CN101759894A - 道路沥青用改性聚乙烯添加剂母料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于铺筑道路用沥青混合料的改性聚乙烯添加剂(母料)，其以聚乙烯和沥青作为基本组分，并包含分散剂、偶联剂和防老剂，可选进一步包含无机填料、炭黑粒子和有机酸酐。本发明还提供了制备上述改性聚乙烯添加剂的方法，包括在聚乙烯挤出过程中高压压入沥青的步骤。

Description

道路沥青用改性聚乙烯添加剂母料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于铺筑道路用沥青混合料的改性聚乙烯添加剂(母料)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，进而严重威胁行车安全。
国内外的研究表明，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一个重要方面。近年来，采用向沥青混合料中投入添加剂来提高沥青混合料的模量的方法得到了业界的重视。
传统的用于沥青混合料的添加剂都是聚乙烯复合而成的。常规的聚乙烯添加剂通过下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。首先，将聚乙烯添加剂添加到沥青中，能够提高沥青的软化点，增加沥青的粘度，降低沥青的温度敏感性；其次，在铺路现场，聚乙烯与沥青和石料的搅拌过程中，部分聚乙烯被拉丝成塑料纤维，起到了纤维加强筋的作用；再次，聚乙烯高分子具有一定的形变回复能力，当与沥青混合后，增加了沥青的弹性，从而延缓了沥青路面的永久变形。
然而，传统的用于沥青混合料的聚乙烯添加剂在现场与沥青的混合过程中存在下述问题。沥青从大约30℃就开始软化，而聚乙烯的熔融温度高达180℃，两者的相容性并不理想。要使两者充分的混合，就需要两者在熔融状态下搅拌；然而即使在180℃的温度下将聚乙烯添加剂投入到沥青中，由于铺路现场工艺、机械条件等的限制，温度难以稳定，而且混合物稍有静置，就会发生层析。由于聚乙烯在沥青中的分散性和相容性不佳，使得聚乙烯添加剂的上述效果难以得到充分的发挥，从影响到沥青混合料的模量。
因此，传统的沥青混合料用聚乙烯添加剂还存在不足，尚待改进。
发明内容
针对目前沥青混合料存在的上述不足，以及为了改善混合料用聚乙烯添加剂与沥青之间的相容性和分散性，本发明人经过长期和深入的实践研究，发现在制备聚乙烯添加剂的过程中，混入适当的沥青，制得经过改性的聚乙烯添加剂，如此经过改性的聚乙烯粒料在随后的现场铺路过程中，与沥青的混合能够实现良好的相容性和分散性，并基于此发现完成了本发明，其包括改性的聚乙烯添加剂(母料)和制备这种改性聚乙烯添加剂(母料)的工艺方法。
根据本发明的用于沥青混合料的改性聚乙烯添加剂以聚乙烯和沥青作为基本组分，并包含分散剂、偶联剂和防老剂，可选进一步包含无机填料、炭黑粒子和有机酸酐。上述组分或者原料均在本领域熟知的可选范围内选择，并没有特别之处。例如，分散剂可以是PE蜡，偶联剂可以是各类硅烷偶联剂，防老剂可以是苯二胺类防老剂，无机填料可以是二氧化硅、硅藻土，有机酸酐可以是醋酸酐、马来酸酐等。
在本发明的沥青混合料用改性聚乙烯添加剂中，聚乙烯与沥青的重量配比优选为80∶20～85∶15。以聚乙烯和沥青的总重量100份为基准，分散剂的用量为0.1～3重量份，偶联剂的用量为0.1～3重量份，防老剂的用量为0.1～0.15重量份，可选的无机填料为3～5重量份，炭黑粒子为0.8～1重量份，有机酸酐为2～4.5重量份。
本发明还提供了用于制备上述改性聚乙烯添加剂(粒料)的方法，其包括如下步骤：
1)按照配比，将经过计量的聚乙烯与分散剂、偶联剂和防老剂、以及可选的无机填料、炭黑粒子投入到开启式混合器中，开启混合30～40分钟，使原料充分混合；
2)将混合充分的上述混合物与可选的有机酸酐以一定流量投入到具有特制结构的双螺杆挤出机中，该挤出机在螺杆沿挤出方向的中部具有开口，在挤出过程中，经过计量的沥青以高压形式从该开口被压入到挤出机中，并在挤出机的螺杆后段与聚乙烯在高温下一同混炼并挤出；
3)从双螺杆挤出机中挤出的熔融态物料经过冷却后成型并造粒，最终得到改性的聚乙烯添加剂粒料。
根据上述方法，采取高温高压的形式将沥青压入到正在运行中的双螺杆挤出机中。与简单的将聚乙烯与沥青在高温下混合不同，由于双螺杆挤出机的高温(约180～200℃)强力挤压，在挤出机内部产生高压，使得沥青与聚乙烯能够有良好的混合，即沥青在聚乙烯中实现了很好的分散性和相容性。通过此方法获得的改性聚乙烯作为添加剂添加到沥青混合料中，能够更好的实现上文现有技术中提到的聚乙烯添加剂所具有的效果。添加了本发明的改性聚乙烯添加剂，能够提高沥青混合料的模量，从而提高沥青路面的抗车辙能力、改善抗水损坏性和抗低温开裂性。
此外，上述投入的聚乙烯原料可以是市场上购买的聚乙烯新料，也可以是经过回收处理的聚乙烯旧料，或者是两者的任意比例的混合。根据本发明的聚乙烯添加剂，由于已经混合有一定量的沥青，因此即使采用回收的旧聚乙烯作为原料，在现场铺路施工时，添加剂在沥青中仍可以保持良好的分散性，且提高沥青混合料模量的效果十分明显，同时还降低了混合料添加剂的生产成本。
