vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2022-12-3-471-478vuzbiochemi-853Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGYИсследование влияния природы пластификатора на свойства полимер-битумных композиций методом флуоресцентной микроскопииStudy into the effect of plasticizer nature on the properties of polymer-bitumen compositions via fluorescence microscopyhttps://orcid.org/0000-0003-3679-4941ЛукинА. С.LukinA. S.

Андрей Сергеевич Лукин, аспирант

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Andrey S. Lukin, Postgraduate Student

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074

lukin3095@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6218-5619ЖитовР. Г.ZhitovR. G.

Роман Георгиевич Житов, к.х.н., технический директор

665806, г. Ангарск, 37-й квартал, 1-й промышленный массив, стр. 35

Roman G. Zhitov, Cand. Sci. (Chemistry)

35, First industrial area, 37th quarter, Angarsk, 665806

zhitov@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0999-6313БаяндинВ. В.BayandinV. V.

Виктор Владимирович Баяндин, к.т.н., доцент

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Victor V. Bayandin, Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074

bayandinvv@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7889-0574ШаглаеваН. С.ShaglaevaN. S.

Нина Савельевна Шаглаева, д.х.н., профессор,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Nina S. Shaglaeva, Dr. Sci. (Chemistry), Professor

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074

shaglaevans@yandex.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationООО «Байкальский битумный терминал»РоссияLLC “Baikal bitumen terminal”Russian Federation202209102022123471478Copyright © Лукин А.С., Житов Р.Г., Баяндин В.В., Шаглаева Н.С., 20222022Лукин А.С., Житов Р.Г., Баяндин В.В., Шаглаева Н.С.Lukin A.S., Zhitov R.G., Bayandin V.V., Shaglaeva N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/853

Данная работа посвящена исследованию влияния природы пластификатора на свойства полимер-битумных композиций методом флуоресцентной микроскопии. На сегодняшний день нефтяные дорожные битумы для строительства автомобильных, мостовых и аэродромных покрытий не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям по трещиностойкости, теплостойкости, эластичности, адгезии к поверхности минеральных материалов. Введение в состав нефтяных дорожных битумов термоэластопластов, пластификаторов и поверхностно-активных веществ значительно повышает эксплуатационные свойства покрытия. Наилучшие результаты получены при использовании блоксополимера стирола и бутадиена, индустриального масла и катионного поверхностно-активного вещества на основе полиаминоамидов и полиаминоимидазолинов. Выбор в качестве пластификатора индустриального масла обусловлен хорошей совместимостью с битумом и полимером, а также высокой температурой вспышки – 200 °С. Содержание парафино-нафтеновых углеводородов в индустриальном масле больше 70%. Несмотря на большой объем производства индустриального масла, наблюдается острый дефицит этого продукта нефтехимии из-за широкого применения, поэтому интенсивно ведутся исследования по замене индустриального масла в составе сополимера полимерно-битумно вяжущего. В данной работе предложено использование в качестве пластификаторов при создании полимерно-битумного вяжущего тяжелого газойля, полученного при каталитическом крекинге и замедленном коксовании, тяжелой смолы пиролиза, экстракта селективной очистки масел, таллового масла. В этой связи исследовано влияние предложенных пластификаторов на коллоидную структуру полимерно-битумного вяжущего методом флуоресцентной микроскопии. Исходные полимерно-битумные вяжущие получены на предприятии АО «АНХК» (г. Ангарск) по ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол–бутадиен–стирол». Определен групповой состав исследуемых пластификаторов. Доказано, что для получения устойчивого к расслоению полимерно-битумного вяжущего требуются пластификаторы с содержанием ароматических соединений больше 60%.

