Адгезійна присадка до бітумних та асфальтових виробів

Адгезійна присадка до бітумних та асфальтових виробів на основі кислот талової оливи і рослинної олії та триетаноламіну, яка відрізняється тим, що як кислоти використовують фосфа тидний концентрат, а як триетаноламін використовують моноетаноламін при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: фосфа тидний концентрат 81,0-83,5 моноетаноламін 16,5-19,0. (19) (21) u200806814 (22) 19.05.2008 (24) 10.10.2008 (46) 10.10.2008, Бюл.№ 19, 2008 р. (72) ПОП ГРИГОРІЙ СТЕПАНОВИЧ, UA, ШАБО МУ АЙЕД ДЖОРДЖ, НАЗАРЧУК Н АДІЯ МИХАЙЛІВНА, U A (73) ІНСТИТУТ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА Н АФТОХІМІЇ Н АН УКРАЇНИ, U A 3 36096 адгезійній присадці на основі кислот талової оливи і рослинної олії та триетаноламіну і поліетиленполіамінів, в якості кислот використовують фосфа тидний концентрат (ФК), а в якості триетаноламіну і поліетиленполіамінів використовують моноетаноламін (МЕА) при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: фосфа тидний концентрат 81,0-83,5; моноетаноламін 16,5-19,0. Фосфатидний концентрат є побічним продуктом від очищення рослинних олій (соняшникова, ріпакова) і являє собою, відповідно до ДСТУ 4526:2006 або ТУ 9146-203-00334534-97, коричневу масу із суміші фосфатидів (40-60%), ефіронерозчинних речовин (1-5%) і олії (39-60%) із залиш 4 ковою вологістю 0,5-3,0%. Таким чином, поруч із тригліцеридами (олія), ФК містить до 60% розчинних в олії гліцерофосфатидів - фосфатидилетаноламін (кефалін), фосфатидилхолін (лецитин), інозитфосфатиди то що. Головною складовою частиною ФК, які входять як до складу рослинних олій, так і фосфатидів є жирні кислоти: ненасичені - олеїнова, лінолева, ліноленова, ейкозенова, ерукова та насичені - пальмітинова, стеаринова, арахінова. Середня молекулярна маса ФК, розрахована за хімічним складом тригліцеридів і фосфа тидів, знаходиться в межах 780-798. Для синтезів використано екологічно чистий ФК Вовчанського та Запорізького олійно-жирових комбінатів, склад яких приведено в табл.1. Таблиця 1 Виробник ЗАТ Вовчанський ОЖК ЗАТ Запорізький ОЖК Склад фосфатидного концентрату, % мас. ефіронерозчинні ре- волога та леткі ретригліцериди (олія) фосфа тиди човини човини 50,19 45,01 4,29 0,51 38,72 59,11 1,40 0,77 В якості амінної складової використано моноетаноламін (МЕА) з Т.кип. 171°С, густиною 1016 кг/м3 і показником заломлення при 20°С 1,4541. У процесі взаємодії ФК з МЕА при молярному співвідношенні ФК:МЕА = 1: (2,0-3,5) за температури 165°С впродовж 6год. утворюється суміш поверхнево-активних речовин (ПАР) - алкілоламідів, аміноестерів та естероамідів. Останні при зберіганні здатні перегруповува тись в алкілоламіди. Тому основною складовою частиною суміші є алкілола-міди жирих кислот та розчинені в них гліцерофосфатиди. Така суміш продуктів і є ефективною адгезійною добавкою. Завдяки підвищеній поверхневій активності вона забезпечує високу адгезію бітуму до мінеральної основи. Покращені адгезійні властивості цієї присадки зумовлені наявністю у ФК фосфатидів, оскільки аналогічний продукт, одержаний (для порівняння) на базі олії нерафінованої з концентрацією фосфатидів 2,3% такими властивостями не володіє. Технологічний процес отримання присадки полягає в наступному. В реактор, оснащений механічною мішалкою і термометром завантажують ФК. Після розігрівання ФК до 60°С включають перемішування і додають розрахункову кількість МЕА. Температур у поступово піднімають до 100°С, витримують реакційну суміш впродовж 15 хвилин. Потім при інтенсивному перемішуванні температуру піднімають до 165°С. При досягненні цієї температури на поверхні суміші утворюється шар піни, яка залишається на ній протягом 0,5 години. По завершенні реакції піна зникає і на дні реактора утворюється осад в кількості (8-14)% від основного продукту. Кінець реакції характеризується як зникненням піни, так і досягненням кислотного числа продукту в межах (4,6-7,5)мг КОН/г. Умови синтезу, вихід та властивості ПАР на основі ФК та МЕА представлені в таблиці 2. Таблиця 2 № зразка 1 2 3 4 Співвідношення Умови синтезу та ви хід основВластивості адгезійної присадки реагентів, % мас. ного продукту Температура, Час, К.ч., ФК МЕА Вихід,% Консистенція Колір Запах Т.пл,Т °С год. мгКОН/г МастилоТемно- Амін86,4 13,6 165 6,0 90 38-41 4,6 подібний корич. ний МастилоТемно- Амін83,5 16,5 165 6,0 87 5,5 подібний корич. ний 40-45 МастилоТемно- Амін81,0 19,0 165 6,0 86 45-50 6,4 подібний корич. ний МастилоТемно- Амін78,0 22,0 165 6,0 92 50-53 7,5 подібний корич. ний Для відомої і запропонованої адгезійних присадок проведені лабораторні дослідження їх впливу на якість зчеплення бітумів з мінеральними матеріалами у відповідності з будівельними нормами України ВБН В.2.7-218-176-2003 "Застосування поверхнево-активних речовин в дорожніх технологіях з використанням бітумів" та ТУ У В.2.7 -2300018112-2586-2006 "Бітуми з адгезійними добав 5 36096 ками. Технічні умови". Для визначення показників зчеплення використані бітум БН 90/130 Кременчуцького НПЗ і гранітний щебінь Янцевського кар'єру. Показники зчеплення визначали згідно ДСТУ Б.