CN101549975B - 沥青混合料添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
为提高沥青路面的抗车辙能力并改善抗水损坏性能和抗低温开裂性能，本发明提出一种高强度结构沥青料及其制备方法，它包括新聚烯烃料、旧聚烯烃料、无机填料、超细碳黑粒子、有机酸酐、防老剂，其特征在于其重量份数配比为：新聚烯烃料25-30份、旧聚烯烃料57-67份、无机填料3-5份、超细碳黑粒子0.8-1份、有机酸酐2-4.5份、防老剂0.1-0.15份。应用本制备方法制备的高强度结构沥青料生产成本较低、分散性能好、能显著提高沥青混合料模量。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料(铺筑道路用)的添加剂材料及其制备方法，特别是涉及一种能显著提高“沥青混合料”模量且具有高分散性能的高强度结构沥青料及其制备方法。
背景技术
随着我国公路交通运输量的不断增大，特别是重载车辆的增多和高压轮胎的使用、交通流的渠化以及持久的夏季高温天气。路面车辙已成了公路沥青路面早期损坏的主要形式。车辙不仅使路面变形，破坏了平整度，也严重危害行车安全，因为高速行驶的车辆遇到车辙槽坑中的积水会产生漂移，对行车造成危险。
国内外研究表明，沥青混合料的模量越高，其铺筑的沥青路面的抗车辙能力越强。所以提高沥青混合料的模量是解决沥青路面车辙问题的重要办法。提高沥青混合料模量的方法有多种。近年来，向沥青混合料中直接投入添加剂的方法来提高沥青混合料的模量得到人们的广泛重视。
现已知悉，国内外用于提高沥青混合料模量的常规沥青混合料添加剂，如法国的PR料、德国的DUROFLB料均是以聚烯烃等高聚物物理复合而成的。常规混合料添加剂是通过以下四个方面来提高沥青混合料的模量，从而提高沥青路面的抗车辙能力，并改善抗水损坏性能和抗低温开裂性能。
1、混合料添加剂加在石料中与石料一起在180℃下干拌，熔融于石料表面的部分添加剂对石料具有粘结作用。
2、混合料添加剂与石料干拌后就加入沥青进行湿拌，在湿拌过程中有部分添加剂溶胀于沥青中，提高了沥青的软化点、增加了沥青粘度、降低了沥青的温度敏感性，相当于对沥青进行了改性。
3、在添加剂与石料、沥青的干拌和湿拌过程中，有部分添加剂拉丝成塑料维，起到了纤维加筋作用。
4、添加剂的主要成分是聚烯烃，因而添加剂中具有弹性的组分可以使沥青路面产生的变形有恢复的功能，从而降低了沥青路面的永久变形。
常规的“沥青混合料添加剂”直接加入沥青混合料中虽然能提高沥青混合料的模量，但在使用效果等方面存在以下两个不足：
1、添加剂中的聚烯烃如果全部采用新材料则成本很高，推广起来很难；如果采用一些回收的聚烯烃旧料作为添加剂的组分，当添加剂与石料干拌和与沥青湿拌过程中，由于拌合时间短，添加剂在短时间内不可能全部熔融分散，影响其提高混合料模量效能的发挥。
2、常规混合料添加剂是由多种聚烯烃组成的混合物，与混合物的粘结性不是很好，因而其提高沥青混合料模量，从而提高抗车辙能力的效果虽然比改性沥青好，但还是不理想。
要想获得能显著提高沥青混合物模量，且成本较低、分散性优良的新型沥青混合料添加剂，要从原材料选择配比和生产制造工艺两个方面研究。
发明内容
针对现有工艺技术制备的常规沥青混合料添加剂存在的不足之处，本发明人经过广泛深入的研究，发明了一种高强度结构沥青料添加剂及其制备方法，它包括新聚烯烃料、旧聚烯烃料、无机填料、超细碳黑粒子、有机酸酐、防老剂，其特征在于其重量份数配比为：新聚烯烃料25-30份、旧聚烯烃料57-67份、无机填料3-5份、超细碳黑粒子0.8-1份、有机酸酐2-4.5份、防老剂0.1-0.15份。
本发明提供了一种沥青混合料添加剂，包括新聚烯烃料、旧聚烯烃料、无机填料、纳米级碳黑粒子、有机酸酐、防老剂，其特征在于其重量份数配比为：新聚烯烃料25-30份、旧聚烯烃料57-67份、无机填料3-5份、纳米级碳黑粒子0.8-1份、有机酸酐2.5-4.5份、防老剂0.1-0.15份；所述新聚烯烃料为分子量为7万至8万的高压聚乙烯，所述旧聚烯烃料为回收的旧高压聚乙烯粒子料和旧醋酸乙烯共聚物料混合物，其中旧高压聚乙烯粒子料为35-40份，旧醋酸乙烯共聚物料为22-27份，所述的无机填料为硅藻土，所述的有机酸酐为醋酸酐和马来酸酐混合物，其中醋酸酐为1.5-2.5份，马来酸酐为1-2份。
