора уретанообразования, пластификатора, низкомолекулярного спирта и дополнительно перемешивают при температуре 20-50°С до гомогенного состояния, вышеуказанные компоненты модифицирующей добавки берут в следующем соотношении, мас.ч..:

Низкомолекулярный
гидроксилсодержащий каучук	100
Полиизоцианат	20-36
Наполнитель	100-250
Влагопоглотитель	5-20
Катализатор уретанообразования	0,001-3,0
Пластификатор	40-100
Низкомолекулярный спирт	0,5-8

при следующем соотношении компонентов мастики, мас.ч.:

Битум	25-200
Пластификатор	17-200
Отходы производства
Поликапроамида	0.5-100
Модифицирующая добавка	100

Сущность изобретения заключается в том, что битум нагревают до температуры 150-190°С для того, чтобы битум расплавился до гомогенного состояния и в нем полностью растворились отходы производства поликапроамида, имеющие температуру плавления 135-145°С. Совмещение с модифицирующей добавкой проводят при температуре 20-50°С, так как она содержит полиизоцианат, который при повышенной температуре может вступить в реакцию уретонообразования. Использование битума, органического растворителя, отходов производства поликапроамида, пластификатора и добавки, представляющей собой комплекс модифицирующих агентов из низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука марки ПДИ-1К, полиизоцианата, наполнителя, влагопоглотителя, катализатора уретанообразования, пластификатора, низкомолекулярного спирта, позволяет достигнуть поставленную задачу. Каучук, битум, пластификатор и отходы производства поликапроамида благодаря совместимости образуют гомогенную однородную композицию взаиморастворимых компонентов. Низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук с полиизоцианатом формирует эластичную трехмерно сшитую структуру за счет химического и физического взаимодействия каучука с битумом, каучука и битума с полиизоцианатом, отходов производства поликапроамида с полиизоцианатом. Каучук с полиизоцианатом, совмещаясь и химически связываясь с битумом, образует единую пространственную сетку, эластифицирует композицию, обеспечивая высокую теплостойкость. Отходы производства поликапроамида представляют собой низкомолекулярные примеси, отделяемые экстракцией горячей водой из полимера с последующим выпариванием полученного раствора. Это смесь олигокапроамидов (89-94%), циклических олигомеров (1-3%) и -капролактама (5-8%). Ввиду наличия в отходах полярных групп (аминных, амидных, карбоксильных) повышается адгезия к основанию.

Готовая битумно-каучуковая мастика до отверждения представляет собой жидкую массу, позволяющую формировать покрытие слоем заданной толщины способом свободного литья. После отверждения за счет химического взаимодействия компонентов композиции образуется гидроизоляционное покрытие с необходимыми свойствами. При этом мастика, адгезионно связываясь с бетонным, цементным, металлическим или другим основанием, в процессе отверждения не требует дополнительного приклеивания рулонных материалов и непосредственно выполняет функцию гидроизоляционного покрытия.

Наполнители, влагопоглотители, низкомолекулярные спирты, входящие в состав функциональной добавки на основе низкомолекулярного каучука, способствуют усилению технического результата, участвуя в формировании эластомерной сетчатой структуры путем химического взаимодействия с каучуком, битумом, полиизоцианатом.

Введение наполнителя более 250 мас.ч. приводит к значительному повышению вязкости мастики, что затрудняет переработку методом свободного литья. Уменьшение содержания наполнителя менее 100 мас.ч. ведет к снижению твердости покрытия.

Введение влагопоглотителя более 20 мас.ч. нецелесообразно, так как увеличение его содержания не изменит эффекта. Уменьшение содержания влагопоглотителя менее 5 мас.ч. приводит к образованию подпененного покрытия, что отрицательно сказывается на значениях адгезии.

Увеличение содержания пластификатора в функциональной добавке более 100 мас.ч. приводит к выпотеванию последнего на поверхность отвержденного покрытия. Уменьшение содержания пластификатора менее 40 мас.ч. не позволяет достичь необходимой вязкости.

Увеличение содержания низкомолекулярного спирта более 8 мас.ч. приводит к появлению хрупкости покрытия. Уменьшение содержания низкомолекулярного спирта менее 0,5 мас.ч. ведет к несколькому снижению твердости покрытия.

Введение катализатора уретанообразования менее 0,001 мас.ч. нецелесообразно ввиду продолжительного времени отверждения композиции для покрытий. Увеличение более 3,0 мас.ч. снижает время жизнеспособности композиции.

Уменьшение количества полиизоцианата менее 10 мас.ч. приводит к образованию слабосшитой структуры и образованию гелеобразного покрытия. Увеличение свыше 36 мас.ч. нецелесообразно из-за склонности к вспениванию при отверждении.

Введение отходов производства поликапроамида более 100 мас.ч. ведет к значительному повышению вязкости мастики и снижению адгезии покрытия к основанию. Снижение их содержания менее 0,5 мас.ч. не позволяет достигнуть данного уровня адгезии.

