RU2185878C1

RU2185878C1 - Emulsified asphalt

Info

Publication number: RU2185878C1
Application number: RU2001125205/04A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Хозин; Д.Б. Макаров; А.В. Мурафа; А.П. Рахматуллина; Р.А. Ахмедьянова; А.Г. Лиакумович; Т.К. Гибадуллин; В.И. Мошков
Original assignee: Хозин Вадим Григорьевич; Макаров Дмитрий Борисович
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: preparation of emulsified asphalt; highway engineering. SUBSTANCE: emulsified asphalt contains emulsifying agent obtained through saponification of fatty waste by aqueous solution of alkaline at heating. Used as fatty waste is secondary product of processing cottonseed oil formed after distillation of fatty acids of cotton-seed oil; ratio of components of emulsified asphalt is as follows, mass-%: bitumen, 50 to 55; secondary product of processing cottonseed oil, 0.5 to 1.0; NaOH, 0.15 to 0.3 or KOH, 0.2 to 0.4, water being the remainder. EFFECT: enhanced resistance of emulsion to separation. 2 tbl

Description

Изобретение относится к производству битумных эмульсий и может быть использовано в дорожном строительстве для их приготовления в качестве вяжущего для органо-минеральных смесей, холодных асфальтобетонов, устройства безрулонных кровель для гидроизоляционной защиты, а также для создания антикоррозионных покрытий. The invention relates to the production of bitumen emulsions and can be used in road construction for their preparation as a binder for organic-mineral mixtures, cold asphalt concrete, deviceless roofing for waterproofing protection, as well as to create anti-corrosion coatings.

Известны битумные эмульсии, содержащие битум и эмульгатор, в качестве которого используются высокомолекулярные жирные кислоты и их эфиры, содержащиеся, например, в остатках производства жирных кислот таллового масла, кубовых остатках синтетических жирных кислот, в госсиполовой смоле, талловом пеке, либо в продуктах их окисления, в жировой массе, с добавлением раствора щелочи [А. В.Бернштейн. Самопроизвольное эмульгирование битумов. Киев: изд. Наукова Думка, 1969, с. 18; SU 731 999 В 01 F 17/00, публ. 05.05.80; SU 612925, С 07 С 51/52, публ. 30.06.78; SU 933 857, Е 01 С 7/24, публ. 07.06.82; RU 2 071 455, С 04 В 26/26, публ. 10.01.97; SU 617 461, С 08 L 95/00, публ. 30.07.78] . В описанных эмульсиях эти вещества, вступая в реакцию нейтрализации со щелочью, образуют соли, обладающие поверхностно-активными свойствами, молекулы которых, адсорбируясь на поверхности раздела капелек битума, образуют защитные слои вокруг них и предотвращают коалесценцию (слияние) и расслоение эмульсии. Многие из перечисленных аналогов имеют недостаточную стойкость к расслоению, что ограничивает их использование в дорожном строительстве. Known bitumen emulsions containing bitumen and an emulsifier, which are used as high molecular weight fatty acids and their esters, are contained, for example, in the residues of tall oil fatty acids, bottoms of synthetic fatty acids, in gossypol resin, tall pitch, or in the products of their oxidation , in fat mass, with the addition of an alkali solution [A. V. Bernstein. Spontaneous emulsification of bitumen. Kiev: ed. Naukova Dumka, 1969, p. 18; SU 731 999 V 01 F 17/00, publ. 05/05.80; SU 612925, C 07 C 51/52, publ. 06/30/78; SU 933 857, E 01 C 7/24, publ. 06/07/82; RU 2 071 455, C 04 V 26/26, publ. 01/10/97; SU 617 461, C 08 L 95/00, publ. 07/30/78]. In the described emulsions, these substances, entering into the neutralization reaction with alkali, form salts with surface-active properties, the molecules of which, adsorbed on the interface of bitumen droplets, form protective layers around them and prevent coalescence (fusion) and separation of the emulsion. Many of these analogues have insufficient resistance to delamination, which limits their use in road construction.

