Нужны отечественные эмульгаторы

Сообщение "Об участии академической науки в развитии современных дорожных технологий", сделанное директором Института общей и неорганической химии НАНБ Николаем Крутько на научно-практической конференции "Современные дорожные технологии", состоявшейся 13 сентября в рамках выставки "Будпрагрэс-2000"

Битум - это сложная система, содержащая по групповому составу асфальтены, масла и смолы.

Фактически существуют две технологии получения окисленных и остаточных битумов. (Вторая используется на Западе, но для этого нужно определенное сырье, в частности, тяжелые нефти, для того чтобы получить определенное содержание смол, обеспечивающее большую силовую прочность сцепления с минеральными материалами.)

Если в процессе окисления часть масел переходит в смолы, а смолы соответственно в асфальтены, если режим окисления является жестким, асфальтены превращаются в карбены, карбоиды, то есть углеродные структуры, которые обладают хрупкостью и не обладают эластичными свойствами (что и приводит к разрушению дорожных покрытий).

В настоящих условиях перестроить технологию национального битумного производства (как на Новополоцком, так и на Мозырском НПЗ) на производство остаточных битумов нереально. Да это скорее всего и нереально. Ведь финансирование нефтепереработки будет направлено в первую очередь на оптимизацию производства светлых нефтепродуктов (бензинов, дизтоплива, масел).

Битум же продукт, являющийся наиболее важным для дорожников, не является продуктом первостепенной важности для нефтепереработчиков.

Беседы со специалистами Полоцкого государственного университета и Новополоцкого НПЗ убеждают в необходимости попыток смягчения режима окисления. В результате должен быть получен битум с большим содержанием смол (и в то же время не переокисленный).

Это - проблема получения не только битума, но и асфальтобетона. Если температура превышает 180 оС, то процессы старения протекают очень быстро, особенно будучи усиленными фактором присутствия минеральных материалов.

В области оптимизации технологии получения улучшенного битума прогрессивным представляется подход Минского облдорстроя, связанный с эксплуатацией локальных битумных установок. Ведь чем меньше производительность агрегата, тем легче регулируются характеристики производимого на нем материала.

То есть прежде чем говорить о модификаторах битума, следует сделать все, чтобы получить изначальный продукт с улучшенными свойствами.

Что же касается модифицирования битума, то оно может осуществляться с помощью неполярных реагентов, тех же масляных фракций, для того, чтобы улучшить групповой состав.

В настоящее время исследуется возможность получения адгезионной прочности к битумоминеральному материалу за счет адгезионных добавок. Имеются в виду поверхностные катионно-активные вещества. Фактически это те же эмульгаторы, которые используются для получения эмульсий.

Существует проблема разложения этих добавок при высоких температурах - их термическая стабильность невысока.

Планируется совместная с БелдорНИИ работа ИОНХ в направлении поиска путей обработки самого минерального материала поверхностно-активными веществами и солями. Дело в том, что породы Беларуси являются кислыми, и минеральные материалы несут отрицательный заряд с точки зрения теории электролитической диссоциации. В самом битуме смолы, за счет которых происходит взаимодействие (асфальтены), также несут отрицательный заряд. Поэтому в итоге адгезия оказывается слабой.

Однако есть возможность, применяя определенные добавки, изменить природу поверхности минерального материала, чтобы улучшить сцепление.

Подход, в соответствии с которым внимание обращается лишь на качество битума, но не на минеральный материал, неверен.

В Беларуси многое сделано в области внедрения холодных дорожных технологий. Получен кубовидный щебень.

Работа по исследованию различных минеральных материалов карьеров Минской области с целью получения гравий-эмульсионных смесей нужных характеристик убедила в необходимости точного знания гранулометрического и минерального состава этих материалов.

Значение гранулометрии немаловажно, так как представляется возможность использования метода непрерывной гранулометрической кривой для получения смесей максимальной плотности, обладающих минимальным количеством пустот.

Химический состав (особенно содержание глинистых, пылевидных частиц) определяется с помощью рентгенофазового анализа. Глинистые частицы, обладая высокой адсорбционной способностью, поглощают основное количество эмульгатора, который вследствие этого в большинстве своем не попадает на основные материалы.

Больше всего в институте работают с битумными эмульсиями. Битумная эмульсия - это сугубо коллоидная система. Основная проблема, связанная с такой системой, есть проблема регулирования ее устойчивости. В процессе транспортирования и хранения система должна быть устойчивой, при контакте же с минеральным материалом она должна разрушаться с определенной скоростью.

