Владимир Турчанинов - Технология кровельных и гидроизоляционных материалов Страница 9

Битумы нефтяные изоляционные: БНИ-IV-3, БНИ-IV, БНИ-V; применяют для изоляции трубопроводов от коррозии [13].

Битумы хрупкие марок Б, В и Г выпускают для лакокрасочной промышленности [22]. Характеризуются высокой температурой размягчения (от 100 °С до 135 °C), малой пенетрацией (от 5° до 10°) при 25 °С, полной растворимостью в льняном масле.

Жидкие битумы при нормальных условиях характеризуются жидкой консистенцией [16]. В зависимости от класса и вязкости различают марки:

– среднегустеющие – СГ 40/70 , СГ 70/130, СГ 130/200;

– медленногустеющие – МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200, МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200. Битумы марок МГО получают из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или из их смесей.

Цифры в маркировке – условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при температуре 60 °C.

Битумы класса СГ – среднегустеющие, получают разжижением вязких дорожных битумов легкими фракциями нефтепродуктов; классов МГ и МГО – медленногустеющие. Битумы класса МГ получают разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами.

При получении битумов класса СГ в качестве разжижителя используют бензин, лигроин, керосин; при получении медленногустеющих – масляные нефтепродукты, природные смолистые нефти, мазут.

При разжижении битумов вязкие битумы нагревают до температуры от 80 °C до 90 °С, если применяют лёгкие разжижители, и от 130 °C до 140 °С при использовании более тяжелых разжижителей. Последние также предварительно нагревают в отдельной емкости, а затем добавляют в разжижаемый битум при перемешивании.

Жидкие битумы используют как подогретыми до 100 °C, так и в холодном состоянии (при температуре от 15 °С до 20 °C). Со временем жидкие битумы загустевают за счет испарения летучих фракций, окисления и других процессов.

К основным свойствам жидких битумов относят условную вязкость, скорость загустевания, свойства остатка после испарения летучих фракций (температура размягчения), адгезию, температуру вспышки, погодоустойчивость.

5.1.2 Дёгти

Дегти представляют собой органические вяжущие вязкой или жидкой консистенции, получаемые при сухой (деструктивной, без доступа воздуха) перегонке твёрдых видов топлива (каменного или бурого угля, торфа, сланцев, древесины).

Наилучшими являются каменноугольные; их применяют для гидроизоляции.

5.1.2.1 Химический и групповой состав

Дёгти состоят из высокомолекулярных углеводородов, в основном ароматического ряда, и их производных, т.е. соединений углеводородов с S, N, O.

Дёгти характеризуются переменным групповым составом, который определяют при фракционной разгонке.

В дёгтях содержатся:

– твёрдые углистые неплавкие вещества, нерастворимые в органических растворителях – “свободный углерод”;

– твёрдые неплавкие дёгтевые смолы, растворимые в пиридине;

– вязкопластичные плавкие дёгтевые смолы, растворимые в бензоле и хлороформе (придают дёгтям эластичность);

– жидкие дёгтевые масла (лёгкие – с температурой кипения ниже 170 °C, средние – от 170 °С до 270 °C, тяжёлые – от 270 °С до 300 °C, антраценовые – от 300 °С до 360 °C). При перегонке сырых дегтевых смол получают жидкие фракции и твердый остаток – пек. Пек – черная хрупкая масса плотностью от 1,25до 1,3 г/см3. В его состав входят смолистые вещества, свободный углерод и дисперсные частицы угля и кокса.

Дегти – сложная дисперсная система, в которой средой являются масла, а дисперсной фазой – “свободный углерод” и твердые смолы. На поверхности частиц углерода находятся слои молекул вязкопластичных смол, кислых и основных веществ. В дегте имеются как анион-, так и катионактивные вещества, благодаря которым дегти имеют хорошую адгезию как к основным, так и к кислым подкладкам. В присутствии ПАВ дегти быстро окисляются и полимеризуются, а, следовательно, и стареют быстрее, чем битумы. Их структура менее устойчива, чем у битумов.

Примерный состав каменноугольных дёгтей, %:

– дёгтевые масла – от 60 до 80;

– вязкопластичные смолы – от 10 до 15;

– твёрдые смолы – от 5 до 10;

– свободный углерод (нерастворимая часть) – от 5 до 25;

– нафталин – не более 7;

– антрацен – не более 10;

– фенолы – не более 5.