Наиболее близким аналогом битумной эмульсии является битумная эмульсия в соответствии с А.с. SU 731 999, В 01 F 17/00, публ. 05.05.80, которая в качестве компонента содержит отход производства хлопкового масла - жировую массу, полученную при очистке сточных вод масло--жирового производства, и другие компоненты со следующим количественным соотношением, мас.%:
Битум - 50-60
Едкий натр - 0,3-0,35
Мировая масса - 1,0-1,2
Вода - Остальное
При этом жировая масса содержит жирные кислоты:
C₁₆ - 26,11%
C_18:1 - 21,88%
C_18:2 - 48,08%
и имеет следующие характеристики:
Кислотное число, мг КОН /г - 85-90
Число омыления, мг КОН /г - 76-81
Йодное число, г J₂/100 г - 80-95
Содержание жировых веществ, % - 42-48
Содержание нежировых веществ, % - 3-5
Содержание воды, мас.% - 30-40
Указанная эмульсия имеет тот недостаток, что технология подготовки отхода для использования жировой массы усложнена вследствие необходимости дополнительной операции в виде очистки сточных вод, а также для получения устойчивой эмульсии при реакции омыления требуется примерно в 4,5-4,7 раз больше количества щелочи, чем это необходимо по числу омыления, что свидетельствует о недостаточной эффективности эмульгатора, а значит, и устойчивости битумной эмульсии.The closest analogue of bitumen emulsion is a bitumen emulsion in accordance with A.S. SU 731 999, B 01 F 17/00, publ. 05.05.80, which as a component contains waste from the production of cottonseed oil - fat mass obtained during the treatment of wastewater oil - grease production, and other components with the following quantitative ratio, wt.%:
Bitumen - 50-60
Caustic soda - 0.3-0.35
World mass - 1.0-1.2
Water - Else
In this case, the fat mass contains fatty acids:
C ₁₆ - 26.11%
C _{18: 1} - 21.88%
C _{18: 2} - 48.08%
and has the following characteristics:
Acid number, mg KOH / g - 85-90
Saponification number, mg KOH / g - 76-81
Iodine number, r J _2/100 g - 80-95
The content of fatty substances,% - 42-48
The content of non-fat substances,% - 3-5
The water content, wt.% - 30-40
The specified emulsion has the disadvantage that the technology for preparing waste for the use of fat mass is complicated due to the need for additional operations in the form of wastewater treatment, as well as for obtaining a stable emulsion in the saponification reaction, approximately 4.5-4.7 times more alkali is required than this is necessary by the number of saponification, which indicates the lack of effectiveness of the emulsifier, and hence the stability of the bitumen emulsion.

Задачей изобретения является повышение эффективности эмульгатора и устойчивости эмульсии к расслоению при использовании отходов переработки хлопкового масла. The objective of the invention is to increase the efficiency of the emulsifier and the stability of the emulsion to delamination when using waste oils of cottonseed oil.

