CN101979440A - 一种沥青改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种沥青改性剂及其制备方法，克服了现有技术中橡胶粉末加入沥青中改性不均匀、污染严重、存在隐患的弊端，解决了橡胶粉末改性、预制的技术问题。本发明提供一种沥青改性剂，其特征是它的组分包括轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油，通过搅拌、加热、挤出、冷却切面得到的塑化橡胶稠粘状颗粒即为沥青改性剂。本发明的塑化橡胶沥青颗粒产品，大大降低橡胶沥青的高温加工和污染性，生产的橡胶沥青粘稠颗粒是直投式的一种新型里面改性材料，它可以直接投入到沥青和石料当中拌合，无气味，减少二次污染，其效果比用橡胶粉改性沥青更具熔融性。该橡胶沥青颗粒呈黑色粘稠颗粒形状，易于包装，运输。

Description

一种沥青改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青改性剂，尤其是一种用于路面加工的颗粒状的塑化橡胶沥青改性剂及其制备方法。

背景技术

目前，沥青改性剂是在沥青或沥青混合料中加入的天然或人工合成的有机或无机材料，可熔融或分散在沥青中以改善或提高沥青的路用性能。如为了提高沥青的机械性能(强度和韧性等)，就加入聚合物、树脂、塑料、炭黑、无机盐等增加强度和韧性的材料。

通常的沥青改性剂为废旧的橡胶粉，需要将大量橡胶粉末运送到沥青铺设现场，在施工现场，将橡胶粉末投入到加热的沥青中进行改性，橡胶粉末运输不便，在施工现场与沥青混合加热不均匀，橡胶粉末往往沉淀到融化的沥青底部，难以形成立体的均匀分散结构；同时，现场施工时，产生大量有毒有害气体，空气污染十分严重；另外，橡胶粉末在加热混合时极易燃烧，造成严重的事故，使得采用橡胶粉末现场改性具有较大的安全隐患。

亟需一种新的沥青改性剂来克服上述弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青改性剂及其制备方法，克服了现有技术中橡胶粉末加入沥青种改性不均匀、污染严重、存在隐患的弊端，解决了橡胶粉末改性、预制的技术问题。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种沥青改性剂，它的组分包括轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油，通过搅拌、加热、挤出、冷却切面得到的塑化橡胶稠粘状颗粒即为沥青改性剂。

所述塑化橡胶稠粘状颗粒为圆柱形，其圆柱直径A为3mm-15mm，其圆柱高H为3mm-15mm。

所述塑化橡胶稠粘状颗粒为长条形，其长条形宽度B为3mm-15mm，其长条形高L为3mm-15mm。

所述轮胎橡胶粉为85-95重量份，聚乙烯为3-6重量份，二氧化硅为1-3重量份，橡胶油为1-7重量份，以轮胎橡胶粉、聚乙烯、复合稳定剂、二氧化硅和橡胶油为100％计。

本发明还提供一种沥青改性剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

a)将轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油加入反应容器中，并进行搅拌；

b)将步骤a反应得到的物质通过挤出机高温加热挤出；

c)将步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成颗粒状；

d)得到塑化橡胶稠粘状颗粒，即为沥青改性剂。

所述步骤a在50-10℃条件下进行搅拌。

所述步骤b通过挤出机在160-180℃条件下挤出。

所述步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成圆柱形的塑化橡胶稠粘状颗粒，其圆柱直径A为3mm-15mm，其圆柱高H为3mm-15mm。

所述步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成长条形的塑化橡胶稠粘状颗粒，塑化橡胶稠粘状颗粒为长条形，其长条形宽度B为3mm-15mm，其长条形高L为3mm-15mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的塑化橡胶粒改性剂与沥青具有良好的相容性；加工温度低，时间短，相容时温度只需160℃，20-30min，即可在沥青中良好分散。

(2)改性沥青产品具有不离析、不沉淀、可热储存、可长距离运输等特点。

(3)提高沥青粘度，具有良好的粘附性能；

(4)采用本发明的塑化橡胶粒改性剂的沥青具有良好的高温性能和低温性能，SHRP指标可以达到PG76-28。

(5)本发明的塑化胶粒改性剂可以在原有SBS改性沥青生产装置上直接使用，无需新增加设备。

(6)本发明的塑化橡胶颗粒改性剂克服了橡胶粉与石油沥青难相容，易分离的缺点，与石油沥青在简单剪切搅拌的条件下就能充分溶解，仅溶解温度低(小于185摄氏度)，简化了橡胶改性的生产工艺，降低了生产耗能。

