Антиоксиданты, технология, в резину и битумы, Симферополь

данный тип антиоксидантов применяется в качестве добавок в битумы и рти для увеличение сопротивления ультрафиолетовому излучению, температурам и озону.

О пригодности добавки ДИАФЕНИЛ РТ, в качестве ингибитора старения битумов и
модификатора адгезии.
Процесс старения - это совокупность необратимых изменений структуры, физических и механических свойств битумов, имеющих место во время их хранения, технологической переработки и эксплуатации.
Устойчивость битумов против старения обусловливает стабильность основных характеристик битумно-минеральных покрытий под действием различных эксплуатационных и погодно-климатических факторов, и тем самым способность покрытий выполнять свое назначение в течение заданного срока службы.
Главным фактором, вызывающим старение битумов, являются высокие температуры, кислород воздуха, вода, поверхность минеральных материалов, агрессивные химические соединения, механические нагрузки.
Технологическая переработка битума, связанных с его разогревом и перемешиванием с минеральными материалом при температуре (160-170) ⁰С, вызывает интенсивное старение битума, которое проявляется в снижении его "клеящей" способности с одновременным увеличением ломкости, частичной потерей пластических свойств.
Действие воды сводится к растворению и вымыванию низкомолекулярных компонентов, ослабление взаимодействия на границе раздела вяжущая-минеральная поверхность, провоцирует ускорение химических реакций.
Процессами, которые вызывают необратимые изменения состава и свойств битумов, является испарение легко летучих составляющих с молекулярной массой до 400, оксиполимеризация и дегидрополиконденсация. Два последних процессы обусловлены действием кислорода воздуха и являются доминирующими.
Поэтому наиболее активный фактор старения-действие кислорода воздуха, которая усиливается влияние тепла и солнечной радиации, то есть термоокислительная действие.
Установлено, что старение битумов под действием кислорода и термообработки происходит в три этапа.
Первый этап связан с формированием коагуляционной структуры конденсационной с асфальтенов, образующиеся из смол и углеводородов в процессах полимерицации и конденсации.
На втором этапе происходит дальнейшее развитие и уменьшение структуры за счет асфальтенов, образующиеся из смол при переходе углеводородов в смолы с той же скоростью. В связи с этим межмолекулярные слои уменьшаются и достигают минимальной толщины. При этом образуется структура, имеющая максимальную прочность. Коезия в этот момент максимальна.
Третий этап (собственно старение) связан с падением прочности и разрушением пространственной структуры из-за высоких внутренних напряжений, возникающих в отдельных узлах и элементах жестокой структурной сетки.
При старении изменяется качественный состав смол в сторону увеличения содержания высокомолекулярных смол, а углеводородов - в сторону увеличения парафино-нафтеновых в общей сумме углеводородов. Это происходит как за счет большей устойчивости к окислению этой группы углеводородов, так и за счет накопления парафинов при отрыве боковых цепей в процессах полимеризации и конденсации ароматических ядер.
Таким образом, старение сопровождается изменением группового химического состава, структуры, и как следствие, механического поведения битумов.
В соответствии с этим, старение можно исследовать по изменению любых физико-механических свойств, главное, чтобы они менялись весьма заметно.

Поэтому важным вопросом является выбор режима искусственного старения, т.е. проведение ускоренных испытаний, а также определение физико-механических показателей, характеризующих изменение свойств испытываемых образцов.
Существует ряд методов для оценки старения битумов, имитирующие природные факторы, свет, воздухе, воздух, кислород, озон, вода и т.д.. Однако, как правило, суммарное действие факторов старения дает результаты, трудно интерпретируются.

