RU2522618C2

RU2522618C2 - Method of obtaining polymer-bitumen compositions

Info

Publication number: RU2522618C2
Application number: RU2012130340/05A
Authority: RU
Inventors: Роман Георгиевич Житов; Валерий Николаевич Кижняев; Виктор Викторович Алексеенко; Александр Ильич Смирнов
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2012130340A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to obtaining polymer-bitumen compositions, based on oil bitumens. The obtained compositions can be used in road building as a binding agent for asphalt-concrete mixtures, in industrial and civil construction for roofing and waterproofing works, for production of mastics and glues. The method includes heating bitumen and a polymer-modifier with mixing, with the polymer-modifier being obtained directly in the bitumen medium by radical polymerisation of vinyl monomers at a temperature of 60-80°C in the presence of a radical polymerisation initiator. The process of the composition obtaining is carried out for 2-4 hours at the same temperature. As bitumen oil bitumen is used. A ratio of components is the following, wt %: vinyl monomer 2-10; initiator, wt % of the monomer weight - 0.5-4; oil bitumen - the remaining part.

EFFECT: extension of assortment of polymer-bitumen compositions with improved exploitation characteristics with simplification of technology of the composition preparation, providing possibility of carrying out the process of preparing compositions in a continuous mode and absence of expensive ingredients in their obtaining.

2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к получению полимерно-битумных композиций на основе нефтяных битумов. Получаемые полимерно-битумные композиции могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве вяжущего для асфальтобетонных смесей, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных, гидроизоляционных работ, для производства мастик и клеев.The invention relates to the production of polymer-bitumen compositions based on petroleum bitumen. The resulting polymer-bitumen compositions can be used in road construction as a binder for asphalt mixtures, in industrial and civil engineering for roofing, waterproofing, for the production of mastics and adhesives.

Известен способ получения полимерно-битумной композиции, включающий подачу в реактор-смеситель нефтяного битума, нагрев и введение в него при постоянном перемешивании полиэтилена высокого давления, атактического полипропилена, вспененной перлитовой муки, после чего смесь нагревается до 210°C и в смесь вводится асидол. В результате образуется гомогенная композиция (пат. России 2307139 C1, C08L 95/00, C09D 195/00).A known method for producing a polymer-bitumen composition, comprising feeding oil bitumen into a reactor mixer, heating and introducing high pressure polyethylene, atactic polypropylene, foamed perlite flour into it with constant stirring, after which the mixture is heated to 210 ° C and asidol is introduced into the mixture. The result is a homogeneous composition (US Pat. 2307139 C1, C08L 95/00, C09D 195/00).

Недостатком известного способа является высокая температура получения композиции, что приводит к потере летучих веществ битума, также применение большого количества инертного материала с большой сорбционной способностью, что уменьшает стабильность получаемой композиции. Применение смеси полимеров приведет к их расслоению, вызванному большой разницей в температуре плавления.The disadvantage of this method is the high temperature of the composition, which leads to the loss of volatile substances of bitumen, the use of a large amount of inert material with high sorption ability, which reduces the stability of the resulting composition. The use of a mixture of polymers will lead to their separation, caused by a large difference in the melting temperature.

Известен способ получения полимерно-битумной композиции, включающий смешение продукта полукоксования углей и блоксополимера бутадиена со стиролом, при перемешивании смесь нагревают до 120°C, после подают нефтяной битум и, продолжая перемешивать, добавляют гексаметилентетрамин и повышают температуру до 160°C, в результате образуется полимерно-битумная композиция (пат. России 2241724 А, C08L 95/00, 53/02, C08K 5/17, C04B 26/26).A known method for producing a polymer-bitumen composition, comprising mixing a semi-coking product of coal and a block copolymer of butadiene with styrene, with stirring, the mixture is heated to 120 ° C, then petroleum bitumen is fed and, while continuing to mix, hexamethylenetetramine is added and the temperature is raised to 160 ° C, resulting in the formation polymer-bitumen composition (US Pat. 2241724 A, C08L 95/00, 53/02, C08K 5/17, C04B 26/26).