(7)普通橡胶粉用于橡胶改性沥青生产时，其橡胶改性沥青成品除了产生沉淀，离析，分层和易降解外，还经常出现因橡胶粉局部而发生火灾的安全事故。本产品本发明的塑化橡胶颗粒加入到石油沥青中即快速与石油沥青混合溶解，不浮在沥青液面上，也不粘附在设备壁面上，因此杜绝了火灾的发生，安全性高。

(8)高温防车辙

本发明的塑化橡胶粒在高温下的劲度模量远较普通改性沥青高，表明在高温下较难变形；本发明的塑化橡胶粒的软化点远较普通改性沥青高(可达75～80摄氏度)，从而大大提高了抗高温变形的能力；在重复加载下的抗蠕变能力大大优于普通沥青，表明它有着良好的抗车辙性能。

(9)低温抗裂缝

本发明的塑化橡胶粒在小于零度的低温下其劲度模量远较普通改性沥青，表明在低温下较容易变形，其拉伸应力远较普通改性沥青，因而有更好的抗裂性；同时它也能保持较高的弹性，因而能更好地吸收温度应力。

附图说明

图1是本发明的制备方法的工艺流程图。

图2是本发明的圆柱形的塑化橡胶颗粒的外形结构示意图。

图3是本发明的长条形的塑化橡胶颗粒的外形结构示意图。

图4为本发明的沥青改性剂的低温劲度模量图。

图5是本发明的塑化橡胶颗粒的产品外观图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

本发明的一种沥青改性剂，其特征是它的组分包括轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油，通过搅拌、加热、挤出、冷却切面得到的塑化橡胶稠粘状颗粒即为沥青改性剂。

塑化橡胶稠粘状颗粒为圆柱形，其圆柱直径A为3mm-15mm，其圆柱高H为3mm-15mm。

塑化橡胶稠粘状颗粒为长条形，其长条形宽度B为3mm-15mm，其长条形高L为3mm-15mm。

轮胎橡胶粉为85-95重量份，聚乙烯为3-6重量份，二氧化硅为1-3重量份，橡胶油为1-7重量份，以轮胎橡胶粉、聚乙烯、复合稳定剂、二氧化硅和橡胶油为100％计。轮胎橡胶粉优选为90重量份，聚乙烯优选为3.5重量份，二氧化硅优选为1-2重量份，橡胶油优选为1-5重量份。

本发明还提供一种沥青改性剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

a)将轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油加入反应容器中，并进行搅拌；

b)将步骤a反应得到的物质通过挤出机高温加热挤出；

c)将步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成颗粒状；

d)得到塑化橡胶稠粘状颗粒，即为沥青改性剂。

所述步骤a在50-10℃条件下进行搅拌。

所述步骤b通过挤出机在160-180℃条件下挤出。

所述步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成圆柱形的塑化橡胶稠粘状颗粒，其圆柱直径A为3mm-15mm，其圆柱高H为3mm-15mm。

所述步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成长条形的塑化橡胶稠粘状颗粒，塑化橡胶稠粘状颗粒为长条形，其长条形宽度B为3mm-15mm，其长条形高L为3mm-15mm。

轮胎橡胶粉可采用中国邵阳市黑宝石化工有限公司生产的40目精细橡胶粉、聚乙烯可采用新加坡埃克森公司生产的型号为1001kw的聚乙烯原料、二氧化硅可采用德国WACKER(瓦克)公司的气相二氧化硅，橡胶油可采用环烷油类系列橡胶油、KP系列石蜡基橡胶油或者KA系列芳香基橡胶油，具体可采用南京石油公司生产的南京4010环烷基橡胶油。

本发明的塑化橡胶颗粒沥青反应原理：

橡胶颗粒沥青是首先把废旧轮胎通过常温粉碎的方式制成橡胶粉，然后橡胶粉经强剪切高温熟化，并且添加改性剂获得的塑化橡胶粘稠颗粒，与基质沥青充分拌合，并且经过充分熔胀反应后形成的一种新型改性沥青胶结材料。本发明的塑化橡胶沥青颗粒产品，大大降低橡胶沥青的高温加工和污染性，我公司生产的橡胶沥青粘稠颗粒是直投式的一种新型里面改性材料，它可以直接投入到沥青和石料当中拌合，无气味，减少二次污染，其效果比用橡胶粉改性沥青更具熔融性。该橡胶沥青颗粒呈黑色粘稠颗粒形状，易于包装，运输。

