CC BY
120
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
А.В.Нехорошева
— кандидат химических наук, доцент кафедры экологии и естествознания, Нижневартовский государственный гуманитарный университет
Ф.Г. Унгер
— доктор химических наук, профессор, Томский государственный университет
В. П. Нехорошев
— доктор технических наук, профессор, Сургутский государственный университет
КАЧЕСТВО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ КАК ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА ГОРОДА
АННОТАЦИЯ. Транспорт на сегодняшний день играет уникальную роль, связывая в единую систему хозяйственной деятельности все важнейшие сферы материального производства. В статье рассмотрены тенденции и перспективы модификации битумов с применением полимерных присадок, улучшающих свойства битумов и асфальтобетона. При использовании высококачественных БПК материалов капитальный ремонт потребуется (в худшем случае) только через 5 лет за счет увеличения срока службы автомобильных дорог в 2—5 раз. Воздействие на окружающую среду, а также затраты на содержание дорог снижаются. Битумно-полимерные композиции, по сравнению с традиционными, экологически безопасны.
Transportation today plays a unique role connecting all the most important areas of material production into one system. Tendencies and prospects for bitumen modifications based on polymer additives, improving properties of bitumen and concrete, are considered in the article. When high quality BPC (bitumen polymer composites) materials are used, extensive repairs are required (in the worst case scenario) only after 5 years, as a result of the increase in the service life of roads by the factor between 2 and 5. The impact on the environment as well as maintenance expenditures are decreasing. Bitumen-polymer composites are ecologically clean when compared with the traditional ones
В настоящее время транспорт играет уникальную роль, связывая в единую систему хозяйственной деятельности все важнейшие сферы материального производства. При всем многообразии форм воздействия транспорта на природную среду, их источники можно разделить на два основных направления: 1) транспортные коммуникации, 2) транспортные средства.
Автотранспортные магистрали сегодня уже можно рассматривать как элемент «литосферы» урбоэкосистем. Интенсивное нагревание поверхностей асфальта, минимальное количество влаги, способной впитаться и проникнуть вглубь, является причиной перегрева почвы, что способствует возникновению на территории городов очагов плоскостной и овражной эрозии даже там, где она раньше не проявилась. В зависимости от литологических и топографических условий могут усиливаться процессы мерзлотного пучения почвы и грунта и солифлюкционного оплывания, что непосредственно сказывается на состоянии дорожной сети города.
Особенностью природно-климатических условий Ханты-Мансийского автономного округа — Югры являются суровые по температурному фактору и длительные по времени зимние периоды года. Наличие зон обледенения, мощного придорожного снежного отвала, применение противогололедных средств — все это в совокупности способствует разрушению
структуры асфальтобетонного покрытия, образованию трещин и выбоин и т.п. В настоящее время, особенно в региональной печати, тиражируется мнение о том, что определяющим моментом в состоянии дорожного полотна является не качество покрытия и подготовительных работ, а особенности грунтов региона. Какие же этапы процесса обустройства автодорожной сети города являются лимитирующими как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики?
Проведение подготовительных земляных работ, работ по сооружению земляного полотна, устройству дорожной одежды, ремонту и содержанию автомобильных дорог оказывает как механическое, так и химическое воздействие на почвы города. Для определения уровня воздействия технологических процессов строительства, ремонта и содержания дорог существует утвержденная методика (ВСН 8-89. Минавтодор РСФСР. М., 1989 [16]). Согласно данной методике, следует отдавать предпочтение технологиям с использованием материалов, позволяющим оказывать кратковременное воздействие на окружающую среду. Значение данного интегрированного показателя на территории Ханты-Мансийского автономного округа — Югры не превышает предпочтительного значения 1, которое свидетельствует о том, что существующая система создания асфальтовых покрытий оказывает минимальное отрицательное воздействие на окружающую природную среду. При сравнительной оценке вариантов технологических схем выполнения работ и применения материалов следует учитывать длительность отрицательного воздействия на окружающую природную среду. На данный момент, при использовании существующих технологий, ремонтные работы (в частности, на территории ХМАО — Югры) необходимо проводить каждые 2 года, чтобы поддерживать дороги в удовлетворительном состоянии. Возможно ли увеличить срок эксплуатации автодорог без ремонта, и, соответственно, уменьшить уровень воздействия на окружающую среду, а также затраты на проведение ремонтных компаний, и что для этого нужно сделать?