Увеличение содержания битума более 200 мас.ч. ведет к образованию слабосшитого покрытия, с низкими эксплутационными характеристиками. Уменьшение доли битума менее 25 мас.ч. снижает гидроизоляционные свойства мастики.

Снижение доли пластификатора менее 17 мас.ч. в мастике не позволяет достичь необходимого значения вязкости, а увеличение более 200 мас.ч. - ведет к образованию гелеобразного покрытия.

Снижение доли органического растворителя менее 8 мас.ч. не позволяет достичь необходимой вязкости, увеличение его доли более 100 мас.ч. приводит к чрезмерно низкой вязкости.

Способ получения битумно-каучуковой мастики следующий. В нагретый до 150-190°С битум вводятся при перемешивании отходы производства поликапроамида. После полного растворения отходов в смесь вводится пластификатор и растворитель. Смесь перемешивают до однородного состояния. В полученную битумную массу вводят модифицирующую добавку, которая представляет собой комплекс из низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука, с соотношением мономеров бутадиена и изопрена 80:20, молекулярной массой 3000-3500, содержанием гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, полиизоцианата, наполнителя, влагопоглотителя, катализатора уретанообразования, пластификатора, низкомолекулярного спирта и дополнительно перемешивают при температуре 20-50°С до гомогенного состояния, вышеуказанные компоненты модифицирующей добавки берут в следующем соотношении, мас.ч.: низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук 100; полиизоцианат 20-36; наполнитель 100-250; влагопоглотитель 5-20; катализатор уретанообразования 0,001-3,0; пластификатор 40-100; низкомолекулярный спирт 0,5-8. При следующем соотношении компонентов мастики, мас.ч.: битум 25-200; пластификатор 17-200; отходы производства поликапроамида 0.5-100; модифицирующая добавка 100.

Изобретение иллюстрируется на следующих примерах.

Пример 1. Соответствует составу №3 в таблице 1. В аппарат загружают битум, включают нагрев и доводят температуру до 150°С, затем загружают отходы производства поликапроамида и перемешивают до полного растворения последнего. После этого вводят пластификатор - хлорпарафин ХП-470, органический растворитель - уайт-спирит и перемешивают. Полученную массу охлаждают до температуры 20°С и совмещают с модифицирующей добавкой и дополнительно перемешивают до гомогенного состояния.

Пример 2. Соответствует составу №4 в таблице 1.В аппарат загружают битум, включают нагрев и доводят температуру до 170°С, затем загружают отходы производства поликапроамида и перемешивают до полного растворения последнего. После этого вводят пластификатор - соляровое масло, органический растворитель - уайт-спирит и перемешивают. Полученную массу охлаждают до температуры 35°С и совмещают с модифицирующей добавкой и дополнительно перемешивают до гомогенного состояния.

Пример 3. Соответствует составу №9 в таблице 1. В аппарат загружают битум, включают нагрев и доводят температуру до 190°С, затем загружают отходы производства поликапроамида и перемешивают до полного растворения последнего. После этого вводят пластификатор - отработанное индустриальное масло, органический растворитель - сольвент и перемешивают. Полученную массу охлаждают до температуры 50°С и совмещают с модифицирующей добавкой и дополнительно перемешивают до гомогенного состояния.

Низкомолекулярный гидроксилсодержащий каучук марки ПДИ-1К представляет собой сополимер изопрена с бутадиеном с содержанием бутадиена 80% (ТУ 38. 103342-88). Имеет следующие характеристики: молекулярная масса 3000-3500, содержание гидроксильных групп 0,7-1,1 мас.%, плотность 900 кг/м³.

В качестве полиизоцианата в композиции используются полиметилен-полифенилизоцианаты на основе 4,4-дифенилметандиизоцианата (ТУ 6-03-375-75, 113-03-38-106-90, 113-03-603-86, 2224-152-04691277-96) или их импортные аналоги: десмодур, супрасек 5005, воратекс СД-100 фирмы Нунстман Полиуретан, Бельгия с содержанием изоцианатных групп 29-32%.

В качестве катализатора уретанообразования применяют третичные амины или металлорганические соединения, например триэтиламин (ГОСТ 9966-85), диметилбензиламин (ТУ 6-09-2974-78), дибутилдилаурат олова (ТУ 6-02-818-73).

В качестве битума может использоваться битум нефтяной окисленный, битум марок 90/10, 80/20, 70/30.

В состав битумно-каучуковой мастики могут быть введены компоненты, не влияющие на предусматриваемый технический результат, но придающие материалу покрытия другие преимущества, например облегчающие диспергирование и сокращающие время смещения, в частности стеариновая, олеиновая кислоты, органический разбавитель (уайт-спирит).