5.1.2.2 Получение дёгтей

Дегти производят главным образом из каменных обогащённых углей в процессе коксования последних. В зависимости от конструкции печи процесс может протекать при различных температурных режимах:

– высокотемпературный – от 1250 °C до 1300 °С;

– среднетемпературный – от 1100 °С до 1200 °C;

– низкокотемпературный – от 500 °C до 700 °С.

Чем ниже температура переработки, тем в большем количестве образуются летучие вещества, которые направляются в холодильники и конденсируются. В состав конденсата входит сырой дёготь и аммиачная вода. Выход дёгтя около 5 % от массы угля.

Отделение дёгтей от воды осуществляется в дёгтеотстойниках, из которых дёготь направляется в дёгтеперегонную установку. Дёгтеперегонные установки бывают периодического и непрерывного действия.

Установка периодического действия, схема которой представлена на рисунке 32, имеет в своём составе теплообменник-обезвоживатель, из которого обезвоженный дёготь направляется в перегонный куб, а пары воды в холодильник, а затем в виде конденсата в накопительную ёмкость. Из перегонного куба, имеющего автономный подогрев, пары дёгтя отправляются в теплообменник-обезвоживатель, а затем в холодильники, а из них конденсат сливается в сборники продуктов перегонки, в каждом из которых собирается определённая фракция. Отбор фракций осуществляется поочерёдно от низкотемпературной к высокотемпературной.

По окончании перегонки в кубе остаётся пек, который затем сливается в пекотушитель (пеки воспламеняются при температуре около 400 °C).

5.1.2.3 Свойства дёгтей

Свойства дёгтей зависят от их состава и структуры. Основным свойством является вязкость, быстро понижающаяся при повышении температуры. Условная вязкость характеризуется временем истечения в секундах 50 мл дёгтя через отверстие диаметром 5 или 10 мм при температурах 30 °C или 50 °С. Определение проводят на стандартных вискозиметрах. В зависимости от вязкости выделяют марки: Д1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5 и Д-6.

Для получения дёгтя требуемой вязкости часто сплавляют два дёгтя различной вязкости либо сплавляют дёготь с пеком. Такие дёгти называют составленными, в то время как полученные перегонкой – отогнанные.

Дёгти – биостойки, имеют чёрный цвет, токсичны. Температура вспышки – от 150 °C до 190 °С, а воспламенения – от 180 °C до 270 °С. Истинная плотность – от 1,1 до 1,3 г/см3.

Вследствие испарения легколетучих фракций, а также окисления и полимеризации ненасыщенных высокомолекулярных углеводородов дёгти быстро стареют и теряют погодоустойчивость.

Для повышения вязкости, теплоустойчивости и улучшения других свойств в каменноугольную смолу или низкомарочный дёготь при температуре от 180 °С до 200 °C вводят серу и серусодержащие материалы. При этом наблюдается дегидратация углеводородов и изменение межмолекулярных связей.

1, 2 – сборники продуктов перегонки; 3, 4 – водяные холодильники; 5 – теплообменник-обезвоживатель; 6 – шлемовая труба; 7 – вертикальный куб; 8 – сливная труба;

9 – пекотушитель; 10 – пековая емкость

Рисунок 32 – Технологическая схема дегтеперегонной установки периодического действия

Улучшения качества дёгтей также достигают введением минеральных дисперсных наполнителей в количестве до 30 % (молотый известняк, доломит, каменноугольная и цементная пыль). Такие дёгти называют наполненными. Их марки: ДН-7 с вязкостью C1050 от 3 до 70 с и ДН-8 с вязкостью C1050 от 70 до 120 с.

5.1.3 Основные мономеры, олигомеры, полимеры и сополимеры

В технологии гидроизоляционных материалов всё большее применение находят полимеры, которые используются в качестве добавок в ГИМ.

Исходным сырьем для получения полимеров являются мономеры и олигомеры. Мономеры представляют собой простейшие углеводороды с различным характером цепи. Простейшим из них является метан СН4, молекулы которого не склонны к полимеризации.

Более сложные углеводороды с многоатомными цепями уже обладают способностью к полимеризации. Различают мономеры:

1) с неразветвлёнными (нормальными) цепями, например, этан Н3С – СН3 , пропан Н3С – СН2 – СН3, бутан Н3 С – СН2 – СН2 – СН3 и т.д.;

2) с разветвлёнными цепями, например,

3) с кольцевыми (циклическими) цепями, например,

Углеводороды с насыщенными связями обладают малой химической активностью. Углеводороды с разветвлёнными цепями называют парафинами, а с кольцевыми – циклопарафинами. Они входят в состав битумов, существенно снижая их активность.