При решении задачи мы исходили из гипотезы, при которой условно принято, что подготовка дорожного полотна к асфальтобетонному покрытию выдержана в рамках принятого стандарта (то есть качество покрытия не может исправить недостатки подготовки дороги до ее асфальтирования).
Имеется несколько факторов, казалось бы, никак не связанных между собой, однако влияющих на качество дорожных покрытий из асфальтобетонов комплексно.
1. Качество дорожного битума. В странах с дорогами высокого качества основным материалом для изготовления дорожных битумов служит остаток перегонки нефти, полученный при достаточно высоком вакууме. Это приводит к тому, что реальная температура перегонки низка, полученный гудрон обладает достаточно высокой вязкостью и плотностью, сразу необходимыми параметрами температуры размягчения. Дорожный битум необходимой марки получается при этом исключительно путем смешивания, ни о каком окислении нет и речи. Выбор нефти дня получения битума осуществляется заранее, соотношение парафиновых, ароматических и смолисто-асфальтовых веществ является оптимально выдержанным, в результате срок службы дорог максимален.
Резкий скачок добычи и переработки нефти в СССР (сначала в Прикаспии, затем в Башкирии и Татарии и, наконец, в Сибири) потребовал ускоренных и облегченных способов ее переработки. Это привело к необходимости перерабатывать огромные количества нефтяных остатков, перегнанных при не очень высоком вакууме. Чтобы не допустить процессов разложения нефтяных гудронов и порчи целевых топливных продуктов, перегонка прекращалась при более низких температурах, что приводило к остаткам маловязким, неплотным, с весьма низкой температурой размягчения, не дававшей возможность получать дорожные битумы перемешиванием такого типа остатков. Тип нефтей, получавшийся при этом, был различный — от высокосернистых до высокоароматических и, наконец, высоко-парафинистых, и возможность применения остатков таких нефтей к битумному производству
была на тот момент проблематичной. Для решения этого был использован процесс окисления гудронов, предложенный и осуществленный в широких масштабах по предложению А. С .Колбановской.
Но на сегодняшний день можно с уверенностью сказать, что в ходе данного процесса невозможно получить кондиционный марочный дорожный битум, хотя с помощью температуры и продолжительности дутья на некоторых заводах страны достигалось соответствие показателям ГОСТа. Практическое же применение такого материала для дорожного строительства вело к короткоживущим и/или не выдерживающим необходимых нагрузок дорогам.
Этот период характеризовался всплеском количества авторских свидетельств и патентов на технологические особенности и рецептуру получения марочных битумов. Но это говорит не столько об активности научной мысли, сколько об экономической активности, поскольку если была бы известна природа структуры битума и связь его свойств с этой природой, появилось бы универсальное решение вопроса технологии и рецептуры.
Процесс получения битума, являющийся, с химических позиций, процессом окислительного дегидрирования радикального типа, неминуемо ведет, в большей или меньшей степени, к процессу коксования, т.е. процесс образования пачечных структур является негативным для процесса получения битума. Структура коллоидной частицы битума должна быть центрально-симметричной, с парамагнитной частицей в центре, а также с хорошими адгезионными свойствами по отношению к любой единице минерального наполнителя на периферии коллоидной частицы [12].
