Патент на изобретение №2346965

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2346965 (13) C1
(51) МПК

C08L95/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 08.09.2010 – может прекратить свое действие

(21), (22) Заявка: 2007116880/04, 04.05.2007

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

04.05.2007

(46) Опубликовано: 20.02.2009

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2158742 C1, 10.11.2000. RU 2266934 C1, 27.12.2005. MX PA 00010135 A, 21.06.2002.

Адрес для переписки:

420140, г.Казань, ул. Ю. Фучика, 123, кв.64, А.Ф. Кемалову

(72) Автор(ы):

Кемалов Руслан Алимович (RU),
Борисов Сергей Владимирович (RU),
Кемалов Алим Фейзрахманович (RU),
Шапошников Дмитрий Анатольевич (RU),
Кемалова Гульсина Ханафовна (RU),
Петров Сергей Михайлович (RU),
Гладий Евгений Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

ООО НПЦ “Инвента” (RU),
Кемалов Руслан Алимович (RU)

(54) ПОЛИМЕРНЫЙ МОДИФИКАТОР БИТУМА

(57) Реферат:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, к получению модификатора для полимерно-битумных вяжущих, применяемых в дорожном и гражданском строительстве для устройства дорог, герметизации швов автодорожного полотна, аэродромов, спортивных площадок; устройства кровли и гидроизоляции строительных конструкций, а также мостовых сооружений; в лакокрасочной промышленности. Изобретением является полимерный модификатор битума, отличающийся тем, что в качестве полимера содержит нефтеполимерную смолу и сополимер этилена с винилацетатом, в качестве растворителя и дополнительно пластификатора – масло растительное при следующем соотношении компонентов, мас.%: смола нефтеполимерная 20-80; сополимер этилена с винилацетатом 10-30; масло растительное 10-50. Изобретение также касается способа получения битумно-полимерных вяжущих, обладающих улучшенными показателями теплостойкости и упругодеформационными свойствами. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, к получению модификатора для полимерно-битумных вяжущих, применяемых в дорожном и гражданском строительстве для устройства дорог, герметизации швов автодорожного полотна, аэродромов, спортивных площадок; устройства кровли и гидроизоляции строительных конструкций, а также мостовых сооружений; в лакокрасочной промышленности.

Известна композиция (патент RU №2266934, C08L 95/00, опубл. 27.12.2005), включающая в качестве резиносодержащего полимерного модификатора битум, полиэтилен, резиновую крошку, в качестве пластифицирующей добавки мазут, а в качестве девулканизирующего неорганического соединения – известь строительную, при этом используется вторичный полиэтилен как низкого, так и высокого давления. Основным недостатком получения данного резиносодержащего полимерного модификатора битума является высокая продолжительность его приготовления при высоких температурах: ввод в битум резиновой крошки, смешанной с известью строительной, производится при температуре 160°С в течение 3-4 часов для достижения максимальной степени набухания крошки. Как известно, нагрев битума при таких высоких температурах в течение столь длительного времени приводит к деструкции битумного вяжущего, что влечет ухудшение эксплутационных свойств мастичного материала. К тому же такой технологический режим является очень дорогостоящим по энергозатратам.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является полимерный модификатор битума (патент RU №2158742, C08L 95/00, C08L 95/00, C08L 9:00, C08L 17:00, C08L 23:16, опубл. 10.11.2000 г., прототип), включающий битум, полидиеновый каучук, полимер этилена или сополимер этилена с пропиленом, минеральное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум БНД 60/90 или 90/130 50-80
Резиновая крошка 10-25
Каучук синтетический полиизопреновый СКИ-3 1-5
Сополимер этилена с пропиленом или полиэтилен
высокого давления ПЭВД 1-10
Масло минеральное (соляровое, индустриальное
масло И-8А, нафтапласт) 1-15

При введении в битум известного полимерного модификатора битума (прототипа) получаемые мастики обладают относительно низкими значениями температуры размягчения, что не соответствует требованиям материалов, применяемых для устройства кровельного ковра и аэродромных битумных покрытий. Кроме того, изобретение было отнесено к получению модификатора для битумно-полимерных вяжущих (БПВ), применяемых в дорожном и гражданском строительстве для покрытия дорог, аэродромов, спортивных площадок, кровли. Однако ряд физико-химических показателей, а именно теплостойкость, температура гибкости на стержне R=25 мм, адгезия как к минеральной части, так и к бетонной поверхности, водопоглощение и некоторые другие, не приведены, а значит, полного соответствия БПВ с применением известного модификатора требованиям вышеперечисленных покрытий не достигается, что является существенным недостатком. Еще одним недостатком является использование относительно большого количества (до 15%) различных синтетических каучуков, что значительно удорожает себестоимость модификатора. Также существенным недостатком является достаточно сложная, энергозатратная, дорогостоящая технологическая схема и высокая продолжительность приготовления (около 2 ч) данного модификатора (прототипа) при высоких температурах (до 250°С), что приводит к деструкции битумного вяжущего, как следствие, к ухудшению эксплутационных свойств мастичного материала и дополнительно появляется отрицательное влияние на экологию окружающей среды.

