Процес отримання бітумної композиції

l. Процес отримання бітумної композиції, переважно на базі використовування трьох компонентів у складі нафтового бітуму, гумової крихти і модифікувальної добавки, який полягає в завантаженні і розплавленні при перемішуванні заданої кількості бітуму в реакторі, що обігрівається, з перемішуючим пристроєм, введенні гумової крихти в реактор з розплавленим бітумом для її набухання і первинного диспергування в процесі безперервного перемішування, введенні в отриману суміш заданої кількості модифікувальної добавки і поєднання компонентів при безперервному перемішуванні до досягнення гомогенного стану, охолоджуванні продукту до необхідної температури і вивантаженні його з реактора, який відрізняється тим, що завантажують в реактор задану кількість нафтового бітуму і здійснюють його нагрів до 100-120°С, після чого включають перемішування і підвищують температуру реактора до 140160°С, при досягненні вказаної температури у всьому об'ємі поступово дозують в бітум за 3-4 U 2 15115 1 3 15115 4 бетону; виготовлення покрівельних гідро- , тепло- і допомогою кавітаційної установки. пароізоляційних покриттів, матеріалів і виробів; у По [патенту України №65994, C08L95/00] відовиробництві лакофарбних матеріалів. мий спосіб отримання модифікованого бітуму, Одним з основних сучасних напрямів у вдосякий включає з'єднання термоеластопласта з в'яконаленні споживацьких характеристик є модифіжучим і перемішування при підвищеній темперакація властивостей бітумних в'язких з метою підтурі, а в якості термоеластопласта використовують вищення їх деформуємості і температуростійкості, подрібнену гумову крихту. При цьому відбувається поліпшення стійкості до старіння і розтріскування, механічна деструкція гумової крихти. збільшення адгезійних властивостей. З розгляду представлених коротких резюме до Найбільш часто для підвищення експлуатаційряду патентів є видимою тенденція поєднання них властивостей, наприклад, дорожніх покриттів, задачі підвищення споживацьких властивостей застосовують полімербітумні композиції на бітумбітумів із задачею цілеспрямованого і ефективного ній основі з різними стабілізаторами і тому подібвикористовування різних промислових відходів. ними добавками. Зокрема, відомі численні пропозиції по викоЯк полімерні модифікатори використовують ріристовуванню подрібненої гумової крихти, яка зні еластопласти, такі як каучуки, термопласти, одержана при переробці утілю автомобільних покполімерний віск, нафтові смоли і ін. ришок. Введення в бітум полімерних добавок дозвоВідомий спосіб отримання в'яжучого шляхом ляє спрямовано регулювати структурно-механічні розчинення гумової крихти в нафтовому гудроні властивості матеріалу. Введення пластифікатора при 180-250°С, введенні в отриману суміш мілко(різні вуглеводневі фракції) дозволяє поліпшити дісперсної сірки в кількості 20-70% від ваги крихти і пластичність, морозостійкість, а також сумісність витримці при температурі 160-200°С до остаточної полімерів і бітуму. вулканізації. Властивості і структура полімер-бітумної комНедоліком відомого рішення є вузький інтерпозиції в значній мірі визначаються типом полімевал пластичності, оскільки додавання сірки привору і дисперсною структурою бітуму. дить до жорсткого зшивання полімеру і окрихчуВідомі технології виготовлення стійких до дії вання в'язкого унаслідок наближення температури середовища бітумно-полімерних сумішей за рахукрихкості до температури розм'якшення. [а.с. нок модифікації бітумів органічними полімерами. СССР №857336, Е01С7/18, 1979p.]