мастика резинобитумная

Формула изобретения

Мастика резинобитумная, содержащая битум, резиновую крошку, пластификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в ее составе дополнительно использован бутадиен-нитрильный каучук и малеиновый ангидрид, при этом в качестве пластификатора использована жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С, а в качестве наполнителя использован тальк, при этом названные компоненты в составе мастики использованы при следующем соотношении, мас.%:

Жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной
смолы с температурой кипения выше 230°С	20,0-30,0
Резиновая крошка	3,0-6,0
Бутадиен-нитрильный каучук	2,5-4,0
Малеиновый ангидрид	2,0-2,5
Тальк	22,5-35,0
Битум	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам широкого спектра применения и может быть использовано для кровельных, изоляционных, герметизирующих работ.

Известна мастика резино-битумная, включающая битум и дисперсную фазу, содержащую резину, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стабильный свободный радикал, получаемый и вводимый извне или генерируемый в композиции в присутствии радикального инициатора или катализатора на основе соединений переходных металлов, при этом резина присутствует в виде различимых поверхностно-деструктированных частиц, содержащих ненасыщенные связи и продуктов ее деструкции, способных к радикальному соединению с получением в битуме гетерогенной армирующей пространственной структуры из компонентов композиции (см. RU 2167898, C08L 95/00, C08L 17/00, 2001.05.27).

Недостаток этого решения - неудовлетворительный комплекс температур размягчения и хрупкости (если достигается наилучший показатель температуры хрупкости (-28°С), то ему соответствует неудовлетворительная температура размягчения (+50°С), а если достигается наилучший показатель температуры размягчения (+92°С), то ему соответствует неудовлетворительная температура хрупкости (-18°С)). Таким образом данная мастика не может эффективно работать в составе кровельных и изоляционных материалов в суровых климатических условиях (при температурах наружного воздуха ниже -30°С и выше +30°С).

Известна также мастика резино-битумная, содержащая битум, резиновую крошку, пластификатор и наполнитель (см. Руденская И.М., Руденский А.В. Органические вяжущие для дорожного строительства. - М.: Транспорт, 1984 г., с.188). В качестве пластификатора она содержит каменноугольное масло, а в качестве наполнителя смесь асбестового и известнякового порошка при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 60-70; резиновая крошка - 8-10; пластификатор - 8-10; асбестовый порошок - 5-10; известняковый порошок - 5-10.

Недостаток этого решения - недостаточная эластичность и прочностью при разрыве. Кроме того, в состав композиции входит асбестовый порошок, являющийся вредным для здоровья персонала дефицитным продуктом.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в обеспечении возможности получения повышенных значений эластичности, прочности и адгезии с защищаемым материалом и при показателях температур размягчения и хрупкости, обеспечивающих эффективную «работу» материала в суровых климатических условиях.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности получения материалов эффективно «работающих» в суровых климатических условиях (при температурах наружного воздуха ниже -30°С и выше +30°С), в широком спектре строительных и дорожных работ.

Поставленная задача решается тем, что мастика резино-битумная, содержащая битум, резиновую крошку, пластификатор и наполнитель, отличается тем, что в ее составе дополнительно использован бутадиен-нитрильный каучук и малеиновый ангидрид, при этом в качестве пластификатора использована жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С, а в качестве наполнителя использован тальк, при этом названные компоненты в составе мастики использованы при следующем соотношении, мас.%:

Жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной
смолы с температурой кипения выше 230°С	20,0-30,0
Резиновая крошка	3,0-6,0
Бутадиен-нитрильный каучук	2,5-4,0
Малеиновый ангидрид	2,0-2,5
Тальк	22,5-35,0
Битум	остальное

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки, указывающие, что в составе мастики «дополнительно использован бутадиен-нитрильный каучук», обеспечивают возможность его эффективного диспергирования в жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы, а затем и в битуме (при вводе в него добавки), при этом, распределяясь равномерно в объеме мастики, этот компонент способствует повышению ее эластичности после затвердевания.

