Сульфатированный низкомолекулярный полимер как модификатор битумов

Автор: Байгузина Ю.А., Спаскова В.В., Евдокимова Н.Г.

Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka

Статья в выпуске: 2 (42), 2020 года.

Бесплатный доступ

Актуальность данной темы состоит в том, что в настоящее время непрерывное увеличение нагрузок от автомобилей и изменение климатических условий сильно влияют на срок службы асфальтобетонных покрытий. Увеличение количества автомобильных дорог, соответствующих современным нормативным требованиям, невозможно без применения новых технологий и материалов. В предложенной статье представлен метод использования сульфатированного низкомолекулярного полиэтилена как модификатора структуры битума.

Битум, полимер, модификатор, компаундирование, сульфатирование

Короткий адрес: https://sciup.org/140287643

IDR: 140287643

Текст научной статьи Сульфатированный низкомолекулярный полимер как модификатор битумов

Baiguzina Y. А.

student of a magistracy branch

2nd year

student

3rd year

Professor

Department «Chemical and Technological Processes» Ufa State Petroleum Technical University Branch of the University in the City of Salavat Russia, Salavat

SULFATED LOW MOLECULAR WEIGHT POLYMER AS A BITUMEN MODIFIER

Применяемые в современном мире органические вяжущие материалы для устройства дорожных, шоссейных, мостовых и аэродромных покрытий – битумы не соответствуют необходимым условиям, предъявляемым к ним. Для усовершенствования показателей качества (температуры размягчения, глубины проникания иглы, эластичности) в битум внедряют такие добавки как полимеры либо поверхностно –активные вещества. [1-5]

В настоящее время все более актуальна тенденция введения побочных продуктов нефтехимии, в частности низкомолекулярного полиэтилена. Внедряя его в нефтяные композиции разного предназначения, происходит модифицирование их основных свойств.

Одним из основных процессов в нынешней нефтехимической промышленности, касающийся нефтяных битумов, топлива и смазочных материалов, является введение и компаундирование модифицирующих добавок и присадок в продукт. Они обеспечивают становление отвечающих современным требованиям стандартов качественных и количественных показателей товарной продукции. [2]

Низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) – это побочный продукт производства полиэтилена высокого давления низкой плотности. НМПЭ состоит из смеси насыщенных углеводородов, преимущественно нормального строения ≈ 10 – 20 атомов углерода, имеет высокую температуру вспышки и низкую зольность, представляет собой мазе- или воскоподобный продукт от белого до серовато-желтого цвета без посторонних включений и сформированного полимера. Низкомолекулярный полиэтилен может применяться для усовершенствования качеств битума при производстве и строительстве асфальтобетонных покрытий (особенно эксплуатируемых в климатических условиях со значительными перепадами температуры).

Низкомолекулярный полиэтилен приводит к повышению температуры размягчения, пенетрации, растяжимости и снижению температуры хрупкости битума. Большая концентрация низкомолекулярного полиэтилена в составе битумных материалов приводит к повышенному влагопоглощению и незначительной адгезии к бетону в следствии линейной структуры полимера. [3]

Для увеличения поверхностно – активных свойств низкомолекулярного полиэтилена сульфатировали его серной кислотой. Процесс вели при температуре на 10 °С выше температуры плавления НМПЭ в течении 60-80 минут.

На втором этапе провели компаундирование сульфатированного НМПЭ с глубокоокисленным битумом. Показатели качества полученных образцов представлены таблице 1.

Таблица 1 - Показатели качества глубокоокисленного битума, модифицированного сульфатированным НМПЭ

Количество H 2 SO 4 в НМПЭ, % масс.	3	5	10
3 % добавки в глубокоокисленном битуме
Температура размягчения, °С	77	67	76
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	89	84	89
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	53	56	50
5 % добавки в глубокоокисленном битуме
Температура размягчения, °С	89	69	89
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	92	91	87
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	69	55	61
7 % добавки в глубокоокисленном битуме
Температура размягчения, °С	92	95	96
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	109	100	95
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	94	72	82

С целью получения образцов битума дорожных марок БНД 70/100 и БНД 100/130 или кровельных битумов марок БНК-45/190 и БНК-90/30 в полученные образцы (таблица 1) добавили гудрон. Показатели качества полученных модифицированных образцов битума представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Показатели качества модифицированных образцов битума