. [РЖ Хімія, 1993, реф. 12Т74, 12Т75 Erdöl und Відомий спосіб отримання в'яжучого шляхом Kohle - Erdgas – Petrochem /1993, 46 №1, с.18-25]. змішування гумової крихти з шламом шліфування Відоме відповідно використовування дівінілсхромових сталій, обробленим мінеральним мастірольних блоксополімерів, бутадіенстірольного лом, з подальшим введенням його в нагрітий до сополімера; блоксополімерів алкадієна і стиролу; 180-250°С рідкий бітум або нафтовий гудрон, при [див. A.c. СРСР №272881, C08L95/00; ΕΡ, Α, наступному співвідношенні компонентів мас. %: 0458386, C08L95/00, 1972г; патент РФ №2038360, гумова крихта -10-20; C08L95/00]. По [патенту РФ №2011666, шлам шліфування хромових стаC08L95/00], виданому фірмі Франції, заявлена лій -0,98-1,97; бітумна композиція, яка містить бітум, каучук, сірку мінеральне масло -0,02-0,03; і сірковмістну добавку, причому як каучук викориснафтовий гудрон або рідкий бітум - інше. товують бутадієновий полімер або бутадієнстіроНедоліком цього рішення є низька температульний блоксополімер. ра розм’якшення і вузький інтервал пластичності, Після вулканізації одержують продукти, які оскільки масла приводять до пластифікації і знизберігають свої еластичні характеристики при ниженню температури розм'якшення. [A.c. СРСР зькій температурі. До недоліків приготування таких №1595813, С04В26/26, 1988p.]. бітумполімерних сумішей відноситься складна Відомий [патент РФ №2034877, C08L95/00] на проблема досягнення гомогенності суміші і дуже спосіб отримання гідроізоляційного матеріалу на великий час змішування, необхідний для отриманбазі використовування текстильно-бітумних відхоня адекватної гомогенності. дів і очосів (60ваг.%), гумової або суміші гумової і В патентнім фонді винаходів України по даній гумовопробкової крихти (15ваг.%), бітуму проблемі виявлено ряд технічних рішень на ком(20ваг.%) і відходів поліетилену (5ваг.%). позиції бітумів і на способи модифікації бітумів. Спочатку в гумозмішувачі здійснюють змішуПо [патенту України №2880, C08L95/00] відома вання текстильно-бітумних відходів, очосів, і гумобітумна композиція для покрівельних і гідроізолявої крихти в течії 5-10хв. при 90°С, потім на II стаційних мастик і покрівельних складів, яка містить дії отриману суміш в кількості 75ваг.% від відходи вторинного поліетилену і шлам нафтовий. загальної маси завантаження переміщають в реаПо [патенту України №18630, C08L95/00] відоктор, який обігрівається, додають 5ваг.% поліетимо в'яжуче для дорожнього будівництва, яке вклюлену і 20ваг.% бітуму і перемішують її протягом чає важкі продукти піролізу рідких вуглеводнів і 45-55хв. при 180°С. Потім отриману масу пропусвідходи виробництва, які містять сірчану кислоту. кають через каландри і одержують гідроізоляційПо [патенту України №53879, C08L95/00] відоний матеріал в рулонах. мий спосіб отримання модифікованого бітумного З опису виходить, що у разі виготовлення поскладу шляхом введення в розігрітий бітум додатдібного рулонного матеріалу знижуються вимоги ково розчинника і модифікатора, причому для придо якості гумової крихти і до гомогенності маси. скорення і поліпшення поєднання компонентів заВідомі спеціальні (тугоплавкі) малопарафінисті стосовують високоінтенсивне перемішування за бітуми (від перегонки високов'язкої нафти) з тем 5 15115 6 пературою розм'якшення 110°С, які застосовуютьляється, а також по збігу ряду технологічних опеся у виробництві лакофарбних матеріалів, для рацій і двох основоположних компонентів в складі: захисного фарбування металевих конструкцій і бітуму нафтового і гумової крихти. споруд, експлуатованих в природних умовах. ПеДо недоліків прототипу слід віднести, вревагою цих матеріалів є відносна дешевизна і перших, порівняно невеликий відсоток використодоступність початкової сировини і висока водостійвування гумової крихти при великому відсотку викість покриття на їх основі. користовування бітуму; по-друге, якість гомогеніПроте широкому використовуванню бітумних зації