Признаки, указывающие на использование малеинового ангидрида, обеспечивают создание с указанным типом каучука полимерного комплекса, обеспечивающего повышение адгезии мастики с различными материалами (с наполнителями, с бетоном и металлом).

Признаки, указывающие, что «в качестве пластификатора использована жидкая фракция липтобиолитовой каменноугольной смолы», обеспечивают пластификацию битума и эффективное растворение (диспергацию) синтетического каучука (последнее, в свою очередь, обеспечивает равномерность распределения последнего в объеме битума). Кроме того, этот компонент способствует частичной девулканизации резиновой крошки, что позволяет заменить ею часть каучука. Кроме того, снижается дефицитность основного компонента добавки, т.к. он производится непосредственно в Дальневосточном регионе, на основе липтобиолитовых углей Липовецкого месторождения (Приморский край).

Признаки, указывающие на использование жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы «с температурой кипения выше 230°С», исключают непроизводительные потери этого компонента в процессе приготовления добавки и ее смешивания с битумом, которые сопровождаются термической обработкой, что также повышает безопасность процесса приготовления добавки (для персонала) и снижает выбросы в атмосферу.

Признаки, указывающие, что в качестве наполнителя использован тальк, позволяют широко варьировать характеристиками покрытия, такими, как прочность, абразивная стойкость, отражательная или поглощательная способность по отношению к солнечному свету, себестоимость по материалам и т.п.

«Выход» значения концентрации битума за нижний предел заявленного диапазона снижает гидроизоляционные свойства мастики, а «выход» значения концентрации битума за верхний предел заявленного диапазона ведет к образованию слабосшитого покрытия с низкими эксплутационными характеристиками.

Признаки, указывающие на диапазон концентраций бутадиен-нитрильного каучука, резиновой крошки и фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы, обеспечивают достижение максимально-возможных значений концентраций этих компонентов, при которых наблюдается получение однородного геля. Таким образом, заданный диапазон концентраций этих компонентов определяет не столько технологические и эксплуатационные характеристики мастики, которые изменяются в сравнительно узком диапазоне, сколько гомогенность самой смеси. Кроме того, увеличение содержания пластификатора в мастике свыше заявленного диапазона приводит к его выпотеванию на поверхность отвержденного покрытия или ведет к образованию гелеобразного покрытия. Уменьшение содержания пластификатора ниже заявленного диапазона не позволяет достичь необходимой вязкости мастики и температуры хрупкости.

Признаки, указывающие на диапазон концентраций малеинового ангидрида, обеспечивают температуру размягчения смеси на уровне, меньшем температуры кипения используемой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы. При этом увеличение содержания малеинового ангидрида в мастике свыше заявленного диапазона приводит к его свободному избытку в составе мастики и ее ускоренному разрушению, а уменьшение ниже заявленного диапазона приводит к неэффективному использованию каучука - его свободному остатку в составе мастики, что способствует снижению показателей адгезии.

Признаки, суммарно указывающие на диапазон концентраций резиновой крошки и каучука, обеспечивают эффективное замещение части объема каучука менее дефицитным материалом, увеличение содержания резиновой крошки в мастике свыше заявленного диапазона приводит к увеличению жесткости и, тем самым, к уменьшению эластичности мастики, а уменьшение ниже заявленного диапазона приводит к понижению температуры размягчения.

«Выход» значения концентрации наполнителя за нижний предел заявленного диапазона ведет к снижению твердости покрытия, формирующегося после отвердевания мастики, а «выход» значения его концентрации за верхний предел заявленного диапазона ведет к значительному повышению вязкости мастики, что затрудняет переработку методом свободного литья.

Для приготовления мастики используют:

Битум марки БНК 90/40 (ГОСТ 9548-74) - кровельный покровный битум или БН 90/10 (ГОСТ 6617-76), получаемые при окислении остатков перегонки нефти.

