CN101747637A - 一种低温环保橡胶沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低温环保橡胶沥青，其特征在于：将胶粉和助剂混合后，用螺杆挤出机进行混合塑化造粒，得塑化颗粒；将塑化颗粒同反应交联剂混合后加入沥青140～170℃下混合制备成橡胶沥青；胶粉为废弃橡胶制品加工磨碎的细粉，目数为5～60目；助剂为软化剂、活化剂和粘结造粒剂，其中软化剂为机油、松焦油和芳烃油；活化剂为废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，粘结造粒剂为回收聚乙烯；交联剂为硫黄和促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物，具有投资小、节能和环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种筑路材料，特别提供了一种低温环保橡胶沥青及其制备方法。
背景技术
众所周知，用废轮胎加工成20～80目的胶粉，以15～25％的重量比例添加到沥青中可以明显提高沥青的高低温性能，用其铺设的道路具有寿命长、噪音低等优点，实现了废弃资源的高效环保化利用。
然而，目前橡胶沥青(或胶粉改性沥青)的通常工艺是采用质量分数15％以上的胶粉，数目为20～60目，在180℃以上，通过搅拌发育混合1h后得到。橡胶沥青的加工温度较高(180℃)以上，升温困难，致使不但耗能大、加工效率低，而且释放出大量有害污染气体。
另外，橡胶沥青生产时，因胶粉的视密度较低(0.5左右)，颗粒松散，较难混入沥青，致使堆积在沥青表面，聚集生热，容易引起火灾，因此需要专门的胶粉和沥青预混合设备系统。橡胶沥青的加工温度高，散热快，因此需要专门的快速升温系统，确保橡胶沥青正常加工。以上都造成了橡胶沥青设备投资高，产量受限制等问题。
专利200710017861.0“一种橡胶沥青生产设备的沥青与橡胶粉混合器”，提出了胶粉预混系统，来提高胶粉混入沥青的速度和效果。在罐体的上端设支撑座和加工有进料口，罐体内下部设与挡料环联接的混料斗，罐体内的底部安装有轴承座的支架，在支撑座上设电动机，电动机的输出轴用联轴器与传动轴联接，联轴器与支撑座之间设上轴承，与传动轴联接的撒料盘轴上设撒料盘，撒料盘轴与轴承座之间设下轴承。所发明这种结构的沥青与橡胶粉混合器，使液态沥青与橡胶粉能得到充分混合。可在橡胶沥青生产设备上推广使用。但是，该设备占地面积大，投资高。
专利03118863.X“脱硫胶粉改性沥青”，提出了一种道路建设用的脱硫胶粉改性沥青。该改性沥青由脱硫胶粉、沥青和相容剂在较高温度下通过高速剪切搅拌或胶体磨的研磨而制得，其中沥青占原料总重量的70～95％，脱硫胶粉占原料总重量的5～30％，相容剂占原料总重量的0～1.5％。由于改性剂为脱硫胶粉，其在沥青中具有较好的溶解溶胀性，同时由于脱硫在胶粉表面产生了较多的活性基团，有利于胶粉同沥青的化学键合，而相容剂可进一步增加胶粉与沥青的相互作用，发明所得到的改性沥青具有优良的高低温性能和存贮稳定性。该发明虽提出了脱硫胶粉稳定系统，但是改性沥青的加工温度高，并且高温性能受损降低，脱硫胶粉容易团聚不易添加。
专利200510016292.9“废旧轮胎胶粉改性沥青的生产设备”和专利200610047442.7“一种适用于工业生产的胶粉改性沥青的制备方法”，都提出了多级高温剪切磨，以提高胶粉的混合分散效果，但是，高温剪切过程存在耗能和污染大等问题。
对于胶粉脱硫制造再生胶目前也有专利，专利200710132935.5“一种废旧轮胎胶高剪切应力诱导脱硫及改性方法”，提出了加入高转速、高剪切型同向旋转双螺杆挤出机中，熔融挤出脱硫反应脱硫过程效率高、产率高、能量消耗低，易于大型化、规模化，脱硫反应易于控制，反应过程对环境污染小。专利200910080211.X“一种采用双螺杆挤出机脱硫再生硫化橡胶的方法”，在挤出机螺杆的作用下实现高温高压的脱硫环境，实现橡胶的脱硫再生，该技术主要用于再生胶制造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温环保橡胶沥青及其制备方法。通过混合、挤出制备一种塑化颗粒，该颗粒之间不粘连，具有较高的密度，大大降低了胶粉的体积，使其可快速直接分散到沥青中。并且，因颗粒经过了塑化和活化，交联网络有一定程度破坏，更容易与沥青熔于一体，可在160℃下进行加工，因沥青在160℃下不易挥发，这样沥青的烟气大大减少，橡胶挥发成分大大降低，从而使加工污染气体大大降低。
本发明根据橡胶沥青工艺过程的原理，其原理是胶粉在180℃以上的高温下，在沥青中发生溶胀和部分化学降解的过程。如果事先将胶粉进行部分降解断硫，实现了胶粉交联网络密度的降低，将加快其在沥青中溶胀速率，实现了胶粉表面的活化降解，实现了高温橡胶沥青加工效果。另外，还针对胶粉蓬松，进入沥青速度慢，加工效率低的特点进行了改进。
本发明提供一种低温环保橡胶沥青，其特征在于：
将胶粉和助剂混合后，用螺杆挤出机进行混合塑化造粒，得塑化颗粒；将塑化颗粒同占塑化颗粒重量0.2～5phr的反应交联剂混合后加入沥青制备成橡胶沥青，其中沥青与胶粉的重量比例范围为：70～85∶30～15。
——所述的胶粉为废弃橡胶制品加工磨碎的细粉，目数为5～60目，优选卡车大胎胶粉，数目为5～60目，其目数小，价格便宜，可以降低制备改性沥青的成本；
——助剂为软化剂、活化剂和粘结造粒剂，其中软化剂为机油、松焦油和芳烃油中的一种，占胶粉重量的3～20phr，优选占胶粉重量的5～15phr；活化剂为废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的重量比为1～10，占胶粉重量的0.03～0.5phr，优选占胶粉重量的0.06～0.08phr；粘结造粒剂为回收聚乙烯，占胶粉重量的5～20phr，优选占胶粉重量的10～15phr，其中按照助剂的优选值进行配比时，制备出的沥青性能较好；
