2.6 . Выводы и рекомендации

В этом обзоре рассматриваются достигнутые успехи и проблемы в области битумной полимерной модификации в течение последних 40 лет. В основном обсуждались технические разработки, включающие применение некоторых популярных пластомеров (ПЭ, ПП, ЭВА и ЭБA) и термопластичных эластомеров (СБС, СИС и СЭБС ), насыщенности, вулканизации серой , добавление антиоксидантов , использование гидрофобных глинистых минералов и функционализации ( включая применение реактивных полимеров ) . На основании этого обзора , необходимое направление будущей разработки полимеров для модификации битумов были проанализированы и получены следующие выводы и рекомендации :

1) Полимерные модификации битумов являются эффективным способом улучшения свойств битумов, что было доказано многими исследователями и широко показано на практике. Тем не менее, в настоящее время популярные полимерные модификаторы имеют различные недостатки, ограничивающие их применение. Некоторые важные проблемы, связанные с полимербитумами все еще недостаточно хорошо ясны. Дополнительные усилия должны быть сделаны для содействия дальнейшему развитию этого направления.

2) Исследователи попробовали различные решения, чтобы устранить недостатки в настоящее время используемых полимерных модификаторов, среди которых насыщенность, функционализации (включая приложение реактивных полимеров) и используя дополнительные присадок (сера, антиоксиданты и гидрофобные глинистые минералы). Эти решения позволяют преодолеть некоторые недостатки ПБВ, но большинство вызывают некоторые новые проблемы. Так больше исследований должно осуществляться в будущем, чтобы решить эти проблемы и найти новые способы эффективного и недорогого изменения битума.

3) Так как в настоящее необходимо устранить все недостатки ПБВ: то, что значительно усиливает свойства – приводит к очень высокой стоимости, что значительно снижает стоимость с приводит к относительно плохим свойствам или их комбинации. Функционализация рассматривается как перспективный путь к улучшению свойств используемых в настоящее время полимеров и развитию полимерных модификаторов нового типа с гораздо большим успехом в будущем.

4) Рекомендуется, что будущие исследования ПБВ должны уделять больше внимания на следующее:

А) Улучшение адгезии к материалам;

Б) Свойства при долгосрочной эксплуатации;

В) Пригодность к переработке ПБВ.

Глава 3. Объекты и методы исследования

1. Объекты исследования

В диссертационной работе улучшение физико-механических характеристик нефтяных битумов дорожного назначения достигается созданием модификаторов комплексного действия и получения полимер-битумных вяжущих на их основе. Объектом для исследований послужили битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД 60/90, получаемый на НПЗ ОАО «Таиф-НК», и полимер-битумные вяжущие на его основе.

Таблица 6 Физико-механические свойства битума нефтяного

дорожного вязкого марки БНД 60/90

Показатели	ГОСТ 22245-90 БНД 60/90	БНД 60/90 ОАО «ТАИФ-НК»
Температура размягчения по КИШ, °С, не ниже	47	49-50
Пенетрация при 25 °С, мм-1	61-90	75-80
Пенетрация при 0°С, мм-1, не менее	20	22-24
Растяжимость при 25 °С, см, не менее	55	90-100
Растяжимость при 0°С, см, не менее	3,5	4-5
Температура хрупкости, °С, не выше	-15	-20…-24
Температура вспышки, °С, не ниже	230	>250
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более	5	4-5
Индекс пенетрации	От -1,0 до +1,0	От -0,5 до +0,5

В качестве модификаторов были использованы концентраты полимеров различного состава. Компонентами модификаторов являются каучуки такие, как СКД-L, СКИ-3, ДССК, и пластификаторы.

В качестве пластификаторов были использованы полиалкилбензол, индустриальное масло И-20А, нецелевые фракции α-олефинов.

Полиалкилбензол выделяется из реакционной смеси процесса фтористоводородного алкилирования бензола моноолефинами нормального строения С₁₀-С₁₄ и представляет собой в основном различные диалкилбензолы с примесью моноалкилбензолов и дифенилалканов. Полиалкилбензол марки ПАБ-С применяется в качестве сырья для производства водо- и маслорастворимых поверхностно-активных веществ, алкилбензолов и других продуктов. Полиалкилбензол марки ПАБ-Т применяется в качестве теплоносителя, работающего при температуре эксплуатации до 250 °С.

Таблица 7 – Физико-химические характеристики полиалкилбензола (ТУ 2414-040-04689375-95)

НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ	НОРМА
	Марка ПАБ-С	Марка ПАБ-Т
Внешний вид	Прозрачная жидкость коричневого цвета, не содержащая взвешенных и осевших посторонних примесей, в том числе воды
Плотность при 20 °С, г/см	Не нормируется. Определение обязательно
Бромное число, /100 г продукта, не более	3,5	3,5
Фракционный состав, °С
Температура начала кипения, не ниже	290	290
Температура конца кипения, не выше	500	500
Вязкость кинематическая при 100 °С, мм /с, не менее	-	3,5
Температура застывания, °С, не выше	-	минус 30
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже	-	175
Температура самовоспламенения, °С, не ниже	-	346
Кислотное число, мг КОН/100 г продукта, не более	-	0,03
Массовая доля воды, % не более	-	Следы
Массовая доля механических примесей	-	Отсутствие

Масло И-20А входит в группу масел без присадок. Это дистиллятное масло или смесь остаточного и дистиллятного нефтяных масел, полученных из сернистых и малосернистых нефтей селективной очистки.

Индустриальное масло И-20 А служит для смазывания наиболее распространенных узлов и механизмов оборудования в различных отраслях промышленности, условия работы которых не предъявляют особых требований к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел, а так же в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах станочного оборудования, автоматических линий, прессов для смазывания легко- и средненагруженных зубчатых передач, направляющих качения и скольжения станков, где не требуются специальные масла, и других механизмов.

