CN100395291C - 一种聚合物改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents

一种聚合物改性沥青组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的聚合物改性沥青组合物由70wt%～98wt%的沥青，0.1wt%～15wt%的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物，1.8wt%～15wt%的SBS组成。其制备方法是将70wt%～98wt%的沥青加热至160℃～210℃加入1.8wt%～15wt%的SBS，0.1wt%～15wt%的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物，在高剪切作用下剪切0.15小时～2小时。该改性沥青性能优良且贮存稳定性良好，5℃延度在40cm以上，软化点相对分离值小于2.5℃。

Description

一种聚合物改性沥青组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物改性沥青组合物及其制备方法。
背景技术
SBS是石油沥青改性中使用较多的改性剂，SBS可明显改善沥青的高低温性能，提高沥青的耐老化温度。但是，SBS与沥青进行简单的共混存在一定的局限，如SBS与沥青的相容性较差，导致改性体系的热贮存稳定性差，分散的聚合物颗粒聚集后浮向上层，分层后其性能较差，在实际应用中为使体系不发生相分离而采用连续搅拌的方法，但该法增加了制作工序且增加了生产成本。
为解决以上问题，中国专利ZL01126386报道了采用核-壳结构的填料单独或与聚合物复配，作为沥青的改性剂以制备贮存稳定的改性沥青，但该法制备工艺复杂，生产成本高。美国专利US6558462报道采用陶土等其它填料作为稳定剂投入到天然沥青中剪切以制备贮存稳定的改性沥青，但该法是为了解决天然沥青固态颗粒在运输过程中结块而提高其熔点所采用的改性方法，并非通常意义的聚合物改性沥青高温贮存稳定的方法。美国专利6444731报道采用硫磺与化学交联的方法以制备高温贮存稳定的改性沥青。但这些方法制备工艺复杂，改性成本高。美国专利US5278207通过对苯乙烯-二烯类聚合物进行活性处理而引入多样性的官能团，这些不同的官能团接枝到聚合物上，增加聚合物和沥青的相容性。改性后的聚合物和沥青共混能得到性能优良且贮存稳定性好的改性沥青。由于其聚合物的特殊性，使其不具有广泛性。
国内也有许多报道，如中国专利ZL00119617采用硫磺与化学交联的方法使SBS、SBR与沥青反应，提高沥青性能和高温稳定性。
用炭黑、粉煤灰、废轮胎裂解炭黑和硅藻土系无机材料来改性沥青也有较多报道，一般的将这些无机材料添加到沥青中提高沥青的高温使用性能，但需要添加到一定量后才有明显的改性效果。
对于聚合物与炭黑或碳酸盐类共同改性沥青国内也有一些报道。如：中国专利ZL90102904先将SBS溶胀，溶胀好后和沥青混合制成SBS改性沥青母液，然后将此母液与经溶胀剂处理的炭黑按比例加入沥青池中，搅拌均匀后得到复合改性沥青，以提高SBS改性沥青的性能。中国专利99116033选择高剪切力的橡胶炼胶机预制改性母料。该改性母料的配比为聚合物100份，沥青100-200份，炭黑2-20份，从而解决沥青与聚合物难以混合问题。中国专利200310108108将SBS与稳定剂硅酸盐类无机填料直接预先共混，制备改性母料，然后再将此改性母料分散到基质沥青制备改性沥青，从而提高SBS改性沥青的高温贮存稳定性。但这些方法同样存在制备工艺复杂，改性成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物改性沥青组合物及其制备方法。
本发明提供的聚合物改性沥青组合物由70wt％～98wt％的沥青，0.1wt％～15wt％的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物，1.8wt％～15wt％的SBS组成。
本发明所用的沥青原料是选自石油沥青、煤焦油沥青、油砂沥青和天然沥青中的一种或一种以上的混合物，其中石油沥青是选自直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青和调合沥青中的一种或一种以上的混合物。
本发明使用的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物包括极性化的苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物(PSB)、极性化的苯乙烯-丁二烯三嵌段共聚物(PSBS)、极性化的苯乙烯-异戊二烯二嵌段共聚物(PSI)、极性化的苯乙烯-异戊二烯三嵌段共聚物(PSIS)，其中极性链段P是通过活性阴离子聚合而引入的极性基团链段，包括乙烯基吡啶及其衍生物，甲基丙烯酸酯类及其衍生物；极性嵌段P含量占聚合总重量的0.1％～10％聚合分子量范围为5万～30万。