Задача решается рецептурой битумной эмульсии с использованием эмульгатора, полученного путем омыления жирового отхода водным раствором щелочи при нагревании, где в качестве жирового отхода используют вторичный продукт переработки хлопкового масла, образующийся после дистилляции жирных кислот хлопкового масла, а в качестве щелочи едкий натр или едкий калий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум - 50-55;
Вторичный продукт переработки хлопкового масла - 0,5-1,0;
NaOH - 0,15-0,3
Или
КОН - 0,2-0,4
Вода - Остальное
При этом вторичный продукт переработки хлопкового масла состоит из мономерных (30%):
C₁₄ - 0,2
C₁₆ - 6,5
C₁₈ - 7,8
C_18:1 - 12,9
C_18:2 - 2,6 в мас.%
и олигомерных (70%) карбоновых кислот и имеет следующие характеристики:
Кислотное число, мг КОН/г - 110-125
Число омыления, мг КОН/г - 150-165
Йодное число, г J₂/100 г - 80-90
Среднечисловая молекулярная масса - 1130
Содержание жировых веществ, мас.% - 84-88
Содержание нежировых веществ, мас.% - 4-6
Содержание воды, мас.% - 8-10
Эти характеристики были получены в процессе исследований указанного вторичного продукта переработки хлопкового масла авторами с использованием различных физико-химических и химических методов анализа: ЯМР-, ИК-спектроскопии, гельпроникающей хроматографии, хроматомасс-спектрометрии и др.The problem is solved by the formulation of a bitumen emulsion using an emulsifier obtained by saponification of fatty waste with an aqueous alkali solution when heated, where the secondary product of processing cottonseed oil formed after distillation of cottonseed fatty acids is used as fatty waste, and caustic soda or potassium hydroxide as alkali, in the following ratio of components, wt.%:
Bitumen - 50-55;
The secondary product of the processing of cottonseed oil is 0.5-1.0;
NaOH - 0.15-0.3
Or
KOH - 0.2-0.4
Water - Else
In this case, the secondary product of cottonseed oil processing consists of monomeric (30%):
C ₁₄ - 0.2
C ₁₆ - 6.5
C ₁₈ - 7.8
C _{18: 1} - 12.9
C _{18: 2} - 2.6 in wt.%
and oligomeric (70%) carboxylic acids and has the following characteristics:
Acid number, mg KOH / g - 110-125
Saponification number, mg KOH / g - 150-165
Iodine number, r J _2/100 g - 80-90
The number average molecular weight is 1130
The content of fatty substances, wt.% - 84-88
The content of non-fat substances, wt.% - 4-6
The water content, wt.% - 8-10
These characteristics were obtained in the course of studies of the specified secondary product of cottonseed oil processing by the authors using various physicochemical and chemical analysis methods: NMR, IR spectroscopy, gel permeation chromatography, mass chromatography spectrometry, etc.

При использовании такого компонента расходный коэффициент эмульгатора ниже, чем в прототипе; количества щелочи при ее более высоком содержании требуется примерно в 2,4 раза больше, чем необходимое по числу омыления по сравнению с указанным содержанием щелочи в 4,5-4,7 раз больше для прототипа, что свидетельствует о более эффективности эмульгатора и позволяет повысить физико-механические свойства и устойчивость эмульсии при ее хранении и транспортировке. Ввиду отсутствия необходимости обработки указанного отхода процесс производства эмульсии по сравнению с прототипом будет проще, так как не требует дополнительной операции по очистки отходов. When using such a component, the expenditure coefficient of the emulsifier is lower than in the prototype; the amount of alkali at its higher content requires about 2.4 times more than what is necessary in terms of saponification compared to the specified alkali content of 4.5-4.7 times more for the prototype, which indicates a more effective emulsifier and allows you to increase physically -mechanical properties and stability of the emulsion during its storage and transportation. In the absence of the need for processing the specified waste, the emulsion production process will be simpler than the prototype, since it does not require additional waste treatment operations.

В табл. 1 приведены составы компонентов в нескольких вариантах предлагаемого изобретения и прототипа для битумной эмульсии, в табл. 2 -свойства битумной эмульсии в соответствии с изобретением, эмульсии с использованием прототипа. In the table. 1 shows the compositions of the components in several variants of the invention and the prototype for bitumen emulsion, in table. 2 properties of a bitumen emulsion in accordance with the invention, emulsion using a prototype.

Для приготовления различных вариантов эмульсий используют битумы нефтяные дорожные по ГОСТ 22245-76 марок БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, при этом марку битума назначают с учетом климатических условий района дорожного строительства и конструктивного слоя дорожной одежды. For the preparation of various types of emulsions, oil road bitumen is used in accordance with GOST 22245-76 of the BND 200/300, BND 130/200, BND 90/130, BND 60/90, BND 40/60 grades, while the bitumen brand is assigned taking into account the climatic conditions of the region road construction and structural layer of pavement.

Для приготовления анионных эмульсий использована мягкая вода с показателем жесткости не выше 3 мг-экв/л. For the preparation of anionic emulsions, soft water was used with a hardness index of not higher than 3 mEq / l.

