200354. lajstromszámú szabadalom • Eljárás a bitumen emulziós módosítására elasztomérekkel
1 HU 200354 B 2 A találmány a bitumen emulziós módosítására vonatkozik elasztomérekkel mérsékelten emelt hőmérsékleten. A bitumen és a bitumenalapú termékek főbb tulajdonságait (szilárdság, lágyuláspont, rugalmasság, töréspont, duktilitás, hidegfolyás) előnyösen lehet befolyásolni elasztomérek adagolásával. Az elasztomérek a kaucsuktípusú műanyagokhoz sorolhatók, és bomlási hőmérsékletükig gumielasztikus alakváltozásra képesek. A bitumen elasztomérekkel való módosítása az elasztomérek ezen ismert tulajdonságait összekapcsolja a bitumen ismert tulajdonságaival. A bitumen konzisztenciájában a „főként plasztikus állapot” elódik a „túlnyomórészt elasztikus állapot” irányában és ennek megfelelően növekszik a szakítószilárdság és a viszkozitás, csökken a megfolyásból származó alakváltozás, bővül a plasztikussági tartomány, amelynek komoly alkalmazástechnikai előnye van. A rugalmassági jellemzők és a bitumen kötőanyag viselkedése közötti összefüggés megállapítására azonban módszer nem ismeretes, vagyis a polimer adalékok beépülésének hatásmechanizmusa nincs felderítve. Nemcsak a polimer mennyisége, típusa és szerkezete van hatással a bitumenben való eloszlására, és ezáltal a konzisztenciaeltolódás mértékére, hanem a bitumen anyagi tulajdonságai is, például a választott elasztomérre gyakorolt oldóképessége. A célszerű komponensek és mennyiségi arányok megválasztását és a kétfajta komponens „reagáltatásának” módját befolyásolja a bitumen minősége, anyagi tulajdonságai. A bitumen kémiai összetétele ugyanis a nyersolaj származási helyétől függően változik, eltérések vannak a feldolgozási technológiában is, ezért nem állítható fel egységes szerkezeti modell a bitumen-elasztomer keverékek várható tulajdonságaira, így stabilitására sem. A sztirol-butadién-sztirol (SBS) kaucsuk felhasználása bitumen módosítására ismert, viszonylag alacsony a kaucsukszükséglet, és jó hidegtulajdonságok alakíthatók ki. Az SBS elasztomérrel módosított bitumen 5-13 % elasztomért tartalmaz, eloszlatása a bitumenben 160-180 *C-on történik, és a magas hőmérsékleten is 8-12 órát vesz igénybe. A lassú diszpergálódás miatt az elasztomer hosszú ideig van hőterhelésnek kitéve, ez rontja a tulajdonságokat, részleges elbomlást okoz, a hosszú keverési idő miatt nagy az energiaigény is. A reagáltatásnál a levegő kizárása lényeges, a hosszú keverési idő ellenére is az elkészült módosított bitumen csak korlátozottan stabilis, szétválásra hajlamos. A módosított bitumenből az emulziók előállítása utólagosan azért nehéz feladat, mivel a magas viszkozitás miatt különleges berendezések szükségesek, másfelől nem teljes az emulgeálódás mértéke. A 180 004. lajstromszámú (LA-942) magyar szabadalmi leírásban bitumen és kaucsuk kationos emulziójának javított előállítására 42-73 "C lágyuláspontú, 10-300 közötti penetrációs értékű bitumenből indulnak ki. A javaslat szerint ezt a bitument 145-190 ‘C közötti hőmérsékleten 75.000-250.000 molekulasúlyú gyökös, elágazó láncú polisztirol-polibutadién blokkpolimérrel és az emulgeálószer 40-70 t% megfelelő mennyiségével hőkezelik, majd ehhez 145-190 "C-on hozzáadják a maradék emulgeálószert, a savat és a vizet. Az emulgeálószer jelenléte a módosításnál