Недостатком известного способа является использование большого количества дополнительного растворителя (продукт полукоксования углей), что уменьшает температуру вспышки композиции. Продукт полукоксования содержит большое количество токсичных соединений, которые испаряются при использовании и получении композиции.The disadvantage of this method is the use of a large amount of an additional solvent (a product of semi-coking coals), which reduces the flash point of the composition. The semi-coking product contains a large number of toxic compounds that evaporate when using and receiving the composition.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению способом получения полимерно-битумной композиции является способ, представленный в патенте 2185402 С2, C08L 95/00, C08F 240/00, 8/34, 8/50 (Россия). Нефтяной битум, полимер-модификатор, экстракт селективной очистки остаточных масленых фракции смешиваются. Предварительно получают полимер-модификатор путем термической сополимеризации при температуре 240-260°C в течение 5-10 часов фракции C₈-C₉ и бутадиенового каучука.The closest to the proposed invention a method for producing a polymer-bitumen composition is the method presented in patent 2185402 C2, C08L 95/00, C08F 240/00, 8/34, 8/50 (Russia). Petroleum bitumen, polymer modifier, selective purification extract of residual oil fractions are mixed. The polymer modifier is preliminarily obtained by thermal copolymerization at a temperature of 240-260 ° C for 5-10 hours of the C ₈ -C ₉ fraction and butadiene rubber.

Недостатком известного способа является высокая температура и длительность получения как непосредственно полимерно-битумной композиции, так и полимера-модификатора. Высокая стоимость используемых добавок и непосредственно бутадиенового каучука делают итоговую композицию не приемлемой для промышленного применения.The disadvantage of this method is the high temperature and the duration of obtaining as a direct polymer-bitumen composition, and the polymer modifier. The high cost of the additives used and directly butadiene rubber make the final composition unsuitable for industrial use.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение ассортимента полимерно-битумных композиций с улучшенными эксплуатационными характеристиками при упрощении технологии приготовления композиции за счет уменьшения числа стадий и сокращения длительности процесса, обеспечения возможности проведения процесса приготовления композиций в непрерывном режиме и отсутствия дорогостоящих ингредиентов при их получении.The objective of the invention is to expand the range of polymer-bitumen compositions with improved performance while simplifying the technology of preparation of the composition by reducing the number of stages and reducing the duration of the process, making it possible to conduct the process of preparing compositions in a continuous mode and the absence of expensive ingredients in their preparation.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ получения полимерно-битумной композиции путем нагревания при перемешивании битума и полимер-модификатора, при этом полимер-модификатор получают непосредственно в среде битума путем радикальной полимеризации виниловых мономеров при температуре 60-80°C в присутствии инициаторов радикальной полимеризации, процесс получения полимерно-битумной композиции ведут в течение 2-4 часов при этой же температуре, при этом в качестве битума используют нефтяной битум, при следующем соотношение компонентов в композиции, мас.%:This object is achieved in that a method for producing a polymer-bitumen composition by heating with stirring bitumen and a polymer modifier is proposed, the polymer modifier being obtained directly in the medium of bitumen by radical polymerization of vinyl monomers at a temperature of 60-80 ° C in the presence of radical polymerization initiators , the process of obtaining a polymer-bitumen composition is carried out for 2-4 hours at the same temperature, while oil bitumen is used as bitumen, in the following ratio of components in the composition, wt.%:

Виниловый мономерVinyl monomer 2-102-10 Инициатор (мас.% от массы мономера)Initiator (wt.% By weight of monomer) 0,5-40.5-4 Нефтяной битумOil bitumen ОстальноеRest

Для этого при температуре 60-80°C в реактор-смеситель помещается нефтяной битум (98-90%), после чего туда при постоянном перемешивании помещается раствор мономера с инициатором (2-10%), в качестве инициатора используется пероксид бензоила 0,5-4 мас.% от массы мономера (также могут использоваться любые другие органические перекиси при этом же количестве), далее при температуре 60-80°C (при использовании других инициаторов температура подбирается под инициатор) проводят процесс полимеризации в течение 2-4 часов, до полной полимеризации мономера. Полученную готовую к применению гомогенную композицию сливают в емкости для транспортировки.To do this, at a temperature of 60-80 ° C, oil bitumen (98-90%) is placed in the reactor-mixer, after which a monomer solution with an initiator (2-10%) is placed therein with constant stirring, and 0.5 benzoyl peroxide -4 wt.% By weight of the monomer (any other organic peroxides with the same amount can also be used), then at a temperature of 60-80 ° C (when using other initiators, the temperature is selected for the initiator), the polymerization process is carried out for 2-4 hours, until the polymerization of the monomer. The resulting ready-to-use homogeneous composition is poured into containers for transportation.