Задачей изобретения является создание полимерного модификатора битума для приготовления битумно-полимерных вяжущих, используемых при устройстве и ремонте дорожного полотна и устройстве кровельного ковра различных сооружений, в том числе мостовых и в лакокрасочной промышленности, обладающих улучшенными показателями теплостойкости, упругодеформационными свойствами и увеличенным сроком службы кровельного, гидроизоляционного покрытия и мастики для ремонта дорожного полотна на базе более доступных компонентов и их меньшего количества при более высокой технологичности получения модификатора и повышении экологичности производства модификатора и БПВ с его содержанием.

Поставленная задача решается созданием:

1. Полимерного модификатора битума, отличающегося тем, что в качестве полимера содержит нефтеполимерную смолу и сополимер этилена с винилацетатом, в качестве растворителя и дополнительно пластификатора – масло растительное при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смола нефтеполимерная 20-80
Сополимер этилена с винилацетатом 10-30
Масло растительное 10-50

2. По п.1, отличающийся тем, что в качестве масла растительного используют масла рапсовые, жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ), дистиллированное талловое масло (ДТМ).

3. Способ получения битумно-полимерных вяжущих, используемых при ремонте дорожного полотна и устройстве кровельного и гидроизоляционного ковра различных сооружений, в том числе мостовых сооружений, при получении битумных лакокрасочных материалов, включающий смешение битума, полимерного модификатора (ПМ) и, возможно, наполнителя, отличающийся тем, что в качестве ПМ используют полимерный модификатор по п.1 и дополнительно введенное растительное масло в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум 70,0-98,7
Нефтеполимерная смола 0,5-10,0
Сополимер этилена с винилацетатом 0,3-5,0
Масло растительное (общее количество) 0,5-10,0
Наполнитель 0,0-5,0

4. По п.3, отличающийся тем, что в качестве битума используют битумы нефтяные строительные марки БН 90/10, БН 70/30, или битумы нефтяные дорожные марки БНД 60/90, БНД 90/130, или вторично использованный битум (ВИБ).

5. По п.3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя могут быть использованы тальк, доломит, отходы катализатора или любое неорганическое соединение, содержащее металлы переменной валентности (Со, Mn, Pb, Ni, Cu, Fe, Cd, Cr, Zn, Ca, Mg).

В качестве битума нефтяного строительного БН 90/10, БН 70/30, битума нефтяного дорожного БНД 60/90, БНД 90/130 используются соответствующие марки битумов по ГОСТ 6617-76 и по ГОСТ 22245-90 соответственно или другим стандартам, имеющим качество не меньшее, чем в приведенных ГОСТ; а в состав применяемого вторично использованного битума входили следующие изношенные компоненты, мас.%: битум нефтяной кровельный по ГОСТ 9548 59-68, тальк 22-24, песок для строительных работ по ГОСТ 8736 2-4, стеклоизол 8-13.

В качестве растительного масла могут использоваться масла рапсовые по ГОСТ 8988-77, ГОСТ 8808-91, ГОСТ 8807-94, ГОСТ 8988-2002, которые вырабатываются путем прессования и экстракции семян рапса, жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ) по ГОСТ 14845-79, дистиллированное талловое масло (ДТМ) по ТУ 13-4000177-26-84.

В качестве нефтеполимерной смолы может использоваться, например, смола синтетическая нефтеполимерная по ТУ 2451-089-05766801-99 – конечный продукт процесса инициированной и каталитической полимеризации стиролсодержащих фракций продуктов пиролиза.

В качестве сополимера этилена с винилацетатом может использоваться, например, сополимер этилена с винилацетатом марки 11507-070 (с 21-30 мас.% содержанием винилацетата) по ТУ 6-05-1636-97.

В качестве наполнителя используют тальк по ГОСТ 21235-75, доломит по ГОСТ 23735-79, отходы катализатора по ГОСТ 849-97 и любое неорганическое соединение, содержащее металлы переменной валентности (Со, Mn, Pb, Ni, Cu, Fe, Cd, Cr, Zn, Ca, Mg).

