Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем Охотникова, Екатерина Сергеевна

Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем
<
Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Охотникова, Екатерина Сергеевна. Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.13 / Охотникова Екатерина Сергеевна; [Место защиты: Ин-т орган. и физ. химии им. А.Е. Арбузова].- Казань, 2011.- 158 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-2/482

Содержание к диссертации

Введение

1 Современные представления о физико-химических свойствах и структуре битумных и битумполимерных систем

1.1 Состояние изученности химического состава окисленных битумов и его влияние на формирование физико-химических свойств битумных вяжущих

1.1.1 Состав и физико-химические характеристики компонентов битума

1.1.1.1 Характеристика мальтеновых компонентов битума 12

1.1.1.2 Современные представления о структуре молекул асфальтенов

1.1.2 Влияние состава битума на его эксплуатационные свойства 19

1.2 Современные представления о структуре битумных вяжущих 23

1.2.1 Развитие представлений о структуре технических битумов на основании данных современных методов физико-химического анализа

1.3 Физико-химические характеристики и структура модифицированных битумных вяжущих

1.3.1 Классификация полимерных модификаторов 34

1.3.2 Структура битумполимерных композиций 37

1.3.3 Совместимость битума и полимера 39

2 Экспериментальная часть 44

2.1 Объекты исследования 44

2.2 Методы исследования 45

3 Изучение факторов, определяющих технологические характеристики и структуру окисленных битумов

3.1. Влияние состава окисленных битумов на их технологические характеристики

3.2 Идентификация типа дисперсной структуры битумов по их реологическому поведению

3.3 Изучение особенностей состава дисперсионной среды окисленных битумов

3.4 Изучение структурных особенностей дисперсной фазы окисленных битумов

3.5 Исследование особенностей химического состава и структуры 88

битума БНД 60/90 производства «ТАИФ - НК»

4 Изучение процессов совмещения битумов со полиолефиновыми термопластами

4.1 Обоснование состава смесевого полиолефинового термоэластопласта, применяемого для получения битумполимерных композиций

4.2 Влияние структуры битума на его совместимость со смесевым полиолефиновымтермоэластопластом

5 Оптимизация состава битумполимерных композиций, на основе битумов различного дисперсного строения

Основные результаты и выводы

Введение к работе

Актуальность.

Композиционные материалы на основе окисленных битумов и полиолефинов находят широкое применение в качестве кровельных и гидроизоляционных материалов. Особенности климатических условий РФ, выражающиеся в значительных перепадах температур, требуют разработки кровельных материалов с расширенным интервалом пластичности. Битумы, получаемые методом окисления нефтяных остатков, являются концентрированными дисперсными системами, физико-химические и технологические свойства которых в значительной степени определяются их структурой. Недостаточная изученность надмолекулярного уровня структуры нефтяных дисперсных систем, образованной ассоциатами и агрегатами высокомолекулярных компонентов, препятствует направленному регулированию их технологических свойств и обуславливает использование, главным образом, эмпирических подходов при выборе оптимального внешнего воздействия (концентрация добавки, условия технологических процессов). Использование тонких инструментальных методов (ЯМР и ЭПР спектроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, электронной и атомной силовой микроскопии) позволяет получить новую информацию о строении нефтяных систем на микроуровне. В связи с этим изучение закономерностей формирования надмолекулярной структуры битумов, в том числе в присутствии полиолефинов, позволит направленно регулировать дисперсное строение и пластические свойства битумных материалов, а также разработать научно-обоснованный способ выбора их компонентов на основе количественных характеристик битумного и полиолефинового сырья.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН по теме: «Разработка научных основ оптимизации переработки высокомолекулярных гетероатомных компонентов вязких нефтей и природных битумов: изучение их строения и химическая модификация с целью создания на их основе новых веществ и композиционных материалов» на 2009 - 2011 гг. (№ гос. регистрации 01200901941).

Цель работы:

Выявление основных закономерностей формирования надмолекулярных структур в концентрированных нефтяных дисперсных системах, в том числе в присутствии полиолефиновых добавок, и их влияния на пластические свойства битумполимерных систем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

провести комплексное исследование химического состава и надмолекулярной структуры окисленных битумов;

изучить влияние надмолекулярной структуры полиолефинов на пластические свойства битумполимерных систем;

изучить процессы взаимодействия компонентов битума с полиолефинами;

выявить количественные характеристики, регламентирующие выбор битумного и полимерного сырья;

изучить влияние концентрации смесевого полиолефинового модификатора марки ТПМ на пластические и реологические свойства битумполимерных систем.