本发明使用的SBS，其苯乙烯嵌段的重量百分比为20％～40％，丁二烯嵌段的重量百分比为60％～80％，分子量范围为5万～30万的，结构为线型或星型。
本发明提供的聚合物改性沥青的制备方法为：
将70wt％～98wt％的沥青加热至160℃～210℃，加入1.8wt％～15wt％的SBS，0.1wt％～15wt％的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物，在高剪切作用下剪切0.15小时～2小时。
本发明具有如下积极效果：
用极性化苯乙烯-共轭二烯聚合物与SBS共混物改性沥青，由于在苯乙烯-共轭二烯聚合物上共聚了极性嵌段P，它增加聚合物的极性和反应性，可提高聚合物和沥青的相容性。极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物与SBS共聚物改性沥青能得到性能优良且贮存稳定性良好的改性沥青，使得到的改性沥青的5℃延度在40cm以上，软化点相对分离值小于2.5℃，测试延度按T0605沥青延度试验方法执行，分离值按T0660～98离析实验执行。
由于苯乙烯-共轭二烯聚合物引入极性链段是活性苯乙烯-丁二烯聚合物与极性单体通过阴离子共聚合反应而得到的，它的生产工艺简单，生产成本低，同时它的结构与SBS相似，它的加入，可降低SBS的用量。
本发明提供的聚合物改性沥青除了可以作为道路铺筑材料外，还可用作屋顶用膜、防水用膜。在低密封材料和堆堵缝隙等方面也可找到用途。该材料改性沥青的制备方法简单，对设备的要求不高，也不需要特殊的设备，可实现集中化工厂生产。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明进一步的说明，但并不因此限制本发明的范围。
实施例1：将0.4％PSBS，P含量1％，P为乙烯基吡啶嵌段，3.6％线型SBS791-H加入160℃～210℃的热态沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散0.5小时。空白样，4％线型SBS改性沥青也按以上加工条件获得，所得到改性沥青的性能如表1所示。
表1 SBS、PSBS与SBS共混物改性沥青的性能
  软化点/℃   延度(cm)   针入度(0.1mm)   贮存后上层软化点/℃   贮存后下层软化点/℃   分离值/℃
  线型SBS   60.0   44.6   59.1   74   55   19
  PSBS+线型SBS   65   43.4   67   65.5   64.5   1.0
注：贮存稳定条件：163℃×48h。基质沥青：石油沥青线型SBS791-H：S/B＝3/7，分子量12万
如表1所示，改性沥青中加入0.4％的PSBS后，高温贮存稳定性有了明显提高。
实施例2：本实施例仅将实施例1中的线型SBS791-H换成星型SBS801，改性沥青的性能如表2。
实施例3：本实施例仅将实施例1中的3.6％的线型SBS791-H换成1.8％线型SBS791-H与1.8％星型SBS801，改性沥青的性能如表2。
实施例4：本实施例仅将实施例1中的PSBS换成PSB，改性沥青的性能如表2。
实施例5：本实施例仅将实施例2中的PSBS换成PSB，改性沥青的性能如表2。
实施例6：本实施例仅将实施例3中的PSBS换成PSB，改性沥青的性能如表2。
表2  SBS、极性苯乙烯-二烯类聚合物与SBS共混物改性沥青的性能
  软化点/℃   延度(cm)   针入度(0.1mm)   贮存后上层软化点/℃   贮存后下层软化点/℃   分离值/℃
 对比例   星型SBS   59.0   43.2   56.2   78.2   56.2   2.2
 实施例2   PSBS+星型SBS   63.0   42.1   62.0   65.5   64.5   1.0
 实施例3   PSBS+线型SBS+星型SBS   66.5   45.7   59.5   67.3   65.5   1.8
 实施例4   PSB+线型SBS   64.1   44.8   67.4   64.5   63.1   1.4
 实施例5   PSB+星型SBS   61.5   41.6   66.2   62.6   61.3   2.2
 实施例6   PSB+线型SBS+星型SBS   67.5   45.6   67.1   68.2   67.0   1.2
注：星型SBS801：S/B＝3/7，分子量35万
实施例7：将15％PSBS，P含量0.1％，P为乙烯基吡啶嵌段，15％线型SBS791-H加入160℃～210℃的热态石油沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散1小时。所得到改性沥青的性能如表3所示。