交联剂为硫黄和促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物，硫磺与促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的重量比例范围为0.1～10，交联剂用量为塑化颗粒的0.2～Sphr。
其中20重量份的胶粉，目数为30目，占胶粉重量的10phr软化剂，占胶粉重量的0.07phr活化剂，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂，占胶粉重量的9phr粘结造粒剂混合，用挤出机挤出，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，称取占塑化颗粒重量0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的沥青中制备成橡胶沥青，为效果最佳的优选项。
本发明所述低温环保橡胶沥青的制备方法，其特征在于：
①胶粉和助剂在50～120℃温度下，以转速为500～1500rpm的高速混合机混合，得混合物；
②将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机，具有较高的扭矩和脱挥处理装置，在120～200℃温度下挤出，优选150～180℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成塑化颗粒，其中颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3；
③将塑化颗粒同反应交联剂混合加入沥青制备成沥青改性颗粒，该颗粒在120～180℃温度下，优选140～170℃，通过高速搅拌，转速为500～1000rpm，搅拌5～30分钟，制备成橡胶沥青；相对于传统橡胶沥青在180℃以上的高温下制备沥青，需要特殊预混罐和加热装置，因此具有投资小、节能和环保等优点。
本发明的有益效果是：
(1)通过胶粉塑化挤出过程，实现了胶粉的轻度塑化，即通过螺杆挤出机强大的剪切力，使胶粉在较高温度下发生胶粉颗粒的减小，和胶粉的断硫和塑化，从而使其在沥青中更容易溶胀和反应，更容易与沥青结为一体。
(2)胶粉挤出成为颗粒后，胶粉得到压实，大大提高了胶粉的视密度，体积明显减小，使其密度与沥青的密度接近，不容易漂浮在沥青表面，因此使颗粒没有散开，胶粉沥青的粘度上升不明显，在搅拌作用下，粒化后的颗粒容易进入沥青中，大大节约了和沥青混合的时间。
(3)胶粉成为颗粒，与沥青混合后的粘度增加较小，当通过剪切磨后，胶粉与沥青才混合均匀，快速吸收沥青中的油份，粘度明显升高，温度也在剪切作用下升高，得到了合格的橡胶沥青。
具体实施方式
实施例1
称取30重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为10目，占胶粉重量的10phr软化剂——机油，占胶粉重量的0.07phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的重量比为2，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为80℃，转速为1000rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为120℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入70重量份的辽河50号沥青制备成沥青改性颗粒，该颗粒在150℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例2
称取25重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为15目，占胶粉重量的10phr软化剂——松焦油，占胶粉重量的0.07phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质重量比为8，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂——聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为110℃，转速为1000rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为140℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入75重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在150℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例3
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的10phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的0.07phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为160℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在150℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例4
称取15重量份的卡车大胎胶粉，目数为35目，占胶粉重量的10phr软化剂——机油(32号)，占胶粉重量的0.07phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的重量比为8，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂——聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为90℃，转速为500rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为120℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1-10mm，密度为0.6-1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入85重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在160℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例5