Научная новизна.

Впервые установлено определяющее значение молекул асфальтенов с повышенной долей конденсированных структур в формировании дисперсного строения окисленных битумов на микро- и макроуровнях.

Показано, что низкотемпературные свойства (температура хрупкости) окисленных битумов определяются суммарным содержанием в их средней молекуле нафтеноароматических структур.

Впервые экспериментально доказано существование двух различных механизмов формирования структуры битумполимерных систем. Установлено, что в битумах со связнодисперсной структурой смесевой полиолефиновый модификатор распределен в дисперсионной среде в виде отдельных глобул. В битумах со свободнодисперсной структурой зафиксировано формирование коагуляционной структуры из компонентов модификатора с сохранением надмолекулярных образований смолисто-асфальтеновых веществ.

Выявлено влияние кристаллической фазы полиолефинов на структуру битумполимерных систем. При использовании полиолефинов с высокой степенью кристалличности (~ 65 %) кристаллиты сохраняют свою структуру, при более низкой степени кристалличности (~ 40 %) они выполняют роль структурных узлов и частично переходят в аморфное состояние, модифицируя дисперсионную среду.

Практическая значимость.

Научно обоснована необходимость введения в паспорт битумного сырья значений динамической вязкости при 80 и 120 С, наиболее адекватно характеризующих дисперсную структуру окисленных битумов.

Выявленные закономерности позволяют прогнозировать рецептуру высококачественных битумполимерных композиций:

показано, что для улучшения высокотемпературных свойств битумов необходимо использовать полиолефины с повышенными значениями температуры плавления (> 130 С) и степенью кристалличности ~ 40 %;

установлены значения (2 - 2,5) показателя текучести расплава полиолефиновых модификаторов для получения мелкодисперсных устойчивых битумполимерных систем с улучшенными пластическими свойствами.

Предложен способ определения компонентного состава окисленных битумов по данным комплексного термического анализа.

В качестве показателя контроля качества битумполимерных систем, модифицированных полиолефинами, предложено использовать значение

содержания в них кристаллической фазы полиолефина (1,6 мае. % и выше для битумов типа «золь» и 2,7 мае. % и выше для битумов типа «золь-гель»).

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XVII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (Kazan, 2009), Международная научно-практическая конференция «Нефтегазопереработка - 2009» (Уфа, 2009), VII Международная конференция «Химия нефти и газа» (Томск, 2009), Всероссийская конференция «Исследование в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов» (Екатеринбург, 2009), V Международная научно-техническая конференция «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (Москва, 2009), VII Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2010), Международная научно-практическая конференция «Нефтепереработка - 2010» (Уфа, 2010), Всероссийская научная школа для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (Казань, 2010), Итоговые научные конференции Казанского научного центра РАН (Казань, 2008 - 2010).

Публикации.

По результатам исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 17 работ (5 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ и 12 тезисов докладов).

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на 158 страницах печатного текста, включая 35 таблиц, 52 рисунка, 172 наименования цитируемой литературы и приложение.

Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук И.Н. Фролову и кандидату химических наук ЮМ. Танеевой за помощь в проведении экспериментов, а также ценные советы и консультации при обсуждении данной работы.

Состав и физико-химические характеристики компонентов битума

Битум представляет собой сложную смесь углеводородов с числом углеродных атомов от С24 до Ci5o и количеством возможных изомеров превышающих 1015, это создает определённые трудности при идентификации индивидуальных углеводородов, входящих в его состав. Поэтому состав битума обычно определяется в результате его разделения с использованием хроматографических методов на группы химических соединений, называемых в литературе масла (в зарубежных стандартах насыщенные и ароматические углеводороды), смолы и асфальтены [12, 13]. Следует отметить, что состав и физико-химические характеристики компонентов битума существенно зависят от используемой методики разделения [14, 15].

Масляные компоненты битумов являются наиболее изученными. Они характеризуются наименьшей молекулярной массой (250 — 600 у.е.) и состоят из насыщенных и ароматических соединений [16, 17].