Фракцию с температурой кипения выше 230°С, получаемую из смолы каменноугольной липтобиолитовой (ТУ 14-7-100). Смолу каменноугольную липтобиолитовую получают при полукоксовании липтобиолитовых углей. Названную фракцию получают как жидкий остаток после возгонки легколетучих фракций при термической обработке исходной смолы (нагреве до 230°С).

Используют бутадиен-нитрильный синтетический каучук марки БНКС 28 АСМЭ, производимый ОАО «Красноярский завод синтетического каучука», поставляемый в гранулах.

Используют малеиновый ангидрид по ГОСТ 11153-75.

Резиновая крошка - продукт переработки отходов производства автопокрышек, камер, резинотехнических изделий и самих изношенных изделий, фракция до 1,5 мм.

Используют тальк молотый по ГОСТ 21234 или ГОСТ 19729-74.

Для приготовления мастики используют мешалки известной конструкции, выполненные в виде емкости с лопастной мешалкой и средствами поддержания температурного режима не менее 180°С.

Мастику готовят и используют следующим образом.

При приготовлении и использовании мастики необходимо соблюдение следующего комплекса мер безопасности:

- работники должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты в соответствии с ГОСТ 12.4.103: (комбинезоны, фартуки, ботинки кожаные, средствами защиты органов дыхания - респираторы с аэрозольным фильтром, для защиты глаз - очками);

- работы, связанные с использованием мастики, должны проводиться в соответствии с «Санитарными правилами организации технологических процессов и гигиеническими требованиями к производственному оборудованию» ГОСТ 12.3.002, ГОСТ 12.3.035;

- работы, связанные с приготовлением и применением мастики в замкнутых помещениях, должны проводиться только при непрерывно действующей приточно-вытяжной вентиляции или с использованием средств защиты органов дыхания, при этом запрещается применение открытого огня;

- при работе в закрытых помещениях разрешается применение светильников только во взрывобезопасном исполнении;

- перед началом работы следует проверить исправность электрооборудования и наличие заземления во избежание искрения.

Основу мастики получают путем ввода эффективных количеств каучука и резиновой крошки в нагретую до 80°С жидкую фракцию липтобиолитовой каменноугольной смолы (с температурой кипения выше 230°С), их перемешивания и выдерживания до 6 часов при этой температуре до завершения процесса набухания резиновой крошки. Далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят заявленное количество битума и малеинового ангидрида и перемешивают смесь при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). Предлагаемое изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. 24,2 кг (24,2 мас.%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 2,8 кг (2,8 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ и 3,9 кг (3,9 мас.%) резиновой крошки и перемешивают эти компоненты, выдерживая смесь до 6 часов при температуре 80°С до завершения процесса набухания резиновой крошки, далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят 2,1 кг (2,1 мас.%) малеинового ангидрида и 38,4 кг (38,4 мас.%) битума. Далее смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). При этом за 0,3-0,5 часа до окончания процесса в смесь вводят 28,6 кг (28,6 мас.%) талька. Далее мастику сразу используют в горячем виде или, добавив разбавитель, охлаждают и используют в холодном виде, по мере надобности.

Пример 2. 20 кг (20 мас.%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С, помещают в емкость, в которую добавляют 3 кг (3 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ и 5 кг (5 мас.%) резиновой крошки и перемешивают эти компоненты, выдерживая смесь до 6 часов при температуре 80°С до завершения процесса набухания резиновой крошки, далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят 2 кг (2 мас.%) малеинового ангидрида и 35 кг (35 мас.%) битума. Далее смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). При этом за 0,3-0,5 часа до окончания процесса в смесь вводят 35 кг (35 мас.%) талька. Далее мастику сразу используют в горячем виде или, добавив разбавитель, охлаждают и используют в холодном виде, по мере надобности.