其生产制备工艺如下：
A、将经过选型评定的25-30重量份新聚烯烃料和57-67重量份旧聚烯烃料计量后分别投入混合器中，开启混合器混合30-40分钟，使之充分混合；
B、将计量好的3-5重量份无机填料、0.8-1重量份超细碳黑粒子和0.1-0.15重量份防老剂分别投入混合器中与新旧聚烯烃充分混合；
C、将混合充分的物料按一定流量进入一个特制改型的双螺杆挤出机上与2.5-4.5重量份的有机酸酐一起挤出；
D、在特制的双螺杆机的高温强力挤压下，新旧高聚烯烃发生分子间位移，产生大量不饱和键，这些不饱和键会与有机酸酐发生产化学反应生成稳定的具有粘结性能的且分散性好的弹性物质，同时无机填料和纳米级超细碳黑粒子也与新旧聚烯烃充分结合一起；
E、从双螺杆挤出机挤出的熔融状的物料经过水冷却，再造粒后包装。
有益效果：
新型的沥青混合料添加剂(名称为：高强度结构沥青料)的制备方法，所制得的高强度结构沥青料产品除了同“常规沥青混合料添加剂”一样通过上述四个方面来提高沥青混合料的模量，从而提高沥青路面的抗车辙能力并改善抗水损坏性能和抗低温开裂性能以外，还具有生产成本较低、分散性能好、提高沥青混合料模量显著的优点。
1、高强度结构沥青料产品是由多种聚烯烃、少量填料及微量有机添加剂经特殊技术加工工艺复合而成。其中聚烯烃的总含量为90-95％(重量)，采用了独特的生产技术工艺，提高回收的聚烯烃旧料(即聚乙烯PE旧料、聚丙烯PP旧料和乙烯—醋酸乙烯共聚物EVA旧料)的熔融指数，使回收旧料的熔融指数达到2.8克/10分钟以上，回收旧料的熔融指数提高了，相应地分散效果好。在这种技术条件下，混合料新型添加剂——“高强度结构沥青料”组分中含的90-95％的聚烯烃材料采用了70-80％的回收旧聚烯烃料，仍可以保持很好的分散性，且提高沥青混合料模量的效果十分明显。因此高强度结构沥青料的生产成本比国内外常规的混合料添加剂的生产成本低的多。
2、采用高聚物与有机酸酐化学接枝的工艺，使“高强度结构沥青料中的新旧聚烯烃料生成具有一定胶结料性能的高聚物材料，改善了高强度结构沥青料与石料的粘结性能，由于与石料的粘结性越强，其沥青混合料抗高温变形能力和抗车辙能力越强。从而使高强度结构沥青料比常规混合料添加剂在相同应用比例下更能提高沥青混合料的模量。
附图说明
图1为制备工艺流程
具体实施方式
实施例1：
如图所示，一种高强度结构沥青料，包括新聚烯烃料、旧聚烯烃料、无机填料、超细碳黑粒子、有机酸酐、防老剂，其特征在于其重量份数配比为：新聚烯烃料25-30份、旧聚烯烃料57-67份、无机填料3-5份、超细碳黑粒子0.8-1份、有机酸酐2-4.5份、防老剂0.1-0.15份，其生产制备工艺如下：
A、将经过选型评定的25-30重量份新聚烯烃料和57-67重量份旧聚烯烃料计量后分别投入混合器中，开启混合器混合30-40分钟，使之充分混合；
B、将计量好的3-5重量份无机填料、0.8-1重量份超细碳黑粒子和0.1-0.15重量份防老剂分别投入混合器中与新旧聚烯烃充分混合；
C、将混合充分的物料按一定流量进入一个特制改型的双螺杆挤出机上与2.5-4.5重量份的有机酸酐一起挤出；
D、在特制的双螺杆机的高温强力挤压下，新旧高聚烯烃发生分子间位移，产生大量不饱和键，这些不饱和键会与有机酸酐发生产化学反应生成稳定的具有粘结性能的且分散性好的弹性物质，同时无机填料和纳米级超细碳黑粒子也与新旧聚烯烃充分结合一起；
E、从双螺杆挤出机挤出的熔融状的物料经过水冷却，再造粒后包装。
实施例2：
如图所示，一种高强度结构沥青料，包括新聚烯烃料、旧聚烯烃料、无机填料、超细碳黑粒子、有机酸酐、防老剂，其特征在于其重量份数配比为：新聚烯烃料25-30份、旧聚烯烃料57-67份、无机填料3-5份、超细碳黑粒子0.8-1份、有机酸酐2-4.5份、防老剂0.1-0.15份，其生产制备工艺如下：
A、将经过选型评定的28重量份新聚烯烃料和62重量份旧聚烯烃料计量后分别投入混合器中，开启混合器混合30-40分钟，使之充分混合；
B、将计量好的3.5重量份无机填料、0.86重量份超细碳黑粒子和0.11重量份防老剂分别投入混合器中与新旧聚烯烃充分混合；
C、将混合充分的物料按一定流量进入一个特制改型的双螺杆挤出机上与3.35重量份的有机酸酐一起挤出；