В зависимости от применяемой технологии бывает нужда в медленноразрушающихся, среднеразрушающихся либо быстроразрушающихся эмульсиях. Скорость распада эмульсии зависит от множества факторов (природа эмульгатора, битума, минерального материала, концентрация реагентов, климатические условия).

Много исследований было проведено в области разработки рецептуры битумных эмульсий применительно к исходным материалам - битумам, минеральным материалам.

Перед институтом постоянно (что совершенно правильно) ставят задачу разработки отечественных эмульгаторов. Однако проблема эта является столь же сложной, сколь актуальной.

При ее решении в любом случае необходимо пройти три этапа.

Во-первых, следует собрать по возможности всю имеющуюся сегодня информацию о зарубежных эмульгаторах и оптимизировать ее по их стоимости и эффективности. Обязательно нужна относительная оптимизация (для какой технологии какой эмульгатор наиболее эффективен).

Во-вторых, следует на основе полупродуктов, производимых в России, Украине, Беларуси, получить эмульгаторы, используя методы конденсационного компаундирования и другие технологические приемы.

Третьим, основным этапом является синтез на основе всего этого эмульгаторов, которые существенным образом были бы связаны с сырьевой базой Беларуси, с использованием отечественных технологий.

Проведенные испытания позволили оценить технические возможности всех предприятий Беларуси с точки зрения возможности получения эмульгаторов, о которых идет речь. Совершенно очевидно, что для строительства новых заводов сегодня просто нет средств. Поэтому необходимо привязываться к таким технологиям, которые позволяют получать искомое с минимальными затратами и переделками. Это возможно на новополоцком "Полимире". (Известно, что для привлечения различных технологий необходимо обладать набором эмульгаторов. Получение диамина полиаминов возможно только на данном предприятии. Одной из основных компонент является акрилонитрил - чрезвычайно ядовитое вещество. Поэтому работать с ним можно только на месте.) Необходима кооперация с Россией и Украиной для того, чтобы была возможность формирования больших заказов предприятию. За небольшие заказы такие гиганты, как "Полимир", или "Нафтан" просто не возьмутся.

Что же касается нормативной и исследовательской базы обсуждаемых работ, то многие из элементов исследовательской базы безнадежно устарели. Например, сегодня невозможно обходиться только пенетрационными исследованиями. Необходимо проведение реологических исследований битумов и эмульсий, всестороннее изучение их вязкостных свойств. В США и Западной Европе подобные исследования уже введены в нормативные документы. Очень многих необходимых для таких исследований приборов у белорусских ученых нет. Например, такой показатель, как размер частиц битумной эмульсии, фактически включает влияние многочисленных факторов. Иногда в процессе получения битумной эмульсии приходится работать вслепую. Проанализировать результат есть возможность лишь после получения 30-50 тонн эмульсии и то грубо, ситовым методом. Размер частиц остается неизвестным. Существуют счетчики Култера, они на Западе стоят $30-40 тыс., аналоги которых (ничуть не худшие) стоимостью $10-12 тыс. производятся в Одессе. При этом возможна автоматизация определения размера частиц в процессе получения битумной эмульсии. Если видно, что размер частиц не удовлетворяет определенным требованиям, есть возможность немедленно прекратить процесс и не гнать брак. То же касается измерения зарядов частиц, сил поверхностного натяжения битумов.

Видится целесообразность участия Комитета по автомобильным дорогам РБ и облдорстроев страны в создании системы коллективного пользования дорогостоящими, но весьма нужными прикладной науке и производству строительных материалов приборами. Так или иначе, определенные средства на приобретение этих приборов затратить просто необходимо. Тогда можно будет перестать работать вслепую, постоянно следя за качеством исходного сырья и конечного продукта.

Существующий экстракционный метод определения группового состава трудоемок и длителен. Хроматографические методы и соответствующие приборы значительно ускоряют определение группового состава битумов и позволяют делать анализ эмульгаторов.

Год назад во время проведения в НАНБ совместно с Комитетом по автодорогам Беларуси и рядом других дорожных организаций страны конференции по битуму было принято решение о создании международного научно-исследовательского центра "Композиционные битумные материалы". Идею поддерживают коллеги из других стран СНГ, однако понятно, что существовать данный центр может только координационным началом Комитета по автодорогам, потому что если объединятся только научные организации, толку будет мало. Уже создана лаборатория двойного подчинения - ИОНХ и БелдорНИИ. Так или иначе, каждый участник любого научно-производственного объединения должен решать те задачи, которые принадлежат к традиционной области его деятельности.

Видна также необходимость разработки перспективной (лет на пять) комплексной программы, охватывающей вопросы и организационные, и научно-технические. Ибо наболевшие вопросы лучше всего обсуждать чаще, чем собираясь раз в год на конференцию.