Наши решения: модификация битума SBS Kumho KTR-103.

Битумы — что это такое? 

Ни для кого не секрет, что битум — уникальное природное вещество с уникальным и своеобразным составом в зависимости от происхождения. Битумам пока не придумали аналогов, соизмеримых по стоимости. Благодаря своим вяжущим свойствам они на протяжении сотен лет являются незаменимым строительным материалом. Битумы включают в свой состав шесть основных фракций, соотношения которых варьируются в зависимости от исходного сырья (нефти), способа ее перегонки, температуры и времени окисления (только для российских): 

1. Спиртобензольные смолы (СБС)

2. Петролейнобензольные смолы (ПБС) 

3. Полициклоароматика (ПЦА) 

4. Бициклоароматика (БЦА) 

5. Моноциклоароматика (МЦА) 

6. Парафин-нафтеновые (ПН) углеводороды. 

Каждая из этих фракций играет свою роль в конечных физико-механических свойствах битумов. 

Сегодняшняя ситуация с битумами 

Технология переработки нефти не стоит на месте и основной задачей ставит перед собой увеличение выхода светлых нефтепродуктов, особенно хорошо это видно у отечественных нефтехимиков, старающихся отжать из нефти все самое ценное. Увеличение глубины переработки нефти, по сути, конечно, хорошо, т. к. позволяет более грамотно использовать природный ресурс (нефть), но не без ущерба для качества самого темного продукта нефтепереработки, который, по сути у нефтепереработчиков превратился чуть ли не в отходы производства. Из битумов отжимают по максимуму парафин-нафтеновые фракции, тем самым лишая битум устойчивости к низким температурам. Именно поэтому современные битумы все хуже переносят минусовые температуры. Температура хрупкости современных битумов едва доходит до -18 °С, за редким исключением -21 °С. При этом зимние температуры на основной части территории РФ (за исключением южных регионов) вполне спокойно опускаются ниже - 27 °С (рекомендации к ГОСТ Р 52056). При этом температура размягчения по КиШ современных битумов тоже не соответствует требованиям: при требуемом минимуме -54 °С КиШ современных битумов находится в пределах 45 –48 °С. 

Увеличение нагрузки 

Применительно к дорожным битумам можно также добавить, что помимо общего ухудшения качества выпускаемых битумов в последние годы значительно возросла нагрузка на автодороги, что вызвано: 

1. увеличением грузоподъемности автотранспорта (нагрузка на ось); 

2. увеличением количества автомобилей в целом. 

Отсюда низкий срок службы автомобильных дорог, уменьшение межремонтных сроков. 

Какова цель? 

Из вышеизложенного ясно, что дальнейшая эксплуатация базовых битумов как при строительстве/ремонте дорог, так и для производства кровельных и гидроизолирующих материалов является переводом ресурсов в пустоту. Продукт заведомо получится некачественный, если, конечно, не будет эксплуатироваться в диапазоне температур от 0 °С до 35 °С. В этом случае можно все оставить как есть. Но это, сами понимаете не наш случай. Нам нужны вяжущие материалы с рабочим диапазоном от -47 °С до +70 °С для дорог и до +90 °С для кровельных материалов. 

Комплексные органические вяжущие (КОВ)

Не претендуя на лавры первооткрывателя, скажем, что есть способ (и не один) улучшить физико-механические и химические свойства органических вяжущих. Это различные добавки в базовый битум, их очень много, начиная от элементарных минеральных наполнителей (мел, тальк, мраморная крошка) и заканчивая высокотехнологичными графт полимерами производства таких гигантов химической промышленности как DuPont, Chevron Oil, BASF и др. Требования к этим добавкам можно сосчитать по пальцам: 

1. Повысить температуру размягчения 

2. Понизить температуру хрупкости 

3. Сохранить дуктильность 

4. Сохранить технологичность использования готовых КОВ (как у базовых битумов). 

5. Минимизировать удорожание КОВ, а именно достичь максимального соотношения функционал/стоимость. 

Самым бюджетным способом расширить температурный диапазон является минеральный наполнитель, используется в основном в мастиках, есть недостаток. Чтобы получить ощутимый результат нужно порядка 15% и более от массы готового продукта, хоть он и относительно дешевый, но очень сильно сгущает битум и поэтому усложняет его использование в дальнейшем. 

Отходы производства. 

Самый на сегодня применяемый для модификации битумов отход производства — это резиновая крошка (перемол автомобильных покрышек) и атактический полипропилен. Являются по сути наполнителями, как и минеральный порошок, но не так ухудшающие технологичность использования готового продукта, немного дороже чем мел и тальк, и достаточно спорна технология введения данных материалов в битум (особенно резиновой крошки). Технология требует нагрева продукта до температуры выше 180 °С, что ведет за собой как дополнительно окисление (старение) битума и ухудшение ряда его свойств, так и разрушение структуры каучука, являющегося основой автомобильных покрышек, поэтому готовый продукт дает неплохое увеличение температуры размягчения, но теряет дуктильность, эластичность, и не дает нужной температуры хрупкости для применения в дорожном строительстве. 

