CN102337035A - 废旧塑料改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储存稳定性良好，成本较低的废旧塑料改性沥青，以及工艺简单，便于操作的废旧塑料改性沥青的制备方法。所述废旧塑料改性沥青由基质沥青、废旧塑料、相容助剂以及无机填料的混合物制成，且基于100重量份所述基质沥青，所述废旧塑料为4-12重量份，所述相容助剂为2-5重量份，所述无机填料为2-20重量份。

Description

废旧塑料改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种储存稳定性良好，且工艺简单，便于生产的废旧塑料改性沥青及其制备方法。

背景技术

近年来交通运输业的迅速发展，使普通石油沥青道路受到严重挑战。而且公众对道路交通安全及行车舒适度期望越来越高，要求路面必须具有良好的抗滑性及抗噪性。因此如何提高沥青路面的使用性能，以满足交通发展的需要，是全世界道路工作者所面临的重要课题。

沥青作为一种具有粘弹性和塑性的流变性材料，高温时易软化呈流体，低温时易硬化变脆呈固体。路面要求所采用的沥青高温时不易软化产生车辙，在低温时不宜硬脆导致开裂，然而一般沥青难以满足这一相互矛盾而又相互制约的要求，因此，必须对沥青进行改性以得到满足不同要求的沥青结合料。

用SBS改性沥青是目前最常用的改性方法。但近几年来，用于改性沥青的几种牌号的SBS常处于供不应求状态，因此价格上涨，增加了改性沥青成本。而废旧塑料对环境造成的负面影响，严重影响了地球的生态环境，同时也造成了资源的浪费，使得环境与发展的矛盾日益突出，因而如何将废旧塑料“变废为宝”，引起了世界各国的极大关注。聚乙烯作为一种高分子材料，结构上与沥青具有某些相似性，在一定程度上可以改善石油沥青的某些性能，因而将其应用于沥青改性领域成了行业关注的热点，这样既解决了环境污染问题，又可以充分利用自然资源，实现了环境与经济的协调发展。早在1995年已有9080t废旧PE通过Novophalt过程得到使用。但使用过程发现PE在混合后很短时间内就会发生相分离，严重离析。一直以来，废旧塑料改性沥青的高温储存稳定性问题，都未得到很好的解决。因此聚乙烯改性沥青只能在施工现场制作，现制现用。这一问题严重阻碍了废旧塑料的工业应用，因此，废旧塑料改性沥青的储存稳定性成了研究者的关注热点。

中国专利CN1025742公开了以合成材料改性沥青粘结料的制备方法及产品。即以SBS、高压聚乙烯、低密度聚丙烯等对沥青进行改性，然而所制得的改性沥青的稳定性不理想：试样在160℃贮存24小时后冷却，出现分层。

中国专利CN1073281A公开了一类含磷化合物助剂制备了储存稳定的PE改性沥青，但含磷化合物多为多聚磷酸，磷酸，中强酸等，此类物质容易腐蚀设备，不适合长期应用。

中国专利CN102051059A公开了一种热储存稳定的聚乙烯改性沥青制备方法，首先通过在线性低密度聚乙烯接不饱和单体，将聚乙烯功能化，再将接枝聚乙烯，不饱和酸单体，引发剂，交联剂，抗氧剂按比例加入沥青中制得热储存稳定的聚乙烯改性沥青。但此方法工艺复杂，耗时较长，而且所加助剂种类较多，增加成本。

Exxon公司的专利US 5348994公开了一种用磺化沥青、碱性中和剂、磺化聚合物以制造稳定性良好的改性沥青，其所用聚合物有SBS、EPDM等。但所制得的改性沥青按ASTMD5976-96检测其储存稳定性时，离析管上部与底部沥青离析软化点的差值较大，不够理想。

中国专利CN102020860A涉及一种橡塑复合物改性沥青的制备，其先对低密度聚乙烯进行接枝改性，然后将得到的聚乙烯接枝物与橡胶、活性剂、促进剂、防老剂和硫化剂共混制成橡塑复合物。制得的橡塑复合物可以加入沥青中得到橡塑复合物改性沥青。但这种方法的缺点是，使用的聚乙烯必须经过接枝改性，增加了生产成本，并且无法使用回收的废旧塑料。

