RU2625867C1

RU2625867C1 - Rezinobitum composition

Info

Publication number: RU2625867C1
Application number: RU2016135625A
Authority: RU
Inventors: Станислав Олегович Шершнев; Олег Кузьмич Шершнев; Юрий Викторович Бедарев; Андрей Владимирович Попков; Виктор Васильевич Райко
Original assignee: Станислав Олегович Шершнев
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2017-07-19

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: composition includes bitumen and not less than 8 wt % of mechanically activated rubber chips with a characteristic size 0.5 mm. In this process, at the temperature of 120-130°C for 20-30 min the composition is exposed to a low-frequency ultrasound with a power density of 0.5-1.5 W/cm³.

EFFECT: increase in the amount of rubber crumb introduced into the composition, a decrease in the bitumen modification temperature and a shortening of the process time, acceleration of the impregnation of the rubber crumb and the production of modified bitumen in the form of a high-quality product.

2 ex

Description

Изобретение относится к получению битумно-резиновых композиций из крошки отходов вулканизованной резины и битума. Битумно-резиновые композиции могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве вяжущих для асфальтобетонных смесей, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных и гидроизоляционных работ.The invention relates to the production of bitumen-rubber compositions from crumbs of waste vulcanized rubber and bitumen. Bitumen-rubber compositions can be used in road construction as binders for asphalt mixtures, in industrial and civil engineering for roofing and waterproofing works.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая битумно-резиновая композиция включает битум и механоактивированную резиновую крошку, полученную при размоле вулканизованной резины до частиц, с характерным средним размером 0,5 мм, прямоточным сдвиговым воздействием (Balabekov М., Balabekov S., Jovanovic D. Comminution of granulated material. Patent Application WO/2002/005963, 2002). При механоактивации резиновая крошка распушивается и приобретает существенно большую внутреннюю удельную поверхность, чем полученная традиционным путем (Клищенко В.П., Пославский А.П., Сорокин В.В. Методы комплексной утилизации отработанных изделий транспортных средств из резины и резиносодержащих отходов. Прогрессивные технологии в транспортных системах. 2011. № 1. С. 135-141) с использованием одной из распространенных мельниц, крошка такого же гранулометрического состава, эффективнее взаимодействует со средой за счет появления свободных радикалов на механоактивированной поверхности. В процессе приготовления битумно-резиновых композиций на разработанном нами ранее оборудовании (Шершнев О.К., Рухман А.А. Устройство для приготовления резинобитумных композиционных вяжущих материалов. Патент №: 134178, 2012 г.), резинобитумные вяжущие подвергаются действию мощного низкочастотного ультразвука, увеличивающего текучесть битума, что позволяет увеличить количество введенной в композицию резиновой крошки, снизить температуру его модификации со (160÷170)°С до (120÷130)°С и сократить длительность процесса со (120÷180) до 20±4 минуты, ускорить пропитку крошки и получить модифицированный битум в виде высокогомогенизированного продукта, и при этом за счет снижения давления на входе насоса избежать кавитационной эрозии поверхности его деталей.The essence of the invention lies in the fact that the proposed bitumen-rubber composition includes bitumen and mechanically activated rubber crumb obtained by grinding vulcanized rubber to particles with a characteristic average size of 0.5 mm, direct shear (Balabekov M., Balabekov S., Jovanovic D .Comminution of granulated material. Patent Application WO / 2002/005963, 2002). During mechanical activation, the rubber crumb fluffs and acquires a significantly larger internal specific surface than that obtained in the traditional way (Klishenko V.P., Poslavsky A.P., Sorokin V.V. Methods for the integrated utilization of used vehicles from rubber and rubber-containing waste. Advanced technologies in transport systems. 2011. No. 1. P. 135-141) using one of the most common mills, crumbs of the same particle size distribution interact more effectively with the medium due to the appearance of free adikals on a mechanically activated surface. In the process of preparing bitumen-rubber compositions on equipment previously developed by us (Shershnev O.K., Rukhman A.A. Device for the preparation of rubber-bitumen composite binders. Patent No.: 134178, 2012), rubber-bitumen binders are exposed to powerful low-frequency ultrasound, increasing the fluidity of bitumen, which allows to increase the amount of rubber crumb introduced into the composition, reduce the temperature of its modification from (160 ÷ 170) ° С to (120 ÷ 130) ° С and reduce the duration of the process from (120 ÷ 180) to 20 ± 4 minutes, speed up impregnation of crumbs and get modified bitumen in the form of a highly homogenized product, and at the same time, by reducing the pressure at the pump inlet, cavitation erosion of the surface of its parts is avoided.