本发明的塑化橡胶粒是直投式的一种新型里面改性材料，它可以直接投入到沥青和石料当中拌合，无气味，减少二次污染，其效果比用橡胶粉改性沥青更具熔融性。该橡胶颗粒呈黑色粘稠颗粒形状，易于包装，运输。

本发明的塑化橡胶粒沥青具有较为全面的性能优势，与其它改性沥青相比，橡胶沥青在高温稳定性、低温柔韧性能、抗老化性能、抗疲劳性能、抗水损坏性能等方面有着较为明显的提高，特别高温稳定性、低温性能等方面尤为突出。

(1)本发明的塑化橡胶颗粒沥青原材料要求

橡胶粉的质量：必须使用轮胎制成的橡胶粉，不能使用其它“橡胶制品”制成的橡胶粉。由于轮胎中含有石油的提炼物，而沥青是石油蒸馏后的残渣，轮胎胶粉与沥青之间的“近亲”关系，促使他们在反应过程中分子间产生较强的活跃性并相互吸引。

塑化橡胶颗粒的生产：

橡胶粉经过先进的挤出设备，使橡胶粉和改性剂等原料在高温的融熔挤压成型，通过高速剪切成为粘稠颗粒状。

塑化橡胶颗粒的添加量：

沥青中橡胶颗粒的含量必须在15％以上，熔胀后，橡胶颗粒的体积比重在30～40％左右，这样橡胶粉通过熔胀吸收后膨胀，胶粉的“触角”之间才能相互连结从而形成稳定的立体“空间网络”结构。

塑化橡胶颗粒的粗细：

使用的橡胶颗粒3mm-15mm，加入基质沥青20秒后速溶成20-60目的橡胶粉，橡胶粉在沥青中的以物理反应为主，实验证明，橡胶粉要在橡胶沥青中形成稳定的“骨架”作用，20-60目橡胶粉较为合适。

基质沥青：

符合国家规范标准的70#或90#沥青

(2)高温性能

轮胎橡胶粉的加入，能大大的提高基质沥青的粘度，从而明显的提高橡胶沥青的抗高温变形能力。如下表所示，橡胶沥青与基质沥青相比，在60℃条件下，旋转粘度提高13倍，25度针入度降低约15，软化点提高15℃。

表1.橡胶沥青与基质沥青常规指标对比表

(3)低温性能

低温性能包括低温脆性与低温抗裂性两个方面。从图4可知，轮胎橡胶粉的加入导致沥青低温劲度的降低非常明显，而且降低的幅度随着温度的降低而增大。所以橡胶沥青的低温脆性较低，相反则其低温的柔韧性较好。

直接抗拉试验(下表)表明，同样温度下，橡胶沥青的低温断裂变形能力比基质沥青提高了7倍，比SBS改性沥青提高了近2倍，所以橡胶沥青的低温变形能力也非常好。

表2.不同沥青DT试验结果对比表

注：与普通改性沥青不同的是，在橡胶沥青中延度指标不作为评价其路面混合料低温性能的核心指标，橡胶沥青混合料路面的低温性能是通过混合料的极配设计来实现的。

(4)抗老化性能

在橡胶轮胎生产过程中，加入了大量的防老化剂，包括抗氧剂、热稳定剂、变价金属抑制剂、紫外线吸收剂和对光屏蔽非常有效的碳黑填充剂等材料，所以加入橡胶粉后形成的橡胶沥青具有较强的抗老化性能。

本发明的塑化橡胶粒用途与使用范围：本发明的塑化橡胶粒是轮胎橡胶粉经强剪切高温熟化获得的塑化粘稠颗粒，大大降低橡胶沥青的高温加工和污染性，可直接加入基质沥青中进行改性得到橡胶沥青。产品具有不离析、不沉淀、可热储存、可长距离运输等特点。塑化胶粒可以提高沥青的粘附性能，改善沥青的温度敏感性；能够显著提高沥青混合料的模量，改善和提高沥青混合料的高温稳定性(抗车辙能力)和低温性能以及混合料的水稳定性。本发明的塑化橡胶颗粒沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏等优越性能，是较为理想的环保型路面材料，解决了施工中长距离远输中不离析、不沉淀、可热储存、等特点，在施工过程完全没有橡胶气味，改善了空气坏境，减少了二次污染，目前主要应用于道路结构中的应力吸收层和路面层中。

