CN101565286A - 一种可快速分散改性沥青的胶粉母料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可快速分散改性沥青的胶粉母料的制备方法属于沥青改性技术领域。在现有废胶粉改性沥青的技术中，存在着胶粉与沥青的互溶性差，且制备工艺复杂等问题。本发明按质量份数将100份胶粉、50－200份沥青、10－40份改性剂和10－20份蜡加入橡胶炼胶机中，于60－80℃下混炼15－35分钟，挤出造粒制得高胶粉含量的母料。该胶粉母料可直接应用于沥青拌和料阶段，实现在200℃下，1分钟内分散于沥青中，改性效果良好。

Description

一种可快速分散改性沥青的胶粉母料的制备方法

技术领域

本发明属于沥青改性技术领域，具体涉及一种可快速分散改性沥青的胶粉母料的制备方法。

背景技术

改革开放以来，国民经济的高速发展带动了中国公路交通运输流量和道路车辆平均载重的持续提高。同时，为了满足市场经济一体化对物资快速稳定供应的需求，高等级道路的建设里程每年都在持续快速增长。进入新世纪，为了响应西部大开发战略，西部高寒、高昼夜温差等特殊地区的道路建设迫切需要高性能的路面材料。然而，传统的道路沥青因力学性能的温度敏感性大(低温变脆易开裂，高温流淌易车辙)、弹性差和易老化等缺点，已不能满足要求。

大量的试验表明，在基质沥青中引入少量聚合物改性剂能够显著改善沥青的性能使之满足当代公路建设的要求。然而，作为沥青改性剂的聚合物大部分为合成聚合物，其根本来源为不可再生的石油。随着国际石油价格的不断增长，各种合成聚合物改性剂诸如SBS和PE等价格也一直居高不下，若在公路建设中使用传统的合成聚合物改性沥青，改性沥青的成本将会大幅增加，直接限制了其在道路建设中的使用。另一方面，与道路交通一起迅猛发展的汽车工业每年都会产生大量的废弃轮胎。传统的堆积、填埋或焚烧等处理方式容易恶化自然环境、破坏植被生长，还容易引起火灾，滋生蚊虫。作为世界上第三大轮胎生产国的中国，也急需寻找到高效、环保的废轮胎处理方式。

正是出于寻找便宜的传统聚合物改性剂的替代品和处理废轮胎的双重需要，人们尝试了使用废轮胎生产的胶粉改性沥青。国际上最早的橡胶改性沥青的文献见于1843年的英国专利。美国橡胶回收公司从20世纪40年代首先采用干法工艺生产Ramlqex TIM橡胶粉沥青混合料开始，到现在已经经过了60多年的发展。实践发现，废胶粉改性沥青不仅道路性能和普通聚合物改性沥青相当，还额外具有降噪、增弹的优点，并且价格便宜，又实现了废物利用，具有经济、环境双重效益。

然而，在现有的工艺中，废胶粉改性沥青主要存在的技术问题是胶粉与沥青的互溶性问题。为了提高胶粉与沥青的互溶性，采取的主要方法，一方面是应用粒度较小的精细胶粉，通过胶体磨使胶粉充分分散；另一种是对胶粉进行表面处理，使其与沥青中的极性基团进行化学反应，提高互溶性。在胶粉改性沥青时，使用胶体磨虽然可以将胶粉磨细，使其在沥青中能更加充分的溶胀，但是全部的沥青均要通过胶体磨，造成能耗高、时间长，且胶体磨的价格十分昂贵，在小型沥青加工厂中不能推行。对胶粉表面进行化学改性是胶粉应用的主要研究方向，现有技术中主要采取的方法有：机械力化学改性、气体改性、聚合物涂层改性、再生脱硫改性、再生橡胶的界面接枝改性、互穿网络改性、物理辐射改性等。但这些方法都比较复杂，在工业上应用较困难。