суміші значною мірою забезпечується за лаків перешкоджають незадовільні значення тверрахунок проведення додаткової операції змішудості і еластичності. Крім того, потрібна підвищена вання гумової крихти з пилом шліфування шкіри і, стійкість лакофарбної плівки до окислення і здатв-третіх, необхідність подальшої обробки її у ваність пригнічувати корозію підкладки. Для виклюльцях тиском стиснення 200-300кг/см2. чення вказаних недоліків застосовується як поліЗагальними ознаками прототипу і корисної мерна добавка - поліетилен високого тиску. моделі, яка заявляється, є наступне: При введенні поліетилену його піддають набу- процес отримання модифікованого бітуму; ханню в суміші ксилолу з уайт-спіритом, узятих в - загрузка і розплавлення при перемішуванні співвідношенні 1:1, потім перемішують при 73заданої кількості бітуму в реакторі, що обігріваєть75°С до повного розчинення. ся; Отриманий розчин полімеру вводять в нагрі- введення гумової крихти в реактор з розплатий до 90°С бітум і перемішують суміш до повної вленим бітумом для її набухання і первинного диоднорідності. Залежність твердості лакової плівки спергирования в процесі перемішування до отривід кількості поліетилену має екстремальний харамання гомогенного стану; ктер з максимумом при вмісті 4мас.%. [Нафтопе- введення в отриману гомогенну суміш задареробка і нафтохімія. 2001 №2, с.22-25]. ної кількості модифікувальної добавки і поєднання До недоліків аналога можна віднести наступкомпонентів при безперервному перемішуванні до не: досягнення гомогенного стану. 1) необхідність використовування спеціальних - охолоджування продукту до необхідної теммалопарафінистих бітумів з високою температуператури для його вивантаження або безпосередрою розм'якшення - 110°С, що істотно обмежує ньо для продовження його переробки в мастики. сировинну базу; В основу корисної моделі поставлена задача 2) набухання поліетилену здійснюється в легудосконалення процесу отримання композиції накозаймистих розчинниках (ксилол з уайт-спіритом); фтового бітуму, переважно з використовуванням По [патенту РФ №2049796, C08L95/00] розкрияк термоеластопласта гумової крихти, за рахунок тий спосіб отримання в'яжучого для дорожнього застосування добавки, яка модифікує у вигляді будівництва. В способі, що включає змішування невеликих кількостей полімеру із забезпеченням гумової крихти з нагрітим до 180-250°С рідким бівисокої гомогенності продукту при операціях поєдтумом або нафтовим гудроном, розв'язується занання компонентів. Це дозволить поліпшити якісні дача підвищення температури розм'якшення і інхарактеристики продукту, у тому числі збільшити тервалу пластичності зв'язуючого. силу адгезії, розширити сировинну базу за рахунок Заздалегідь гумову крихту змішують з наповзбільшення маси гумової крихти, що використовунювачем - пилом шліфування шкіри і обжимають у ється, а також використовування як початковий вальцях тиском 20-30МПа, при цьому компоненти нафтовий бітум будівельної якості. При цьому мов'яжучого беруть в співвідношенні, ваг.%: жуть бути істотно поліпшені економічні показники гумова крихта 8-15; по отриманню композиційних бітумів, призначених пил шліфування шкіри 2-6; для виробництва різних мастик. рідкий бітум або нафтовий гудрон інше. Поставлена задача розв'язується тим, що в Оброблену високим тиском суміш гумової крипроцесі отримання композиційного бітуму, перехти з пилом шліфування шкіри вводять в бітум, важно на базі використовування трьох компонентів нагрітий до 180-250°С в реакторі, при безперерв- нафтового бітуму, гумової крихти і модифікуваному перемішуванні в течію не менше 3,5 години льної добавки полягає в завантаженні і розплавдо отримання гомогенного в'яжучого необхідній ленні при перемішуванні заданої кількості