Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2461594

(19)

RU

(11)

2461594

(13)

C1

(51) МПК C08L95/00 (2006.01)

C04B26/26 (2006.01)

C08K11/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.09.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011111989/05, 30.03.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

30.03.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 30.03.2011

(45) Опубликовано: 20.09.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2233298 C1, 27.07.2004. RU 2130954 C1, 27.05.1999. RU 2047578 C1, 10.11.1995. RU 2160301 C1, 10.12.2000. EP 0113492 A1, 18.07.1984.

Адрес для переписки:

125047, Москва, а/я 84, С.М. Гайдару

(72) Автор(ы):

Гайдар Сергей Михайлович (RU),

Конова Марина Марковна (RU),

Громов Евгений Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Гайдар Сергей Михайлович (RU),

Конова Марина Марковна (RU),

Громов Евгений Владимирович (RU)

(54) МОДИФИЦИРОВАННЫЙ БИТУМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов. Модифицированный битум содержит аминный активатор адгезии. Соотношение компонентов следующее, мас.%: аминный активатор адгезии - 0,5-2,0, битум - до 100. В качестве аминного активатора адгезии используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С 6 -С 20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно. Использование модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью. 5 табл., 5 пр.

Изобретение относится к новому составу битума, который может быть использован в дорожном строительстве, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, изготовлении кровельных и гидроизоляционных материалов, прокладке трубопроводов.

Известен модифицированный битум для дорожного строительства, включающий аминный активатор адгезии - отход производства анилина - анилиновую смолу с аминным числом не ниже 150 в количестве 1,0-1,5 мас.%. Вяжущее получают путем смешения битума и смолы при температуре 120-140°С в течение 40-60 мин (RU 2063990 С1, кл. С08L 95/00, С04В 26/26, 20.07.1996).

Недостатком известного вяжущего является то, что оно содержит отход производства анилина, состав которого варьируется в широком диапазоне, что не позволяет получить готовый битум стандартного качества.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является модифицированный битум, включающий в качестве аминного активатора адгезии гексаметилентетрамин и дополнительно продукт полукоксования углей при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 80,00-92,00, продукт полукоксования углей - 8,00-20,00, гексаметилентетрамин сверх 100% - 0,35-1,00. Модифицированный битум получают путем смешения исходного битума с продуктом полукоксования углей при 110°С до получения однородной смеси, в которую вводят гексаметилентетрамин, с последующим ее нагреванием до 160°С и изотермической выдержкой смеси в течение 30 мин при непрерывном перемешивании (RU 2241011 С1, кл. С08L 95/00, С08К 5/17, С04В 26/26, 27.11.2004).

Недостатком данного битума является его относительно низкая стойкость к воздействию плесневых грибов. Кроме того, модифицированный битум подвержен достаточно быстрому процессу старения, о чем свидетельствуют изменения массы и температуры размягчения после прогрева.

Техническим результатом изобретения является повышение качества и грибостойкости битума.

Данный результат достигается тем, что модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, в качестве аминного активатора содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный аминный активатор адгезии

0,5-2,0

Битум

до 100

Отличительной особенностью предложенного вяжущего является то, что введение в него продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) в количестве 0,5-2,0 мас.% (далее - продукт взаимодействия) позволяет повысить стойкость битума к воздействию плесневых грибов, адгезию к каменным материалам, металлам, дереву и др. Кроме того, продукт взаимодействия замедляет процесс старения битума, так как его масса и температура размягчения после прогрева практически не изменяются.

Введение предложенного битума в асфальтобетонные смеси, строительные, кровельные и изоляционные материалы дает возможность повысить их водоотталкивающие свойства и биостойкость.

Введение продукта взаимодействия в количестве менее 0,5% не позволяет существенно повысить качество битума. Введение его более 2% нецелесообразно, так как дальнейшего влияния на показатели качества он не оказывает.

Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.

Жирные кислоты выделяют из растительных масел (подсолнечного, кокосового, льняного, соевого и т.д.) путем расщепления триглицеридов, например омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой для выделения смеси кислот фракции C 6 -C 20 (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. / Под ред. М.М.Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).