表3  PSBS与SBS共混物改性沥青的性能
  软化点/℃   延度(cm)   针入度(0.1mm)   贮存后上层软化点/℃   贮存后下层软化点/℃   分离值/℃
  PSBS+线型SBS   88   48.4   70.2   89.5   88.9   0.6
实施例8：将0.1％PSBS，P含量10％，P为乙烯基吡啶嵌段，1.8％线型SBS791-H加入160℃～210℃的热态石油沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散0.25小时。所得到改性沥青的性能如表4所示。
表4  PSBS与SBS共混物改性沥青的性能
  软化点/℃   延度(cm)   针入度(0.1mm)   贮存后上层软化点/℃   贮存后下层软化点/℃   分离值/℃
 PSBS+线型SBS   54.4   40.4   69.2   55.2   54.6   0.6
实施例9：将0.1％PSBS，P含量10％，P为乙烯基吡啶嵌段，3.9％线型SBS791-H加入160℃～210的热态石油沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散0.5小时。所得到改性沥青的性能如表5所示。
表5  SBS、PSBS与SBS共混物改性沥青的性能
  软化点/℃   延度(cm)   针入度(0.1mm)   贮存后上层软化点/℃   贮存后下层软化点/℃   分离值/℃
  PSBS+线型SBS   61.4   48.4   64.2   61.5   61.2   0.3
实施例10：将0.4％PSBS，P含量2％，P为甲基丙烯酸甲酯嵌段，3.6％线型SBS791-H加入160℃～210℃的热态煤焦油沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散0.5小时。所得到改性沥青的性能如表6所示。
实施例11：将0.2％PSBS，P含量5％，P为甲基丙烯酸甲酯嵌段，3.8％线型SBS791-H加入160℃～210℃的热态油砂沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散0.5小时。所得到改性沥青的性能如表6所示。
实施例12：将0.2％PSBS，P含量5％，P为甲基丙烯酸甲酯嵌段，3.8％线型SBS791-H加入160℃～210℃的热态天然沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散0.5小时。所得到改性沥青的性能如表6所示
表6  SBS、PSBS与SBS共混物改性沥青的性能
  软化点/℃   延度(cm)   针入度(0.1mm)   贮存后上层软化点/℃   贮存后下层软化点/℃   分离值/℃
  实施例10   80.0   40.6   69.1   82.5   80.3   2.2
  实施例11   75.2   42.4   76.1   75.5   74.5   1.0
  实施例12   66.5   44.6   84.2   67.4   66.0   1.4

Claims (3)

1.一种聚合物改性沥青组合物，其特征在于：由70wt％～98wt％的沥青，0.1wt％～15wt％的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物，1.8wt％～15wt％的SBS组成；其中：极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物为极性化的苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物或极性化的苯乙烯-丁二烯三嵌段共聚物或极性化的苯乙烯-异戊二烯二嵌段共聚物，极性链段是通过活性阴离子聚合而引入的极性基团链段，包括乙烯基吡啶及其衍生物，甲基丙烯酸酯类及其衍生物；极性嵌段含量占聚合总重量的0.1％～10％，聚合分子量范围为5万～30万。
2.根据权利要求1所述的聚合物改性沥青，其特征在于：沥青原料是选自石油沥青、煤焦油沥青、油砂沥青和天然沥青中的一种或一种以上的混合物，其中石油沥青是选自直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青和调合沥青中的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物改性沥青的制备方法，其特征在于：将70wt％～98wt％的沥青加热至160℃～210℃，加入1.8wt％～15wt％的SBS，0.1wt％～15wt％的极性化的苯乙烯-共轭二烯聚合物，在高剪切作用下剪切0.15小时～2小时。
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