Влияние компонентного состава битума на свойства полимербитумных композиций

Для начала определимся, что такое «настоящая» битумно-полимерная мембрана (БПМ). Это продукт, содержащий такое количество полимера-модификатора, которое оказывается достаточным для создания армирующей матрицы в объеме нефтебитума, а также для инверсии фазы «полимер в битуме» в фазу «битум в полимере». «Настоящие» БПМ отличаются высокими эксплуатационными характеристиками (теплостойкость и гибкость на холоде) и сопротивлением термоокислительному старению. Увидеть отличие «настоящей» БПМ от «псевдо»-мембраны можно, рассматривая поверхность мембраны (или поверхность расплава образца битумно-полимерного вяжущего) в специальный микроскоп с флуоресцентной приставкой при 100-кратном увеличении. Рассуждая о «настоящих» и «псевдо»-мембранах, ряд авторов в своих публикациях на страницах периодических изданий рассматривали лишь один тип полимера-модификатора — стирол-бутадиен-стирольный термоэластопласт (СБС ТЭП). Однако в мире широко используется и другой полимер-модификатор нефтебитумов — атактический полипропилен (АПП). Следует отметить, что в России широко распространено ложное мнение об АПП-модифицированных мембранах, как о продуктах, предназначенных для регионов с теплым климатом. Доказательством этого утверждения обычно служит факт массового производства этого типа материалов именно в �талии. Для разъяснения сути вопроса я должен кратко изложить историю возникновения АПП-мембран. Первые битумно-полимерные материалы были внедрены в �талии в начале 60-х гг. Предпосылкой к этому послужило открытие в середине 50-х гг. Дж. Натта синтеза полипропилена, промышленное производство которого было начато в 1961 г. на заводе Motecatini в Терни. �з-за несовершенства катализатора выход стереорегулярного («изотактического») полипропилена составлял около 90%, остальная часть приходилась на долю аморфного продукта (АПП), который сначала не находил применения. �дея об использовании АПП для модификации битума была предложена инженером Эрвином Брейнером из г. Монфальконе. Первый материал был выпущен в 1963 г. на заводе Vetroasfalto и получил торговую марку Viapol. В дальнейшем появились новые предприятия, такие как NORD BITUMI, DERBIT, IMPER, POLYGLASS. СБС-модифицированные полимербитумные материалы появились несколько позже. В 1966 г. компания SHELL начала производство СБС-каучука (первоначально — линейной структуры), который сначала использовался в производстве обуви. В конце 60-х гг. SHELL выпустила продукт Сariphalt FR, представлявший собой битум, модифицированный СБС, который нашел применение на кровельных заводах. Одним из первых СБС-модифицированные мембраны начала выпускать компания SIPLAST в 1969 г. В дальнейшем производство этого типа мембран получило широкое распространение в Европе, особенно в Германии и Франции, где располагаются заводы фирмы SHELL, производящие эти продукты. Позднее две другие европейские компании, FINA CHEMICALS в Бельгии и ENICHEM в �талии, начали производство СБС-каучуков, известных под торговыми марками «Финапрен» и «Европрен». Лицензия на производство СБС была продана также в �спанию (фирма Repsol, продукт Calprene), чем обусловлено производство этого типа материалов в стране с жарким климатом. Нужно заметить, что часто критики АПП-модифицированных мембран приводят в качестве аргумента тот факт, что они не производятся в Скандинавских странах, забывая при этом упомянуть, что в этих странах до сих пор в значительных количествах производятся и мембраны на окисленном битуме, которые выпускаются такими известными фирмами как МATAKI (Швеция), KATEPAL и Lemminkainen (Финляндия). На наш взгляд, сложившаяся практика по преимущественному использованию для модификации битумов именно полимеров типа СБС содержит в себе «скрытый подводный камень»: уверены ли производители СБС-модифицированных битумов и кровельных материалов, что выбор полимера-модификатора сделан правильно (если не принимать во внимание экономические соображения). �з работ, проведенных рядом зарубежных исследователей, в частности специалистами �сследовательского центра компании Shell в Амстердаме, а также Патриком Конье из фирмы PRS, известно, что существуют битумы по своему химическому компонентному составу, подходящие как для модификации полимерами типа СБС, так и для модификации полимерами типа АПП. В целом химический компонентный состав битума выражается, как точка трех координат: • процент содержания ароматических углеводородов; • процент содержания смол; • процент содержания суммы насыщенных углеводородов и асфальтенов. Возникает вопрос: а на каких же битумах по химическому компонентному составу работают отечественные производители кровельных материалов? Завод «�зофлекс» имеет оборудование и владеет методикой для определения химического компонентного состава нефтебитумов. В лаборатории завода создана база данных по химическому компонентному составу кровельного битума марок БНК 40/180 и БНК 45/190 производства ООО «ПО К�НЕФ», г. Кириши. Сама процедура определения химического компонентного состава битума вошла в перечень параметров при входном контроле на заводе «�зофлекс». Кроме сведений по химическому компонентному составу собственного битума-сырья, мы имеем некоторые данные по химическому компонентному составу битумов других заводов. Все битумы без исключения располагаются около области, соответствующей модификации полимером типа АПП. Данных по химическому компонентному составу киришского битума достаточно много, чтобы видеть границы варьирования «качества» кровельного битума, полученного по технологии предприятия ООО «ПО К�НЕФ». Данные по битумам других заводов — это единичные результаты. Тем не менее, тенденция ясна: на том сырье, которое перерабатывается в России, малоокисленные битумы имеют компонентный состав, соответствующий для модификации полимером типа АПП. У более окисленных марок битума идет сдвиг компонентного состава вправо ввиду уменьшения содержания ароматики и увеличения содержания асфальтенов с последующим уходом в запредельную область.Такие битумы, по большому счету, вообще не могут рассматриваться как объекты для модификации (если не затрагивать тему компаундирования битумов). Если бы отечественный производитель кровельных материалов выбрал полимер-модификатор АПП (как это сделано на заводе «�зо-флекс»), то у него были бы все шансы получить «настоящую» битумно-полимерную мембрану (БПМ). Добавляя достаточное количество полимера, вплоть до максимального, можно получить такой материал, в эксплуатационных характеристиках которого (гибкость на холоде —20/—25 оС, теплостойкость до 130—140 оС) проявятся все достоинства АПП-модификатора в полной мере. Но производитель кровельных материалов выбрал модификатор типа СБС. В мальтеновой фазе малоокисленного битума присутствуют и парафино-нафтеновые, и ароматические углеводороды. Не так много ароматики, как было бы нужно, но вполне достаточно, чтобы вобрать в себя некоторое количество полимера-модификатора (далекое от максимального) и даже обеспечить инверсию фаз при достаточной дозировке полимера. Но о том, какой могла бы быть «настоящая» СБС-модифицированная битумно-полимерная мембрана (БПМ) на соответствующем высокоароматичном нефтебитуме, нам остается только догадываться. Мы считаем, что «настоящую» БПМ с надежными эксплуатационными показателями и долгим сроком службы можно получить на малоокисленном битуме, причем с максимальным успехом на АПП-модификаторе. Производителю нужно хорошо представлять, какое у него битумное сырье, и сознательно выбирать систему полимеров-модификаторов, исходя из того, хочет ли он получить недешевую «настоящую» БПМ или относительно дешевую «псевдо»-мембрану. А покупателю также следует постоянно вооружаться знаниями, решиться и все же выбрать «настоящую» БПМ, чтобы, потратив деньги, действительно «забыть» о кровле на 15—20 лет.