2. Окисление гудронов в битумы с одновременным улучшением молекулярной структуры. Вторичная переработка некондиционных битумов с целью их исправления. Обычный метод окисления гудронов в битумы путем барботажа воздухом на самом деле окислением не является, то есть при этом в гудроне не появляются кислородсодержащие соединения. Это окислительное дегидрирование, при котором от молекул «отдирается» атом водорода. Реакция в балансе дает молекулу воды и пару углеводородных радикалов, время жизни которых зависит от собственной структуры и окружения. Если два таких радикала встречаются, они могут рекомбинировать с образованием более крупной нейтральной молекулы. Таким образом, сырье увеличивает свою среднюю молекулярную массу и становится более вязким и плотным.
Альтернативой такому ходу реакции является образование коллоидной частицы. При этом активный радикал из-за стерических (пространственных) затруднений не может вступать в реакцию рекомбинации с другим радикалом, но зато притягивает имеющиеся в реакционной смеси ароматические углеводороды и сернистые и азотистые соединения (гетеросоединения), которые обволакивают радикал со всех сторон, в результате чего он оказывается одетым в защитную броню из слоя молекул менее активных, чем он сам. Следующий слой еще менее активный, и, наконец, вся коллоидная частица «плавает» в среде насыщенных углеводородов.
Ясно, что если в процесс окисления вступает такой гудрон, в котором мало ароматических углеводородов и гетеросоединений, но зато много парафинонафтеновых, для него требуется более высокая температура окисления, получающиеся радикалы отторгаются от парафинонафтеновой среды, в результате чего образующийся гудрон расслаивается.
В случае же наличия большого количества образовавшихся парафинонафтенов высокой молекулярной массы и разветвленного строения и радикалов такого же типа расслоение не наступает, но начинается процесс образования графита — «пачечных» структур основных негативных компонентов дорожного битума, быстро старящих его, имеющих крайне слабую адгезию к минеральному наполнителю любого типа. Такой битум зачастую не выходит за рамки требований ГОСТа по температуре размягчения, однако из него выйдет предельно плохой асфальтобетон. Таким образом, в известных масштабах возможно осуществление
исправления «плохого» гудрона методами активирования воздуха, дутья и доокисления «незрелого» сырья.
3. Модификация — применение полимерных присадок, улучшающих свойства битумов и асфальтобетона. Улучшения адгезии битума к минеральному наполнителю и повышения качества асфальтобетона в целом (сцепление с колесами транспортных средств, усталостные свойства, автовосстановимость в благоприятных условиях и т.д.) удается добиться применением модификаторов. В странах Запада, несмотря на высокую стоимость полимеров, уже давно считается экономически оправданным применение модификаторов битума в дорожном строительстве.
В России только недавно модификация стала обязательной. Но модификатор не может в полной мере исправить свойства битумов, негативные качества которого заложены в самом методе его приготовления окислением, — пачечные структуры, являющиеся зародышами коксования, невозможно уничтожить в битуме или связать в должной мере химически, не подвергая деструкции основную массу битумного материала.
Все же из литературы известно, что при прочих равных условиях окисленные битумы имеют удовлетворительную адгезию к мрамору и неудовлетворительную — к песку. Многочисленные рецептуры улучшения свойств битумов полимерами могут служить основой для вывода — качество битума с полимерной добавкой всегда выше, чем без нее. Известны в качестве модификаторов каучук (как природный, так и все виды синтетических кау-чуков, резиновая крошка), полиолефины (полиэтилен, полипропилен, их сополимеры и стереоизомеры), полиароматические полимеры (полистиролы, поливинилацетаты, поли-винилхлориды). Естественно, достаточно широко применяют те типы полимеров, которые не являются дефицитными и для которых еще недавно было уместно название — «отходы производства». Наиболее широко поэтому применяется атактический полипропилен, ди-винилстирол и различные побочные продукты полимерных производств.