Показатели качества	Значения
Количество H 2 SO 4 в НМПЭ, % масс.	³	5	10
3 % добавки в глубокоокисленном битуме + 30 % гудрона
Температура размягчения, °С	58	56	54
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	97	95	98
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	91	114	117
Растяжимость при 25 °С, см	10,5	16,4	17,7
Максимальное усилие растяжения, Н	4,17	3,13	3,27
Изменение температуры размягчения после старения, °С	2	14	8
Изменение массы образца после старения, % масс.	0	0,1	0
5 % добавки в глубокоокисленном битуме + 30 % гудрона
Температура размягчения, °С	55	59	62
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	106	102	99
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	147	126	122
Растяжимость при 25 °С, см	20,7	9,3	11,1
Максимальное усилие растяжения, Н	2,77	3,57	3,53
Изменение температуры размягчения после старения, °С	2	6	3
Изменение массы образца после старения, % масс.	0	0	0,1
7 % добавки в глубокоокисленном битуме + 40 % гудрона
Температура размягчения, °С	53	55	58
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	131	125	133
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	145	85	115
Растяжимость при 25 °С, см	10,6	16,7	17,2
Максимальное усилие растяжения, Н	3,10	2,66	2,07
Изменение температуры размягчения после старения, °С	12	15	11
Изменение массы образца после старения, % масс.	0,1	0	0,1

В таблице 3 представлены физико – химические показатели битумов согласно ГОСТ 33133 – 2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие» и ГОСТ 9548-74 «Битумы нефтяные кровельные».

Таблица 3 –Физико – химические показатели битумов согласно ГОСТ 33133 – 2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие» и ГОСТ 9548-74 «Битумы нефтяные кровельные»

Показатели качества	ГОСТ 33133 - 2014		ГОСТ 9548-74
Показатели качества	БНД 70/100	БНД 70/100	БНК-45/190	БНК-90/30
Температура размягчения, °С	47	47	40-50	80-95
Глубина проникания иглы при 25 °С, мм	71-100	71-100	160-220	25-35
Глубина проникания иглы при 0 °С, мм	не менее 21	не менее 21	-	-
Растяжимость при 25 °С, см	не менее 62	не менее 62	-	-
Изменение температуры размягчения после старения, °С	не более 7	не более 7	-	-
Изменение массы образца после старения, % масс.	не более 0,6	не более 0,6	0,80	0,50

Сравнивая полученные результаты (таблица 2) с показателями качества битумов по ГОСТ (таблица 3), можно сделать вывод, что сульфатированный НМПЭ – как модификатор структуры битума улучшает эксплуатационные свойства образцов битума, полученных по технологии «окисление – компаундирование».

Модифицированный битум имеет улучшенные показатели качества такие как: глубина проникания иглы при 25 °С и температура размягчения.

Таким образом, использование в качестве модификатора структуры нефтяных битумов сульфатированного низкомолекулярного полиэтилена возможно получение битумов дорожных и кровельных марок с необходимым уровнем значений показателей качества, а также эффективно переработать вторичный продукт нефтехимии.

Список литературы Сульфатированный низкомолекулярный полимер как модификатор битумов

Гохман, Л.М. Теоретические основы строения органических вяжущих / Л.М. Гохман // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. сб. науч. тр. - Вып. 40. - С. 7 - 12.
Гун, Р.Б. Нефтяные битумы / Р.Б. Гун. - М.: Химия, 1973. - 432 с.
Евдокимова, Н.Г. Разработка научно-технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем: дис. д-ра техн. наук / Евдокимова Наталья Георгиевна. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. - 417 с.ж
Байгузина, Ю.А Дорожные битумы на основе гудрона модифицированного полимерами / Байгузина Ю.А., Гайсина Л.Р., Евдокимова Н.Г., Егорова Н.А. // Материалы Междунар. науч. - технич. конф., посвященной 40-летию кафедры ХТП филиала УГНТУ в г. Салавате - Уфа: УГНТУ, 2017. - С.42-43.
Евдокимова Н.Г., Лунева Н.Н., Егорова Н.А., Махмутова А.Р., Байгузина Ю.А., Имангулова Э.А. К выбору технологии производства полимерно-битумных вяжущих как инновационных наносвязующих для устройства асфальтобетонных покрытий / Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал - №5, Том 10, -2018. - С. 20-37.

Статья научная