В связи с этим, учитывая наиболее интенсивное действие, как основные, выбранные термоокислительная факторы.
Принятый на сегодняшний день стандартами многих стран метод ускоренного старения битума путем прогревания в тонком (3,8-4) мм слое в течение 5 часов при температуре 163 ⁰С (ГОСТ 18180) дает результаты, хорошо согласующиеся с результатами, полученными при эксплуатации битума в дорожном покрытии течение одного года.
На базе полученных экспериментальных данных по выявлению изменений свойств вяжущего после прогрева 163 ⁰С установлено, что глубина проникновения иглы при 25 ⁰С и температура размягчения по кольцу и шару являются наиболее чувствительными показателями по сравнению с другими характеристиками.
Эффективным способом замедления процессов старения битумов является введение в них ингибиторов старения-веществ, тормозящих химические реакции окисления.
Замедляющая действие различных веществ на процесс окисления битумов может быть обусловлена ​​их взаимодействием со свободными радикалами, которые всегда присутствуют в разном количестве в битумах, вследствие чего образуются радикалы, способные продолжать реакционные цепи.
Наиболее эффективные ингибиторы окисления нефтепродуктов - антиоксиданты найдены среди ароматических аминов, фенолов, аминофенола, нафтолов, аминонафтолы подобное.
Действие антиоксидантов тесно связана с цепным механизмом окислительных реакций. главную роль в этих реакциях играет пероксидных радикал. Подвижный водород фенолов (2,3-атомные фенолы, триалкилфенолы, 1,2-нафтолы) и ароматических аминов (аминофенолы) легко отрывается и присоединяется к радикалу RO2, подается на два радикала. эти радикалы в большинстве случаев образца рекомбинируют, образуя устойчивые соединения.
Следует отметить, что в отличие от широкого и многостороннего использования ингибиторов в полимерной, резинотехнической, нефтехимической промышленностях, практика введения добавок ингибиторов в битумы еще не получила до сих пор распространение. Поэтому разработка отечественных ингибиторов-антиоксидантов, одним из представителей которых является
ДИАФЕНИЛ РТ, - важная задача, актуальность которого не вызывает сомнений.
Цель исследования ингибитора старения ДИАФЕНИЛ РТ - выявление влияния добавки на процесс старения битумов и асфальтобетонов на их основе.
Определялись температура размягчения (КиШ), пенетрация (П25) и показатель сцепления битумов марок БНД 60/90, БНД 90/130 с различным содержанием ингибитора ДИАФЕНИЛ РТ до и после старения (прогревание в тонком слое при температуре 163 ⁰С и в массе при температуре 180 ⁰С в течение 5 часов), а также физико-механические характеристики асфальтобетонов на их основе по ГОСТ 4044, ГОСТ 9128 по методам испытаний по ГОСТ 11501, ГОСТ 11506, ГОСТ 18180, ГОСТ В 2.7.-89-99 из изменением № 1 (п.24, п.28), ДСТУ Б 2.7-81-98.
Выбор данных вяжущих для проведения испытаний связан с наибольшей распространенностью битумов марок БНД 60/90, БНД 90/130.
Содержание ДИАФЕНИЛа РТ меняли от 0,5 до 2,5% масс. битума.
Технология модификации битумов добавкой состоит из следующих операций:
- Нагрев битумов до температуры плавления;
- Введение ДИАФЕНИЛ РТ при постоянном перемешивании;

Как показали испытания, битум с добавкой ДИАФЕНИЛ РТ более 1,5% масс. практически не стареет: температура размягчения не меняется, а снижение показателя пенетрации составляет не более 16%, в то время как в битума без добавки температура размягчения увеличивается на 3,5 ⁰С, а пенетрация снижается на 35%.
Неизменность температуры размягчения означает, что содержание асфальтенов, как основных структуросоставляющих элементов битума и наиболее подверженных старению, не меняется. ДИАФЕНИЛ РТ полностью блокирует дальнейшую конденсацию асфальтенов и их старения. Замедляются более чем в два раза по сравнению с битумом без добавки и процессы полимеризации (поликонденсации) масляных компонентов битума. Растет по сравнению с исходным битумом адгезионная активность битума с добавкой ДИАФЕНИЛ РТ (на 1,0-1,5 балла пятибалльной шкале), что позволит в большинстве случаев не применять специальные адгезионные добавки.

Оптимальное содержание ДИАФЕНИЛ РТ составляет 2,0% масс. При более высоком содержании ДИАФЕНИЛ РТ (до 2,5%) заметного усиления ингибирующего влияния на битум не наблюдаемой.
Прогрев битума с 0,5% масс. ДИАФЕНИЛ РТ в массе при температуре 180 ⁰С в течение 5 часов показал, что температура размягчения не изменилась, а потери пенетрации составили около 10% за счет испарения летучих фракций, т.е. битум практически не стареет.