Способ получения полимербитумной композиции и полимера- модификатора

 

Изобретение относится к получению улучшенных материалов на битумной основе и может быть использовано при производстве дорожных, кровельных гидроизоляционных покрытий. Задача изобретения - разработка способа получения полимерно-битумной композиции (ПБК), обладающей высокими эксплуатационными свойствами. Поставленную задачу решают путем получения полимербитумной композиции на основе битума с температурой размягчения 60-110^oС, экстракта селективной очистки остаточных масляных фракций и полимера-модификатора, полученного путем термической сополимеризации фракции С₈-С₉ и синтетического бутадиенового каучука в соотношении, мас.%: (80 - 95):(5-20), либо фракции С₈-С₉, синтетического бутадиенового каучука и серы в соотношении, мас.%: (83,5 - 94,5):(5 - 15):(0,5 - 1,5), соответственно, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимер-модификатор 1-12; экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций 19-40; битум - остальное. Полимер-модификатор получают путем термической сополимеризации при температуре 240-260^oС в течение 5-10 ч фракции С₈-С₉₊ и синтетического бутадиенового каучука, либо фракции С₈-С₉₊, синтетического бутадиенового каучука и серы. Соотношение реагентов соответственно, мас.%: (80 - 95):(5 - 20), либо (83,5 - 94,5):(5 - 15): (0,5 - 1,5). Смешение компонентов ПБК проводят при температуре 150-200^oС. 2 с. и 2 з.п. ф-лы. 4 табл.

Изобретение относится к переработке тяжелых нефтяных остатков, а именно к получению улучшенных материалов на битумной основе, и может быть использовано при производстве дорожных, кровельных, гидроизоляционных покрытий.

Для повышения эксплуатационных свойств последних применяют полимербитумные композиции (ПБК) на битумной основе с различными полимерами-модификаторами, а также пластификаторами, стабилизаторами и тому подобными добавками. Введение в битум полимерных добавок позволяет направленно регулировать структурно-механические свойства материала. При этом ПБК совмещают в себе качества, присущие полимерам (высокая эластичность, теплостойкость, прочность, морозостойкость) и битумам. Свойства и структура ПБК определяются в значительной степени типом полимера и дисперсной структурой битума. Введение в ПБК пластификатора (различные углеводородные фракции) позволяет улучшить пластичность и морозостойкость ПБК, а также совместимость полимеров и битума.

В (Л. М. Гохман, С. Л. Гершкохен. Влияние многократного растяжения на свойства органических вяжущих. ХТТМ, 1999, 1, с.36-39) имеются сведения о создании ПБК, состоящей из дорожного битума (марок БНД-40/60, 60/90, 90/130), растворителя-пластификатора (индустриальные масла), полимера-модификатора (дивинил-стирольный термоэластопласт).

Недостатками технического решения являются: высокая стоимость полимерной присадки и растворителя-пластификатора; повышенные энергозатраты при изготовлении ПБК; склонность ПБК к расслаиванию при хранении.

Из (Д. А. Розенталь, Л.С. Таболина, В.А. Федосова. Модификация свойств битумов полимерными добавками. Тематический обзор. ЦНИИТЭнефтехим, 1988, 6, с.17, 18) известен способ получения ПБК, используемых для кровельных и дорожных покрытий и состоящих из битумов и линейных полимеров (полиэтилена, полипропилена).

К недостаткам данного технического решения относятся: низкие показатели растяжимости ПБК; плохая эластичность ПБК.

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение, в котором ПБК предлагают изготавливать из битума и полимера-модификатора (нефтеполимерных смол, получаемых из непредельных жидких продуктов пиролиза углеводородного сырья), изложенное в (В.В. Леоненко, Л.Ю. Новоселова, Т.В. Петренко, Г. А. Сафонов. Полимерные модификаторы для нефтяного битума из жидких продуктов пиролиза. Нефтепереработка и нефтехимия, 1997, 11, с.27-29).

Его недостатками являются: невысокая модифицирующая способность нефтеполимерных смол; низкие показатели пластичности и эластичности ПБК; невысокая морозостойкость ПБК.

Задача предлагаемого изобретения - разработка способа получения ПБК, обладающей высокими эксплуатационными свойствами, с использованием более доступных реагентов (побочных продуктов), и синтез недорогого полимера-модификатора для изготовления ПБК.

Поставленной задачи достигают путем введения в переокисленный битум (температура размягчения 60-110^oС) растворителя-пластификатора (экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций) и полимера-модификатора на основе фракции C₈-С₉₊. Используемые реагенты наиболее целесообразно применять в следующем соотношении, % (масс.): Полимер-модификатор - - 1-12;
Растворитель-пластификатор - - 19-40;
Битум - - Остальное
Основным отличием от прототипа является следующее:
в качестве основного компонента используется битум, окисленный до температуры размягчения 60-110^oС;
растворителем-пластификатором является экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций;
полимер-модификатор получают путем термической сополимеризации при температуре 240-260^oС в течение 5-10 часов фракции C₈-С₉₊ и синтетического бутадиенового каучука, либо фракции C₈-С₉₊, синтетического бутадиенового каучука и серы. Оптимальными соотношениями реагентов являются, % (масс.): 80-95: 5-20, либо 83,5-94,5:5-15:0,5-1,5, соответственно;
смешение компонентов ПБК проводят при температуре 150-200^oС.

Возможность реализации предлагаемого технического решения показана на следующих примерах:
Пример 1
Синтез полимера-модификатора
Исходным сырьем для получения полимера-модификатора является фр. C₈-C₉₊ жидких продуктов пиролиза бензиновых фракций на установках типа ЭП (получение этилена и пропилена) без какой-либо дополнительной обработки (фракционирование и т.д.). Физико-химическая характеристика сырья представлена в табл.1. Указанная фракция содержит ценные мономеры (стирол, ,-метилстирол, винилтолуолы, инден, дициклопентадиен), являющиеся сырьем для получения полимера-модификатора.

