Битумная композиция и способ ее получения
Использование: область применения модифицированных углеводородных связующих, таких как битумы, асфальты, гудроны. Сущность изобретения: битумная композиция содержит следующие компоненты, мас. ч. : битум с пентрацией 20 - 320 80 - 99; бутадиеновый полимер или бутадиенстирольный блок-сополимер 1 - 20; сера и серусодержащая добавка, выбранная из группы, включающей вещества структурных формул, указанных в описании изобретения, при массовом соотношении в смеси серы и серусодержащей добавки, равном (20 - 60): (40 - 80), количество серы и серусодержащей добавки - 0,01 - 0,15, мас. ч. . Способ получения битумполимерных композиций осуществляют смешением компонентов при 150 - 170 С. Бутадиенстирольный блок-сополимер является сополимером с линейной или с радиальной, или с звездообразной структурой с мол. м. 120000 - 280000. В битум возможно вводить одновременно с серусодержащей смесью аминосодержащую добавку, растворимую в битуме. Введение аминосодержащей добавки осуществляют при температуре смешения компонентов композиции. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к области модификации углеводородных связующих материалов, таких как битумы, асфальты, гудроны. Модификацию осуществляют эластомерами при вулканизации для получения промышленных покрытий и дорожных битумов.
Известно введение в битум для улучшения их механических свойств и для соответствия нормам, требуемым при исполь- зовании в качестве связующих материалов, различных эластомеров, например блок-сополимеров, чередующихся или нет, типа сопряженный диенароматический винил. После вулканизации получают продукты, сохраняющие их эластичные характеристики при низкой температуре. Однако приготовление таких битумполимерных смесей ставит ряд проблем, относящихся особенно к их гомогенности и к очень большому времени смешения, необходимому для получения адекватной гомогенностии. Например, даже в наиболее благоприятных условиях, известных на сегодня, нужно выдерживать смеси при перемешивании в течение, по меньшей мере, двух часов, а чаще всего от трех до четырех часов, при температуре порядка 150-190оС, чтобы достичь корректной гомогенности битумполимерной смеси до прибавления вулканизирующего агента. Установлено, что битумкаучуковые композиции по известному уровню техники были с трудом реализованы и имели слабые когезионные свойства и очень слабую прочность к образованию трещин. Более того, в предыдущих способах в качестве вулканизирующего агента используют элементарную серу [1] . Однако установлено, что с элементарной серой реакция вулканизации протекает очень быстро и неконтролируемо, и получают большей частью студнеобразное вещество, не пригодное к использованию. Чтобы избавиться от некоторых недостатков, предложено смешивать каучук с нефтяной фракцией для более быстрого введения в битум, однако установлено, что в ходе выпаривания этой нефтяной фракции конечный продукт получается со слабой прочностью к образованию трещин вследствие недостатка эластичности. Французский патент FR-А-2078893 описывает способ приготовления битума, модифицированного каучуком, в котором прибавляют "каталитическое количество" ускорителя вулканизации свободнорадикальной природы после введения элементарной серы в количестве минимум 30 мас. % по отношению к каучуку. Наиболее близким по технической сущности является композиция, содержащая четыре компонента: битум, бутадиенстирольный каучук, серу и серусодержащую добавку [2] . Известный способ предполагает использование достаточно большого количества серы, при этом только при исполь- зовании большого количества серы достигается устойчиво хороший результат. Изобретение относится к способу для получения битумполимерных композиций, обладающих улучшенными свойствами. Целью изобретения является способ получения битумполимерных композиций в присутствии новых вулканизирующих агентов, чтобы можно было лучше контролировать реакцию вулканизации. Другая цель изобретения заключается в способе получения битумполимерной композиции, который не требует введения нефтяной фракции. Способ в соответствии с изобретением для получения битумполимерных композиций, обладающих улучшенными свойствами, отличается тем, что содержит стадии, которые заключаются в следующем: а) смешивают при температуре 140-200оС битум с пенетрацией (прониканием) 20-320 и каучуковый полимер, б) после введения каучукового полимера в битум сразу прибавляют от 0,01 до 0,1 мас. % (по отношению к массе смеси битумкаучуковый полимер) смеси, содержащей: 1) серусодержащее производное, выбранное из группы, составленной производными с формулами I и II:![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023639.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023640.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023641.gif)