The paper studies how the nature of the plasticizer affects the properties of polymer-bitumen compositions using the fluorescence microscopy. The current petroleum road bitumen used for the construction of road, bridge, and airfield pavements does not meet the requirements for cracking/heat resistance, elasticity, and adhesion to the mineral material surface. Pavement performance characteristics can be significantly improved by introducing thermoplastic elastomers, plasticizers, and surfactants into the composition of petroleum road bitumen. The best results were obtained when using a block copolymer of styrene and butadiene, industrial oil, and cationic surfactant on the basis of polyaminoamides and polyaminoimidazolines. The choice of industrial oil as a plasticizer is attributed to its good compatibility with bitumen and polymer, as well as its high flash point (200 °С). The content of paraffin-naphthenic hydrocarbons in industrial oil is over 70%. Although industrial oil is produced in large quantities, an acute shortage of this petrochemical product is observed due to its wide application; thus, intensive studies are underway to replace industrial oil in the composition of the polymer-bitumen binder. It is proposed to use heavy gas oil produced via catalytic cracking and delayed coking, heavy pyrolysis tar, solvent-extracted oil, and tall oil as plasticizers in the creation of the polymer-bitumen binder. In this connection, the effect of proposed plasticizers on the colloidal structure of the polymer-bitumen binder was studied using the method of fluorescence microscopy. Initial polymer-bitumen binders were produced at ANHK (Angarsk) according to GOST R 52056-2003 Polymer-Bitumen Road Binders Based on Styrene-Butadiene-Styrene-Type Block Polymers. The group composition of the plasticizers under study was determined. It was shown that in order to obtain a polymer-bitumen binder resistant to stratification, plasticizers having a content of aromatic compounds of over 60% are required.