Последовательность приготовления полимерного модификатора битума и получения битумно-полимерных вяжущих при его использовании следующая:

1. Приготовление полимерного модификатора битума: нефтеполимерная смола измельчается (диспергируется) до мелкозернистого состояния, после чего в расчетном количестве вводится в растительное масло. Далее добавляется расчетное количество сополимера этилена с винилацетатом. После чего смесь нагревается до температуры 100-110°С и перемешивается в течение 15-20 минут до полного растворения.

2. Получение битумно-полимерных вяжущих с применением разработанного полимерного модификатора: битум нефтяной строительный (или битум нефтяной дорожный, или ВИБ) разогревается до 140-150°С и тщательно перемешивается. Далее в битум вводится расчетное количество разработанного полимерного модификатора, после чего полученное БПВ перемешивается в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С.

Далее введением и перемешиванием в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С в вышеприготовленную смесь дополнительного количества растительного масла (пластификатора) достигается необходимое качество получаемого материала.

Введение модификатора возможно как постадийно: сначала разработанный ПМ, а затем дополнительное количество растительного масла, так и одновременно двумя потоками или в виде смеси. Затем в разогретое БПВ при 140-150°С дозируется в расчетном количестве наполнитель.

Примеры приготовления образцов III и VI

Образец III

1. Приготовление полимерного модификатора битума: нефтеполимерная смола измельчается (диспергируется) до мелкозернистого состояния, после чего в количестве 58 г вводится в 25 г растительного масла, затем дозируется 17 г сополимера этилена с винилацетатом (расчет на 100 г смеси), таким образом, получается 75%-ная дисперсия смеси полимеров в пластификаторе (компонент А). Данная смесь нагревается до температуры 100-110°С и перемешивается в течение 15-20 минут до полного растворения.

2. Получение битумно-полимерного вяжущего с применением разработанного полимерного модификатора (введение ПМ в данном образце предусмотрено постадийно): 90 г битума нефтяного строительного (БН 90/10) разогревается до 140-150°С и тщательно перемешивается. Далее в битум вводится 5 г (компонент А) разработанного ПМ, после чего полученное БПВ перемешивается в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С.

Далее введением и перемешиванием в течение 15-20 мин при температуре 140-150°С в выше приготовленную смесь 5 г растительного масла (пластификатора – компонент В) достигается необходимое качество получаемого материала.

Таким образом из расчета на 100 г содержание компонентов следующее: 90 г битума нефтяного строительного (БН 90/10), 10 г ПМ (компонент А+компонент В).

А в пересчете на количественный состав компонентов модификатора, состав БПВ имеет следующий вид: 90 г битума нефтяного строительного (БН 90/10), 3 г нефтеполимерной смолы, 1 г сополимера этилена с винилацетатом и 6 г растительного масла.

Образец VI

Получение битумно-полимерного вяжущего с применением разработанного ПМ: 75 г битума нефтяного строительного (БН 70/30) разогревается до 140-150°С и тщательно перемешивается, затем вводится 15 г описанного выше (см. образец III) компонента А ПМ и тут же дозируется 5 г растительного масла при перемешиваниии в течение 15-20 мин и температуре 140-150°С для достижения необходимого качества получаемого материала. Затем в полученное БПВ вводится 5 г наполнителя и перемешивается при той же температуре и продолжительности.

Таким образом из расчета на 100 г содержание компонентов следующее: 75 г битума нефтяного строительного (БН 70/30), 20 г. ПМ (15 г компонента А и 5 г компонента В), 5 г наполнителя.

А в пересчете на количественный состав компонентов модификатора, состав БПВ имеет следующий вид: 75 г битума нефтяного строительного (БН 70/30), 9 г нефтеполимерной смолы, 3 г сополимера этилена с винилацетатом, 8 г растительного масла и 5 г наполнителя.

Результаты физико-химических испытаний некоторых образцов битумно-полимерных вяжущих (БПВ) представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Компонентный состав исследуемых БПВ
Компонентный состав Образцы Прототип
не модифицированные (%) модифицированные (%)
I II III IV V VI VII VIII IX X
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Битум нефтяной строительный БН 90/10 100 98,5 70 90 87
Битум нефтяной строительный БН 70/30 100 91 75
Битум нефтяной дорожный БНД 60/90 100 93 88 80
Битум нефтяной дорожный БНД 90/130 100 89
Вторично использованный битум (ВИБ) 100 78
Нефтеполимерная смола 0,5 10 3 5 4 9 9 5 7 9
Сополимер этилена с винилацетатом 0,3 5 1 3 3
Растительное масло 0,5 10 6 5 5 8 10 2 3 2
Наполнитель 5 3 5 2
Модификатор прототипа 20