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的5phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的0.06phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的重量比为8，占胶粉重量的10phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为150℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.05phr的硫磺和占塑化颗粒重量0.15phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在150℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例6
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的15phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的0.08phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的15phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为150℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量1phr的硫磺和占塑化颗粒重量4phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在140℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例7
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的3phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的0.05phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的5phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为150℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.04phr的硫磺和占塑化颗粒重量0.16phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在140℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例8
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的20phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的0.5phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的20phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为150℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量2phr的硫磺和占塑化颗粒重量3phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在150℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例9
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的4phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的1phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的7phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为150℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量0.2phr的硫磺和占塑化颗粒重量0.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在150℃温度下制备成橡胶沥青。
实施例10
称取20重量份的废弃橡胶制品加工磨碎的细粉作为胶粉，目数为30目，占胶粉重量的18phr软化剂——芳烃油，占胶粉重量的1.2phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的18phr粘结造粒剂——回收聚乙烯放入高速混合机混合，混合温度为100℃，转速为1200rpm，得混合物；将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机挤出，挤出温度为130℃，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成颗粒，颗粒的尺寸为1～10mm，密度为0.6～1.1g/cm3，称取占塑化颗粒重量4phr的硫磺和占塑化颗粒重量26phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑的混合物作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的辽河50号沥青中制备成沥青改性颗粒，该颗粒在120℃温度下制备成橡胶沥青。