К этой смеси добавляют 0,2 части триэтаноламина. Через 1,5-2 ч получают гомогенную смесь, свойства которой указаны в табл. 1. Измерения удлинения и прочности на разрыв были осуществлены в соответствии с методикой ASТМ Д-412. Для сравнения готовят тот же самый связующий материал, содержащий также диэтаноламин, но используя только элементарную серу (с содержанием 0,1 ч. ) в качестве вулканизирующего агента. Были получены следующие результаты: Время смешения, ч 0 3 Вязкость при 135оС, сП 750 1900 Прочность на разрыв, МПа 0,052 0,150 Удлинение, % , при 25оС 2200 1500 при -5оС 600 900
Кроме того, было установлено наличие студня (геля) в значительном количестве. П р и м е р 2. Готовят связующий материал, смешивая при 150оС 87,9 ч. битума, имеющего пенетрацию 180/200, с 12 ч. блок-сополимера звездообразной структуры типа стирол-бутадиен, имеющего мол. м. 160000, в котором доля стирола составляет 30% . Получают связующий материал при температуре 170оС. Вводят также 0,15 ч. смеси, содержащей
60% производного
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023642.gif)
Та же самая смесь, содержащая в качестве вулканизирующего агента 0,3 ч. элементарной серы, имеет удлинение при -5оС только 300% . П р и м е р 3. Готовят связующий материал, описанный в примере 1, с содержанием 8500 кг битума с пенетрацией 180/200, 436 кг бутадиенстирольного сополимера с мол. м. 180000 и с содержанием стирола 20% , 7,5 кг смеси 50/50 элементарной серы и серусодержащего производного формулы I. Прибавляют также 24 кг эмульгатора, содержащего гидрированный жирный диамин и гидрированный жирный полиамин. Готовят также водную фазу, содержащую 31 л концентрированной HCl, 17 л эмульгирующей системы, 50 л гудронового масла и 2900 л воды. Осуществляют эмульгирование двух фаз с соотношением битум - вода, равным 70: 30. Эта эмульсия легко разбавляется при 70оС. Расслоение эмульсии происходит спустя примерно 30 мин. Берут эмульсионный образец, удаляют воду и измеряют удлинение этого образца. Удлинение при 25оС составило 2700% , тогда как удлинение при -5оС было равно 1400% . П р и м е р 4. Готовят связующий материал, смешивая в течение полутора часов при 160оС 96 ч. битума, имеющего петентрацию 180/200, с 4 ч. блок-сополимера звездообразной структуры типа стирол-бутадиен, имеющего мол. м. 280000; в котором доля стирола составляет 30% , взятого в виде пористых гранул. Вводят также 0,06 ч. смеси, содержащей равные количества элементарной серы и серусодержащего производного формулы I:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023643.gif)
Через 1,5-2 ч получают гомогенную смесь, свойства которой указаны в табл. 2. Измерения удлинения и прочности на разрыв осуществлены в соответствии с методом ASТМ Д-412. Для сравнения готовят тот же самый связующий материал, но используя только элементарную серу (с содержанием 0,06 ч. ) в качестве вулканизирующего агента. Были получены следующие результаты: Время смешения, ч 0 3 Вязкость при 135оС, сП 1200 3000 Прочность на разрыв, МПа 0,052 0,15 Удлинение, % , при 25оС 2000 1400 при -5оС 400 650
Кроме того, было установлено наличие студня в значительном количестве. П р и м е р 5. Готовят связующий материал, смешивая в течение полутора часов при 150оС 94 ч. битума, имеющего петентрацию 180/200, с 6 ч. блок-сополимера звездообразной структуры типа стирол-бута- диен, имеющего мол. м. 180000, в котором доля стирола составляет 20% . Этот вяжущий материал был получен при температуре 170оС. Вводят также 0,12 ч. смеси, содержащей 50% производного
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023644.gif)
2 ч 4 ч Вязкость при 120оС, сП 2970 3070 Прочность на разрыв, МПа 0,034 0,020
Удлинение, % , при 25оС 3600 7600 при -5оС 800 2000
Та же самая смесь, содержащая в качестве вулканизирующего агента 0,3 ч. элементарной серы, имела удлинение при -5оС только 400%
П р и м е р 6. Готовят связующее путем смешения при 170оС 80 ч. битума с пенетрацией 180-200 с 20 ч. блок-сополимера с радиальной структурой типа стирол-бутадиен, имеющего мол. м. 120000, доля стирола в котором составляет 30% . Это связующее готовят при температуре 170оС. Также инжектируют 0,14 ч. смеси, включающей 80%
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023645.gif)