中国专利CN1324896A涉及一种将聚乙烯与橡胶复合，然后加入硫化剂改性沥青的方法。方法是先在哈克流变仪中将聚乙烯、SBS或SBR熔融共混，制得聚乙烯/SBS的共混料，然后将共混料投入加热后的沥青，再加入硫黄，制得热储存稳定的橡塑复合改性沥青。但这种方法的缺点是，橡胶用量要求仍很大，要求占橡塑体系的60-90％，非真正意义上的聚乙烯改性沥青。改性沥青制作过程中仍然要加入硫黄，硫黄用量大，是橡胶用量的5％。而且尽管橡胶用量很大，改性沥青的延度提高不多。

中国专利CN1468894A报导了一种聚乙烯改性沥青母粒的制备方法，它是先通过双螺杆挤出机将聚乙烯(或聚乙烯与SBS的混合物)、聚乙烯接枝物、沥青、增容剂、引发剂、防老剂、交联剂等各种物料熔融共混制得聚乙烯改性母粒。制备的母粒在现场制作改性沥青时，再按比例加入。这种方法虽然制备了聚乙烯改性沥青，但并没有解决聚乙烯改性沥青的热储存问题，仍要现场制作改性沥青，不适于大规模生产。并且聚乙烯改性沥青母粒的设备要求高，制作工艺复杂，所用挤出机要求四个投料口，物料要分四次分组加入挤出机。

发明内容

本发明是鉴于上述技术缺陷而作出的，其目的在于提供一种在其它性能影响不大的前提下可以保持良好的储存稳定性，而且工艺简单，便于生产的废旧塑料改性沥青及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

<1>一种废旧塑料改性沥青，其特征在于，由基质沥青、废旧塑料、相容助剂以及无机填料的混合物制成，且基于100重量份所述基质沥青，所述废旧塑料为4-12重量份、所述相容助剂为2-5重量份、所述无机填料为2-20重量份。

<2>根据<1>所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述废旧塑料为废旧低密度聚乙烯或废旧聚丙烯。

<3>根据<1>或<2>所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述废旧低密度聚乙烯的熔融指数为0.9-2.0g/10min(190℃，2.16Kg)，所述废旧聚丙烯的熔融指数为30.0-35.0g/10min(190℃，2.16Kg)。

<4>根据<1>～<3>中任一项所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述无机填料为滑石粉、硅藻土、炭黑或它们的混合物。

<5>根据<1>～<4>中任一项所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述无机填料的粒径为200-800目。

<6>根据<1>～<5>中任一项所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述相容助剂为芳烃油或三线油。

<7>一种<1>～<6>中任一项所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，将所述基质沥青加热至160-200℃后，将所述废旧塑料、所述相容助剂和所述无机填料加入所述基质沥青中搅拌混合使之溶胀，然后送入高剪切机，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工0.5-2小时后出料。

<8>一种<1>～<6>中任一项所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，将所述基质沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8；加热到160℃-200℃时，将所述废旧塑料、所述相容助剂和所述无机填料加入到20重量份基质沥青中，一边加热一边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，挤出造粒即得废旧塑料改性沥青母料，再将计量好的母料加入到160℃-200℃的80重量份基质沥青中进行搅拌混合，充分搅拌，生产出废旧塑料改性沥青。

<9>根据<8>所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，挤出温度为175-185℃左右。

<10>根据<8>所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，挤出次数为8-20次。

根据上述技术方案，可提供经济、环保且具有良好的储存稳定性的废旧塑料改性沥青，以及工艺简单，易于生产操作的制备所述废旧塑料改性沥青的方法。

附图说明

图1是未填充无机填料的废旧聚丙烯改性沥青存储离析实验后的显微镜照片。

图2是滑石粉填充废旧聚丙烯改性沥青存储离析实验后的显微镜照片。

图3是硅藻土和炭黑填充废旧聚丙烯改性沥青存储离析实验后的显微镜照片。

具体实施方式

以下将详述本发明，其中“份”均表示“重量份”。

本发明的废旧塑料改性沥青包含基质沥青、废旧塑料、相容助剂及无机填料，且基于100重量份基质沥青，废旧塑料为4-12重量份，相容助剂为2-5重量份，无机填料为2-20重量份。