Известна композиция из битума и крошки вулканизированной резины с размером частиц (2÷10) мм из отработанных автомобильных шин, включающая обработанную до полной диссоциации частицы резины, минеральный наполнитель и нафталиновую фракцию каменноугольной смолы. (Алексеенко В.В., Кижняев В.Н., Житов Р.Г., Митюгин А.В. Асфальтобетонная смесь. Патент № RU 2374198, 2008). Однако при полной диссоциации частиц резины теряется возможность регулирования свойств композиции сочетанием свойств битума и измельченной резины.A known composition of bitumen and crushed vulcanized rubber with a particle size of (2 ÷ 10) mm from used car tires, including rubber particles processed to complete dissociation, a mineral filler and a naphthalene fraction of coal tar. (Alekseenko V.V., Kizhnyaev V.N., Zhitov R.G., Mityugin A.V. Asphalt-concrete mixture. Patent No. RU 2374198, 2008). However, with the complete dissociation of rubber particles, the ability to control the composition properties by combining the properties of bitumen and crushed rubber is lost.

Известна битумно-резиновая композиция, включающая кроме резиновой крошки и битума активный модификатор - соединение из ряда парабановых кислот, а в процессе получения битумно-резиновой композиции, битум перед смешиванием с резиновой крошкой предварительно подогревают до температуры 190-205°С, а резиновую крошку загружают в две стадии (Марьев В.А., Немцев В.А., Чернов О.Н., Руденский А.В. Битумно-резиновая композиция и способ ее получения. Патент RU №2223990, 2002). Применение высоких температур, дополнительного модификатора и многостадийность процесса существенно усложняет и удорожает получение резинобитумной композиции по описанию к указанному патенту.A well-known bituminous-rubber composition including, in addition to rubber crumb and bitumen, an active modifier is a compound from a number of parabanoic acids, and in the process of obtaining a bituminous-rubber composition, bitumen is preheated to a temperature of 190-205 ° C before being mixed with rubber crumb, and the rubber crumb is loaded in two stages (Maryev V.A., Nemtsev V.A., Chernov O.N., Rudensky A.V. Bitumen-rubber composition and method for its preparation. Patent RU No. 2223990, 2002). The use of high temperatures, an additional modifier and a multi-stage process significantly complicates and increases the cost of obtaining a rubber-bitumen composition according to the description of the specified patent.

Известна битумно-резиновая композиция, включающая битум и крошку из вулканизованной резины и содержащая дополнительно органические основания - ароматические или гетероароматические амины или фосфины, выбранные из группы пиридин, N-фенил-2-нафтиламин, трифенилфосфин и/или неорганические основания - карбонаты щелочных или щелочноземельных металлов. Кроме того, в процессе приготовления композиции ее компоненты смешиваются в герметичном реакторе при температуре 160-230°С с последующим удалением легколетучих продуктов (Розенберг Б.А., Эстрин Я.И., Эстрина Г.А. Битумно-резиновая композиция и способ ее получения. Патент №2164927, 1998). Недостатком композиции и способа ее получения является необходимость введения в ее состав дополнительных соединений, использование высоких температур, обеспечивающих реализацию процесса, не непрерывность процесса получения битумно-резиновой композиции.Known bitumen-rubber composition, including bitumen and crushed rubber, and optionally containing organic bases - aromatic or heteroaromatic amines or phosphines selected from the group of pyridine, N-phenyl-2-naphthylamine, triphenylphosphine and / or inorganic bases - alkali or alkaline earth carbonates metals. In addition, during the preparation of the composition, its components are mixed in a sealed reactor at a temperature of 160-230 ° C with the subsequent removal of volatile products (Rosenberg B.A., Estrin Ya.I., Estrina G.A. Bitumen-rubber composition and method for it obtaining Patent No. 2164927, 1998). The disadvantage of the composition and the method of its production is the need to introduce additional compounds into its composition, the use of high temperatures, ensuring the implementation of the process, and the non-continuity of the process for obtaining a bitumen-rubber composition.