При синтезе используют борную кислоту, соответствующую ГОСТ 18704-78, диэтаноламин - ТУ 6-09-2652-91.

Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем.

В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 и диэтаноламин (ДЭА). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: диэтаноламин: смесь жирных кислот составляет 1:3:(0,5-2,5).

Полученный продукт представляет собой маслянистую вязкую жидкость коричневого цвета. Он растворим в минеральных маслах, битуме, органических растворителях и имеет следующие характеристики:

Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.

Аминное число, мг HCl/г - не менее 40.

Содержание воды, % - не более 0,5.

Зольность, % - отсутствие.

Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 230.

В качестве битума используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90, нефтяные строительные - по ГОСТ 6617-76, нефтяные кровельные - по ГОСТ 9548-74 и нефтяные изоляционные - по ГОСТ 9812-74.

Технология получения предложенного модифицированного битума состоит в следующем.

В смеситель, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 98,0-99,5 мас.% битума и 0,5-2,0 мас.% продукта взаимодействия и производят перемешивание при температуре 130-150°С в течение 10-20 мин до получения однородной массы. Полученный битум смешивают с минеральным наполнителем, нагретым до 160-170°С, для приготовления асфальтобетонной смеси, а также применяют при изготовлении кровельного материала и изоляционного покрытия.

Конкретные составы предложенного модифицированного битума представлены в табл.1, показатели их качества - в табл.2. Примеры 4 и 5 являются контрольными.

Для сравнительного анализа показателей качества были получены битумы БНК 90/30 и БНИ-IV, модифицированные термической фракцией >230°С смолы полукоксования углей и гексаметилентетрамином согласно запатентованному способу по прототипу.

Пенетрацию битумов определяли по ГОСТ 11501-78, дуктильность (рястяжимость) - по ГОСТ 11505-75, температуру размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73, температуру вспышки - по ГОСТ 4333-87, температуру хрупкости - по ГОСТ 11507-78, изменение массы после прогрева - по ГОСТ 18180-72, стойкость к воздействию плесневых грибов - по ГОСТ 9.049-91 метод 1. Шкала оценки грибостойкости по методу 1 представлена в табл.3.

С предлагаемым вяжущим по примеру 1 и вяжущим по прототипу были приготовлены горячие асфальтобетонные смеси стандартного состава по ГОСТ 9128-2009 типа В марки II, мас.%: щебень фракции 5-20-30, песок из отсевов дробления - 58,5, минеральный порошок - 5, модифицированный битум - 6,5, из которых были изготовлены плотные асфальтобетоны.

Оценку адгезионной способности предложенного модифицированного битума к щебню проводили по методике, изложенной в описании к патенту РФ 2241011 (прототип).

Для этого отдельные частицы щебня размерами не менее 10 мм высушивали до постоянного веса при температуре 105°С. Затем каждую частицу щебня привязывали на тонкую проволоку, нагревали в термостате в течение 1 ч при температуре 140-160°С и погружали на 15 с в чашку с вяжущим, нагретым до этой же температуры. Извлеченные из вяжущего частицы подвешивали на штативе для стекания избытка вяжущего, после этого их охлаждали при температуре 20°С не менее 15 мин. Затем обработанные частицы щебня опускали в стакан с медленно кипящей дистиллированной водой на 30 мин и определяли силу сцепления вяжущего по шкале, приведенной в табл.4.

С предлагаемым битумом по примеру 2 и аналогичным битумом по прототипу были изготовлены наплавляемые кровельные материалы, представляющие собой стеклоткани, на которые нанесено от 3 до 5 кг каждого из модифицированных битумов.

С предлагаемым битумом по примеру 3 и соответствующим битумом по прототипу были приготовлены составы для защиты трубопроводов, содержащие, мас.%: модифицированный битум - 50, растворитель - 50.

Качественные показатели полученных покрытий представлены в табл.5.

Полученные асфальтобетоны испытывали по ГОСТ 12801-98, кровельные материалы - по ГОСТ 2678-94, защитные покрытия для трубопровода - по ГОСТ 9.054-75 и ГОСТ 15140-78.