нафтов'язкості. вого бітуму в реакторі, що обігрівається, з Вивчення представлених інформаційних джеперемішуючим пристроєм, введенні гумової крихти рел з рівня техніки показує, що запропоновані різв розплавлений бітум для її набухання і первиннономанітні напрями по модифікації нафтових бітуго диспергування в процесі безперервного перемів, зокрема, отримання композиційних складів з мішування, введенні в отриману масу заданої кільвикористанням промислових відходів, у тому числі кості модифікувальної добавки і поєднання гумової крихти. компонентів при безперервному перемішуванні При цьому для підвищення якісних характерипри відповідній температурі до досягнення гомостик модифікованих бітумів продовжує залишатигенного стану, охолоджуванні продукту до необся актуальною задача підвищення якісних показхідної температури з подальшим вивантаженням ників, у тому числі по забезпеченню гомогенності його з реактора, згідно корисної моделі продукту в процесі поєднання різних компонентів. - завантажують в реактор задану кількість наВідоме рішення по вищезгаданому [патенту фтового бітуму і здійснюють його нагрів, після чого РФ №2049796, C08L95/00] вибране як прототип по включають перемішування і підвищують темперазбігу призначення з корисною моделлю, яка заявтуру реактора до 140-160°С; 7 15115 8 - досягши вказаної температури у всьому при температурі 140-180°С, щоб каучук не дуже об'ємі потихеньку дозують в бітум за 3-4 прийоми деструктував. Час введення гумової крихти в бітум задану кількість гумової крихти при безперервному залежить від апаратурного оформлення процесу, у перемішуванні, після закінчення дозування піднітому числі від системи перемішування, робочої мають температуру реактора до 190-210°С і знов температури, що використовується, а також від при безперервному перемішуванні з’єднують вкавигляду, в якому вводять гумову крихту. зані компоненти до отримання гомогенної маси; Тому в корисній моделі, яка заявляється, на- вводять в отриману гомогенну масу задану дається значна увага операціям поступового повікількість модифікувальної добавки у вигляді грального введення в нагрітий нафтовий бітум гумонульованого полістиролу і поєднують компоненти вої крихти, набухання гумової крихти в нагрітому до отримання гомогенної маси; розчиннику - бітумі і диспергування в процесі без- здійснюють відбір проб для аналізу і контроперервного перемішування порівняно крупних часлюють відповідність продукту нормативним вимотинок гумової крихти, що використовується, до гам; отримання однорідної маси частинок малого роз- вимикають обігрів і охолоджують продукт до міру. Під гомогенністю слід розуміти однорідний 60-100°С для зливу і його фасовки або безпосерерозподіл в суміші частинок гуми. дньо для подальшої його переробки в мастики; При цьому гомогенність суміші забезпечується - при цьому компоненти вибирають в наступвибором тривалості перемішування на кожній опеному співвідношенні, ваг.%: рації, як після закінчення операції перемішування бітум нафтовий 35-50; бітуму з гумовою крихтою, так і на операції ввегумова крихта 40-60; дення гранульованого полістиролу і поєднання гранульований полістирол 1-2. компонентів суміші. Конкретною відмінністю є те, що як початковий Поєднання подрібненої гумової крихти з добанафтовий бітум використовують бітум по [ДСТУ вкою полістиролу при підвищеній температурі за4148-2003 «Бітуми нафтові дорожні в'язкі»], наприбезпечує композиції необхідну в'язкість і високу клад, бітум нафтовий будівельний марки 90/10, а адгезійну здатність. як гумова крихта - гуму роздрібнювану з розміром Були проведені дослідження властивостей частинок не більше 5мм, переважно одержувану отриманого за технологією композиції бітуму, що при переробці зношених шин. заявляється, як в твердому