П р и м е р 7. Готовят связующее путем смешения в течение 1,5 ч при 160оС 99 ч. битума с пенетрацией 180/200 с 1 ч. блок-сополимера с радиальной структурой типа стирол-бутадиен, имеющего мол. м. 280000 и доля в котором стирола составляет 30% , причем сополимер используется в виде пористых гранул. Также инжектируют 0,01 ч. смеси, состоящей из 60% элементарной серы и 40% серусодержащего производного формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023646.gif)
Спустя 1,5-2 ч, получают гомогенную смесь, свойства которой указаны в табл. 3. Измерения удлинения прочности на разрыв осуществлены согласно методу АСТМ Д-412. П р и м е р 8. Готовят связующее путем смешивания при 170оС 80 ч. битума с пенетрацией 300/320 с 20 ч. блок-сополимера радиальной структуры бутадиенстирольного типа с мол. м. равной 120000, с содержанием стирола 30% . Это связующее было получено при 170оС. Вводят 0,14 ч. смеси, содержащей 80%
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023647.gif)
при 25оС 2400
при -5оС 600
П р и м е р 9. Связующее получают путем смешивания при 170оС 80 ч. битума с пенетрацией 300/320 с 20 ч. стиролбутадиенового блок-сополимера линейной структуры с мол. м. 120000 при содержании стирола 30% . Это связующее получали при 170оС. Вводят 0,14 ч. смеси, содержащей 80%
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023648.gif)
при 25оС 1890
при -5оС 590
П р и м е р 10. Связующее получают путем смешивания в течение 1 ч 30 мин при 160оС 99 ч. битума с пенетрацией 20/40 с 1 ч. бутадиенстирольного блок-сополимера радиальной структуры с мол. м. 180000 и с содержанием стирола, равным 20% блок-сополимер, использовался в виде пористых гранул. Вводят также 0,01 ч. смеси, содержащей 60% элементарной серы и 40% серусодержащего производного формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023649.gif)
Спустя 2 ч была получена однородная смесь, свойства которой приведены в табл. 4. Измерения удлинения и прочности при разрыве осуществляли по методике AS1М D-412. П р и м е р 11. Связующее получают путем смешивания в течение 1 ч 30 мин при 160оС 95 ч. битума с пенетрацией 80/100 с 5 ч. сополимера стирол-бутадиен типа SiS с мол. м. 120000, с содержанием стирола, равным 15-18% . Вводят 0,10 ч. смеси, содержащей 30% элементной серы и 70% серусодержащего производного формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023650.gif)
Спустя 2-4 ч получают однородную смесь, свойства которой приведены в табл. 5. Измерения удлинения и прочности на разрыв осуществлялись по методике AS1М-D-412. П р и м е р 12. Связующее получают путем смешивания в течение 1 ч 30 мин при 160оС 95 ч. битума с пенетрацией 180/200 с 5 ч. смеси полибутадиена, содержащего 13% винила и имеющего мол. м. 280000. Вводят 0,10 ч. смеси, содержащей 30% элементной серы и 70% серусодержащего производного формулы
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023651.gif)
Спустя 2-4 ч получают однородную смесь, свойства которой приводятся в табл. 6. Измерения удлинения и прочности на разрыв проводились по методике AS1M D-412.
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023652.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023653.gif)
где R1 и R2 - С1 - С4-алкил;
Me - Cu, Zn,
при массовом соотношении в смеси серы и серусодержащей добавки, равном (20 - 60) : (40 - 80) при следующем соотношении компонентов, мас. ч. Битум 80 - 99
Каучук 1 - 20
Смесь серусодержащего соединения и серы 0,01 - 0,15
2. Способ получения битумполимерных композиций путем смешения битума, каучука и серусодержащих добавок, отличающийся тем, что в качестве битума используют битум с пенетрацией 20 - 320, в качестве каучука бутадиеновый полимер или бутадиенстирольный блок - сополимер, в качестве серусодержащих добавок используют смесь серы и серусодержащего соединения, выбранного из группы соединений структурных формул
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023654.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/302/3023655.gif)
гле R1 и R2 - С1 - С4-алкил;
Me - Cu, Zn,
при массовом соотношении серы и соединения, равном (20 - 60) : (40 - 80) при следующем соотношении компонентов, мас. ч:
Битум 80 - 99
Каучук 1 - 20
Смесь серы и серусодержащего соединения 0,01 - 0,15
при этом смешение компонентов композиционно осуществляют при 150 - 170oС. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что бутадиенстирольный блоксополимер является сополимером с линейной или с радиальной, или с звездообразной структурой с мол. м. 120000 - 280000. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в битум вводят одновременно с серусодержащей смесью аминосодержащую добавку, растворимую в битуме. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что введение аминосодержащей добаки осуществляют при температуре смешения компонентов композиции.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2