В указанных условиях образуется однородная полимерно-битумная композиция, при этом полимер равномерно распределен по всему объему композиции, что препятствует расслоению композиции при использовании. Конечный продукт отличается от исходного битума улучшенными характеристиками, а именно более низкой температурой хрупкости, повышенной температурой размягчения, большей эластичностью, что характерно для полимерно-битумных композиций. Для приготовления композиции используют нефтяные битумы: битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90 или 90/130 по ГОСТ 22245-90, битум нефтяной строительный марки БН 90/30 по ГОСТ 6617-76, битум нефтяной кровельный марки БНК 45/190 по ГОСТ 9548-74. Концентрационный интервал содержания мономера в композиции обусловлен варьированием эксплуатационных характеристик конечного продукта.Under these conditions, a homogeneous polymer-bitumen composition is formed, while the polymer is evenly distributed throughout the volume of the composition, which prevents the composition from delaminating when used. The final product differs from the original bitumen in improved characteristics, namely a lower brittle temperature, increased softening temperature, greater elasticity, which is typical for polymer-bitumen compositions. To prepare the composition, oil bitumen is used: road bitumen BND 60/90 or 90/130 grade in accordance with GOST 22245-90, construction bitumen oil grade BN 90/30 in accordance with GOST 6617-76, roofing oil bitumen grade BNK 45/190 in accordance with GOST 9548 -74. The concentration range of the monomer content in the composition is due to the variation in the operational characteristics of the final product.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в табл.1 и 2.The invention is illustrated by the examples presented in tables 1 and 2.

В табл.1 приведены составы исходной смеси, температурные режимы и продолжительность приготовления композита, а в табл.2 - физико-механические свойства получаемых композитов.Table 1 shows the compositions of the initial mixture, temperature conditions and the duration of the preparation of the composite, and table 2 shows the physicomechanical properties of the resulting composites.

Пример 1. В 2-литровый металлический реактор, снабженный обогреваемой рубашкой и механической лопастной мешалкой, и герметичной крышкой, помещают 950 г нефтяного битума марки БНД 90/130 (температуру битума составляет 60°C), при перемешивании в реактор помещают смесь 50 г стирола и 2,0 г пероксида бензоила. Реактор герметично закрывается, и содержимое постоянно перемешивается, при этом внутри смеси поддерживается постоянная температура 60°C. По истечении 3 часов полученная гомогенная полимерно-битумная композиция сливается из реактора.Example 1. In a 2-liter metal reactor equipped with a heated jacket and a mechanical paddle mixer, and a sealed lid, 950 g of BND 90/130 grade oil bitumen (bitumen temperature is 60 ° C) are placed, with a mixture of 50 g of styrene being mixed into the reactor and 2.0 g of benzoyl peroxide. The reactor is tightly closed and the contents are constantly mixed, while a constant temperature of 60 ° C is maintained inside the mixture. After 3 hours, the resulting homogeneous polymer-bitumen composition is discharged from the reactor.

Способ по предлагаемому изобретению прост в исполнении, позволяет получать широкий ассортимент полимерно-битумной композиции, за счет возможности смешения большого числа мономеров с нефтяным битумом, количество мономеров совместимых с битумом значительно превосходит ассортимент полимеров, совмещаемых с нефтяным битумом, при этом получаемые композиции превосходят по своим характеристикам исходный нефтяной битум. Повышается температура размягчения на 3-10°C, температура хрупкости понижается на 5-10°C. Существенно увеличивается адгезия к мраморной крошке и песку. Небольшая продолжительность и низкая температура позволяют снизить энергозатраты на производство полимерно-битумных композиций по сравнению с известными способами. Предлагаемое изобретение является одним из эффективных подходов к получению полимерно-битумных композиций.The method according to the invention is simple to perform, allows you to get a wide range of polymer-bitumen composition, due to the possibility of mixing a large number of monomers with oil bitumen, the number of monomers compatible with bitumen significantly exceeds the range of polymers compatible with oil bitumen, while the resulting compositions are superior in their characteristics of the original oil bitumen. The softening temperature rises by 3-10 ° C, the fragility temperature decreases by 5-10 ° C. Adhesion to marble chips and sand increases significantly. A short duration and low temperature can reduce energy costs for the production of polymer-bitumen compositions in comparison with known methods. The present invention is one of the effective approaches to obtaining polymer-bitumen compositions.

Claims

A method of obtaining a polymer-bitumen composition by heating with stirring bitumen and a polymer modifier, characterized in that the polymer modifier is obtained directly in the medium of bitumen by radical polymerization of vinyl monomers at a temperature of 60-80 ° C in the presence of a radical polymerization initiator, the process of obtaining polymer the bitumen composition is conducted for 2-4 hours, at the same temperature, while oil bitumen is used as bitumen in the following ratio of components in the composition, wt.%:
vinyl monomer 2-10 initiator, wt.% by weight of monomer 0.5-4 oil bitumen rest.