В соответствии с наиболее распространенным и принятым для анализа битумов методом адсорбционной жидкостной хроматографии углеводороды подразделяются на парафинонафтеновые, моно-, би- и полициклоароматические. В состав парафинонафтеновых компонентов битума входят углеводороды нормального и изостроения с числом углеродных атомов до 30 и гибридные соединения, содержащие от 1 до 6 нафтеновых циклов, связанных слабо разветвленными алифатическими цепочкам, содержащими до 40 атомов углерода [18]. Они имеют очень низкую температуру стеклования ( -70 С) и плотность при 20 С порядка 0,9 г/см . Значение параметра растворимости парафинонафтеновых соединений составляет 17,5 МПа0,5 [1, 19]. Моноциклические ароматические компоненты битума представляют собой гибридные структуры, которые содержат бензольное кольцо, сопряженное с насыщенным окружением, представляющим нафтеновую полициклическую систему (от 1 до 4-5 циклов) с алкильными заместителями , с числом атомов углерода от 1 до 3-4. Основными структурными элементами би- и полициклических углеводородов являются двух и трехъядерные конденсированные ароматические системы, сопряженные с нафтеновыми циклами [18]. В общем, ароматические соединения имеют температуру стеклования порядка -20 С, плотность при 20 С близкую к 1 г/см и параметр растворимости равный 18,2 МПа0 5 [1, 19].

Следует отметить, что специфическими особенностями всех углеводородов масляных компонентов, за исключением н-алкановых, является наличие в молекулах развитых алициклических систем, малая длина и высокая степень разветвленности алифатических фрагментов [20].

В работе [21] показано, что масла при достаточно низкой температуре обладают свойствами коллоидной дисперсной системы, такими как структурная вязкость, тиксотропия, статическая упругость сдвига, которые проявляются наиболее сильно в области температуры помутнения и связаны с присутствием твердых парафинов.

Твердые парафины в битумах представляют собой сложную смесь углеводородов, таких как н-алканы с числом атомов углерода от С is до Cs7, изоалканы, циклоалканы, а также ароматических соединений с возможным числом атомов углерода больше С57- Соотношение этих классов соединений существенно зависит от происхождения битумного сырья [22].

Твердые парафины можно разделить на 3 группы: макрокристаллические, микрокристаллические и аморфные (рисунок 1.1, [23]).

Макрокристаллические парафины в битумах состоят преимущественно из н-алканов с числом атомов углерода порядка 30. Они кристаллизуются в виде пластин или иголок и образуют кристаллиты большого размера (до 10 мкм) [1]. Выделенные макрокристаллические парафины имеют температуру плавления в интервале 50 - 70 С, однако в битуме это значение уменьшается на 20-30 С. Микрокристаллические парафины содержат преимущественно изо- и циклопарафины с числом атомов углерода 40 и выше, которые образуют кристаллы меньшего размера. Парафины с разветвленной, циклической и ароматической структурой, а также с гетероатомами плохо кристаллизуются и, в основном, остаются в аморфном состоянии [23, 24].

Структура битумполимерных композиций

Параметр растворимости определяется по внутренним теплотам испарения. Если теплоты испарения двух веществ приблизительно равны, то взаимодействие между молекулами этих веществ тоже близки и смеси не будут расслаиваться. Очевидно, что хорошо совместимые с битумом полимеры должны иметь близкое значение параметра растворимости с его компонентами (приблизительно 17-18 МПа0 5) [1, 19, 99].

Применение классической теории растворимости к столь сложной системе, как битум, не совсем корректно, однако это дает возможность, хотя бы приблизительно, дать количественную оценку совместимости полимеров с битумами.

Битумполимерные композиции имеют дисперсную (гетерогенную на микроуровне) природу и являются термодинамически неустойчивыми, что приводит к их расслоению, особенно при повышенных температурах в статических условиях [94, 103]. Расслоение системы обусловлено разницей плотностей между полимерной и битумной фазой и выражается в увеличении концентрации полимера в верхнем слое композиции [131 - 133]. Кроме того, введение добавок алифатической природы может вызывать осаждение асфальтенов [16].

Показано, что расслоение системы происходит при хранении композиции выше температуры плавления полимера, с уменьшением температуры данные процессы замедляются вследствие увеличения вязкости битумной фазы. Установлено также, что стабильность битумполимерных смесей зависит не только от разницы в плотности и вязкости между битумом и полимером, но и от содержания полимера, степени его дисперсности, структуры битума и полимера и межмолекулярных взаимодействий между ними [131-135].

