Способ получения стабилирующей добавки из целлюлозы для асфальтобетонных смесей

(51) 08 95/00 (2009.01) 04 26/26 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ и повышающих их битумоудерживающую способность и сдвигоустойчивость асфальтобетона. Технический результат расширение ассортимента стабилизирующих добавок и возможность их получения из сельскохозяйственных отходов - достигается тем,что в способе получения стабилизирующей добавки из целлюлозы, согласно изобретению, в качестве исходного сырья используют солому пшеницы, риса или их шелуху, исходное сырье измельчают и подвергают делигнификации путем обработки раствором гидроксида натрия концентрацией 2 - 6 при температуре не менее 90 С в течение 2 - 4 часов, после чего продукт отжимают, промывают горячей водой до нейтральной реакции промывных вод, затем холодной водой, сушат при температуре 80 С в течение 2,5 - 3,5 часов и размалывают полученную фракцию до содержания волокон размером 1,0 - 2,0 мм не менее 80.(72) Асматулаев Борис Айсаевич Асматулаев Руслан Борисович Турсумуратов Мурат Туякович Амирханов Жамаладин Абдиразакович Бакунович Азнавур Борисович Абдрасулова Альфия Саметовна Исламов Герс Абубакирович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский Научноисследовательский и проектный институт дорожнотранспортных проблем ДОРТРАНС(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ(57) Изобретение относится к получению стабилизирующих добавок для асфальтобетонных смесей, способствующих нерасслаиваемости смесей 23164 Изобретение относится к получению стабилизирующих добавок для асфальтобетонных смесей, способствующих нерасслаиваемости смесей и повышающих их битумоудерживающую способность и сдвигоустойчивость асфальтобетона. Известен способ получения целлюлозной стабилизирующей добавки,включающий взаимодействие целлюлозы с метилхлоридом(Касторных Л.И., Добавки в бетоны и строительные растворы - Ростов на Дону Феникс, 2007, с. 29). Указанная добавка имеет недостаточно высокую стабилизирующую активность. Известен способ получения стабилизирующей добавки для щебеночно мастичного асфальтобетона,при котором в битумную эмульсию добавляют резиновую крошку с диаметром частиц 0,5 - 0,9 мм и масло, перемешивают при 300 об/мин для набухания резины в течение 0,5 часа. Затем в нее вводят предварительно распушенные волокна из сульфитной оберточной целлюлозы с предпочтительно ионогенными ПАВ,алюмосиликат, например, полевой шпат, и полиакриламид. Все тщательно перемешивают в течение 10 минут. Смесь гранулируют с помощью экструдера и сушат. Готовую добавку в виде гранул добавляют в щебеночно - мастичный асфальтобетон в количестве 0,2 - 0,5 (патент РФ 2222559, кл. С 0895/00, 2004). Получение предварительно распушенных волокон из сульфитной оберточной целлюлозы требует значительных трудозатрат и предполагает использование не целлюлозных отходов, а готового продукта из целлюлозы. Задачей изобретения является разработка способа получения целлюлозной стабилизирующей добавки для асфальтобетонных смесей,способствующей нерасслаиваемости смеси,повышающей битумоудерживающую способность и сдвигоустойчивость при повышенных транспортных нагрузках. Технический результат расширение ассортимента стабилизирующих добавок и возможность их получения из сельскохозяйственных отходовдостигается тем,что в способе получения стабилизирующей добавки из целлюлозы, согласно изобретению, в качестве исходного сырья используют солому пшеницы, риса или их шелуху, исходное сырье измельчают и подвергают делигнификации путем обработки раствором гидроксида натрия концентрацией 2 - 6 при температуре не менее 90 С в течение 2 - 4 часов, после чего продукт отжимают, промывают горячей водой до нейтральной реакции промывных вод, затем холодной водой, сушат при температуре 80 С в течение 2,5 - 3,5 часов и размалывают полученную фракцию до содержания волокон размером 1,0 - 2,0 мм не менее 80. Одной из составляющих недревесных растений,количество которой достигает 30, является лигнин. Лигнин придает жесткость клеточным стенкам и в недревесных растениях действует как межклеточное связующее вещество. 2 Для достижения необходимого качества получаемой фракции целлюлозы ставилась задача делигнификации соломы пшеницы, соломы риса или их шелухи с удалением продуктов неволокнистого характера, таких как компоненты жировосковой и водорастворимой фракций. Способ осуществляют следующим образом. Исходную солому пшеницы или риса после измельчения стеблей на отрезки длиной 1,5-2,0 см подвергают делигнификации путем щелочной обработки раствором гидроксида натрия,концентрацией 2, 4 и 6. Шелуху пшеницы или риса измельчать не обязательно. Щелочную обработку исходного сырья путем щелочной варки проводят при температуре 100 С, при этом продолжительность процесса составляет 3 часа. Продукт отжимают от щелоков, отмывают до нейтральной реакции промывных вод горячей водой, затем холодной водой для удаления из волокна водорастворимых примесей и щелочи, а затем высушивают при температуре 80 С в течение 3 часов и размалывают на вибрационной мельнице до содержания волокон размером 1,0-2,0 мм не менее 80. Лигнин связывает волокна в структуре соломы пшеницы, риса или их шелухи. В химических процессах приготовления целлюлозы волокна высвобождаются путем применения химических веществ, растворяющих лигнин, а именно гидроксида натрия. Таким образом, лигнин и многие другие органические вещества (в том числе жировосковая и водорастворимая фракции) переходят в раствор. После выделения из исходного сырья компонентов неволокнистого характера (лигнин,компоненты жировосковой и водорастворимой фракций) основную