Улучшение деформативных свойств битумов
Для улучшения деформативных свойств битумов предложено вести окисление сырья в присутствии добавок предварительно окисленных тяжелых парафино-нафтеновых углеводородов. Такими добавками могут быть окисленный петролатум, кубовые остатки производства синтетических жирных кислот (СЖК), концентраты оксикислот кубового остатка СЖК. Эти добавки, введенные в количестве 5—20% от массы окисляемого сырья, расширяют интервал пластичности получаемого битума, улучшают его адгезионные свойства и ускоряют процесс окисления в 1,5—2 раза.
Предложение основано на следующих теоретических предпосылках. Хрупкость битумов при низких температурах обусловливают асфальтены, поэтому для получения битумов, отличающихся пластичностью при низких температурах, необходимо увеличение пластичности асфальтенов. С этой целью технологические процессы при производстве битумов должны быть направлены на пластификацию асфальтенов. Пластификация «внутренняя» может быть осуществлена введением длинноцепных алкильных радикалов в молекулы асфальтенов, т. е. алкилированием. Посредством обогащения состава битумов смолами, которые могут служить пластификаторами асфальтенов, обогащением растворяющей среды (мальтенов) углеводородами ароматического ряда достигается внешняя пластификация.
Для получения битумов, отличающихся теплоустойчивостью при повышенных температурах в условиях эксплуатации дорожных покрытий, технологические процессы при производстве битумов должны быть направлены на увеличение молекулярной массы асфальтенов. Для получения битумов, имеющих хорошее сцепление с каменными материалами, необходимо вводить активные полярные группы.
Исследования показали, что уменьшение содержания в сырье парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов с показателем преломления не выше 1,51 ухудшает показатели температуры хрупкости, температуры размягчения, интервала пластичности. Можно компенсировать недостаток в указанных углеводородах для глубо-кообезмасленного сырья, т. е. битумов деасфальтизации за счет высокомолекулярных нефтяных фракций, богатых парафино-нафтеновыми углеводородами и в первую очередь фракциями парафинов или петролатума. Однако высокомолекулярные парафинистые фракции мешают окислению других углеводородов, а присутствие их в неокисленном виде ухудшает адгезионные свойства битумов. Поэтому очевидно, для получения необходимого эффекта высокомолекулярные парафинонафтеновые фракции должны быть предварительно окислены (можно в присутствии перманганата калия), при этом наиболее ценной стадией окисления должна быть стадия получения оксикислоти эфиров. Оксикислоты парафинового ряда при окислении и воздействии тепла образуют полиэфирные смолы, являющиеся энергичными пластификаторами.
При окислении гудрона западно-сибирских нефтей в присутствии 10% оксикислот кубового остатка СЖК был получен битум 90/130 с температурой размягчения 60°С, температурой хрупкости ниже —40°С и растяжимостью при 0°С, равной 40 см. При окислении с этой же добавкой битума деасфальтизации из урало-волжских нефтей был получен дорожный битум 60/90 с температурой размягчения 68°С и температурой хрупкости —28°С, растяжимостью при 0°С, равной 13 см. Эти битумы имеют отличное сцепление с минеральными материалами как кислого, так и основного характера. Близкий к этому эффект дает введение в окисляемое сырье таких окисленных нефтяных фракций, как окисленный петролатум, парафиновый оксидат и т. п.