Использование предложенного модифицированного битума позволяет получать гидрофобные строительные материалы и защитные покрытия с высокой биостойкостью.

Таблица 1

Компоненты

Состав модифицированного битума по примерам, мас.%

1

2

3

4

5

Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 в мольном соотношении 1:3:0,5

0,5

0,3

Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 в мольном соотношении 1:3:1,5

1,25

2,5

Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции C 6 -C 20 в мольном соотношении 1:3:2,5

2,0

Битум

БНД 90/130

99,5

99,7

БНК 90/30

98,75

БНИ-IV

98,0

97,5

Таблица 2

Показатель

Значение показателя по примерам

1

2

3

4

5

Предлож. модиф. БНД90/130

Прототип модиф. БНД90/130

Предлож. модиф. БНК 90/30

Прототип модиф. БНК 90/30

Предлож. модиф. БНИ-IV

Прототип модиф. БНИ-IV

Предлож. модиф. БНД90/130

Предлож. модиф. БНИ-IV

Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм

102

96

30

28

35

32

94

36

Дуктильность при температуре 25°С, см

75

78

10

12

10

13

73

9

Температура размягчения по кольцу и шару, °С

55

57

90

92

80

83

53

82

Изменение температуры размягчения после прогрева, °С

0,5

4

0,5

5

0,5

6

1

0,5

Изменение массы после прогрева, %

0,07

0,7

0,05

0,5

0,03

0,5

0,09

0,02

Температура хрупкости по Фраасу, °С

-19

-16

-14

-12

-12

-10

-17

-12

Температура вспышки, °С

270

260

265

257

267

260

270

268

Грибостоикость по методу 1, баллы

1

3

1

3

1

3

2

1

Адгезия к минеральным материалам, баллы

5

5

5

4

5

4

4

5

Адгезия к стали, МПа

0,5

0,4

0,9

0,7

1,0

0,9

0,4

1,0

Таблица 3

Метод

Степень развития плесневых грибов

Оценка материала

ГОСТ 9.049

ИСО 846

1

0

Материал не является питательней средой (нейтрален или фунгистатичен)

1, 2

-

Материал содержит питательные вещества, которые обеспечивают незначительное развитие грибов

3, 4, 5

Материал содержит достаточное количество питательных веществ, благоприятствующих развитию грибов

Таблица 4

Оценка сцепления битума со щебнем, баллы

Характеристика поверхности минеральных частиц, обработанных вяжущим, при оценке смачивания до кипячения, а сцепления - после кипячения

5 (отличное)

Вся поверхность минеральных частиц равномерно покрыта вяжущим, т.е. пленка вяжущего полностью сохраняется

4 (хорошее)

Вся поверхность минеральных частиц покрыта вяжущим, но вяжущее распределено по толщине неравномерно

3 (удовлетворительное)

Отдельные участки поверхности минеральных частиц не покрыты вяжущим, т.е. пленка вяжущего смещается водой. Наблюдается обнажение отдельных участков на поверхности частиц (не менее 50%)

2 (плохое)

Поверхность минеральных частиц обнажена на более, чем 50%

Таблица 5

Показатель

Асфальтобетон

Кровельный материал

Защитное покрытие для трубопровода

с предложенным битумом

с битумом по прототипу

с предложенным битумом

с битумом по прототипу

с предложенным битумом

с битумом по прототипу

Водонасыщение, об.%

0,90

1,55

-

-

-

-

Коэффициент водостойкости

1,10

0,90

-

-

-

-

Набухание, об.%

0,10

0,50

-

-

-

-

Водопоглащение при испытании 24 ч, %

1,15

1,30

Водонепроницаемость при давлении 0,001 МПа, ч

100

90

Водовытеснение, мм

-

-

-

-

120

90

Грибостойкость по методу 1, баллы

0

2

0

2

0

2

Формула изобретения

Модифицированный битум, включающий аминный активатор адгезии, отличающийся тем, что в качестве аминного активатора адгезии он содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С 6 -С 20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный аминный активатор адгезии

0,5-2,0

битум

до 100