Пример 3. 20 кг (20 мас.%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 3 кг (3 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ и 5 кг (5 мас.%) резиновой крошки и перемешивают эти компоненты, выдерживая смесь до 6 часов при температуре 80°С до завершения процесса набухания резиновой крошки, далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят 2 кг (2 мас.%) малеинового ангидрида и 45 кг (35 мас.%) битума. Далее смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). При этом за 0,3-0,5 часа до окончания процесса в смесь вводят 25 кг (35 мас.%) талька. Далее мастику сразу используют в горячем виде или, добавив разбавитель, охлаждают и используют в холодном виде, по мере надобности.

Пример 4. 30 кг (30 мас.%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 2,5 кг (2,5 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ и 3 кг (3 мас.%) резиновой крошки и перемешивают эти компоненты, выдерживая смесь до 6 часов при температуре 80°С до завершения процесса набухания резиновой крошки, далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят 2 кг (2 мас.%) малеинового ангидрида и 40 кг (40 мас.%) битума. Далее смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). При этом за 0,3-0,5 часа до окончания процесса в смесь вводят 22,5 кг (22,5 мас.%) талька. Далее мастику сразу используют в горячем виде или, добавив разбавитель, охлаждают и используют в холодном виде, по мере надобности.

Пример 5. 28 кг (28 мас.%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 3,5 кг (3,5 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ и 6 кг (6 мас.%) резиновой крошки и перемешивают эти компоненты, выдерживая смесь до 6 часов при температуре 80°С до завершения процесса набухания резиновой крошки, далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят 2,5 кг (2,5 мас.%) малеинового ангидрида и 37 кг (37 мас.%) битума. Далее смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). При этом за 0,3-0,5 часа до окончания процесса в смесь вводят 23 кг (23 мас.%) талька. Далее мастику сразу используют в горячем виде или, добавив разбавитель, охлаждают и используют в холодном виде, по мере надобности.

Пример 6. 24 кг (24 мас.%) жидкой фракции липтобиолитовой каменноугольной смолы с температурой кипения выше 230°С помещают в емкость, в которую добавляют 4 кг (4 мас.%) гранулированного синтетического каучука марки БНКС 28 АСМЭ и 3,2 кг (3,2 мас.%) резиновой крошки и перемешивают эти компоненты, выдерживая смесь до 6 часов при температуре 80°С до завершения процесса набухания резиновой крошки, далее температуру повышают до 180°С и перемешивают смесь до диспергирования резиновой крошки (получения гомогенной массы). Затем, продолжая перемешивание, вводят 2,4 кг (2,4 мас.%) малеинового ангидрида и 43 кг (43 мас.%) битума. Далее смесь выдерживают с перемешиванием при температуре 180°С до окончания реакции (ориентировочно, до 2 часов). При этом за 0,3-0,5 часа до окончания процесса в смесь вводят 23,4 кг (23,4 мас.%) талька. Далее мастику сразу используют в горячем виде или, добавив разбавитель, охлаждают и используют в холодном виде, по мере надобности.

«Горячую» мастику наносят на поверхность наливом и распределяют по ней шпателем.

«Холодную» мастику наносят на защищаемую поверхность вручную с помощью кисти или валика, при температуре окружающей среды от 5 до 60°С. При этом металлические поверхности должны быть очищены до степени 2 по ГОСТ 9.402, а бетонные иметь класс шероховатости 3, поверхностную пористость до 10% по СНиП 3.04.03.

Результаты испытаний защитного покрытия, сформированного на основе приготовленной мастики, приведенные в таблице, показывает, что ее использование позволяет повысить характеристики покрытия по сравнению с аналогичными характеристиками прототипа.

№ примера	Температура		Эластичность, %	Прочность при растяжении, МПа
	размягчения, °С	хрупкости, °С
1	83	-45	85	2,7
2	80	-35	87	2,6
3	72	-32	80	2,4
4	77	-41	75	2,2
5	88	-30	60	1,4
6	70	-47	86	2,8
Прототип	70	-35	25	0,1