полимерно-битумные вяжущиефлуоресцентная микроскопияпластификаторнефтяной дорожный битумсополимер стирол–бутадиен–стиролpolymer-bitumen bindersfluorescence microscopyplasticizerpetroleum bitumenstyrene-butadiene-styrene copolymerРабота выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 19-08-00342/19).This work was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research (project 19-08-00342/19).ReferencesГохман Л. М. Полимерно-битумные вяжущие материалы на основе СБС для дорожного строительства. М.: Информавтодор, 2002. 110 с.Gokhman L. M. Polymer-bitumen binders based on SBS for road construction. Moscow: Informavtodor; 2002. 110 p. (In Russian).Airey G. D. Fundamental binder and practical mixture evaluation of polymer modified bituminous materials // International Journal of Pavement Engineering. 2004. Vol. 5, no. 3. P. 137-151. https://doi.10.1080/10298430412331314146.Airey G. D. Fundamental binder and practical mixture evaluation of polymer modified bituminous materials. International Journal of Pavement Engineering. 2004;5(3):137-151. https://doi.10.1080/10298430412331314146.Polacco G. A review of the fundamentals of polymer-modified asphalts: asphalt/polymer interactions and principles of compatibility advances in colloid and interface science // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 224. P. 72-112. https://doi.10.1016/j.cis.2015.07.010.Polacco G. A review of the fundamentals of polymer-modified asphalts: asphalt/polymer interactions and principles of compatibility advances in colloid and interface science. Advances in Colloid and Interface Science. 2015;224:72-112. https://doi.10.1016/j.cis.2015.07.010.Gogoi R., Biligiri K. P., Das N. C. Performance prediction analyses of styrenebutadiene rubber and crumb rubber materials in asphalt road applications // Materials and Structures. 2016. Vol. 49, no. 9. P. 3479-3493. https://doi.10.1617/s11527-015-0733-0.Gogoi R., Biligiri K. P., Das N. C. Performance prediction analyses of styrenebutadiene rubber and crumb rubber materials in asphalt road applications. Materials and Structures. 2016;49(9):3479-3493. https://doi.10.1617/s11527-015-0733-0.Karger-Kocsis J., Meszaros L., Barany T. Ground tyre rubber (GTR) in thermoplastics, thermosets, and rubbers // Journal of Materials Science. 2013. Vol. 48, no. 1. P. 1-38. https://doi.10.1007/s10853-012-6564-2.Karger-Kocsis J., Meszaros L., Barany T. Ground tyre rubber (GTR) in thermoplastics, thermosets, and rubbers. Journal of Materials Science. 2013;48(1):1-38. https://doi.10.1007/s10853-012-6564-2.Alonso S., Medina-Torres L., Zitzumbo R., Avalos F. Rheology of asphalt and styrene-butadiene blends // Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45, no. 10. P. 2591-2597. https://doi.10.1007/s10853-010-4230-0.Alonso S., Medina-Torres L., Zitzumbo R., Avalos F. Rheology of asphalt and styrene-butadiene blends. Journal of Materials Science. 2010;45(10):2591-2597. https://doi.10.1007/s10853-010-4230-0.Diab A. Studying viscosity of asphalt binders and effect of varied production temperatures on engineering properties of hot mix asphalt mixtures // Canadian Journal of Civil Engineering. 2016. Vol. 44, no. 1. P. 1-9. https://doi.org/10.1139/cjce-2016-0383.Diab A. Studying viscosity of asphalt binders and effect of varied production temperatures on engineering properties of hot mix asphalt mixtures. Canadian Journal of Civil Engineering. 2016;44(1):1-9. https://doi.org/10.1139/cjce-2016-0383.Zhang F., Yu J., Wu S. Effect of ageing on rheological properties of storage-stable SBS/sulfur-modified asphalts // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 182, no. 1-3. P. 507-517. https://doi.10.1016/j.jhazmat.2010.06.061.Zhang F., Yu J., Wu S. Effect of ageing on rheological properties of storage-stable SBS/sulfurmodified asphalts. Journal of Hazardous Materials. 2010;182(1-3):507-517. https://doi.10.1016/j.jhazmat.2010.06.061.Airey G. D. Rheological properties of styrene butadiene styrene polymer modified road bitumens // Fuel. 2003. Vol. 82, no. 14. P. 1709-1719. https://doi.10.1016/S0016-2361(03)00146-7.Airey G. D. Rheological properties of styrene butadiene styrene polymer modified road bitumens. Fuel. 2003;82(14):1709-1719. https://doi.10.1016/S0016-2361(03)00146-7.Гохман Л. М., Гавриленко О. В. Влияние эластичности вяжущих на усталостную прочность полимерасфальтобетона // Наука и техника в дорожной отрасли. 2011. Т. 59. N4. С. 21-25.Gokhman L. M., Gavrilenko O. V. Influence of binding agent elasticity on fatigue resistance of polymer-asphalt concrete. Nauka i tekhnika v dorozhnoi otrasli = Science and Engineering for Highways. 2011;59(4):21-25. (In Russian).