Полимерные добавки

К ним относится этилвинилацетат (ЭВА), графт модификация ЭВА известная как Elvaloy, полиэтилены высокого и низкого давления (в зарубежной терминологии ПЭ высокой и низкой плотности — LLDPE, LHDPE). Данные добавки являются более технологичными, хорошо улучшают температурный диапазон, особенно температуру размягчения, но не дают нужной температуры хрупкости, не ухудшают технологичность готового продукта, более дороги. Зарекомендовали себя как модификаторы дорожных битумов, но с применением в регионах с теплыми зимами, желательно не ниже -15 °С, очень хорошо использовать в битумных герметиках, мастиках, кровле и гидроизоляции. 

Стирольные ТЭПы (каучуки)

Блок-сополимеры стирол-бутадиен(дивинил)-стирол (СБС), стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС) — на сегодняшний день самые распространенные модификаторы битума. Основным достоинством этих полимеров является то, что они не просто заполняют пространство между асфальтенами битума, они создают в битуме пространственно-эластичную решетку, которая придает битуму функции эластомера (у битума появляется новая характеристика — эластичность). Блоки стирола после диспергирования в битум при температуре не выше 180 °С создают домены (узлы пространственно-эластичной решетки), связанные между собой прочными бутадиеновыми (дивинильными) цепочками. 

На картинке пример битума модифицированного СБС блок-сополимером (взято с разрешения ЗАО «Промышленная гидроизоляция» на сайте www.pgiz.ru): 

Это дает битуму хорошую эластичность и значительно улучшает показатель растяжимости. Хорошо повышается температура размягчения по КиШ. Благодаря эластичной структуре СБС сохраняется эластичность при низких температурах. Очень хорошо понижается температура хрупкости по Фраас (с -18 °С до -24 °С). 

Не СБС-ом единым… 

Добавление блок-сополимера СБС в битум уже не первый год доказывает свою эффективность по всему миру, начиная с 70-х годов прошлого века. На западе это уже давно стало нормой, и битумы, модифицированные СБС-ом, уже давно выпускают такие известные бренды как Nynas, Total, Exxon. Но, к сожалению, эта технология не совсем годится для России с ее резко переменчивым климатом. Суть западной технологии модификации битумов — это схема «битум + СБС». Данная технология хороша для зимних температур не ниже -20 °С. А если температура опускается до -25 °С, -30 °С или -40 °С (для Сибири часто встречающиеся моменты), модифицированный по европейской технологии битум ничем не отличается от обычного и точно также будет разрушаться. Именно направленность на улучшение дорог в условиях резко-континентального климата Сибири и северных районов подтолкнула компанию «Руспласт» на проведение исследований совместно с НИИ ИрГТУ по получению КОВ, способных работать при температурах до -40 °С. Нам удалось получить стабильные рецептуры, сохраняющие эластичность от -30 °С до -40 °С, и это не предел, в ближайшем будущем мы продолжим исследования для получения рецептур с более низкими температурами. 

Не секрет, что еще одним компонентом для расширения температурного интервала эксплуатации битума в сторону понижения температуры является пластификатор. Пластификатор позволяет: 

1. Понизить температуру хрупкости 

2. Размягчить полимерасфальтобетон при укладке, повысить технологичность. 

Классическим пластификатором при производстве ПБВ признано индустриальное масло, но мы нашли более подходящую замену. Наш пластификатор МАСФЛЕКС® 960 более вязок, что гарантирует его лучшее смешение с битумом, и стоит на 30% меньше индустриального масла, содержит больше углеводородов парафин-нафтеновой фракции. Вот основные характеристики КОВ, полученных в результате наших исследований: 

А что же еще? 

Выше изложены технологии улучшения физико-механических показателей битумов, которые не новы и активно используются как в строительстве автодорог и аэродромов, так и для производства кровельных, гидроизоляционных и других материалов на основе битумов. Еще хотелось бы остановиться на ряде материалов, которые не являются основополагающими при улучшении битумов, но которые при небольшой концентрации позволяют оптимизировать «классические» рецептуры с дорогостоящими полимерами в сторону их уменьшения при этом без потери качества композиций. Это нефтеполимерные смолы — ароматические, алифатические, кумароноинденовые (фракции С5–С9), а также их гидрогенизированные модификации. 

Нефтеполимерные смолы при растворении в битумных композициях позволяют повысить поверхностную активность композиций. Особенно смолы, привитые малеиновым ангидридом. Смолы являются отличным компонентом для производства грунтовок (праймеров), мастик, клеевых композиций. Также использование смол в качестве самостоятельных модификаторов позволяет значительно повысить температуру размягчения битума , повысить его твердость. 