Так же индустриальные масла используются в качестве пластификаторов в битумно-полимерной композиции.

Таблица 8 – Физико-химические характеристики масла И-20А

(ТУ 0253-043-48120848-2005)

Наименование показателей масла И-20А	Норма по ГОСТ(ТУ)
Кинематическая вязкость при 40°С, мм2/с	29-35
Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже	200
Температура застывания, °С, не выше	-15
Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более	0,03
Плотность, кг/м3, не более	890
Содержание механических примесей	Отсутствие
Содержание растворителей в маслах селективной очистки	Отсутствие
Массовая доля серы, %	1,0
Зольность, %, не более	0,005
Цвет на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ, не более	2,0
Содержания воды	Следы
Стабильность против окисления:
Приращение кислотного числа окисленного масла мг КОН на 1 г масла, не более	0,30
приращение смол, % не более	2,0

Каучук бутадиен-стирольный ДССК - продукт блочной полимеризации бутадиена со стиролом в растворе в присутствии литийорганических катализаторов.

ДССК имеет заданную макро- и микроструктуру и содержат сегменты с различной температурой стеклования, что обеспечивает необычный для каучуков общего назначения баланс эксплуатационных свойств. Бутадиен-стирольные статистические каучуки типа ДССК-25 относятся к каучукам общего назначения. По сравнению с эмульсионными аналогами они дают в протекторах повышенное сопротивление растрескиванию, лучшее сцепление с мокрой дорогой, пониженное теплообразование и повышенную эластичность. Хорошая текучесть и шприцуемость позволяет использовать эти каучуки для производства обуви, шприцованных изделий и покрытий для полов.

Рис. 16 Общая формула бутадиен-стирольного каучука

Таблица 10 – Физико-химические характеристики каучука бутадиен-стирольного ДССК (ТУ 2294-153-05766801-2013)

Наименование показателя	Норма
	I	II
1. Вязкость по Муни МБ 1+4 (100 оС), в пределах	30-70
2. Разброс по вязкости внутри партии, ед., не более	6
3. Массовая доля золы, %, не более	0,10
4. Потеря массы при сушке, в том числе влаги, %, не более	0,60
5. Массовая доля геля (5,43 % по массе раствора каучука в толуоле), %, не более	0,020
6. Вязкость (5,43 % по массе раствора каучука в толуоле), мПа∙с, в пределах	15 – 30	30 – 45
7. Цвет по платиново-кобальтовой шкале (5,43 % по массе раствора каучука в толуоле), не более	10
8. Массовая доля 1,2-звеньев,%, в пределах	10-16
9. Массовая доля стирола, %, в пределах	15 – 25	5 – 15
10.Массовая доля антиоксиданта Ирганокса 1520 L (или его аналогов), %, не менее	0,10

Каучук бутадиеновый СКД-L является продуктом полимеризации бутадиена в растворе в присутствии литийорганического катализатора. Область применения: для использования в синтезе ударопрочного полистирола.

Рис. 17 Общая формула бутадиенового каучука СКД-L

Таблица 11 – Физико-химические характеристики бутадиенового

каучука СКД-L (ТУ 2294-140-05766801-2007)

Наименование показателя	Норма по группам
	1	2	3	4
1. Вязкость по Муни, МБ 1+4 (100 °С), ед. Муни, в пределах	46-60
2. Разброс вязкости внутри партии, ед. Муни, не более	6
3. Массовая доля золы, %, не более	0,10
4. Потеря массы при сушке, в том числе влаги, %, не более	0,6
5. Массовая доля геля (5,43 % по массе раствора каучука в толуоле), %, не более	0,02
6. Вязкость (5,43 % по массе раствора каучука в толуоле), МПа×с, в пределах	50-100	100-150	150-200	200-250
7. Цвет по платиново-кобальтовой шкале (5,43 % по массе раствора каучука в толуоле), не более	10
8. Массовая доля 1,2-звеньев, %, в пределах	11 – 16
9. Массовая доля антиоксиданта Ирганокса 1520 L (или его аналогов), %, не менее	0,10

Изопреновый каучук СКИ-3 - синтетический каучук с содержанием цис-1,4 звеньев не менее 96%. Может быть использован самостоятельно или в сочетании с другими каучуками для изготовления автомобильных шин, всевозможных резино-технических изделий, в том числе для пищевой и медицинской промышленности, резиновой обуви, спортивного инвентаря, клеевых составов, водоотталкивающих композиций.

Таблица 12 – Физико-химические характеристики изопренового каучука СКИ-3 (ГОСТ 14925-79)

Показатель	Значение
	Группа I	Группа II
Вязкость по Муни МБ1+4 (100° С)	75 - 85	65 - 74
Разброс по вязкости внутри партии	8	8
Пластичность	0,30 - 0,35	0,36 - 0,41
Разброс по пластичности внутри партии, не более	0,05	0,05
Эластическое восстановление после определения пластичности, мм, не более	1,8	1,7
Условная прочность при растяжении, МПа (кгс/см2), не менее: при 23°С при 100°С	30,4 (310) 21,6 (220)	30,4 (310) 21,6 (220)
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	800	800
Массовая доля золы, %, не более	0,5	0,5
Массовая доля металлов, %, не более: медь железо титан	0,0001 0,004 0,06	0,0001 0,004 0,06
Потеря массы при сушке, %, не более	0,6	0,6
Массовая доля стеариновой кислоты, %	0,6 - 1,4	0,6 - 1,4
Массовая доля антиоксиданта, %, не менее Дусантокса Л, не менее или Флекзона 11 Л, не менее	0,2 0,2	0,2 0,2