D、在特制的双螺杆机的高温强力挤压下，新旧高聚烯烃发生分子间位移，产生大量不饱和键，这些不饱和键会与有机酸酐发生产化学反应生成稳定的具有粘结性能的且分散性好的弹性物质，同时无机填料和纳米级超细碳黑粒子也与新旧聚烯烃充分结合一起；
E、从双螺杆挤出机挤出的熔融状的物料经过水冷却，再造粒后包装。
实施例3：
实施例1和实施例2中所述的无机填料为硅藻土，所述的有机酸酐为醋酸酐和马来酸酐混合物，所述旧聚烯烃料为高压聚乙烯粒子料PE和EVA料混合物，所述超细碳黑粒子为超细纳米级超细碳黑粒子。所述的醋酸酐重量份为1.5-2.5，所述的马来酸酐重量份为1-2，所述的高压聚乙烯粒子料PE重量份为35-40，所述的EVA料重量份为22-27。
实施例4：
实施例1和实施例2中所述的无机填料为硅藻土，所述的有机酸酐为醋酸酐和马来酸酐混合物，所述旧聚烯烃料为高压聚乙烯粒子料PE和EVA料混合物，所述超细碳黑粒子为超细纳米级超细碳黑粒子。所述的醋酸酐重量份为2.15，所述的马来酸酐重量份为1.2，所述的高压聚乙烯粒子料PE重量份为37，所述的EVA料重量份为25。
制备工艺的关键是原材料的配比，只要某一种原材料的质量参数发生变化，其它原材料配比均要相应调整，因而针对不同来源的原材料均要通过实验确定工艺配方，特别是回收的聚烯烃旧料的质量千差万别，更要做大量实验，以保证“高强度结构沥青料”的性能满足使用要求。
本发明涉及的“高强度结构沥青料”制备方法的原料配比组成如下表(原材料所用的各固态和液态成分应按化学性质分别储运)
下面实例是本发明的进一步说明，不限制本发明的范围。
原材料配比
| 序号 | 原材料名称及规格型号 | 重量分数 |
| 1 | 新的高压聚乙烯粒子(分子量为72000) | 28 |
| 2 | 回收的旧高压聚乙烯粒子料(含量为96％) | 37 |
| 3 | 回收的旧EVA料(含量98.5％) | 25 |
| 4 | 硅藻土无机填料(325目，含量为99.6％) | 3.5 |
| 5 | 纳米级超细碳黑粒子 | 0.86 |
| 6 | 醋酸酐(含量99.7％) | 2.15 |
| 7 | 马来酸酐(含量99.7％) | 1.2 |
| 8 | 防老剂M | 0.11 |
实施后的“高强度结构沥青料”产品的质量指标
●产量质量指标
●在不同掺量下AC-20沥青混合料车辙试验结果和劲度模量测试结果
说明：按照中国交通部行业标准《沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)和江苏宝利沥青股份有限公司企业标准Q/320281NYD01-2000进行测试。
Claims (2)
1.一种沥青混合料添加剂，包括新聚烯烃料、旧聚烯烃料、无机填料、纳米级碳黑粒子、有机酸酐、防老剂，其特征在于其重量份数配比为：新聚烯烃料25-30份、旧聚烯烃料57-67份、无机填料3-5份、纳米级碳黑粒子0.8-1份、有机酸酐2.5-4.5份、防老剂0.1-0.15份；所述新聚烯烃料为分子量为7万至8万的高压聚乙烯，所述旧聚烯烃料为回收的旧高压聚乙烯粒子料和旧醋酸乙烯共聚物料混合物，其中旧高压聚乙烯粒子料为35-40份，旧醋酸乙烯共聚物料为22-27份，所述的无机填料为硅藻土，所述的有机酸酐为醋酸酐和马来酸酐混合物，其中醋酸酐为1.5-2.5份，马来酸酐为1-2份。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料添加剂的制备方法，其特征在于生产制备工艺如下：
A、将经过选型评定的25-30重量份新聚烯烃料和57-67重量份旧聚烯烃料计量后分别投入混合器中，开启混合器混合30-40分钟，使之充分混合；
B、将计量好的3-5重量份无机填料、0.8-1重量份纳米级碳黑粒子和0.1-0.15重量份防老剂分别投入混合器中与新旧聚烯烃充分混合；
C、将混合充分的物料按一定流量进入一个特制的双螺杆挤出机上与2.5-4.5重量份的有机酸酐一起挤出；
D、在特制的双螺杆机的高温强力挤压下，新旧高聚烯烃发生分子间位移，产生大量不饱和键，这些不饱和键会与有机酸酐发生产化学反应生成稳定的具有粘结性能的且分散性好的弹性物质，同时无机填料和纳米级碳黑粒子也与新旧聚烯烃充分结合一起；
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