使用范围：1，用作旧水泥路面与上部加铺沥青面层之间设置的应力吸收隔离层，用作半刚性基层与上层沥青面层之间设置的应力吸收水隔离层，防止反射裂缝的发生，同时还可以起到粘结和防水的作用。其橡胶沥青吸收层的厚度建议为1.5cm以上。

2，代替普通橡胶沥青应用在高速公路，国道，省道，城市道路，机场跑道等道路工程中，其路用性能远远高于普通的橡胶沥青，且更易包装和储存。

本发明的塑化橡胶粒指标如表3所示：

表3.本发明的沥青改性剂产品技术指标表

本发明的塑化橡胶粒改性剂路用性能试验如表4所示：

表4.本发明的塑化橡胶粒沥青改性剂AC-13混合料车辙试验表

添加重量(m)	60℃动稳定度(次/mm)	70℃动稳定度(次/mm)
			0.0	1930	598
20％	6670	1561

在重交沥青中4使用塑化橡胶粒改性剂，混合料试件的抗车辙性能都比空白样大幅度提高。

用法与用量

塑化橡胶粒改性剂改性：将沥青加热到175℃，加入20％-25％的塑化橡胶粒改性剂，搅拌剪切30-40min，即可得到橡胶改性沥青。

包装与储存

1，采用符合牛皮纸编织袋包装，每袋25KG或500KG集装袋。

2，产品在储存，运输过程中应避免日晒雨淋。

3，产品应储存在常温，干燥的仓库中，严禁火种。

表5为本发明的塑化橡胶粒沥青改性剂的质量技术指标表。

表5.本发明的塑化橡胶粒沥青改性剂的质量技术指标表

表6.为发明的塑化橡胶粒改性沥青与传统橡胶粉沥青的对比表。

表6.本发明的塑化橡胶粒改性沥青与传统橡胶粉沥青的对比表

表7.本发明的塑化橡胶粒改性沥青与SBS改性沥青的对比。

表7.本发明的塑化橡胶粒改性沥青与SBS改性沥青的对比

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种沥青改性剂，其特征是它的组分包括轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油，通过搅拌、加热、挤出、冷却切面得到的塑化橡胶稠粘状颗粒即为沥青改性剂。

2.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于所述塑化橡胶稠粘状颗粒为圆柱形，其圆柱直径A为3mm—15mm，其圆柱高H为3mm—15mm。

3.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于所述塑化橡胶稠粘状颗粒为长条形，其长条形宽度B为3mm—15mm，其长条形高L为3mm—15mm。

4.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于所述轮胎橡胶粉为85-95重量份，聚乙烯为3-6重量份，二氧化硅为1-3重量份，橡胶油为1-7重量份，以轮胎橡胶粉、聚乙烯、复合稳定剂、二氧化硅和橡胶油为100%计。

5.一种沥青改性剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

a) 将轮胎橡胶粉、聚乙烯、二氧化硅和橡胶油加入反应容器中，并进行搅拌；

b)将步骤a反应得到的物质通过挤出机高温加热挤出；

c) 将步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成颗粒状；

d)得到塑化橡胶稠粘状颗粒，即为沥青改性剂。

6.根据权利要求5所述的沥青改性剂的制备方法，其特征在于所述步骤a在50-10 oC条件下进行搅拌。

7.根据权利要求5所述的沥青改性剂的制备方法，其特征在于所述步骤b通过挤出机在160-180 oC条件下挤出。

8.根据权利要求5所述的沥青改性剂的制备方法，其特征在于所述步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成圆柱形的塑化橡胶稠粘状颗粒，其圆柱直径A为3mm—15mm，其圆柱高H为3mm—15mm。

9.根据权利要求5所述的沥青改性剂的制备方法，其特征在于所述步骤b高温加热挤出的物质冷却后切割成长条形的塑化橡胶稠粘状颗粒，塑化橡胶稠粘状颗粒为长条形，其长条形宽度B为3mm—15mm，其长条形高L为3mm—15mm。

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