Известна битумно-резиновая композиция и способ ее получения, включающий смешивание частиц резины с углеводородным маслом, термическое и механическое воздействие на размягченные и набухшие частицы резины, диспергирование частиц резины в битуме, введение дополнительных веществ для включения резины в битум (Лианг Жи Жонг, Вудхэмс Р.Т. Способ получения битумной композиции RU 2162475, 1993). К недостаткам композиции относится введение в ее состав дополнительных составляющих, а также усложняющее и удорожающее композицию применение при ее получении высоких температур и специального смесительного оборудования.A known bitumen-rubber composition and method for its production, including mixing rubber particles with hydrocarbon oil, thermal and mechanical effects on softened and swollen rubber particles, dispersing rubber particles in bitumen, introducing additional substances to incorporate rubber into bitumen (Liang Zhi Zhong, Woodhams R .T. A method of obtaining a bitumen composition RU 2162475, 1993). The disadvantages of the composition include the introduction of additional components into its composition, as well as the use of high temperatures and special mixing equipment that complicates and increases the cost of the composition.

Обзор вышеприведенных и многочисленных других доступных источников информации позволяет заключить:A review of the above and many other available sources of information allows you to conclude:

- рекомендованная температура модификации битума резиновой крошкой не ниже 170°С, повышение температуры процесса смешения резиновой крошки с битумом не сопровождается улучшением совместимости компонентов, а при (230÷240)°С приводит к полному термическому разрушению резины, потере ею эластичных свойств;- the recommended temperature for the modification of bitumen with rubber crumb is not lower than 170 ° C, an increase in the temperature of the process of mixing rubber crumb with bitumen is not accompanied by an improvement in the compatibility of the components, and at (230 ÷ 240) ° C it leads to complete thermal destruction of the rubber, loss of its elastic properties;

- для модификации битума используется резиновая крошка, полученная традиционным методом измельчения с размером частиц (0,8÷1,5) мм и более;- for the modification of bitumen, rubber crumb is used, obtained by the traditional grinding method with a particle size of (0.8 ÷ 1.5) mm or more;

- добавляют резиновую крошку в модифицируемый битум в количестве не менее 8% (по массе), причем увеличение содержания крошки приводит к повышению вязкости модифицированного битума, кроме того крошка, попадая в битум при 170°С, начинает разбухать, что также приводит к увеличению вязкости до (2.200÷2.500) мПа и необходимости увеличить время модификации битума до (2÷2.5) часов.- add crumb rubber to the modified bitumen in an amount of not less than 8% (by weight), and the increase in the crumb content leads to an increase in the viscosity of the modified bitumen, in addition, the crumb falling into bitumen at 170 ° C begins to swell, which also leads to an increase in viscosity up to (2.200 ÷ 2.500) mPa and the need to increase the bitumen modification time to (2 ÷ 2.5) hours.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении необходимого разнообразия существующих резинобитумных композициий и способов их получения, что облегчает выбор наиболее подходящей из них для решения той или иной конкретной задачи, в частности подбора оптимального состава резинобитумной композиции для использования в интервале требуемых рабочих температур.The problem to which the invention is directed, is to increase the required variety of existing rubber-bitumen compositions and methods for their preparation, which facilitates the selection of the most suitable of them for solving a particular problem, in particular, the selection of the optimal composition of the rubber-bitumen composition for use in the range of required operating temperatures .