Процесс приготовления эмульсии заключается в объединении в эмульсионной машине битума и водного раствора эмульгатора, дозируемых в соответствии с предлагаемыми соотношениями. Температура нефтяного битума, поступающего в эмульсионную машину, зависит от используемой марки битума; для марки БНД 90/130 она должна быть в пределах 120-140^oС. Температура водного раствора эмульгатора, поступающего в эмульсионную машину, должна быть в пределах 60-80^oС. Температуру битума и раствора эмульгатора следует назначать так, чтобы суммарная температура не превышала 200^oС для исключения вспенивания смеси и выбрасывания ее из машины.The process of preparation of the emulsion consists in combining in the emulsion machine bitumen and an aqueous solution of an emulsifier, dosed in accordance with the proposed ratios. The temperature of the oil bitumen entering the emulsion machine depends on the brand of bitumen used; for brand BND 90/130 it should be in the range of 120-140 ^o C. The temperature of the aqueous emulsifier solution entering the emulsion machine should be in the range of 60-80 ^o C. The temperature of bitumen and emulsifier solution should be set so that the total temperature does not exceeded 200 ^o With to prevent foaming of the mixture and throwing it out of the machine.

Для приготовления эмульсии может быть использована установка периодического действия. To prepare the emulsion, a batch unit may be used.

Технология получения битумной эмульсии включает следующие операции:
- приготовление водного раствора эмульгатора: в 49,3 л воды при использовании КОН или 49,35 л для NaOH, нагретой до температуры 60-80^oС, вводят вторичный продукт переработки хлопкового масла в количестве 0,5 кг и едкий калий в количестве 0,2 кг либо едкий натр в количестве 0,15 кг. Полученную смесь перемешивают при той же температуре в лопастной мешалке в течение 3 ч со скоростью вращения ротора 100 об/мин.;
- в готовый водный раствор эмульгатора при работе ротора мешалки 300 об/мин вводят тонкой струей разогретый до 120^oС битум в количестве 50 кг, и эта операция занимает около трех минут;
- готовую битумную эмульсию хранят в закрытых емкостях, препятствующих испарению воды.The technology for producing bitumen emulsion includes the following operations:
- preparation of an aqueous solution of an emulsifier: in 49.3 l of water when using KOH or 49.35 l for NaOH heated to a temperature of 60-80 ^o C, the secondary product of processing cottonseed oil in the amount of 0.5 kg and caustic potassium in the amount of 0 are introduced , 2 kg or caustic soda in an amount of 0.15 kg. The resulting mixture was stirred at the same temperature in a paddle mixer for 3 hours with a rotor speed of 100 rpm .;
- in the finished aqueous emulsifier solution when the rotor of the stirrer is 300 rpm, a bitumen of 50 kg is heated up to 120 ^° C with a thin stream, and this operation takes about three minutes;
- the finished bitumen emulsion is stored in closed containers, preventing the evaporation of water.

Контроль качества эмульсии осуществляется в процессе приготовления эмульсии визуально. Эмульсии испытывают через сутки после приготовления. Перед испытаниями каждую пробу эмульсии процеживают через сито с сеткой 1,25, смоченной 1% раствором едкого натра, температура эмульсии должна быть 20^oС+ 2^oС. Определение свойств эмульсии осуществлялось в соответствии с ГОСТ 18659-81. Эмульсии битумные дорожные. Технические условия. Государственный комитет по делам строительства, М.: изд. Стандартов, 1981.The quality control of the emulsion is carried out in the process of preparing the emulsion visually. Emulsions are tested one day after preparation. Before testing, each sample of the emulsion is filtered through a sieve with a 1.25 mesh moistened with a 1% sodium hydroxide solution, the temperature of the emulsion should be 20 ^o C + 2 ^o C. Determination of the properties of the emulsion was carried out in accordance with GOST 18659-81. Emulsions are bituminous road. Technical conditions State Committee for Construction, M .: ed. Standards, 1981.

Claims

Bitumen emulsion, including bitumen and fatty waste with an aqueous solution of alkali, characterized in that as a fatty waste use a secondary product of processing cottonseed oil, formed after the distillation of fatty acids of cottonseed oil, and as alkali - caustic soda or caustic potassium, in the following ratio components, wt. %:
Bitumen - 50-55
The secondary product of the processing of cottonseed oil - 0.5-1.0
NaOH - 0.15-0.3
or
KOH - 0.2-0.4
Water - Else