Тюкилина П. М., Гуреев А. А. Закономерности влияния состава пластификатора на эластичность и когезионную прочность полимерно-битумных вяжущих // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2018. N2. C. 12-16.Tyukilina P. M., Gureev A. A. Regularities of influence of plasticizer composition on elasticity and cohesion strength of polymer-bitumen binders. Neftepererabotka i neftekhimiya. Nauchno-tekhnicheskie dostizheniya i peredovoi opyt. 2018;(2):12-16. (In Russian).Гохман Л. М. Выбор полимера и приготовление ПБВ // Автомобильные дороги. 2016. N2. С. 55-61.Gokhman L. M. Polymer selection and PMB preparation. Avtomobil’nye dorogi. 2016;(2):55-61.Петров К. Р., Дауров З. С., Тихонов Р. С. Проблемы и способы устройства дорожных покрытий на слабых основаниях // Форум молодых ученых. 2017. Т. 16. N12. С. 1448-1452.Petrov K. R., Daurov Z. S., Tikhonov R. S. Problems and methods of road coverings construction on weak bases. Forum molodykh uchenykh. 2017;16(12):1448-1452. (In Russian).Беляев П. С., Полушкин Д. Л., Макеев П. В., Фролов В. А. Модификация нефтяных дорожных битумов полимерными материалами для получения асфальтобетонных покрытий с повышенными эксплуатационными характеристиками // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2016. Т. 22. N2. С. 264-271. https://doi.10.17277/vestnik.2016.02.pp.264-271.Belyaev P. S., Polushkin D. L., Makeev P. V., Frolov V. A. Petroleum bitumen modified by polymer materials for asphalt concrete surfacing with improved operational performance. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Transaction of the Tambov State Technical University. 2016;22(2):264-271. (In Russian). https://doi.10.17277/vestnik.2016.02.pp.264-271.Plewa A., Belyaev P. S., Andrianov K. A., Zubkov A. F., Frolov V. A. The effect of modifying additives on the consistency and properties of bitumen binders // Advanced Materials & Technologies. 2016. No. 4. P. 35-40. https://doi.10.17277/amt.2016.04.pp.035-040.Plewa A., Belyaev P. S., Andrianov K. A., Zubkov A. F., Frolov V. A. The effect of modifying additives on the consistency and properties of bitumen binders. Advanced Materials & Technologies. 2016;(4):35-40. https://doi.10.17277/amt.2016.04.pp.035-040.Polacco G., Stastna J., Biondi D., Antonelli F., Vlachovicova Z., Zanzotto L. Rheologe of asphalts modified with glycidylmethacrylata functionalized polymers // Journal of Colloid and Interface Science. 2004. Vol. 280, no. 2. P. 366-373. https://doi.10.1016/j.jcis.2004.08.043.Polacco G., Stastna J., Biondi D., Antonelli F., Vlachovicova Z., Zanzotto L. Rheologe of asphalts modified with glycidylmethacrylata functionalized polymers. Journal of Colloid and Interface Science. 2004;280(2):366-373. https://doi.10.1016/j.jcis.2004.08.043.Abdullah M. E., Zamhari K. A., Shamshudin M. K., Mohd Rosli H., Idham M. K. Rheological properties of asphalt binder modified with chemical warm asphalt additive // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 671. P. 1692-1699. https://doi.10.4028/www.scientific.net/amr.671-674.1692.Abdullah M. E., Zamhari K. A., Shamshudin M. K., Mohd Rosli H., Idham M. K. Rheological properties of asphalt binder modified with chemical warm asphalt additive. Advanced Materials Research. 2013;671:1692-1699. https://doi.10.4028/www.scientific.net/amr.671-674.1692.Евдокимова Н. Г., Егорова Н. А., Султанова Д. П., Куннакулова Э. М., Сережкина Н. Г. Формирование золь-гелевой наноструктуры дорожных битумов методом подбора группового химического состава // Нанотехнологии в строительстве. 2019. Т. 11. N5. С. 512-525. https://doi.10.15828/2075-8545-2019-11-5-512-525.Evdokimova N. G., Egorova N. A., Sultanova D. P., Kunakkulova E. M., Serezhkina N. G. The formation of the sol-gel nanostructures of road bitumen by selecting chemical group composition. Nanotekhnologii v stroitel’stve = Nanotechnologies in Construction. 2019;11(5):512-525. (In Russian). https://doi.10.15828/2075-8545-2019-11-5-512-525.Высоцкая М. А., Кузнецов Д. А., Литовченко Д. П., Барковский Д. В., Ширяев А. О. Пластификатор при производстве полимерно-битумных вяжущих — как необходимость // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2019. N5. С. 16-22. https://doi.10.34031/article_5cd6df466bb9e0.32764094.Vysotskaya M. A., Kuznecov D. A., Litovchenko D. P., Barkovskiy D. V., Shiryaev A. O. The need for a plasticizer in the production of polymeric-bitumen binders. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova = Bulletin of Belgorod State Technological University Named After V. G. Shukhov. 2019;(5):16-22. (In Russian). https://doi.10.34031/article_5cd6df466b-b9e0.32764094.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.