Еще одним из интереснейших продуктов, предлагаемых нашей компанией, является со-модификатор МАСФЛЕКС® 95–115. Данный продукт представляет собой выверенную экспериментальным путем смесь неорганических кислот фосфорного происхождения. Действие этого продукта на битум достаточно интересно. В небольших дозировках 0,5–0,75% от массы композиции со-модификатор за счет реакции кислотной нейтрализации и этерификации рассеивает агломерации асфальтенов в битуме, пептизируя последние слои смол, что позволяет полимерам, таким как СБС, создавать объемно-эластичную решетку при меньшей концентрации, при этом может незначительно дополнительно повышать температуру размягчения. Также для применения в кровельных и гидроизолирующих материалах возможно применение со-модификатора в количестве до 3%. Начинает происходить реакция гетероциклизации, ощутимо повышается температура размягчения (до +90 °С). Дальнейшее повышение концентрации приводит к резкой потере эластичности и растяжимости. 

Планы на будущее 

Компания «Руспласт» — один из ведущих игроков на российском рынке полимеров. Способность нашей компании развиваться заключается в том, что мы постоянно совершенствуемся как в плане мониторинга инноваций наших зарубежных партнеров, так и в поиске, тестировании, внедрении инноваций непосредственно дома, в России. В частности, одним из направлений в разрезе улучшения битумов является поставка СБС, СЕБС, СИС полимеров с функциональными добавками. Суть этой технологии заключается в изменении поверхностного заряда базового продукта за счет добавления к нему других элементов. Это могут быть инертные газы, кислород, азот, углерод, акрилаты и др. Для примера, как уже говорилось выше, одним из самых известных полимеров с функциональной добавкой в данной битумной теме является продукт Dupont Elvaloy — это ничто иное, как этилвинилацетат (ЭВА) с акриловыми группами. Данная добавка повышает твердость базового полимера и, как следствие, твердость конечной композиции. Функциональные добавки являются одним из интереснейших, на наш взгляд, направлений. В частности, в данный момент «Руспласт» проводит плановое продвижение на рынок СБС полимеров с функциональными добавками. Такие композиции позволяют в сотни раз повысить поверхностную активность СБС. Увеличение поверхностной активности в данном случае влечет за собой поверхностный контакт между модификатором и модифицируемой средой. В «классическом» случае полимер, как бы качественно он не был диспергирован в среду битума, являясь веществом с совершенно другой плотностью, со временем начинает расслаиваться, находясь в жидкой фазе. При использовании добавок процесс расслоения замедляется в разы. Еще одним из положительных моментов функциональной добавки для СБС является повышение адгезии к поверхностям взаимодействия и, как следствие, повышение твердости композиции (готового асфальтобетона, гидроизоляционного покрытия, мастики с минеральным наполнителем и т. п.). Функциональные добавки открывают значительные перспективы получения уникальных композиций с индивидуальными характеристиками.

  

По всем вопросам, связанным с СБС  свяжитесь с нашими специалистами    звоните: +7 495 134 33 14  пишите: rusplast@rusplast.com

                                                                                                                                                                                                                                                          

Помимо СБС компания Руспласт предлагает и другие материалы:

• ПОМ (POM, Полиацеталь) от компании KEPITAL.
• СИС (SIS, стирол-изопрен-стирольный каучук) от компании TSRC, Тайвань (торговая марка Taipol)
• СЕБС (SEBS, стирол-этилен-бутилен-стирольный каучук) от компании LCY (Globalprene) и TSRC (Taipol)
• ЭВА (EVA, этиленвинилацетат) от компании USI, Тайвань (торговая марка Evathene)
• ПИБ (PIB, полиизобутилен) от компании  (торговая марка HRD)
• углеводородные смолы (фракции С5, С9, ДЦПД), Hikorez, Hikotack, Sukorez от компании KOLON, Корея,
• канифоль WW, Вьетнам,
• эфиры канифоли: пентаэритритовый и глицериновый, марки P100, G100, Innova Chemical, Китай.

 По всем вопросам, связанным с перечисленными материалами, обращайтесь к менеджеру эл. почта salexei@rusplast.com

 Автор статьи: Алексей Сюкрин.

Также Вам будет интересно: Новые марки каучуков СБС производства Kumho для модификации битумов (ПБВ).

ЛИТЕРАТУРА: 

Л. М. Гохман, «Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон», Москва, 2008 г. 

ГОСТ Р 52056-2003 «ВЯЖУЩИЕ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫЕ ДОРОЖНЫЕ НА ОСНОВЕ БЛОК-СОПОЛИМЕРОВ ТИПА СТИРОЛ-БУТАДИЕН-СТИРОЛ» 

ОДМ 218.2.003-2007 «РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВНА ОСНОВЕ БЛОКСОПОЛИМЕРОВ ТИПА СБС ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ» 

Robinson H. L., «Polymers in Asphalt», Rapra Review Reports, Volume 15, Number 11, 2004 

Публикации в СМИ