Для улучшения совместимости полимеров с битумом на практике используют следующие методы: 1. измельчение твердых полимеров; 2. для полимеров, не растворимых и не набухающих в указанных растворителях, в качестве третьего компонента добавляется полимер, хорошо совместимый с битумом (наиболее часто используются реактивные полимеры); 3. для высокоокисленных битумов, содержащими мало масляных компонентов, полимер предварительно пластифицируют маслами ароматической или нафтеновой природы; 4. в процессе приготовления композиции полимер вводят в смеситель в виде латексов, олигомеров и т.п., а затем в компаунд добавляют вулканизирующие агенты. Иногда в битум вводят мономеры, и полимеризацию осуществляют прямо в смесителе [1, 99, 103, 133].

Таким образом, битумы представляют собой микро- и макро-неоднородные системы, свойства которых определяются их химическим составом и структурой. Несмотря на огромное число публикаций, посвященных исследованию битума, получены лишь качественные зависимости влияния показателей его состава и дисперсного строения на технологические (в частности пластические) свойства, которые не отражены в стандартах на битумы и не учитываются при выборе битумного сырья для получения композиционных материалов на их основе. Недостаточно изучено влияние состава и свойств компонентов битума на его структуру и физико-химические свойства. Так, в литературе содержаться весьма противоречивые данные о составе высокомолекулярных парафинов и их влиянии на низкотемпературные свойства битумов. Точно установлено, что битумы представляют собой дисперсные системы. Однако определение типа структуры битума основано на условных показателях, не имеющих физического смысла и дающих зачастую неоднозначные результаты. Не существует также единого мнения о составе дисперсной фазы битумов. Существующие противоречия затрудняют разработку количественного подхода к классификации органических вяжущих материалов, а, следовательно, развитие и углубление теоретических основ получения композиционных материалов с заданными свойствами.

Одним из методов улучшения пластических свойств битумов является их модификация полимерными добавками. Относительно новым классом модификаторов являются смесевые термоэластопласты, представляющие собой физическую смесь термопластов и эластомеров и сочетающие преимущества обоих классов. В отличие от полиолефиновых модификаторов и модификаторов типа СБС, механизм действия смесевых термоэластопластов до конца не изучен. Соотношение компонентов в них подбирается, в основном, в процессе многочисленных эмпирических исследований без учета совместимости и взаимодействий между компонентами битума и полимера. Не установлены параметры оптимальной структуры смесевого модификатора, а также его минимальное содержание в композиции для получения высококачественных битумполимерных вяжущих.

Обобщение опубликованных данных позволяет сделать заключение о том, что к настоящему времени совершенно недостаточно исследованы механизмы формирования надмолекулярной структуры битумов, смесевых термоэластопластов и композиций из них, а также влияние структуры на -эксплуатационные свойства. Следовательно, изучение влияния химического состава и структуры битумов и битумполимерных композиций на пластические свойства битумполимерных систем представляет научный и практический интерес и дает возможность получения материалов с расширенным интервалом пластичности.

Изучение структурных особенностей дисперсной фазы окисленных битумов

Как известно [21], структура типа «гель» характеризуется низкой чувствительностью к изменению температуры. Действительно, наличие интервала с практически неизменной вязкостью при температурах близких к температурам размягчения для образцов битумов БН 90/30(1) (рисунок 3.5), БН 90/30(2), БН 90/10 (2), БН 70/30(3) свидетельствует о сильном взаимодействии между частицами дисперсной фазы, превышающем силы броуновского движения этих частиц. С учетом повышенного содержания асфальтенов для этих битумов можно предположить наличие коагуляционной структуры, образованной за счет непосредственного контакта частиц дисперсной фазы [137, 150], аналогично битумам первого типа по А.С.Колбановской. В данных битумах коагуляционная асфальтеновая структура сохраняется до 85-105 С.