另外，在挤出过程中可优选加入醋酸酐、马来酸酐等的有机酸酐。聚乙烯高分子与有机酸酐能够发生化学接枝反应，使聚乙烯添加剂中的聚乙烯生成具有一定胶结料性能的聚合物材料，改善了沥青料与石料的粘结性能。由于与石料的粘结性强，沥青混合料的抗高温形变能力和抗车辙能力就越强，很好的改善了沥青路面的性能。
附图说明
图1为根据本发明的沥青混合料用改性聚乙烯添加剂的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面讲述实施本发明的具体实施方式，由于仅是作为举例，因此不代表是对发明范围的限制。
实施例
表1显示了实施例1和实施例2的改型聚乙烯添加剂的组成。
表1组分及其配比
Figure G200810207600XD0000041
按照表1的配比，将经过选型评定并计量的新旧聚乙烯与PE蜡、硅烷偶联剂和苯二胺、以及硅藻土、超细炭黑粉末投入到开启式混合器中，开启混合40分钟，使原料充分混合。
将混合充分的上述混合物与马来酸酐和醋酸酐的混合物以一定流量投入到具有特制结构的双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温度设定为180℃。该挤出机在螺杆沿挤出方向的中部具有特制的开口，在挤出过程中，沥青以高于挤出机内部压力的形式从该开口被压入到挤出机中，并在挤出机的螺杆后段与聚乙烯一同混炼并挤出。
从双螺杆挤出机中挤出的熔融态物料经过冷却后成型并造粒，最终得到改性的聚乙烯添加剂粒料。
测试手段
对根据上述方法制得的改型聚乙烯添加剂粒料按照国家标准进行测试，具体测试方法/标准以及测试结果见表2。
表2具体测试方法/标准及测试结果
测试项目 测试方法 标准技术指标 实施例1 实施例2
外观 目测 黑色颗粒状 黑色颗粒状 黑色颗粒状
粒径(mm) 过滤网 ≤5.0  3.0 3.0
软化点(℃) JTJ052-2000  160-190  178 180
密度(g/cm3) GB/T13377-1992  0.91-0.98  0.954 0.950
熔融指数(5kg/190℃，g/10min) 2.5-6.5  3.2 3.3
氧化诱导率 GB/T17391-1998 ≥15min  18.5 19.0
根据中国交通部制定的行业标准《沥青及沥青混合料试验规程》对添加有实施例1和实施例2制得的改性聚乙烯添加剂的沥青混合料进行品质测试，表3显示了在不同掺量下AC-20沥青混合料车辙试验结果和劲度模测试结果。
表3沥青混合料测试结果
Figure G200810207600XD0000051
以上实施例仅是本发明的较佳实施例，凡依据本发明所做的任何修改，都不应超出所附权利要求书所请求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于铺筑道路用沥青混合料的改性聚乙烯添加剂，以聚乙烯和沥青作为基本组分，并包含分散剂、偶联剂和防老剂，其中所述聚乙烯与所述沥青的重量配比为80∶20～85∶15。
2.如权利要求1所述的改性聚乙烯添加剂，其特征在于，进一步包含无机填料、炭黑粒子和有机酸酐。
3.如权利要求1所述的改性聚乙烯添加剂，其特征在于，以所述聚乙烯和所述沥青的总重量100份为基准，所述分散剂的量为0.1～3重量份，所述偶联剂的量为0.1～3重量份，所述防老剂的量为0.1～0.15重量份。
4.如权利要求2所述的改性聚乙烯添加剂，其特征在于，以所述聚乙烯和所述沥青的总重量100份为基准，所述无机填料的量为3～5重量份，所述炭黑粒子的量为0.8～1重量份，所述有机酸酐的量为2～4.5重量份。
5.一种改性聚乙烯添加剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将经过计量的聚乙烯与分散剂、偶联剂和防老剂投入到混合器中混合至均匀；
2)将上述混合物以一定流量投入到双螺杆挤出机中，同时沥青以一定流量从挤出机沿螺杆挤出方向的中部位置压入到挤出机中，并沿挤出方向在螺杆后段与所述聚乙烯一同混炼并挤出，其中将所述混合物的流量和所述沥青的流量设定为使得所述聚乙烯与所述沥青的重量比为80∶20～85∶15；
3)从双螺杆挤出机中挤出的熔融态物料经过冷却后成型并造粒，最终得到改性的聚乙烯添加剂粒料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中可进一步加入无机填料和炭黑粒子中的至少一种。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中可将有机酸酐与所述混合物一同投入到双螺杆挤出机中。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中所述双螺杆挤出机在180～200℃的温度下运行，所述沥青以高于所述双螺杆挤出机内压的压力被压入。
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