对比例1
称取100重量份的辽河50号沥青，体系温度维持在160℃左右，利用转速为4000rpm剪切机剪切，然后加入20重量份的胶粉颗粒，再加入0.3重量份的活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物二者的质量比为8，搅拌均匀，剪切20分钟，得到橡胶沥青。
对比例2
称取100重量份的辽河50号沥青，体系温度维持在160℃左右，然后加入20重量份的胶粉颗粒，搅拌均匀，得到橡胶沥青。
实施例和对比例中各改性沥青性能的比较
| 序号 | 160℃粘度(Pa.S) | 针入度(0.1mm) | 延度(mm) | 软化点(℃) | 弹性恢复(％) |
| 实施例1 | 6.21 | 50.3 | 16.7 | 54.5 | 58.3 |
| 实施例2 | 6.01 | 52.1 | 19.3 | 58.4 | 60.1 |
| 实施例3 | 4.21 | 56.3 | 20.3 | 59.1 | 68.9 |
| 实施例4 | 4.41 | 49.2 | 19.2 | 56.3 | 59.1 |
| 实施例5 | 5.46 | 53.1 | 19.0 | 54.6 | 60.8 |
| 实施例6 | 5.03 | 53.2 | 19.4 | 56.8 | 60.5 |
| 实施例7 | 5.82 | 52.4 | 18.6 | 57.2 | 58.2 |
| 实施例8 | 5.89 | 51.9 | 18.4 | 56.2 | 58.1 |
| 实施例9 | 6.43 | 53.1 | 15.6 | 56.2 | 56.3 |
| 实施例10 | 6.45 | 53.4 | 14.8 | 52.6 | 56.4 |
| 对比例1 | 6.55 | 47.7 | 18.5 | 55.6 | 55.6 |
| 对比例2 | 12.54 | 48.3 | 12.3 | 65.2 | 58.4 |
通过上面的表格可见，
对比例1中，当添加活化剂时，橡胶沥青在低温加工下粘度就明显减小，有利于运输、拌合及施工。同时延度提高，软化点降低。
对比例2中，采用低温加工，胶粉没有活化和降解，体系的粘度太大不能施工。
比较实施例1～10可见，实施例3中，胶粉为20重量份，目数为30目，占胶粉重量的10phr软化剂，占胶粉重量的0.07phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂，占塑化颗粒重量0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑作为反应交联剂，80重量份的沥青，为物料配比的最佳优选值，此时制备的沥青粘度低，软化点高，弹性恢复系数高。
Claims (7)
1.一种低温环保橡胶沥青，其特征在于：
将胶粉和助剂混合后，用螺杆挤出机进行混合塑化造粒，得塑化颗粒；将塑化颗粒同反应交联剂混合后加入沥青制备成橡胶沥青；
——所述的沥青与胶粉的重量比例范围为70～85∶30～15
——所述的胶粉为废弃橡胶制品加工磨碎的细粉，目数为5～60目；
——所述助剂为软化剂、活化剂和粘结造粒剂，其中软化剂为机油、松焦油和芳烃油中的一种，占胶粉重量的3～20phr；活化剂为废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的重量比为1～10，占胶粉重量的0.03～0.5phr；粘结造粒剂为回收聚烯烃，占胶粉重量的5～20phr；
交联剂为硫黄和促进剂-2-硫醇基苯并噻唑的混合物，硫磺与促进剂的重量比例范围为0.1～10，交联剂用量为塑化颗粒的0.2～5phr。
2.按照权利要求1所述低温环保橡胶沥青，其特征在于：所述的胶粉为卡车大胎胶粉，数目为5～60目。
3.按照权利要求1所述低温环保橡胶沥青，其特征在于：软化剂为机油、松焦油和芳烃油中的一种，占胶粉重量的5～15phr；活化剂为废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的重量比为1～10，占胶粉重量的0.06～0.08phr；粘结造粒剂为回收聚乙烯，占胶粉重量的10～15phr。
4.按照权利要求1所述低温环保橡胶沥青，其特征在于：所述的低温环保橡胶沥青为20重量份的胶粉，目数为30目，占胶粉重量的10phr软化剂，占胶粉重量的0.07phr活化剂——废机油和二硫化烷基苯酚的混合物，二者的质量比为8，占胶粉重量的13phr粘结造粒剂，用挤出机挤出，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成塑化颗粒，称取占塑化颗粒0.5phr的硫磺和占塑化颗粒重量1.5phr的促进剂——2-硫醇基苯并噻唑作为反应交联剂，将反应交联剂同塑化颗粒混合加入80重量份的沥青中制备成橡胶沥青。
5.一种按照权利要求1所述低温环保橡胶沥青的制备方法，其特征在于：
①胶粉和助剂在50～120℃温度下，以转速为500-1500rpm的高速混合机混合，得混合物；
②将混合物用再生胶脱硫生产的挤出机，在120～200℃温度下挤出，将挤出机挤出的物料通过模面切粒设备造成塑化颗粒；
③将塑化颗粒同反应交联剂混合加入沥青，在120～180℃温度下制备成橡胶沥青。
6.按照权利要求5所述低温环保橡胶沥青的制备方法，其特征在于：所述的再生胶脱硫生产的挤出机的挤出温度为150～180℃。
7.按照权利要求5所述低温环保橡胶沥青的制备方法，其特征在于：所述的改性颗粒制备成橡胶沥青的温度为140～170℃。
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