Кровля - найглавнейшая изоляция дома, совершенствующаяся параллельно с развитием промышленных технологий. Непрофессионалу сегодня сложно разобраться в нюансах кровельных систем представленных на рынке, особенно в сегменте кровли на основе битума. Так ли однороден это сегмент, как его стараются представлять потенциальным клиентам?
Попробуем разобраться и выявить скрытые различия на первый взгляд схожих продуктов на основе битума. Вся ли черепица может называться битумной и стоит ли экономить на кровельном покрытии, попадаясь на уловки ушлых продавцов?

Сразу определимся с критериями оценки продуктов важными для пользователя, а не для производителя или продавца. Это долговечность и надежность. Именно в этом направлении работала наука последние десятилетия.

Достижения научной мысли привели к появлению нового класса битумосодержащих кровельных материалов значительно превосходящих своих предшественников - рубероид и кровельную черепицу из окисленного битума. Новый материал получают путем гомогенизации битума с полимером, преобразуя смесь до проявления свойств полимера, а не битума. Следовательно повышается надежность и долговечность. Этот процесс называют модификацией.

Модификация полимером

Применение СБС-полимеров Kraton® значительно преобразует характеристики битума, требуемые для эксплуатации кровель в самых жестких климатических условиях. СБС - это стирол-бутадиен-стирол или искусственный каучук.

Уникальная молекулярная структура полимеров Kraton взаимодействует с битумом, повышая его гибкость, эластичность и прочность в широком диапазоне температур. Стирольно-бутадиеновые полимеры снижают чувствительность битума к экстремальным температурам и значительно увеличивают свойства такого битума в сравнении с немодифицированными битумами.

Взаимодействие

При низких температурах полистирол и полибутадиен не смешиваются. В уникальной композиции полимеров марки Kraton D, полистирольные блоки собираются в жесткие домены или «островки» в море полибутадиеновых цепей.

Резиноподобный или каучукообразный полибутадиен соединяет различные полистирольные островки так, что они образуют сетевую структуру. Полибутадиен остается резиноподобным даже при очень низкой температуре -90°C. Полистирол наоборот остается твердым вплоть до перехода в аморфоное стеклоподобное состояние при 100°C. Такая сетевая структура остается прочной при температуре вплоть до 100°C. Благодаря тому, что структура основана на физически обратимых соединениях в полистирольных доменах, при высокой температуре сеть распадается на отдельные стирол-бутадиеновые или стирол-бутадиен-стирольные молекулы. Перестройка сети происходит при обратном процессе охлаждения. Обратимость полимерной сети одно из основополагающих свойств универсальности СБС-полимеров. Полимер марки Kraton D обладает свойствами резины в широком диапазоне температур.

Абсорбция

СБС-полимер Kraton D обладает практически одинаковыми параметрами растворимости с мальтенами битума. СБС может вбирать в себя битумных компонентов в соотношении 1:9 к собственному весу. При этом полимер может занимать значительный объем битумной смеси даже при низкой концентрации. Концентрация полимера 3% в высокосовместимом битуме приводит к тому, что обогащенная полимерами фаза достигает сетевой протяженности во всем объеме, связывая собой асфальтеновую фазу.

Состав битума весьма важен для достижения заданных свойств смеси и степени совместимости. Определенные битумы могут иметь, например, однофазную структуру при температуре выше 130°C. Степень ароматизации и средний молекулярный вес мальтеновой фазы определяет ослабление стирольных доменов и предельных характеристик, например, точки размягчения.

Взаимодействие

Совместимость битума и полимера – ключевой момент в процессе модификации или преобразования битумных свойств. Полимеры Kraton идеально подходят для введения в битумы благодаря схожим параметрам растворимости и способности абсорбиривать масляные компоненты битума, сохраняя при этом сетевую структуру.

Эта уникальная комбинация, когда небольшое количество полимера создает сетевую структуру в битуме, абсорбируя его компоненты и увеличивая эффективный объем, является главным отличием модификации битума СБС-полимером Kraton D.

Битум превращается из вязкого материала в битумный эластомер, обладающий ключевыми преимуществами эластичности в более широком температурном диапазоне. Если необходимо, то правильно выбрав битум, концентрацию и состав полимера, температурный диапазон можно расширить до величин, обеспечивающих эксплуатацию кровельных материалов в любом климате.

Совместимость

Битум состоит из сложной смеси больших и не очень молекул, некоторые из которых маслоподобные. Эти молекулы впитываются полимером. Однако маслянистые компоненты также растворяют бо’льшие молекулы – асфальтены. В случае, когда полимер абсорбировал слишком много «масляного растворителя», возможно разделение фаз, где богатый асфальтеном слой осядет, а полимер будет вытеснен к поверхности смеси.

Взаимодействие полимера и различных компонентов битума может иметь и другие эффекты, поэтому следует уделять внимание стабильности качественных характеристик.

S кривая

S-кривая ярко демонстрирует существенное влияние малого количества полимера на физические свойства битума. В качестве основного параметра выбирается точка размягчения битума.

Несмотря на то, что S-кривая не обязательно отражает уровень характеристик, который может быть достигнут путем внедрения разных составов полимера, но она четко показывает отсутствие риска полного растворения и деградации из-за воздействия сложных условий эксплуатации, и то, как важно достичь определенного уровня свойств.

Эластичность

Добавление СБС-полимера Kraton D основательно изменяет поведение битума как высоковязкой жидкости до эластичного полимерного продукта при высокой концентрации СБС (+/-12%). Эти изменения сведены в таблицу: 

Улучшение свойств:

• Относительное удлинение показывает, что высокомодифицированные SBS-образцы (+/-12%) могут быть растянуты на 20 величин собственной длины без разрушения, что в 10-15 раз больше чем для образцов из окисленного битума.
• Деформация СБС-битума показывает, что только 10% длины остаются необратимыми после растяжения, в то время как у окисленного все 100%
• Разрушающее напряжения для СБС-битума увеличивается в 20-30 раз
• Изгиб при минусовых температурах показывает гибкость и отсутствие трещин при очень низких температурах

Изменение свойств битума после модификации в требуемом направлении происходит на 2 математических порядка, то есть улучшается более чем в 10-20 раз. Это говорит о том, что мы имеем дело уже не с битумом, а с эластичными полимерами с присущими им физическими свойствами. Фактически технологии ранее доступные для шинной индустрии в авиации и автомобилестроении сегодня адаптированы для кровельной отрасли.