Давайте разберемся. 

Как следует из вышеизложенного, промышленностью производится два типа СБС-содержащих материалов; абстрагируясь от деталей, можно сказать, что битумно-полимерное вяжущее первого состоит 12-14% СБС ТЭП + 86-88% битума БНК-40/180, второго - из 5-8% СБС ТЭП + 92-95% битума типа БН-70/30. Столь незначительный дефицит в содержании полимера и разница в марке битума приводит, как говорят ученые, к драматическим последствиям в долговременной стабильности и, как следствие, к недостаточной долговечности кровельных материалов. В чем же причина?

 

Обратимся к составу и строению битума и его смесей с полимерами. 

Известно, что битум состоит в основном из трех групп веществ: масел, в том числе ароматической и парафино-нафтеновой природы, смол и асфальтенов; вместе масла и смолы называют еще мальтенами. Битум - сложная дисперсная система, в которой дисперсионной средой (“растворителем”) являются мальтены, а дисперсной фазой – асфальтены. Устойчивость системы, в том числе трещиностойкость, теплостойкость и долговечность битума зависит от соотношения долей мальтены/асфальтены и степени их “родства”. Чем больше это родство, тем более устойчива система, тем медленнее стареет битум /1/. Масла и смолы обеспечивают пептизацию асфальтенов, т.е. поддержание их в виде коллоидного раствора.

 

В высокоокисленных битумах содержание асфальтенов достаточно велико, при невысоких температурах они образуют сплошную структуру в битуме, обеспечивая его вязкоэластические свойства и необходимое сопротивление текучести. Ясно, что чем выше содержание асфальтенов, тем выше температура размягчения битума/2/. Соответственно, чем ниже температура размягчения, т.е. чем менее окислен битум, тем меньше в нем асфальтенов. Кроме того, необходимо отметить, что в процессе окисления битумов количество масел битума убывает за счет уменьшения содержания низкомолекулярных ароматических компонентов масел, в то время как парафино-нафтеновые соединения остаются практически неизменными; следовательно, их доля в маслах повышается, также как и содержание асфальтенов в битуме в целом. Иными словами, при окислении дисперсионная среда битумов изменяется как количественно (убывает), так и качественно (обогащается парафино-нафтеновыми и тяжелыми ароматическими соединениями). Таким образом, уменьшается сродство дисперсионной среды к асфальтенам.

 

При введении в битум бутадиен-стирольного ТЭП последний адсорбирует ароматические мальтены битума, набухая в них; при этом размеры ТЭП увеличиваются в 6-9 раз /3/. Загущая дисперсионную среду, ТЭП активно влияет на свойства всего битума, понижая его температуру хрупкости и пенетрацию и повышая температуру размягчения; у системы появляются признаки эластичности. При большем содержании ТЭП в битуме (4-8 вес.%) объемная доля набухшего полимера настолько высока, что он выделяется в отдельную фазу: образуется квазидвухфазная система - фаза, обогащенная ТЭП, и фаза, обогащенная асфальтенами. Поведение полимера адекватно поведению высокоактивного эластичного наполнителя битума, “армирующего” своими “волокнами” битумную матрицу.

 

Наконец, при высоких концентрации полимера (примерно, 12 вес.%) происходит обращение фаз и полимер из наполнителя становится наполняемым материалом (матрицей), а битум – наполнителем. Поведение системы “битум-полимер” напоминает свойства полимера: относительное удлинение при разрыве увеличивается в десятки-сотни раз, резко уменьшается остаточное удлинение, улучшаются усталостные свойства и т.д.

 

Очевидно, что введение набухающего полимера, как и процесс окисления битума, приводит к уменьшению доли масляной фракции и перераспределению ассоциированных асфальтенами масел. Иными словами, при введении полимера типа СБС ТЭП молекулы последнего “конкурируют” с асфальтенами за мальтены битума. При достаточно высоком, “критическом” содержании полимера количество мальтенов становится недостаточным для пептизации асфальтенов и последние коагулируют в виде твердой фазы - битум “распадается”.