Главная. • Кровельные материалы • Устойчивость битумно-полимерных материалов

Устойчивость битумно-полимерных материалов к старению

Появление на Российском рынке широкой гаммы современных битумно-полимерных рулонных кровельных материалов закономерно ставит вопрос о критерии качества, которым могли бы воспользоваться фирмы, занятые проектированием и устройством кровли.

Если не принимать во внимание ценовой показатель, который не может быть использован для оценки эксплуатационных качеств материалов, то такие параметры, как теплостойкость, гибкость на холоде, зачастую могут иметь у новых материалов одинаковые или близкие значения. Гораздо более важным фактором является устойчивость материалов к старению, то есть возможность прогнозирования срока службы. Следует отметить, что отечественные стандарты на кровельные и гидроизоляционные материалы не предусматривают оценки изменения свойств в процессе теплового старения.

Старение битума протекает в основном по двум механизмам:

  • термодистилляция под действием теплоты;
  • термоокислительное старение при совокупном воздействии теплоты, кислорода воздуха и УФ-излучения.
  • Термодистилляция заключается в испарении легколетучих компонентов битума, приводящем к концентрированию тяжелых компонентов и, как следствие, повышению температуры размягчения и охрупчиванию. Трмоокислительное старение выражается в реакции кислорода воздуха с окисляемыми компонентами битума при одновременном воздействии тепла и УФ-излучения, которая протекает в основном по радикальному механизму. Необходимым условием для ее развития является наличие достаточно большой площади контакта.

    В случае использования совместимых с данным битумом полимеров в достаточных количествах, происходит образование полимерной матрицы, в которой распределен битум. Поэтому решающими факторами, определяющими устойчивость к старению полимербитумов являются стабильность полимерной матрицы и устойчивость полимерных модификаторов к воздействию тепла, кислорода, УФ-излучения и т. д. В случае нарушения этих условий процесс старения ускоряется во много раз.

    Для прогнозирования долговечности материалов в лабораторных условиях часто используется выдержка битумно-полимерного вяжущего в вентилируемой печи при 70°С в течение 6 месяцев [3]. При этом по существующим нормам гибкость на холоде состаренных образцов должна составлять 0°С для битума, модифицированного атактическим полипропиленом (АПП). Для ускоренных испытаний используется также выдержка при температуре 80°С, которая и была применена в настоящей работе. Данная методика используется лабораторией фирмы «Polyglass» — поставщика оборудования и технологий для нашего завода, а также институтом BDA (Нидерланды). В таких условиях после 7 суток старения гибкость материала быть не выше -10°С, после 14 суток — не выше -5°С и после 28 суток — не выше 0°С.

    Для приготовления битумно-полимерных композиций использовался битум кровельный БНК 45/190 (ГОСТ 9548-74) производства ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез», атактический полипропилен (ТУ 6-05-1901—81) производства Томского НХК, атактический полипропилен импортного производства. В качестве инертного наполнителя использовалась доломитовая мука. Старение образцов проводилось при температуре +80°С в течение 6 месяцев в вентилируемой печи с проверкой показателя гибкости на холоде через 7, 14, 28 суток, а также через 2, 4 и 6 месяцев. Гибкость на холоде определялась согласно (ГОСТ 2678—94) на брусе диаметром 20 мм. Полученные данные представлены на рис. 1 и 2.

    На рис. 1 представлена типичная картина термического старения образцов композиций разного состава, полученных из битума, модифицированного импортным атактическим полипропиленом. Как видно, все они укладываются в рекомендованные пределы ухудшения гибкости во времени.

    На рис. 2 представлена картина термического старения десяти образцов композиций, полученных из битума, модифицированного атактическим полипропиленом, производства Томского НХК, как в чистом виде, так и в сочетании с АПП импортного производства.

    При сопоставлении данных по термическому старению битумно-полимерных композиций (рис. 2) с их составом (см. таблицу), выяснилось, что образцы №№ 1—6, не выдержавшие испытание, были двухкомпонентные; один из компонентов обладал низкой вязкостью (вязкость по Брукфильду при 180°С — менее 1000 сПз) и его массовая доля составляла 2—10 %.

    Усложнение состава битумно-полимерной композиции, использование трех и более компонентов с разными показателями вязкости, а следовательно и молекулярной массой, позволило получить более стабильные полимерные матрицы, которые уже могли противостоять термическому старению. Так, например, образец № 10, успешно выдержавший испытание на термостарение, представляет собой трехкомпонентную битумно-полимерную композицию, причем доля компонента с пониженной вязкостью составляет не более 2 %. Образцы №№ 7,8,9 выдержавшие испытание на термическое старение, представляли собой битумно-полимерные композиции, приготовленные с использованием АПП импортного и российского производства. При этом в образцах №№ 7 и 8 соотношение концентраций обоих модификаторов было равное, в образце № 9 составляло 6:1. Как и следовало ожидать, он оказался наиболее устойчивым.

    Итак, битумно-полимерные композиции, содержащие АПП с низкой вязкостью, склонны к интенсивному термическому старению. Данный вывод согласуется с зарубежными данными.

    Разные типы АПП отличаются молекулярной массой. Поскольку точка размягчения АПП с различной молекулярной массой близка и составляет около 150°С, то наиболее простым способом классификации АПП является измерение вязкости по Брукфильду при температуре 180 С. Молекулярная масса полимера и величина вязкости находятся в прямой зависимости. Высокомолекулярный АПП-продукт может длительное время подвергаться воздействию кислорода воздуха и повышенной температуры, прежде чем станут заметны дефекты из-за разрыва молекул. В случае низкомолекулярных АПП-модификаторов уже кратковременное воздействие повышенной температуры и кислорода воздуха ведет к существенным дефектам в материале и снижению потребительских свойств.

    Таким образом, с точки зрения устойчивости к старению, оптимальным является использование АПП с большой молекулярной массой. В производственных условиях это не всегда возможно, так как в этом случае битумно-полимерные композиции не будут технологичными из-за очень большой вязкости. Поэтому на практике необходимо использование многокомпонентной системы, обеспечивающей наряду с высокой устойчивостью к старению и хорошие технологические свойства.

     

    г. Москва, Золоторожский пер., д.6.
    тел/факс: +7 (495) 585 3516
    email: infoctsnab.ru