Предлагаемая резинобитумная композиция характеризуется тем, что включает битум и механоактивированную резиновую крошку в количестве не менее 8 мас.% с характерным размером 0,5 мм, а также тем, что в процессе приготовления композициия подвергается действию низкочастотного ультразвука с плотностью мощности (0,5÷1,5) Вт/см³, повышающего текучесть битума, (что позволяет увеличить количество введенной в композицию резиновой крошки до 50 мас.%, превращая ее в битумно-резиновую мастику), снизить температуру его модификации со (160÷170)°С до (120÷130)°С и длительность процесса со (120÷180) мин до (20÷30) минут.The proposed rubber-bitumen composition is characterized by the fact that it includes bitumen and mechanically activated rubber crumb in an amount of at least 8 wt.% With a characteristic size of 0.5 mm, as well as the fact that in the process of preparation the composition is subjected to low-frequency ultrasound with a power density (0.5 ÷ 1.5) W / cm ³ , increasing the fluidity of bitumen, (which allows to increase the amount of rubber crumb introduced into the composition up to 50 wt.%, Turning it into bitumen-rubber mastic), reduce the temperature of its modification from (160 ÷ 170) ° С up to (120 ÷ 130) ° С and dl telnost process with (120 ÷ 180) minutes to (20 ÷ 30) minutes.

Изобретение поясняется примерами, которые не носят ограничивающего характера.The invention is illustrated by examples that are not restrictive.

Пример 1Example 1

Резиновую крошку с характерными размерами 0,8-1,2 мм, полученную измельчением на стандартной мельнице (RP-250), добавляют при постоянном перемешивании в предварительно нагретый до 170±5°С битум в количестве 10% по массе и подвергают перемешиванию до тех пор, пока вязкость композиции не перестанет меняться, что свидетельствует о завершении процесса модификации битума резиновой крошкой. В вышеуказанных условиях время, необходимое для завершения процесса модификации, составило 135 минут.Rubber crumb with characteristic sizes of 0.8-1.2 mm, obtained by grinding in a standard mill (RP-250), is added with constant stirring in bitumen preheated to 170 ± 5 ° C in an amount of 10% by weight and mixed until until the viscosity of the composition stops changing, which indicates the completion of the modification of bitumen with rubber crumb. Under the above conditions, the time required to complete the modification process was 135 minutes.

Пример 2Example 2

Механоактивированную резиновую крошку с характерным размером 0,5 мм, полученную при размоле вулканизованной резины в мельнице с прямоточным сдвиговым воздействием, добавляют при постоянном перемешивании в предварительно нагретый до 125±5°С битум в количестве 10% по массе и подвергают перемешиванию, совмещенному с воздействием ультразвуком с плотностью мощности 1,0 Вт/см³, до тех пор, пока вязкость композиции не перестанет меняться, что свидетельствует о завершении процесса модификации битума резиновой крошкой. В вышеуказанных условиях время, необходимое для завершения процесса модификации, составило 18 минут.Mechanically activated rubber crumb with a characteristic size of 0.5 mm, obtained by grinding vulcanized rubber in a mill with direct shear, is added with constant stirring to bitumen preheated to 125 ± 5 ° C in an amount of 10% by weight and subjected to mixing, combined with the impact ultrasound with a power density of 1.0 W / cm ³ until the viscosity of the composition ceases to change, which indicates the completion of the process of modification of bitumen with rubber crumb. Under the above conditions, the time required to complete the modification process was 18 minutes.