本发明的废旧塑料改性沥青中，所述基质沥青为石油沥青。该石油沥青针入度分级至少为70号，并应符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中的道路石油沥青技术要求。

另外，本发明的废旧塑料改性沥青中的废旧塑料为废旧低密度聚乙烯(也称作“废旧LDPE”)、废旧聚丙烯(废旧PP)，在本说明书中可相互替换使用，废旧聚乙烯和废旧聚丙烯经市场回收后，经过相关领域技术人员的分类筛选鉴定，得到本发明所用的废旧LDPE和废旧PP。所述废旧低密度聚乙烯的熔融指数为0.9-2.0g/10min(190℃，2.16Kg)；所述废旧聚丙烯的熔融指数为30.0-35.0g/10min(190℃，2.16Kg)。就该废旧塑料的含量而言，基于100重量份基质沥青通常为4-12重量份，优选为7-12重量份。在沥青中加入上述量的废旧塑料粒子后，塑料粒子发生溶胀，通过这样的过程，改变了沥青的聚集态结构组成，增大了其粘度，使得集料与改性沥青的粘附性得到改善；另外通过在熔融的基质沥青中加入上述量的废旧塑料，增加了基质沥青抵抗一定外力的能力，客观上表现为高温流淌受阻，且路面摩擦系数也比原基质沥青路面增大；进而，所得废旧塑料改性沥青强度的提高可以抵抗高的温度收缩应力，防止微细裂纹的形成与发展。

另外，本发明的废旧塑料改性沥青中，无机填料例如有炭黑、滑石粉、硅藻土等。就无机填料的含量而言，基于100重量份所述基质沥青，通常为2-20重量份，优选为3-10重量份。本发明中的无机填料可以减小废旧塑料与沥青间的密度差，有利于体系保持动力学稳定状态，进而通过使用上述量的无机填料可以减慢甚至阻止废旧塑料的离析。另外，所述无机填料的细度优选为200-800目，更优选为250-500目，通过使用这样小粒径的无机填料，可以将吸附的废旧塑料均匀分散在沥青中，从而利于废旧塑料改性沥青的储存稳定性。

本发明的废旧塑料改性沥青中，所述相容助剂优选为芳烃油或三线油类，其对沥青起组份调和及一定的稀释作用，增加沥青的流动性。所述相容助剂的含量通常为2-5重量份，优选为2-4重量份。

作为本发明的废旧塑料改性沥青的制备方法，有直接混溶方法和母料方法。直接混溶方法制备工艺为，将基质沥青加热至160-200℃后，将所述废旧塑料、相容助剂和无机填料加入基质沥青中搅拌混合溶胀，然后送入高剪切机，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工0.5-2小时后出料。

母料法制备工艺为，将基质沥青分为两部分，且两部分基质沥青的重量比为2∶8；加热到160℃-200℃；将所述废旧塑料、相容助剂和无机填料加入到20重量份基质沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，一般情况下最佳挤出温度为180℃左右，最佳挤出遍数可为8至20遍，挤出造粒即得废旧塑料改性沥青母料；再将挤好的母料加入到一定温度(160℃-200℃)的80重量份基质沥青中进行搅拌混合，经一段时间(0.5h-1h)的充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧塑料改性沥青。

如果利用本发明，则发现在对废旧塑料改性沥青其他性能影响不大的前提下，有效解决了废旧塑料改性沥青的储存稳定性问题，具体表现为离析试验离析管上下部软化点差＜2.5℃。

实施例

以下将通过实施例具体说明本发明，但是本发明并不限于这些实施例，如不特别说明，以下原料含量均基于100重量份基质沥青。

<原料>

·基质沥青：中海90号，25℃针入度为84dmm，软化点为46.7℃，5℃延度为8cm。

·废旧聚乙烯：废旧低密度聚乙烯，其熔融指数为1.5g/10min(190℃，2.16kg)。

·废旧聚丙烯的熔融指数为31.7g/10min(190℃，2.16Kg)。

·无机填料：滑石粉、硅藻土、炭黑，均可市场购买。

·相容助剂：芳烃油、三线油，均可在市场购买。

实施例1

将中海90号沥青100重量份加热至160℃，将2重量份芳烃油，7重量份废旧低密度聚乙烯，3重量份滑石粉加入基质沥青中搅拌混合溶胀，使之分散均匀，然后送入高剪切机，并渐渐升温达180℃，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工60分钟制得废旧聚乙烯改性沥青A。