Уместно отметить, что наилучшей добавкой для увеличения адгезии к песку и любому другому минеральному материалу является полиэтиленполиамин, однако он дорог. Из недефицитных наиболее широко распространенных полимеров подходящими в качестве добавок являются окисленные варианты полиенов, так как это вообще наиболее широко распространенные в быту полимеры. Количество полимерных отходов как сферы производства, так и сферы потребления само по себе представляет глобальную проблему. Организация сбора и подготовки к переработке вторичного полимерного сырья, в сущности, является делом техники.
Но возможность решить радикально данную проблему представляется нам следующим образом. ООО «Томский нефтехимический комбинат» — один из основных производителей изотактического полипропилена (ИПП) на российском рынке полимеров. Суспензионная технология полимеризации с применением катализаторов I и II поколения, используемая на комбинате, является устаревшей технологией первого поколения. В процессе полимеризации полипропилена образуется примесь — атактический полипропилен — стереоизомер полипропилена, в макроцепи которого метильные группы распределены нерегулярно. До конца 80-х гг. [17] выход данного побочного продукта составлял 8—10%. Применение более эффективных сферических катализаторов позволило уменьшить его количество до 0,5—1% и отказаться от его утилизации путем сжигания и захоронения. Всестороннее изучение строения, свойств АПП позволило решить не столько проблему утилизации, сколько квалифицированного, экономически выгодного использования некристаллических полимеров полипропилена, к разряду которых относится и АПП, модификация которого путем термоокислительной деструкции в расплаве при температуре 180—250 °С позволяет получать качественно новые композиционные материалы.
Окисленные полиены на сегодняшний день являются материалом, который обеспечивает достаточную адгезию к минеральному наполнителю, но в отличие от дивинилстирольного
модификатора менее дефицитен и более гибок в применении, поскольку в выборе режима окисления может быть в большей мере достигнуто увеличение количества карбонильных и гидроксильных групп, нужного молекулярно-массового распределения и, тем самым, совместимости с битумным материалом, полученным переокислением или содержащим избыточные количества парафинонафтеновой фракции. В частности, для сибирских регионов наиболее подходящим для производства модификатора является не ДСТ-30, а любой полиен, в особенности окисленный атактический полипропилен.
Вопрос принадлежности завода не играет особой роли, поскольку территориальное расположение и сбыт без больших транспортных расходов, в равной мере разделенных между производителем и потребителем, всегда экономически оправдан. Именно такой выход (без транспортных расходов) для производителей полиенов в Сибирском регионе перспективен.
4. Минеральный наполнитель. Уже давно в дорожном строительстве минеральный наполнитель для асфальтобетонов считается весьма капризным материалом. Из литературы известно, да это и очевидно, что соединения основного характера в битуме дают хорошее сцепление (склеивание, адгезию) с кислыми породами, и наоборот, соединения кислого характера дают хорошую адгезию к основным породам. Однако совершенно не изучены парамагнитные свойства пород и их корреляция с адгезией. В то же время парамагнетизм (количество неспаренных электронов на единицу поверхности материала-наполнителя или в его объеме) имеет прямое отношение к энергии взаимодействия и прямо отражает силу сцепления таких молекул или отталкивание между ними. Можно предугадать, что свойства модификатора могут существенно повлиять на эту важнейшую часть процедуры приготовления асфальтобетона — адгезию битума к компонентам минерального наполнителя.
Но слепое применение продажных битумов даже с наилучшими существующими модификаторами может не принести успеха при строительстве дорог. Именно в таких условиях роль разработок региональных модификаторов с комплексом необходимых свойств существенно повышается, и к нему уже может быть предъявлено требование не только изменять в лучшую сторону свойства вяжущего (повышение температуры размягчения, снижение температуры хрупкости и хладотекучести, сопротивление к усталости, увеличение эластичности, восприимчивость к колебаниям температуры), но и обеспечивать адгезию к любым элементам минерального наполнителя.