Установлено, что образец битума БН 70/30 (1), несмотря на высокие значения динамической вязкости и предельного напряжения сдвига, по характеру изменения вязкости подобен битумам «золь-гель» типа: вязкость постепенно снижается с увеличением температуры (рисунок 3.5). Более того, этот образец выделяется среди тугоплавких битумов по ряду технологических характеристик (интервал рабочих температур и индекс пенетрации). По-видимому, структурные единицы битума, несмотря на высокую концентрацию асфальтенов (34,3 мае. %), не способны образовывать прочную коагуляционную структуру. Наличие «гель» структуры в данном случае связано с образованием коагуляционной структуры из асфальтенов, взаимодействующих между собой через прослойки дисперсионной среды [137, 150], а постепенное снижение динамической вязкости обусловлено ослаблением сил межмолекулярного взаимодействия между частицами.

Таким образом, в качестве количественных параметров дисперсного строения окисленных битумов предложены значения динамической вязкости при 80 и 120 С. Из анализа вязкостно-температурных зависимостей и значений температур фазовых переходов установлено, что при данных температурах наблюдается стабильное состояние битумной системы вне областей фазовых переходов. На основании предложенных показателей исследуемые битумы разделены на 3 группы: битумы типа «гель», «золь-гель» и «золь». Битумы типа «гель» характеризуются наиболее высокими значениями динамической вязкости ( 12000 Пз при 80 С и 270 - 6900 Пз при 120 С). Вязкость битумов «золь-гель» типа имеет значения от 220 до 330 Пз при 80 С и 10 - 15 Пз при 120 С. Наряду с этим они характеризуются более высокими значениями энергии активации вязкого течения (125 - 130 кДж/моль). Вязкость битумов «золь» типа изменяется от 60 до 150 Пз при 80 С и 4 — 8 Пз при 120 С, а энергия активации вязкого течения имеет значения от 109 до 115 кДж/моль. Следует отметить, что использование значения динамической вязкости при 120 С позволит также охарактеризовать поведение битума при технологических операциях смешения и получения композиционного материала.

В результате исследования выявлены особенности реологического поведения битумов с различной дисперсной структурой [151]. Битумы типа «гель» характеризуются неньютоновским, а именно нелинейно-вязкопластичным реологическим поведением, что проявляется в уменьшении вязкости с увеличением скорости сдвига, связанной с разрушением пространственной структуры битума. Высокая степень структурирования, даже при температурах выше температур разрушения коагуляционной структуры асфальтенов, подтверждается также высокими значениями температур начала течения (48 - 68 С), предельного напряжения сдвига (при 120 С т0 - до 1190дин/см2) и низкими значениями индекса текучести (0,3 + 0,6). Разрушение коагуляционной структуры битумов типа «гель» начинается при температурах выше 85 С.

Битумы типа «золь» по характеру течения близки к ньютоновским жидкостям, о чем свидетельствуют высокие значения индекса текучести (0,88 - - 0,98). При температурах выше 75 С для битумов типа «золь» наблюдается переход системы от вязко-пластичного к ньютоновскому течению. Отсутствие межмолекулярных взаимодействий между частицами дисперсной фазы и высокую подвижность среды подтверждают также низкие значения предельного напряжения сдвига при температурах ниже температуры фазового перехода в режим ньтоновского течения (при 50 С т0 = 10 -160 дин/см ) и его отсутствие выше данных температур.

Битумы «золь-гель» типа по структурно-механическим характеристикам занимают промежуточное положение между битумами типа «гель» и «золь».

С целью уточнения микроструктуры битумов было проведено исследование образцов методом атомной силовой микроскопии (АСМ), позволяющей получить в виде изображения цифровую модель топографической поверхности образца битума. На полученных изображениях битумных пленок зафиксированы структурные образования, называемые «пчелами» [152 - 155]. По мнению авторов [79 - 81], эти «пчелообразные» структуры представляют собой дисперсную фазу битумов и приписываются смолисто-асфальтеновым компонентам. В ходе исследования поверхности битумов методов АСМ обнаружено соответствие между морфологией поверхности битума и его дисперсным строением.

Влияние структуры битума на его совместимость со смесевым полиолефиновымтермоэластопластом

Сравнительный анализ состава депарафинизированных масел показал, -что наибольшие изменения в содержании парафинонафтеновых углеводородов, за счет которых, по литературным данным [115], происходит набухание полимера, характерны для БПС с ПЭ2 и ПЭ3.