feltehetőén befolyásolja a keverék konzisztenciáját, így nem kell oldószert felhasználni hígításra és az alkalmazott nagyviszkozitású keverék még emulgeálható. A hátrány ez esetben is az, hogy a módosítás csak 140-180 *C közötti hőmérsékleten végezhető, ez a magas hőmérséklet kedvezőtlen a sztirol-butadién polimér stabilitására, emellett az eljárás lefolytatása is különleges technológiai berendezéseket igényel. Útépítési anionos vagy kationos bitumenemulziók módosítása főként a kőzetekhez való tapadás javítása céljából hidegen úgy történhet, hogy a bitumenemulziót szobahőmérsékleten a latex-szel összekeverik. Emellett azonban ügyelni kell arra, hogy a bitumenemulzió és a diszperzióban lévő latex egymással összeférjen, az emulziós rendszereknek ugyanis egymással azonosnak kell lenni, azonos pH értéken. Ez a hidegen történő módosítás azonban nem eredményezi a tulajdonságok olyan javulását, amely a latex mennyiségéből következne, sőt szétválási jelenségekkel is számolni kell, amit újabb emulgeátormennyiség hozzáadásával lehet ellensúlyozni. Az ismert módon viszonylag alacsony hőmérsékleten módosított elasztomér bitumen a nem vulkanizált kaucsuk összes hátrányával rendelkezik, öregedés- és hőállósága nem kielégítő, rugalmas-plasztikus jellege idővel csökken, a bevonatok időjárás behatása alatt rideggé válnak, és nem bírják az igénybevételt A találmány célkitűzése a bitumen emulziós módosítása elasztomérekkel mérsékelten emelt hőmérsékleten, amellyel az elasztomémek a bitumenben való optimális diszpergálódása elérhető, stabil, módosított bitumentermék állítható elő az emulzió elbontása után, emellett a költséges latex mennyisége csökkenthető, javított tulajdonságok megtartása mellett. A találmány szerinti eljárás bitumen emulzióban történő módosítására elasztomérekkel, így klór-butadién vagy sztirol-butadién alapú polimérekkel azzal jellemezhető, hogy 38-60 *C lágyuláspontú és 30-200 penetrációs értékű bitument 120-140 "C-ra felmelegítünk, és a forró bitument 50-80 *C-ra felmelegített emulgeátort és az emulgeátorral összeférő diszperziót tartalmazó vizes fázissal érintkeztetjük, és 80-100 "C közötti hőmérsékleten a fázisok intenzív érintkeztetése közben legalább 15 percig hőkezeljük, majd a kapott homogén emulziót elkülönítjük. Az emulzió bitumen tartalmát célszerűen 40-60 t %-ra, a latextartalmat 5-25 %-ra állítjuk be. A felhasznált latex szárazanyag tartalma rendszerint 45-58 t%. Az intenzív érintkeztetést célszerűen kolloidmalmon való átvezetéssel végezzük. A hőkezelés közben a kezelendő keveréket a kolloidmalmon keresztülvezetve adott esetben hőközlő tartály közbeiktatásával keringtetjük. A felhasznált bitumen nem lehet fuvatott csak desztillált, a megfelelő minőség az SZB 30, SZB 90, SZB 50 és a B 200, amelyet adott esetben tömegére számítva 5-10 % extraktolajjal hígítunk. Anionos emulgeátorként olajsav (elain) vagy fenyőtűolajzsírsav alkálifém és ammónium-sóit alkalmazzuk, amely adott esetben réz-, cink-, nikkel-, kobalt- vagy kadmiumsót tartalmaz. A kationos emulgeátor ásványi savakkal kationos emulgeátort képező faggyúzsírsav diamin, a nemionos emulgeátor például nonil-fenol-poliglikoléter (etilénoxidszáma 10). Kationos emulgeátor esetében a vizes fázist kb. 3, nemionos 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