Синтез полимера-модификатора проводили методом термической полимеризации. В автоклав заливали пробу фр. C₈-C₉₊ в количестве 120-150 см³, при необходимости вводили рассчитанные объемы других добавок. Смесь хорошо перемешивали, автоклав герметично закрывали, помещали в термостат, нагретый до температуры 2502^oС, и выдерживали в течение 5-20 часов. По окончании процесса термостатирования автоклав охлаждали, количественно выгружали раствор полимера в углеводородах фр. C₈-C₉₊. В качестве добавок при синтезе полимеров-модификаторов были выбраны синтетический бутадиеновый каучук марки СКД-ПС (по ТУ 38-103248-84, являющийся продуктом полимеризации бутадиена в растворе в присутствии комплексных катализаторов и представляющий собой полимер с массовой долей цис-1, 4 звеньев 87-93% и железа не более 0,004%) и сера. Состав сырья и условия синтеза приведены в табл.2.

По окончании синтеза реакционную смесь охлаждали, переносили в колбу и подвергали дистилляции на масляной бане, нагретой до температуры 250^oС, при вакуумировании с помощью масляного насоса до остаточного давления 20 мм рт. ст. для удаления непрореагировавших компонентов исходной композиции и растворителя (если таковой использовался). В качестве растворителя применяли ксилолы для предварительного набухания и растворения каучука. В опытах без введения каучука растворитель не использовали. Отгон в указанных условиях проводили до последней капли, после чего колбу охлаждали и определяли выход смолы.

Полученные полимеры-модификаторы использовали при получении ПБК.

Пример 2
Способ получения ПБК
ПБК получали путем смешения компонентов при температуре 150-200^oС до однородного состояния в течение 1-4 часов. В опытах использовали: дорожный битум БНД-90/130; битумы, переокисленные до температуры размягчения 70-100^oС; растворитель-пластификатор (экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций); полимер-модификатор (образцы табл.2).

Характеристика растворителя-пластификатора представлена в табл.3.

Полученные ПБК анализировали по следующим показателям: глубина проникновения иглы (пенетрация) по ГОСТ 11501, температура размягчения по кольцу и шару по ГОСТ 11506, растяжимость по ГОСТ 11505, температура хрупкости по ГОСТ 11507 и эластичность по п.7.2.2 ОСТ 218.010-98. Состав полученных ПБК и их свойства приведены в табл.4.

Анализ данных, приведенных в табл.4, показывает:
1. ПБК, полученные компаундированием (смешением) дорожного битума БНД-90/130 и полимера-модификатора (образцы 1-3 табл.2) по прототипу (опыты 2-8 табл.4), имеют довольно низкие показатели теплостойкости и пластичности (при температуре размягчения 43-45^oС пенетрация составила при 0^oС 34-440,1 мм и при 25^oС - 113-1210,1 мм, интервал пластичности 64-69^oС), морозостойкости (температура хрупкости минус 20 - минус 25^oС) и эластичности (17-19%).

2. ПБК, полученные на основе переокисленных битумов, растворителя-пластификатора и полимера-модификатора (образец 7 табл.2), по своим свойствам значительно превосходят прототип (опыты 12, 13, 15 табл.4). ПБК имеют более высокие показатели пластичности (при температуре размягчения 44-48^oС пенетрация при 0^oС составляет 56-740,1 мм и при 25^oС - 120-2080,1 мм, интервал пластичности 72-77^oС), морозостойкости (температура хрупкости минус 31 - минус 33^oС), эластичности (30-36%) и растяжимости при 0^oС (10-18 против 7,1-12 см).

3. ПБК, состоящие из переокисленного битума, растворителя-пластификатора и полимера-модификатора (образец 5 табл.2), также по своим свойствам значительно превосходят прототип (опыт 11 табл.4) и аналогичны предыдущим ПБК (отличается только значительно более высокой растяжимостью при 0^oС - 29 см). Данные ПБК возможно применять при производстве улучшенных дорожных покрытий.

4. ПБК, полученные при компаундировании переокисленного битума, растворителя-пластификатора и полимера-модификатора (образцы 4, 8 табл.2) превосходят прототип по теплостойкости, пластичности, морозостойкости и эластичности, но уступают ему и вышеперечисленным ПБК по показателю растяжимость (опыты 9, 10, 16 табл.4). Полученная ПБК может быть использована при изготовлении улучшенных кровельных и гидроизоляционных материалов.

Таким образом, подобраны способ получения ПБК с улучшенными эксплуатационными свойствами, а также состав сырья и условия синтеза полимера-модификатора.

Формула изобретения

1. Способ получения полимербитумной композиции на основе битума, экстракта селективной очистки остаточных масляных фракций, полимера-модификатора, отличающийся тем, что в качестве полимера-модификатора используют полимер, полученный путем термической сополимеризации фракции С₈-С₉ и синтетического бутадиенового каучука в соотношении, мас. %: (80-95): (5-20), либо фракции С₈-С₉, синтетического бутадиенового каучука и серы в соотношении, мас. %: (83,5-94,5): (5-15): (0,5-1,5), в качестве битума используют битум с температурой размягчения 60-110^oС при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Вышеуказанный полимер-модификатор - 1 - 12
Экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций - 19 - 40
Вышеуказанный битум - Остальное
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешение компонентов проводят при температуре 150-200^oС.

3. Способ получения полимера-модификатора путем термической сополимеризации компонентов, указанных в п. 1, при температуре 240-260^oС.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что термическую сополимеризацию проводят в течение 5-10 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5