Таблица 2
Физико-химические показатели исследуемых БПВ
Показатели Образцы Прототип
не модифицированные модифицированные
I II III IV V VI VII VIII IX X
Температура размягчения, °C (ГОСТ 11506-73) 88 80 47 43 115 89 87 89 81 87 86 95 68 65 63 53
Глубина проникания иглы 0,1 мм при 25°С (ГОСТ 11501-78) 15 32 62 96 5 17 42 35 39 36 36 54 41 43 44
Теплостойкость, °С (ГОСТ 2678-81) 87 85 87 79 85 85 88 66 63 62
Гибкость слоя мастики при температуре, °С (ГОСТ 10296-79:
– на стержне диаметром 15 мм
-8 -25 -25 -26 -20 -18 -20 -18 -16 -17
– на стержне диаметром 25 мм -10 -30 -28 -29 -23 -21 -25 -21 -19 -20
Температура хрупкости (ГОСТ 11507-78) -5 -7 -10 -11 -9 -30 -26 -27 -22 -20 -25 -20 -18 -19 -20
Водопоглощение за 24 часа при 20°С, г/м2 (ГОСТ 2678-81) 0,03 0,02 0,03 0,04 0,04 0,03 0,03 0,03 0,04 0,03 0,02 0,04 0,04 0,03 0,03
Адгезия к минеральной части, баллы (ГОСТ 11508-76) 1 1 3 3 2 1 1 1 1 1-2 1 1 2 2 2
Адгезия к бетонной поверхности, кГс/см2 (ГОСТ 2678-81) 2,2 2,1 1,5 1,5 3,2 2,3 2,3 2,3 2,5 2,3 2,5 1,7 1,8 1,7 1,7
Водонепроницаемость под гидростатическим давлением, кГс/см2 2,8 2,6 2,0 2,0 2,7 2,5 2,5 2,5 2,8 2,5 2,8 2,1 2,2 2,2 2,2

Как следует из таблицы 1, БПВ, полученные при использовании разработанного ПМ, превосходят известную композицию (прототип) по температуре размягчения (теплостойкости), температуре хрупкости и, как следствие, по поведению при перепаде температур в различных климатических зонах, а потому относятся к числу покрытий с увеличенным сроком службы как в случае кровельных материалов, так и вяжущих, используемых при дорожном строительстве. Кроме того, предложенные образцы БПВ не уступают, а по некоторым показателям и превосходят, значения различных ГОСТ (а именно по водопоглощению, водонепроницаемости под гидростатическим давлением, упругодеформационным свойствам при низких температурах, по показателю адгезии к минеральной части и к бетонной поверхности). Дополнительно необходимо отметить, что улучшенные показатели БПВ при применении предлагаемого модификатора достигаются при кратно меньшем содержании модификатора в составе БПМ, существенно меньшей себестоимости 1 тонны получаемого вяжущего, а также существенно более простой технологической схемы и экологичном производстве модификатора.

Формула изобретения

1. Полимерный модификатор битума, отличающийся тем, что в качестве полимера содержит нефтеполимерную смолу и сополимер этилена с винилацетатом, в качестве растворителя и дополнительно пластификатора – масло растительное при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смола нефтеполимерная 20-80
Сополимер этилена с винилацетатом 10-30
Масло растительное 10-50

2. Модификатор битума п.1, отличающийся тем, что в качестве масла растительного используют масла рапсовые, жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ), дистиллированное талловое масло (ДТМ).

3. Способ получения битумно-полимерных вяжущих, используемых при ремонте дорожного полотна и устройстве кровельного и гидроизоляционного ковра различных сооружений, в том числе мостовых сооружений, при получении битумных лакокрасочных материалов, включающий смешение битума, полимерного модификатора (ПМ) и возможно наполнителя, отличающийся тем, что в качестве ПМ используют полимерный модификатор по п.1 и дополнительно введенное растительное масло в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум 70,0-98,5
Нефтеполимерная смола 0,5-10,0
Сополимер этилена с винилацетатом 0,5-5,0
Масло растительное (общее количество) 0,5-10,0
Наполнитель 0,0-5,0

4. Способ п.3, отличающийся тем, что в качестве битума используют битумы нефтяные строительные марки БН 90/10, БН 70/30, или битумы нефтяные дорожные марки БНД 60/90, БНД 90/130, или вторично использованный битум (ВИБ).

5. Способ п.3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя могут быть использованы тальк, доломит, отходы катализатора или любое неорганическое соединение, содержащее металлы переменной валентности (Со, Mn, Pb, Ni, Cu, Fe, Cd, Cr, Zn, Ca, Mg).

Categories: BD_2346000-2346999