ценность в полученном продукте представляет фракция -целлюлозы и соответственно меньшее содержание остатка лигнина. Концентрация гидроксида натрия в растворе,равная 4-6, обеспечивает возможность полного извлечения лигнина,содержащегося в лигноуглеводной матрице. В период варки в растворе с указанной концентрацией гидроксидные соединения натрия практически полностью вступают во взаимодействие с лигноуглеводным комплексом с последующей фрагментацией макромолекул лигнина и переводом его водорастворимых фрагментов в раствор. При большей концентрации раствора гидроксида натрия углеводный комплекс разрушается незначительно,что подтверждается экспериментальными данными. Обработка варкой исходного сырья в растворе гидроксида натрия помимо выделения лигнина и компонентов жировосковой и водорастворимой фракций приводит к набуханию и частичному разрыхлению волокон. Это является предпосылкой для более глубокого воздействия раствора гидроксида натрия при заявленной концентрации на волокна и эффективной делигнификации. 23164 Состав и физико - химические показатели свойств полученной добавки представлены в таблице 1. Для определения химического состава и физикохимических свойств полученной добавки использованы следующие показатели влажность по ГОСТ 16932-93 содержание -целлюлозы по ГОСТ 6840-78 содержание лигнина по ГОСТ 11960-79 термостойкость при температуре 220 С по изменению массы при прогреве по ГОСТ 310152002. Рентгенофазовый анализ полученной добавки выполнен на дифрактометре 8 в СКаизлучении. Образцы целлюлозы из пшеничной или рисовой соломы или их шелухи были исследованы на растровом электронном микроскопе -840 фирмыс рентгеновским микроанализатором -860 серии П. Для определения показателей устойчивости к расслаиванию щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей были приготовлены смеси с различным содержанием полученной целлюлозной стабилизирующей добавки. Устойчивость смеси к расслаиванию определяли по показателю стекания вяжущего, по ГОСТ 310152002, приложение В. При содержании добавки 0,3 - 0,5 мас. этот показатель составил соответственно 0,07 - 0,09,(по ГОСТу 0,07 - 0,15). Физико-механические показатели образцов асфальтобетона, изготовленных из щебеночномастичных асфальтобетонных смесей с предлагаемой добавкой, представлены в таблице 2. Результаты испытаний свидетельствуют о том что при введении в щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси свыше 0,30 добавки водонасыщение образцов асфальтобетона не превышает требуемых значений, предел прочности при сжатии образцов при температурах 20 С и 50 С находится в допустимых пределах. Исследования водостойкости при длительном водонасыщении образцов щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей показали, что образцы из смесей с применением исследуемой добавки в количествах 0,30, 0,40 и 0,45 менее восприимчивы к разрушающему воздействию воды. Стабилизирующая добавка из соломы пшеницы,риса или их шелухи придает щебеночно-мастичному асфальтобетону (ЩМА) свойства, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 31015-2002. Таким образом, решена задача получения волокнистой целлюлозной стабилизирующей добавки химической переработкой нетрадиционного сырья в водном растворе гидроксида натрия. Предлагаемый способ получения волокнистой целлюлозной стабилизирующей добавки обладает рядом достоинств. Это нетрадиционное, дешевое сырье, его экологическая чистота, отсутствие смол доступность сырьевой базы низкая себестоимость продукта даже при маломасштабных объемах производства простота химической переработки исходного сырья. Получена стабилизирующая добавка с высокими показателями термостойкости и содержания волокон технической целлюлозы, соответствующая требованиям ГОСТ 31015-2002, предъявляемым к стабилизирующим добавкам щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей. Проведенные испытания смесей и образцов подтвердили целесообразность применения предлагаемой стабилизирующей добавки в виде технической целлюлозы как перспективного компонента для производства щебеночномастичных асфальтобетонных смесей (ЩМА) и асфальтобетона на их основе. Таблица 1 Значение показателя Фактическое при концентрации раствора гидроксида натрия 2 4 6 Массовая доля в стабилизирующей добавке,лигнин - 14,2 2,5 1,5 целлюлоза 72,3 83,5 84,3 Влажность,по массе 4,2 3,90 47 Термостойкость при температуре 220 С по изменению 2,9 0,4 0,3 массы при прогреве,Содержание волокон длиной от 0,1 до 2,0 мм,80,0 83,0 88,3 Значение показателя для ,дорожноклиматических зон Содержание добавки Требования 0,30 0,35 0,4 0,45 0,5 ГОСТ 310152002 15,09 15,0 15,0 15,09 15,0 от 15 до 19 9 9 9 3 23164 Остаточная пористость,Водонасыщение,по объему образцов,отформованных из смесей Предел прочности при сжатии, МПа при температуре 20 С при температуре 50 С Сдвигоустойчивость коэффициент внутреннего трения сцепление при сдвиге при температуре 50 С, МПа Трещинностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0 С,МПа Водостойкость при длительном водонасыщении ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения стабилизирующей добавки из целлюлозы, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют солому пшеницы, риса или их шелуху, исходное сырь измельчают и подвергают делигнификации путм обработки раствором гидроксида натрия концентрацией 2-6 при температуре не менее 90 С в течение 2 - 4 часов, после чего продукт отжимают, промывают горячей водой до нейтральной реакции промывных вод, затем холодной водой, сушат при температуре 80 С в течение 2,5 - 3,5 часов и размалывают полученную фракцию до содержания волокон размером 1,0 - 2,0 мм не менее 80.