CN1441005A公开了一种脱硫胶粉改性沥青，该改性沥青由5％-30％的脱硫胶粉、70％-95％的沥青和0-1.5％的相容剂组成。此方法仅局限于脱硫胶粉，因此使用范围受到限制。US5,704,971公开了一种双氧水氧化橡胶粉的方法，具体过程是：将双氧水加入到废胶粉中，在65℃-85℃的温度下搅拌30分钟进行氧化，然后将氧化后的胶粉加入到有少量相容剂的沥青中，从而使体系稳定。这种工艺过程复杂，胶粉降解的同时，沥青性质也发生劣化。CN1597782A公开了一种用微波辐射废胶粉改性沥青的方法。该改性沥青以含蜡量较高的沥青为基质沥青，添加2-4％粉末丁苯橡胶、4-8％微波辐射过的废胶粉和0-4％增塑剂，高速剪切共混均匀而制成。此工艺复杂，不适宜大规模应用，也没有充分利用废旧轮胎橡胶。CN1923902A中公开一种适用于工业生产的胶粉改性沥青的制备方法，具体步骤是：(1)将20％-70％的胶粉与沥青，在温度120-180℃下制得预混物，按重量百分比将胶粉的预混物加入到沥青，在温度140-250℃下，剪切搅拌混合1-4小时，制得胶粉改性沥青母料；(2)加入沥青或共同加入沥青、聚合物和稳定剂，使胶粉含量为5％-20％，在温度140-230℃下剪切搅拌0.5-3小时，得到胶粉改性沥青产品。这种工艺操作复杂，工业生产中耗时太多，导致成本提高。

以上技术共同的特点都在于先制备改性沥青，然后再与石料拌和制成沥青混合料。现代铺路的要求需要将改性沥青阶段与石料拌和阶段结合在一起，实现胶粉在石料拌和的过程中达到分散，这样可节省运输费用，节约操作时间，避免对复杂拌和工艺和方法的依赖性，满足现代快速铺路的要求。

发明内容

本发明的目的在于改进现代快速铺路的方法，提供一种可快速分散改性沥青的胶粉母料的制备方法。

本发明通过选择合适的改性剂改善胶粉在沥青中的相容性，从而达到均匀、稳定的分散，使沥青的温度敏感性降低。同时利用现有设备的优点制备母料，工艺简单，不需要用昂贵的胶体磨等重型设备，操作简便，预制胶粉母料用料少、运输方便，所制备的母料胶粉含量高，胶粉能快速高度分散且长期稳定，可直接用在沥青拌和阶段，实现200℃下1分钟分散。则此发明方法易推广应用，具有良好的经济和社会效益。

本发明所提供的方法，采用共混的方式，选用高剪切力的橡胶炼胶机制备胶粉母料，具体步骤如下：

按质量份数，将100份胶粉、50-200份沥青、10-40份改性剂和10-20份蜡共同加入到橡胶炼胶机中，于60-80℃下充分混炼15-35分钟，然后挤出造粒，制得胶粉母料。

其中，所述的胶粉为废弃轮胎制得的橡胶粉，废轮胎可以是轿车、公共汽车、农用车、载重卡车等各类废车辆轮胎；胶粉可采用常温粉碎法或常温湿法粉碎法等本领域公知方法制得；优选粒径为40-200目的胶粉。

所述的沥青为石油沥青，品级为中国交通部颁布的《公路沥青路面施工技术规范》中所规定的中、轻和重交道路沥青。

所述的改性剂选自羧基丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚乙烯中的一种或多种的混合物。

所述的橡胶炼胶机可以是开放式、密闭式或螺杆混炼机。

本发明理论根据主要是：沥青主要由沥青质、胶质和油组成，通过共混的作用能使胶粉在油中溶胀，改性剂的加入改善界面作用，使胶粉与沥青不会发生相分离。根据相似相溶的原理，在制备母料时加入部分沥青，在高剪切力作用下易混合均匀，所以将此胶粉母料加入到基质沥青中，能使胶粉及改性剂一起均匀、稳定地分散，从而达到快速分散的目的，制备出来的改性沥青性能优良，品级符合中国交通部颁发的公路改性沥青路面施工技术规范道路沥青的技术要求。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

1)本发明制得的胶粉母料，是一种含沥青、胶粉、改性剂、蜡的混合物。由于母料中含沥青，胶粉母料中的沥青很容易与大量的沥青相混，同时连带其它组分一起均匀快速分散，从而得到质地均匀的改性沥青。