Битумные вяжущие материалы в основном имеют низкую вязкость, недостаточную де-формативность и устойчивость к процессам окислительного старения. Принято считать, что полимеры, добавленные в битум, химически не взаимодействуют с ним, а растворяются или диспергируются в битуме, упрочняя его структуру. Основным направлением работ по увеличению срока службы изделий является модифицирование свойств битумных вяжущих с целью повышения их деформируемости и температуроустойчивости, улучшения стойкости к старению и растрескиванию, увеличения адгезионных свойств к полярным минеральным наполнителям [6]. Особенно важно последнее свойство, так как в теории прочности разрушение всех композиционных материалов начинается по границе раздела связующее—наполнитель [3, 8].
Битумы, полученные по технологии окисления гудронов, содержат в своем составе графитоподобные кристаллические структуры с электронами проводимости, обнаруживаемыми в спектрах ЭПР-битумов [18]. Имеется прямая корреляция концентрации электронов проводимости со скоростью термоокислительного старения битумных вяжущих. Введение незначительного количества окисленного АПП (около 2,0%) в битум сопровождается исчезновением электронов проводимости в ЭПР-спектрах битумно-полимерных вяжущих.
Нами проводилось исследование химического взаимодействия окисленных битумов с полимерными модификаторами на основе АПП методом ИК-спектроскопии.
В ИК-спектрах БПВ, по сравнению с исходным битумом, появляются две новые полосы поглощения: первая — с максимумом 3280 см-1, т.е. в области валентных колебаний связанных гидроксильных групп, вторая — с максимумом 1698 см-1 в области валентных колебаний связанных водородной связью карбонильных групп.
ИК-спектры композиций БПВ, приготовленные в расплаве, с увеличением концентрации полимерных модификаторов обнаруживают еще одну новую полосу поглощения с максимумом 1712 см-1, которая характеризует появление свободных карбонильных групп полимерного модификатора. Интенсивность указанных полос поглощения изменяется в зависимости от содержания полимерного модификатора битума. Особый интерес для доказательства химического взаимодействия по реакции Дильса—Альдера полисопряжен-ных полициклических соединений, входящих в состав битума, с олефиновыми группами окисленного АПП представляет изменение интенсивности полосы в области 1600 см-1. Такова картина процессов взаимодействия в исследуемых БПВ, выявленная методом инфракрасной спектрометрии.
Результаты исследования механизма изменений в макроструктуре исследуемых БПВ показывают, что схема межмолекулярных взаимодействий зависит от температуры смешивания ингредиентов и от способа приготовления (раствор или расплав), а также от строения модификатора на основе АПП. Спектры БПВ, приготовленных смешиванием исходного АПП с битумом, показывают, что АПП, не содержащий полярных групп, разбавляет битум, внедряясь в его структуру за счет разрушения имеющихся в битуме водородных связей. Иной механизм межмолекулярных взаимодействий прослеживается при использовании в качестве модификатора окисленного АПП. В этом случае карбонильные и гидроксильные группы окисленного АПП вступают в химическое взаимодействие с активными центрами БПВ, образуя дополнительные водородные связи. Образование новых межмолекулярных фрагментов в структуре БПВ с участием оксо- и гидроксипроизводных окисленного АПП увеличивает цепь сопряжения с участием ароматических соединений битума. Сведения о наличии сопряженных а, Р-непредельных кетонных и дикетонных группировок в составе низкоокисленного АПП, опубликованные ранее [18], подтверждают выводы, сделанные по результатам спектрометрических данных. Структурирование БПВ сопровождается повышением их прочностных свойств, твердости и вязкости расплавов, растяжимость БПВ уменьшается. Аналогичные изменения физико-механических свойств наблюдаются при сшивании каучуков и полиэтилена пероксидными инициаторами [7, 10, 11], что позволяет предположить сходство происходящих процессов структурирования БПВ. Температура размягчения БПВ значительно отклоняется от аддитивной величины, рассчитанной по составу композиции без учета химического взаимодействия окисленного АПП с компонентами битума. Введение 15,0% низкоокисленного АПП повышает температуру размягчения БПВ в зависимости от марки битума от 65 до 120 °С [15]. Повышение значения температуры размягчения БПВ свидетельствует об их высокой теплостойкости, что особенно важно для композиций кровельных покрытий и асфальтобетонов, так как в летнее время они нагреваются выше температуры размягчения битума. Низкоокисленный АПП имеет температуру хрупкости по Фраасу 15 °С, поэтому введение более 2,0% полимера повышает температуру хрупкости БПВ. Например, композиция БПВ, содержащая 95,0% битума марки БНД 90/130 и 5,0% низкоокисленного АПП, имеет температуру хрупкости 15 °С, что на 2 °С выше нормы. Интервал пластичности БПВ по сравнению с исходным битумом, увеличивается на 15 °С. Структурирующее влияние окисленного АПП уменьшает пенетрацию (П) БПВ. Наиболее заметные изменения по этому показателю наблюдаются для композиций, приготовленных на основе дорожных битумов, менее заметные — для строительных.