стані, так і при викориІншою конкретною відмінністю є те, що для стовуванні його як основа для виготовлення масвипадку механічного перемішування в реакторі тик при добавці розчинника - кам'яновугільного гумової крихти з інтервалом розміру частинок 1сольвенту. Модифікований бітум передбачається 5мм тривалість операцій по безперервному перевипускати з торговою назвою «Донізол», а мастики мішуванню підбирають з умови досягнення гомона його основі під торговою назвою - «Гідродон». генності суміші, що розуміється як однорідний розПредставлені для дослідження проби матеріалу поділ в ній частинок гуми. на вигляд були аналогічні відомим нафтовим будіПричинно-наслідковий зв'язок між відмітними вельним бітумам, тому дослідження проводилися ознаками і техніко-економічними результатами, які відповідно до методик випробувань бітумів і масдосягаються, полягає в наступному. тик на їх основі. Експериментально встановлено, що якість поОтримані такі результати дослідження зразка криттів на основі використовування модифіковатвердої проби композиційного складу: нафтовий них бітумів значною мірою залежить від неоднорібітум - 49ваг.%; гумова крихта - 49ваг.%; гранудності (негомогенності) структури, що спричинить льований полістирол - 2 ваг.%: надалі при експлуатації появу тріщин в матеріалі. температура розм'якшення згідно ГОСТ Тому час перемішування бітумполімерних сумішей 11506-73 88°С; у відомих рішеннях указуються не менше 3-4 годипенетраця по глибині проникнення голни. При додаванні в бітумну суміш гумової крихти ки 0,1мм згідно ГОСТ 11501-78 25мм; задача ще більш ускладнюється, особливо при теплостійкість згідно методики використовуванні порівняно недорогої гумової роТУ У 03112610.003-96 90°С; здробленої крихти з гум різного призначення з зміна маси після прогрівання %, не достатньо великими розмірами частинок гуми до більш 1,8; 5мм. вміст води 0. Ступінь набухання гумової крихти в нагрітому Мастиковий і лакофарбний композиційний бітумі пояснюється як наслідок хімічної споріднесклад бітуму марки «Донізол» повинен відповідати ності розчинених речовин і гуми. Необхідну кільвимогам і нормам, приведеним в таблиці. кість гумової крихти вводять в бітум частіше за все 9 15115 10 Таблиця Найменування показника Температура розм'якшення, °С, не нижче Глибина проникнення голки при 25°С, мм Температура спалаху, °С, не нижче Зміна маси після прогрівання ,% не більш Зміст води, % не більш Теплостійкість, °С Зовнішній вигляд Норма 88 ГОСТ 11506-73 25 ГОСТ 11501-73 200 ГОСТ 4333-87 1,8 ГОСТ18180-72 0 90 Твердообразна маса чорного кольору дрібними включеннями Результати випробувань показали, що модифікований бітум по своїх властивостях, який заявляється, аналогічний покрівельному бітуму БНК-5 і може бути використаний в розплавленому вигляді для того, щоб приклеїти рулонні покрівельні матеріали, а також як в'яжучого при виготовленні руберойду, рубемасту і ін. матеріалів. Модифікований бітум, що заявляється, добре розчиняється в ароматичних розчинниках і придатний для виготовлення холодних мастик і лакофарбних матеріалів, особливо у разі зниження часу Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Метод випробування ГОСТ 2477-65 ТУ У 3112610.003-96 Візуально висихання до 2-3 годин. Покриття на основі отриманої композиції є стійкими до дії розчинів кислоти, лугу і солі. На вказані матеріали: будівельний композиційний бітум «Донізол» і мастики на його основі «Гідродон» (досвідчена партія) – підготовлені і введені з 20.10.2005p. технічні умови ТУ У 23.200190443 -095: 2005. Продукт відповідає вимогам санітарного законодавства України. Модель, яка заявляється, відповідає нормативним вимогам по новизні і промисловій застосовності. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601