2)采用高剪切力的橡胶炼胶机预制胶粉母料，将所有的添加剂连同部分沥青共混，再加入到大量的沥青中，胶粉在沥青中呈细小微粒状分布，从而改善了它们之间的相容性。

3)由于沥青与改性剂之间的相容性加大，改变了沥青的粘弹性质，而使沥青的温度敏感性降低，因此改性沥青在高低温的性能上都有很大的改善。

4)在操作上不需要胶体磨等昂贵的重型设备，只需在200℃下混合1分钟即可得到改性沥青，投资少，耗时也少，可直接降低生产成本。

5)工艺简单，操作简便，预制胶粉母料用料少、储存稳定、运输方便，可直接用在沥青拌和料阶段，易推广应用，具有良好的经济效益和社会效益。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

软化点按GB/T 0605-1993测试；5℃延度按GB/T 0604-2000测试；针入度按GB/T 0606-2000测试。

实施例1

按质量份数，将100份40目胶粉、50份沥青、20份蜡和10份羧基丁腈橡胶改性剂加入到橡胶炼胶机中，在60℃下共混15分钟左右，然后挤出造粒，制得胶粉母料。

将100份沥青加热熔化，加入33份按上述方法制备的胶粉母料，在200℃下搅拌混合1分钟，得到均匀的胶粉改性沥青产品。

胶粉改性沥青产品的性能如下：软化点为60.6℃，5℃延度为21.02cm，针入度为58.3dmm。

实施例2

按质量份数，将100份80目胶粉、100份沥青、10份蜡和20份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物改性剂加入到橡胶炼胶机中，在65℃下共混25分钟左右，然后挤出造粒，制得胶粉母料。

将100份沥青加热熔化，加入35份按上述方法制备的胶粉母料，在200℃下搅拌混合1分钟，得到均匀的胶粉改性沥青产品。

胶粉改性沥青产品的性能如下：软化点为64.1℃，5℃延度为19.72cm，针入度为46.7dmm。

实施例3

按质量份数，将100份120目胶粉、200份沥青、10份蜡和40份改性剂聚乙烯加入到橡胶炼胶机中，在80℃下共混30分钟左右，然后挤出造粒，制得胶粉母料。

将100份沥青加热熔化，加入38份按上述方法制备的胶粉母料，在200℃下搅拌混合1分钟，得到均匀的胶粉改性沥青产品。

胶粉改性沥青产品的性能如下：软化点为61.2℃，5℃延度为20.03cm，针入度为49.9dmm。

实施例4

按质量份数，将100份200目胶粉、100份沥青、15份蜡和35份改性剂羧基丁苯橡胶加入到橡胶炼胶机中，在70℃下共混20分钟左右，然后挤出造粒，制得胶粉母料。

将100份沥青加热熔化，加入50份按上述方法制备的胶粉母料，在200℃下搅拌混合1分钟，得到均匀的胶粉改性沥青产品。

胶粉改性沥青产品的性能如下：软化点为58.7℃，5℃延度为22.30cm，针入度为54.2dmm。

实施例5

按质量份数，将100份80目胶粉、200份沥青、20份蜡和15份聚乙烯接枝马来酸酐改性剂加入到橡胶炼胶机中，在80℃下共混30分钟左右，然后挤出造粒，制得胶粉母料。

将100份沥青加热熔化，加入64份按上述方法制备的胶粉母料，在200℃下搅拌混合1分钟，得到均匀的胶粉改性沥青产品。

胶粉改性沥青产品的性能如下：软化点为60.7℃，5℃延度为18.70cm，针入度为50.6dmm。

本发明所采用的道路石油沥青的三大指标分别为：软化点为48.3℃，5℃延度为1.2cm，25℃针入度为83.9dmm；而加入本发明的胶粉母料制成的改性沥青都大幅度改善了未改性沥青的三大性能，品级都符合中国交通部颁发的公路改性沥青路面施工技术规范道路沥青的技术要求。

Claims (6)

1、一种可快速分散改性沥青的胶粉母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按质量份数，将100份胶粉，50-200份沥青、10-40份改性剂和10-20份蜡共同加入到橡胶炼胶机中，在60-80℃下充分混炼15-35分钟，然后挤出造粒，即得可快速分散改性沥青的胶粉母料。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的胶粉为废弃轮胎制得的橡胶粉。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的废胶粉的粒径为40-200目。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的沥青为道路石油沥青。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的改性剂为羧基丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧天然橡胶、聚乙烯接枝马来酸酐、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚乙烯中的一种或多种的混合。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的橡胶炼胶机为开放式、密闭式或螺杆混炼机。