Высокоокисленный АПП, содержащий большое количество функциональных групп в молекуле, оказывает более сильное влияние на пенетрацию БПВ вследствие химического
взаимодействия ингредиентов, происходящего при приготовлении вяжущего. Отношение П0/П25, характеризующее температуроустойчивость вяжущего, сначала немного уменьшается, а затем, при введении 4,0% полимера и более, начинает быстро увеличиваться. Наиболее чувствительным показателем, сильно зависящим от количества введенного полимера в БПВ, является их растяжимость, которая особенно резко уменьшается при 25 °С в
2.0—4,0 раза. Использование низкоокисленного АПП в составе БПВ практически не влияет на динамическую вязкость вяжущего при используемых в промышленности температурных режимах (120—140 °С) приготовления горячих асфальтобетонов. Значительное повышение вязкости БПВ, наблюдаемое при эксплуатационных температурах ниже 100 °С, замедляет процесс старения битума вследствие снижения скорости диффузионного процесса его синерезиса. Стойкость к термоокислительной деструкции БПВ, содержащих
3.0—5,0 мас. % низкоокисленного АПП, увеличивается по сравнению с исходным битумом более чем в два раза, что можно объяснить химическим взаимодействием а, Р-нена-сыщенной сопряженной кетонной группы полимера с парамагнитными полисопряженны-ми структурными фрагментами асфальтенов, карбенов и карбоидов, входящих в состав битумов. Сопряженные полимерные а, Р-непредельные кетоны являются активными дие-нофилами в реакции Дильса—Альдера, а линеарные и переконденсированные полицили-ческие соединения битума — диенами (антрацен, дибензантрацен, тетрацен, 3,4-бенз-тетрацен, пентафен, перилен, бензантрен и их гетероциклические аналоги), которые легко вступают в реакцию при повышенных температурах [1]. В результате реакции циклоприсоединения уменьшается размер полисопряженных структурных фрагментов в аддукте, что проявляется в спектрах ЭПР исчезновением сигналов электронов проводимости в БПВ, модифицированных окисленным АПП (Р-полимерный радикал):
О
Р
С учетом высокой эффективности низкоокисленного АПП в реакциях с полисопряжен-ными системами возможно продолжение реакции Дильса—Альдера. Аддукт перилена с окисленным АПП содержит три диенофильные двойные связи, не входящие в ароматическую систему, которые способны вступать в реакцию «домино» [19], происходящую между поверхностными слоями коллоидных частиц битума, содержащих электроны проводимости, и приводящую к разрушению полисопряженных структурных фрагментов системы [2]. Нарушение цепи сопряжения сопровождается исчезновением сигналов электронов проводимости в спектрах ЭПР, что экспериментально показано в работе Д.К.Скрыльнико-ва [1]. Аналогичный механизм взаимодействия ненасыщенных полимерных модификаторов типа сополимеров стирола с бутадиеном, вероятно, реализуется в наиболее хорошо зарекомендовавших себя выпускающихся в промышленных условиях БПВ [4]. Предложенный механизм химического взаимодействия, несмотря на его дискуссионность, позволяет объяснить модифицирующее действие окисленного АПП в битумах, полученных по технологии окисления гудрона. Окисленный АПП является стабилизатором коллоидной
структуры битумов и одновременно ингибитором, замедляющим старение БПВ. Термо -окислительное старение битумов и АПП в условиях эксплуатации композиций происходит в противоположных направлениях. Химические превращения в битумах сводятся к образованию конденсированных молекул и низкомолекулярных веществ [12], а макромолекулы АПП в этих условиях постепенно окисляются и претерпевают деструкцию с образованием макромолекул меньшей молекулярной массы [4], реагирующих с полисопряженными структурами битума.