Содержание твердых парафинов в масляных компонентах БПС практически идентично их содержанию в исходном битуме. Исключение составляет БПС со СКЭПТ. Значительное увеличение содержания твердых парафинов в данном случае связано с полным растворением СКЭПТ в маслах и выделении его совместно с твердыми парафинами при стандартном методике депарафинизации масел. Растворение полимера в маслах является причиной инверсии фаз, обнаруженной при микроскопическом исследовании. Растворение молекул СКЭПТ в битумных маслах подтверждается также методом термического анализа компонентов БПС (таблица 4.10).

Следует отметить, что при добавлении полимера в битум структурно-групповой состав смол практически не изменяется, а основные изменения происходят в составе масляных компонентов. Фракционный состав масел из БПС с ПЭь ПЭ2, ПЭз и ПЭ4 практически не отличается от состава масел исходного битума. Для БПС со СКЭПТ, ТПМі и ТПМ2 наблюдается снижение показателя термического анализа F, характеризующего соотношение легких и тяжёлых фракций, что связано с растворением в маслах высокомолекулярных молекул СКЭПТ. Для БПС с 1111 увеличение потерь массы на 1 стадии термоокислительной деструкции связано, вероятно, с расслоением системы при хранении.

Методом ДСК выявлено изменение температуры и энтальпии плавления твердых парафинов, выделенных из масляных компонентов БПС. Наибольшие значения температуры и энтальпии плавления по сравнению данными показателями парафинов из исходного битума имеют БПС с ПЭ2 и ПЭз (таблица 4.11). При этом практически неизменившееся содержание парафинов в маслах из этих БПС (таблица 4.9) и увеличение содержания кристаллической фазы в парафинах свидетельствует о том, что компоненты полимера, перешедшие в масла, способствуют кристаллизации более низкомолекулярных парафиновых углеводородов битума [164]. Отсутствие кристаллической фазы в парафинах, выделенных из БПС с СКЭПТ, связано с тем, что аморфные молекулы полимера, присутствующие в количестве равном содержанию парафина, препятствуют кристаллизации высокомолекулярных углеводородов.

Таким образом, экспериментально доказано, что улучшение свойств битумов при введении в них полиолефинов заключается, во-первых, в увеличении количества дисперсной фазы, а, во-вторых, модификации дисперсионной среды битума. Кристаллическая часть полимера образует новую фазу (наполнитель битума), при определении компонентного состава битума она соосаждается совместно с асфальтенами. Аморфная часть модифицирует дисперсионную среду, увеличивая её вязкость. Необходимым условием равномерного распределения модификатора в композиции является его поликристалличность.

СКЭТП, являясь полностью аморфным полимером, полностью переходит в дисперсионную среду, он распределяется в битуме равномерно и образует непрерывную эластичную сетку.

Следует отметить, что наиболее низкие значения температуры хрупкости (Тхр = -8 С), наряду с улучшением высокотемпературных свойств, наблюдаются при использовании смесевых поликристаллических полиолефиновых модификаторов, например, промышленно выпускаемого модификатора марки ТПМ. Механизм модифицирующего действия смесевого ОТЭП можно представить следующим образом. Аморфная часть (длинные одиночные цепи или «хвосты» кристаллитов) ПЭ и СКЭПТ переходят в дисперсионную среду, модифицируя её. Кристаллиты ПЭ выполняют роль структурных узлов, придавая системе прочность. Преимуществом смесевого модификатора является возможность изменения его состава в зависимости от уровня требуемых свойств. Так, при получении битумполимерных систем с улучшенными пластическими свойствами в качестве основного компонента смесевого модификатора можно рекомендовать для практического использования полиолефины с температурой плавления выше 130 С и степенью кристалличности порядка 40 %. При добавлении их в битум обеспечиваются наилучшие пластические и реологические свойства, а именно интервал пластичности выше 115 С, наиболее высокие значения динамической вязкости (при 60 С Ло 3,5x10 Пз), предельного напряжения сдвига (при 60 С то 9,5 103 дин/см") и низкие значения индекса текучести (при 60 С ИТ 0,54). На примере двух партий модификатора ТПМ, отличающихся составом пластифицирующей добавки показано, что увеличение содержания в ней моно- и бициклических ароматических углеводородов способствует повышению растворимости кристаллитов полиолефинов. Показано влияние состава пластификатора (минерального масла) на свойства получаемых БПС.

Похожие диссертации на Влияние химического состава и структуры окисленных битумов на пластические свойства битумполимерных систем