Для изготовления мастики используется смесительное оборудование, обеспечивающее гомогенизацию компонентов в низкомолекулярном каучуке и битуме, диспергирование порошкообразных компонентов, растворение каучука в пластификаторе и битуме, либо пластификатора и битума в каучуке. Степень перетира твердых частиц не должна превышать 100 мкм. При промышленном использовании холодной мастики полиизоцианат поставляют в комплекте с композицией и перемешивают с ней непосредственно перед нанесением на основание. Катализатор уретанообразования также может перемешиваться с композицией перед ее использованием.

Для повышения прочности покрытия возможно применение армирующих материалов, например стеклоткани.

Таблица 1
Наименование компонентов	Состав, мас.ч..															Прототип пат. РФ 2139904
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1. Битум	100	100	150	150	100	100	100	100	100	100	50	25	200	100	100	100
2. Модифицирующая добавка, в том числе:	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
салициловая кислота																5
низкомолекулярный каучук ПДИ-1 К	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
полиизоцианат	20	22	20	20	24	26	30	36	20	22	20	20	22	36	16
наполнитель:
- мел	150			200	180	150	150	200		150		150	200	150	150
- каолин		100									100
- барит			250
влагопоглотитель:
- оксид кальция	10			10	10		20			10		10		10
- цемент		10				5		15			5				15
- гипс			15						20				5
катализатор уретанообразования	0,5	2,0	1,5	0,02	0,1	0,5	3,0	1,5	0,5	1,0	2,5	0,001	3,0	0,05	0,005
пластификатор:
- хлорпарафин ХП-470	80			90		80	80	90				80	90	80	80
- диоктилфталат					40
- масло Нетоксол		40	100
- масло МП											60
Низкомолекулярный спирт:
- глицерин	3	3		3		5	4					0,5	3	8	10
- триметилолпропан			2					4
- триэтаноламин					3
3. Пластификатор:

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	Прототип
- хлорпарафин ХП-470	70	90	135		100	115	150	180			35	17	145	200	250
- соляровое масло				105						100
- отработанное индустриальное масло									70
4. Отходы производства поликапроамида	0,5	10	15	4	25	40	65	100	2	10	0,5	1	5	100	110
5. Органический растворитель:
- уайт-спирит	30	40	60	45	50	60	65	90		40	15	8	80	100
- сольвент									35						95
- трет.бутанол
- толуол																638
6. Хлоропреновый каучк																100
7. Этиленпропиленовый каучук																5
8. 1,2-полибутадиен																2
9. Хлоркаучук																5
10. Синтетическая смола																100
11. Антиоксидант																5
12. Вулканизующий агент																10
13. Наполнитель																30
Примечания: 1. В составах 1, 4-6, 9, 12, 14, 15 использован в качестве катализатора уретанообразования дибутиллаурат олова, в составах 2, 3, 8 - диметилбензиламин, в составах 7, 10, 11, 13 - триэтиламин. 2. В составах 1-4 использовался полиизоцианат на основе 4, 4-дифенилметандиизоцианата, в составах 5-7 использовался десмодур, в составах 8-10 - супрасек 5005, в составах 11-15 - Воратекс СД-100;

Таблица 2
Наименование показателей	Свойства
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	Прототип
Адгезил к стали, кгс/см2	11,2	10,1	8,7	10,3	8,5	6,3	5,8	5,3	11,1	10,8	11,1	11,2	9,03	6,1	3,1	5,1
Теплостойкость по Вика, °С	130	130	120	120	130	135	130	125	125	130	135	135	130	130	110	110
Предел прочности армированного покрытия при растяжении, кгс/см2	35	35	35	35	36	36	35	35	36	35	35	35	36	36	35	35

Состав мастики представлен в таблице 1.

Свойства композиции приведены в таблице 2. Испытания материала покрытия проводились по ГОСТ 209-75 «Метод определения прочности связи с металлом при отрыве», ГОСТ 270-75 «Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении». Адгезия определялась путем разрыва стальных грибков с площадью 2 см², склееных между собой испытуемым составом. Испытания проводились на разрывной машине РМ-05. Образцы выдерживались при температуре не менее 25°С в течение 7 суток.

Из данных таблицы 2 видно, что применение в качестве модифицирующей добавки комплекса агентов из низкомолекулярного гидроксилсодержащего каучука, полиизоцианата, наполнителя, влагопоглотителя, катализатора уретанообразования, пластификатора, низкомолекулярного спирта обеспечивает получение гидроизоляционного покрытия с повышенным уровнем адгезионных свойств, теплостойкости, чем у прототипа. При этом композиция отличается лучшей технологичностью и более широким интервалом использования. Она может наноситься слоем любой заданной толщины без нагрева. Отверждение покрытия происходит сомопроизвольно. Нанесенный слой композиции выполняет функцию кровельного и гидроизолирующего покрытия без наклейки дополнительных рулонных материалов.

Покрытия из состава 15 имеет худшие показатели свойств, что связано с отклонением содержания компонентов композиции от оптимальных.

Таким образом, заявленная битумно-каучуковая мастика обладает повышенной адгезией к основанию, теплостойкостью, может успешно применятся в жидком виде для формирования покрытий заданной толщины.