Исследование строения битумно-полимерных композиций (БПК) подтверждает наши выводы о том, что полимерная добавка распределяется между микроагрегатами битума, образуя армирующую пространственную структуру; при микрогетерогенном строении надмолекулярные образования распределены равномерно между микроагрегатами битума. Микрогенные материалы более прочны, БПК из них не дает микротрещин при тепловых изменениях размеров, что гарантирует надежную защиту [14].
В работе «Новая политика в области экологии американских фирм полимерного профиля» [20] отмечена необходимость исследований влияния полимеров на человеческую цивилизацию. Необходимо рассмотрение экологических, физико-химимических, социальных, а также частных проблем в области экологии при производстве, потреблении и утилизации полимерной продукции. На примере фирмы «Dow СЬеш» выделены основные направления в экологической проблеме:
1) усовершенствование технической экспертизы готовой продукции на предмет эмиссии низкомолекулярных веществ, пригодность для контакта с человеком и др.;
2) использование экологических безопасных источников сырья для синтеза пластмасс (при необходимости их предварительного обеззараживания);
3) разработка стандартов и необходимой исчерпывающей информации по данной проблеме;
4) новые инвесторы и акционеры.
Одна из основных стадий оценки экологической безопасности материала — санитарнохимические исследования. Эти исследования позволяют часто не проводить дорогостоящих и длительных токсикологических испытаний самого материала, а решить вопрос о его безвредности на основании уже имеющихся данных о токсичности компонентов, выделяющихся из полимерного материала. Разработана государственная система контроля качества полимеров, утвержденная Министерством здравоохранения России [13].
Токсикологические свойства чистого полипропилена атактической и изотактической структуры хорошо изучены, этот полимер физиологически безвреден. Однако необходимо иметь в виду, что промышленный полипропилен содержит целый ряд примесей, о действии которых на экосистемные составляющие пока известно очень мало. Вследствие его модификации полимер становится более подверженным физико-химическим трансформациям (растворение, расплавление и т.д.). Поэтому требуется тщательная проверка экологической безвредности этих веществ, прежде всего остатков катализатора, а также стабилизаторов и цветных пигментов.
Нами был проведен эксперимент по оценке уровня экологической безвредности данного химического продукта как в полевых условиях, так в модельном эксперименте согласно методике, разработанной И.Н.Лыковым, Г.А.Шестаковой [9]. Было установлено, что атактический полипропилен не несет токсикоэкологической опасности при его захоронении на полигонах ТБО. Согласно критериальной оценке, предложенной в монографии И.Н.Лыко-ва, Г.А.Шестаковой, почвенный участок захоронения окисленного АПП по физико-химическим показателям находится в состоянии нормы и лишь по содержанию гумуса находится на границе нормы и зоны экологического риска. К снижению содержания гумуса в 2004, 2005 гг. могло привести механическое воздействие, оказанное нами при закладке экспериментальной площадки. Но динамика за четырехлетний промежуток показывает, что при
стабилизации условий участка захоронения содержание гумуса возрастает и стабилизируется в пределах нормы для экологически благополучных почв [9].