Из приведенных примеров следует, что ультразвуковое воздействие в процессе модификации битума позволяет в 5-6 раз сократить длительность процесса, существенно уменьшить расход энергии на нагревание битума и длительное поддержание его в состоянии, нагретом до высоких температур, а также увеличить длительность эксплуатации битума, т.к. чем ниже температура модификации битума, тем полнее сохраняются летучие компоненты битума, предотвращающие растрескивание его композиций.From the above examples it follows that the ultrasonic effect during the modification of bitumen allows a 5-6-fold reduction in the duration of the process, a significant reduction in the energy consumption for heating the bitumen and its long-term maintenance in a state heated to high temperatures, and also to increase the duration of operation of bitumen, t. to. the lower the temperature of modification of bitumen, the more fully stored volatile components of bitumen, preventing cracking of its compositions.

Предлагаемая резинобитумная композиция характеризуется тем, что включает битум и механоактивированную резиновую крошку с характерным размером 0,5 мм, а также тем, что в процессе приготовления композиция подвергается действию низкочастотного ультразвука с плотностью мощности (0,5÷1,5) Вт/см³, увеличивающего текучесть битума, что позволяет увеличить количество введенной в композицию резиновой крошки до 50%, превращая в резино-битумную мастику, снизить температуру его модификации со (160÷170)°С до (120÷130)°С и длительность процесса со (120÷180) мин до (20÷30) минут, а также увеличить длительность эксплуатации битума за счет сохранности летучих компонентов битума, предотвращающих растрескивание его композиций.The proposed rubber-bitumen composition is characterized by the fact that it includes bitumen and mechanically activated rubber crumb with a characteristic size of 0.5 mm, as well as the fact that during preparation the composition is exposed to low-frequency ultrasound with a power density of (0.5 ÷ 1.5) W / cm ³ , increasing the fluidity of bitumen, which allows to increase the amount of rubber crumb introduced into the composition up to 50%, turning it into rubber-bitumen mastic, reduce the temperature of its modification from (160 ÷ 170) ° С to (120 ÷ 130) ° С and the duration of the process from ( 120 ÷ 180) min to ( 20 ÷ 30) minutes, and also increase the duration of operation of bitumen due to the safety of the volatile components of bitumen, preventing cracking of its compositions.

Проведенные нами дополнительные исследования по варьированию различных физических параметров процесса (температура, плотность мощности ультразвука, соотношение битум-резиновая крошка, ее характерный размер), при поиске оптимальных режимов модифицирования битума резиновой крошкой показали, что при изменении каждого из указанных параметров как в сторону увеличения, так и уменьшения (при постоянстве остальных параметров) снижалась эффективность модифицирования. Исследования показали, что параметры заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, оптимальны и изобретение может быть осуществлено с помощью описанных в заявке средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Our additional studies on varying various physical parameters of the process (temperature, ultrasonic power density, bitumen-rubber crumb ratio, its characteristic size), while searching for optimal modes of bitumen modification with rubber crumb, showed that when each of these parameters changes, and a decrease (with the constancy of the remaining parameters) decreased the effectiveness of the modification. Studies have shown that the parameters of the claimed method in the form as described in the claims are optimal and the invention can be carried out using the means and methods described in the application. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

В результате проведенного анализа уровня техники получения резинобитумной композиции, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".As a result of the analysis of the prior art to obtain a rubber-bitumen composition, a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention was not found, therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку применение ультразвука позволяет снизить температуру модификации битума резиновой крошкой, предотвратить термическое разрушение резины и битума, снизить эффективную вязкость резинобитумной композиции и сократить длительность процесса и потребление энергии на гомогенизацию композиции. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".An additional search for known solutions showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since the use of ultrasound reduces the temperature of modification of bitumen with rubber crumb, prevents thermal destruction of rubber and bitumen, reduces the effective viscosity of the rubber-bitumen composition and reduces the duration of the process and energy consumption on the homogenization of the composition. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Claims

A rubber-bitumen composition for construction, characterized in that it comprises bitumen and at least 8 wt.% Mechanically activated rubber crumb with a characteristic size of 0.5 mm and is subjected to low-frequency ultrasound with a modification during the temperature of 120-130 ° C for 20-30 minutes power density of 0.5-1.5 W / cm ³ .