В.2.7- 89-99 "Матеріали на основі органічних в'яжучих для дорожного і аеродромного будівництва. Методи випробувань". Відповідно до цього методу показник зчеплення бітумів з мінеральними матеріалами визначався у відсотках за частиною поверхні мінерального матеріалу (щебеню), на якій зберігся бітум після витримування його у воді при температурі 85°С. Термостабільність присадки, тобто здатність її зберігати активність після прогріву бітуму, перевірялася при температурі 180°С на протязі 5год. згідно з пунктом 4.4. ВБН В.2.7-218-176-2003. 6 Для поглибленої оцінки ефективності адгезійної присадки проведені фізико-механічні випробування асфальтобетонів. Для цього визначені коефіцієнти водостійкості К15год. асфальтобетонів впродовж 15 діб з добавкою і без неї за методами випробувань згідно ДСТУ БВ 2.7-89. Межу міцності зразків на стиснення визначали відповідно до ГОСТ 12801-84, п.4.9 шляхом визначення навантаження, необхідного для руйнування зразка при 20°С. Біорозщеплюваність протягом 21 доби визначали за ДСТУ 4247 :2003 (CECL 33-A-93.NEQ). Одержані присадки в концентраціях 0,5-2,0% мас. додавали до бітумів, перемішували і проводили випробування на адгезійні властивості відповідно до описаних вище вимог нормативних документів і зведені в табл. 3. Таблиця 3 Результати випробувань адгезійної присадки до бітумів Найближчий аналог чи № зразка в табл.2 Азмол БП-3 (найближчий аналог) 1 2 3 3 3 3 4 Концентр. адгезійної присадки Показники зчеплення Міцність на До прогрі- Після прогрі- стиснення, вання, % вання,% мас. МПа мас. К15вод. Біорозщеплюваність, % 1,5 75 70 3,1 0,71 35 1,5 1,5 0,5 0,7 1,5 2,0 1,5 70 85 70 80 95 96 95 65 80 70 80 90 90 90 2,7 3,2 3,0 3,3 4,2 4,3 4,3 0,62 0,75 0,70 0,72 0,85 0,87 0,75 93 91 87 87 87 87 80 З даних лабораторних випробувань, приведених в табл. 3 випливає, що запропонована адгезійна присадка збільшує зчеплення бітуму зі щебнем і майже повністю біологічно розкладається протягом 21 доби. При встановленні заявленого оптимального діапазону використання присадки виходили з того, що за масового співвідношення ФК:МЕА= 86,4:13,6 (зразок 1) та при концентрації присадки меншій за 0,5% (зразок 3), не дивлячись на високу біорозщеплюваність, за всіма технологічними показниками ці зразки присадки дещо поступаються найближчий аналогу. Водночас за масового співвідношення ФК:МЕА = 78,0:22,0 (зразок 4) та при концентрації присадки більшій за 2,0% (зразок 3) технологічні показники майже не покращуються, а зразок 4 характеризується ще й суттєвим зменшенням біорозкладу. У заявленому оптимальному діапазоні співвідношення інгредієнтів ФК:МЕА = (81,0-83,5):(16,519,0) в адгезійній присадці, уведення її до бітуму в концентрації 0,7-1,5% (зразки 2 і 3) підвищує адгезію дорожного бітуму до кам'яних матеріалів від 35% (бітум 90/130 без присадки) чи 75% для найближчий аналогу до 80-95%, тобто, відповідно, на 45,0-60,0% та 20%. При цьому біорозщеплюваність присадки збільшується з 35% для найближчий аналогу до 87-93%. Зчеплення бітуму зі щебенем у присутності адгезійної присадки після прогріву при 180°С протягом 5год. залишилося на рівні 80-90%, а за показником тривалої (протягом 15 діб) водостійкості визначені на рівні 0,75-0,85, тобто присадка володіє високою термостабільністю та істотним уповільненням набрякання і водонасичення асфальтобетонних сумішей. Отже, у заявленому оптимальному діапазоні співвідношення інгредієнтів ФК і МЕА та концентрації, використання запропонованої присадки в дорожних бітумах дозволяє підвищити біорозщеплюваність на 52-58% і на 20% покращити технікоекономічні показники присадки азмол БП-3, що дозволяє стверджувати про досягнення заявленого те хнічного результату. Використані джерела 1. Егоров С.В. и др. Покрытия с применением эмульсий и катионактивной добавки. М. Автотрансиздат, 1962.- С.27. 2. Патент на корисну модель №25241 Україна, МПК(2006): С 08L 95/00, С04В 26/26. Адгезійна добавка до біту мів/З. М.Ільницький, В.В.Бойко та ін.// Заявл.01.07.2007. Опубл. 25.07.2007. Бюл. №11. 3. ДСТУ 4526:2006 Концентрат фосфатидний ріпаковий. Технічні умови. 7 36096 4. Патент №42620 України, МПК: С 08L 95/00. Присадка адгезійна АЗМОЛ БП-3/ О.Д.Стахурський, О.В.Шапошник та ін.//Заявл. 18.05.2001. Опубл. 15.09.2004. Бюл.№9. Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 8 5. ДСТУ 4247: 2003 Нафтопродукти. Метод визначення біорозщеплюваності (CECL33-A93.NEQ). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601