实施例2

将中海90号沥青100重量份加热至160℃，加入2重量份三线油，8重量份废旧低密度聚乙烯，3重量份炭黑，搅拌混合溶胀使之分散均匀，然后送入高剪切机，并渐渐升温达180℃，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工60分钟制得废旧聚乙烯改性沥青B。

实施例3

将100重量份中海90号沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8，将20重量份沥青加热到170℃，废旧低密度聚乙烯7重量份、芳烃油2重量份和滑石粉3重量份加入到上述沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，设置挤出温度为180℃左右，挤出遍数为10遍，挤出造粒即得废旧聚乙烯改性沥青母料，再将挤好的母料加入到170℃剩余80份热沥青中进行搅拌混合，经30min的充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧聚乙烯改性沥青C。

实施例4

将100重量份中海90号沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8，将20重量份沥青加热到180℃，废旧低密度聚乙烯8重量份、三线油2重量份和炭黑3重量份加入到上述沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，设置挤出温度为180℃左右，挤出遍数为10遍，挤出造粒即得废旧聚乙烯改性沥青母料，再将挤好的母料加入到180℃剩余80份热沥青中进行搅拌混合，经45min的充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧聚乙烯改性沥青D。

实施例5

除了将滑石粉3重量份变更为硅藻土3重量份之外，以与实施例1相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青E。

实施例6

除了将滑石粉3重量份变更为滑石粉1重量份、炭黑1重量份及硅藻土1重量份之外，以与实施例1相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青F。

实施例7

除了将滑石粉的用量变更为7重量份之外，以与实施例3相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青G。

实施例8

除了将滑石粉3重量份变更为硅藻土10重量份之外，以与实施例3相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青H。

实施例9

除了将滑石粉的用量变更为10重量份之外，以与实施例3相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青I。

实施例10

除了将滑石粉3重量份变更为炭黑10重量份之外，以与实施例3相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青J。

实施例11

除了将废旧低密度聚乙烯的用量变更为4重量份之外，以与实施例1相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青K。

实施例12

除了将芳烃油的用量变更为4重量份之外，以与实施例1相同的方法制备废旧聚乙烯改性沥青L。

实施例13

将中海90号沥青100重量份加热至180℃时加入芳烃油3重量份，再加入废旧聚丙烯9重量份、滑石粉6重量份，搅拌溶胀使之分散均匀，然后送入高速剪切机中，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工60分钟制得废旧聚丙烯改性沥青M。

实施例14

将100重量份中海90号沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8，将20重量份沥青加热到180℃，废旧聚丙烯11重量份、三线油2重量份，炭黑8重量份和硅藻土2重量份加入到上述沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，设置挤出温度为180℃左右，挤出遍数为10遍，挤出造粒即得废旧聚丙烯改性沥青母料，再将挤好的母料加入到180℃剩余80份热沥青中进行搅拌混合，经45min的充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧聚丙烯改性沥青N。

比较例1

将中海90号沥青100重量份加热至160℃时加入2份芳烃油，再加入废旧低密度聚乙烯7重量份，搅拌溶胀使之分散均匀，然后送入高速剪切机中，并渐渐升温达180℃，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工60分钟制得废旧聚乙烯改性沥青O。

比较例2

将中海90号沥青100重量份加热至160℃时加入2份三线油，再加入废旧低密度聚乙烯8重量份，搅拌溶胀使之分散均匀，然后送入高速剪切机中，并渐渐升温达180℃，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工60分钟制得废旧聚乙烯改性沥青P。

比较例3

将100重量份中海90号沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8，将20重量份中海90号沥青加热到170℃，废旧低密度聚乙烯7重量份，芳烃油2重量份加入到上述沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，设置挤出温度为180℃左右，挤出遍数为10遍，挤出造粒即得废旧聚乙烯改性沥青母料，再将挤好的母料加入到180℃剩余80份热沥青中进行搅拌混合，经30min充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧聚乙烯改性沥青Q。