В соответствии с п.2.2 протокола технического совещания по улучшению свойств битума ОАО «Сургутнефтегаз» (ХМАО — Югра) от 29 января 2008 г. было проведено исследование токсичности битума, модифицированного низкоокисленным атактическим полипропиленом на базе центральной лаборатории экоаналитических и технологических исследований ОАО «Сургутнефтегаз».
Битумно-полимерные композиции по сравнению с традиционными экологически безопасны [14]. При использовании высококачественных БПК материалов, капитальный ремонт потребуется (в худшем случае) только через 5 лет, за счет увеличения срока службы автомобильных дорог в 2—5 раз. Воздействие на окружающую среду, а также затраты на содержание дорог снижаются.
В настоящее время на территории региона уже осуществляются работы по проектированию Нижневартовского нефтеперерабатывающего завода по производству битумов на основе высоковязких нефтей. Своевременное использование рассмотренных в работе разработок позволит создать на первоначальном этапе развития окружной нефтехимической индустрии уникальный для России технологический комплекс по производству высококачественных битумно-полимерных вяжущих (БПВ) материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеенко И.В., Балахонов Е.Г., Нехорошев В.П. и др. Влияние АПП на свойства композиций на основе полиэтилена // Пластические массы. 1986. № 5. C. 39—41.
2. Бабак О., Старков Г. Применение вяжущих в дорожном строительстве // Дорожная техника и технологии. 2001. № 5. C. 72—75.
3. Басин Б.Е. Адгезионная прочность. М., 1981.
4. Битумно-полимерное вяжущее: патент RU 2181733 С2 7С08Ь95/00 / В.П.Нехорошев, Е.А.Попов, А.В .Нехорошева.
5. Вейганд-Хильгетаг В. Методы эксперимента в органической химии. М., 1968.
6. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов. М., 1983.
7. Игнатьева М.И. Растительность городских садов и парков. СПб., 1993.
8. Кутьин Ю.А., Хайрутдинов И.Р., Биктимирова Т.Г. и др. Битумно-полимерные вяжущие для дорожного строительства // Башкирский химический журнал. 1996. Т. 3. С. 27—32.
9. Лыков И.Н., Шестакова Г.А. Техногенные системы и экологический риск. М., 2005.
10. Нехорошев С.В., Госсен Л.П., Нехорошева А.В., Нехорошев В.П. Исследование взаимодействия окисленных битумов с полимерными модификаторами на основе атактического полипропилена методом ИК-спектрометрии // Вопросы химии и химического материаловедения: Сб. ст. / Под ред. Б.М.Марьянова. Томск, 2002. С. 104—110.
11. ОСТ 218.010-98. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа СБС (технические условия). М., 1998.
12. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. М., 1990.
13. Померанцева Э.Г., Гетманенко Е.Н., Кобызева О.В. и др. Экологическая безопасность полимерной продукции // Пластические массы. 1999. № 6. С. 45—48.
14. Саваренский В.В., Сотсков А.Н. Исследования битумно-полимерных композиций // Теория и практика разработки оптим. технологичексих процессов и конструкций в текстильном производстве: Материалы Международной научно-технической конференции. Иваново, 2006. С. 342—343.
15. Скрыльников Д.К. Органические вяжущие вещества. Владимир, 1978.
16. Справочник инженера по охране окружающей среды (эколога) / Под ред. В.П.Перхуткина. М., 2005.
17. Хандорин Г.П., Поле Э.Г., Лабзовский С.Я., Майер Э.А. Перспективы и проблемы развития производства полипропилена // Пластические массы. 1989. № 2. С. 9—10.
18. Химия нефти и газа. Л., 1989.
19. Эфа А.К., Цыро П.В., Андреева Л.Н. и др. Некоторые причины старения асфальтобетона и способы их устранения // Химия и технология топлив и масел. 2002. № 4. C. 5—9.
20. Washington L. Chemical engineers and corporate America as environmentalists: Toward a 360° vision // Polym. News. 2000. 25, № 4. P. 110—113.