比较例4

将100重量份中海90号沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8，将20重量份中海90号沥青加热到180℃，废旧低密度聚乙烯8重量份，三线油2重量份加入到上述沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，设置挤出温度为180℃左右，挤出遍数为10遍，挤出造粒即得废旧聚乙烯改性沥青母料，再将挤好的母料加入到180℃剩余80份热沥青中进行搅拌混合，经45min的充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧聚乙烯改性沥青R。

比较例5

将中海90号沥青100重量份加热至180℃时加入芳烃油3重量份，再加入废旧聚丙烯9重量份，搅拌混合溶胀，使之分散均匀，然后送入高速剪切机中，并渐渐升温达180℃，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工60分钟制得废旧聚丙烯改性沥青S。

比较例6

将100重量份中海90号沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8，将20重量份沥青加热到180℃，废旧聚丙烯11重量份加入到上述沥青中，边加热边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，设置挤出温度为180℃左右，挤出遍数可为10遍，挤出造粒即得废旧聚丙烯改性沥青母料，再将挤好的母料加入到180℃剩余80份热沥青中进行搅拌混合，经45min的充分搅拌后，改性剂会均匀分散到基质沥青中去，生产出废旧聚丙烯改性沥青T。

具体数据请见下述表1。

【表1】

<性能测试>

按照交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)》(北京：人民交通出版社，2000年8月出版)，分别对将上述实施例与比较例的改性沥青进行离析实验测试。测试结果见表2。

【表2】

由表2的测试结果可以看出，实施例沥青产品A～N的离析软化点差均小于2.5℃。比较例沥青产品O～T的离析严重，软化点差均大于2.5℃。

<荧光显微镜照片>

对比未填充的废旧聚丙烯改性沥青及经不同无机填料填充的废旧聚丙烯改性沥青的荧光显微照片可以发现，无机填料填充塑料可以在沥青中很好的分散，不会再出现离析。

综合上述可见，本发明的废旧塑料改性沥青可以有效解决废旧塑料与沥青的离析问题，而且经济环保，具有较好的使用价值。

Claims (10)

1.一种废旧塑料改性沥青，其特征在于，由基质沥青、废旧塑料、相容助剂以及无机填料的混合物制成，且基于100重量份所述基质沥青，所述废旧塑料为4-12重量份、所述相容助剂为2-5重量份、所述无机填料为2-20重量份。

2.根据权利要求1所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述废旧塑料为废旧低密度聚乙烯或废旧聚丙烯。

3.根据权利要求2所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述废旧低密度聚乙烯的熔融指数为0.9-2.0g/10min(190℃，2.16Kg)，所述废旧聚丙烯的熔融指数为30.0-35.0g/10min(190℃，2.16Kg)。

4.根据权利要求1所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述无机填料为滑石粉、硅藻土、炭黑或它们的混合物。

5.根据权利要求4所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述无机填料的粒径为200-800目。

6.根据权利要求1所述的废旧塑料改性沥青，其特征在于，所述相容助剂为芳烃油或三线油。

7.一种权利要求1～6中任一项所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，将所述基质沥青加热至160℃-200℃后，将所述废旧塑料、所述相容助剂和所述无机填料加入所述基质沥青中搅拌混合使之溶胀，然后送入高剪切机，在由搅拌罐与高剪切机组成的闭路系统中循环加工0.5-2小时后出料。

8.一种权利要求1～6中任一项所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，将所述基质沥青分为两部分，且两部分沥青重量比为2∶8；加热到160℃-200℃时，将所述废旧塑料、所述相容助剂和所述无机填料加入到20重量份基质沥青中，一边加热一边搅拌，使其均匀溶胀，然后送入挤出机中，挤出造粒即得废旧塑料改性沥青母料，再将计量好的母料加入到160℃-200℃的80重量份基质沥青中进行搅拌混合，充分搅拌，生产出废旧塑料改性沥青。

9.根据权利要求8所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，挤出温度为175℃-185℃左右。

10.根据权利要求8所述的废旧塑料改性沥青的制备方法，其特征在于，挤出次数为8～20次。

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