CN102417736A - 一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法。通过加入相对废橡胶胶粉-基质沥青总质量2％-8％的改性剂，相对废橡胶胶粉-基质沥青总质量1％-5％的硫化剂，相对基质沥青质量10％-20％的废橡胶粉，相对基质沥青质量7.67％丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，相对基质沥青质量14.67％环己烷，所述的改性剂为1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与石油树脂混合物，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发，再加入100-160℃呈流态的基质沥青，搅拌均匀后加热至130-190℃并恒温2-4小时，在加热过程中不断搅拌使其混合均匀，即得到废橡胶改性沥青产物。产品性能优良、成本低、生产工艺简单。

Description

一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青的制备方法，具体是一种废橡胶粉、改性剂、硫化剂、基质沥青组成的改性沥青的制备方法。
背景技术
废橡胶粉改性沥青将污染人类生活环境的废橡胶用于沥青性能的改善，不仅能够降低改性沥青的生产成本，而且可以提高改性沥青的各项性能。是集节能、环保和新产品开发为一体理想途径。废橡胶粉应用于沥青和沥青混合料改性可以取得与其他改性沥青及其沥青混合料接近的效果，而且成本低廉很多，与此同时，粘结性能也能有所改善。
国内外已经有很多成功地使用废橡胶粉改性沥青用于修建高速或高等级公路的成果。
国外利用废橡胶粉改性沥青的研究起步较早，P.Partal，F.J.Navarro等人在“Rheological characteristics of ground tire rubber-modified bitumens”(F.J.Navarro，P.Partal，F.Mart′inez-Boza，C.Valencia，C.Gallegos，ChemicalEngineering Journal，2002，89：53-61)和“Thermo-rheological behaviour and storagestability of ground tire rubber-modified bitumens”(F.J.Navarro，P.Partal，F.Marti′nez-Boza，C.Gallegos，Fuel，2004，83：2041-2049)中探讨了沥青-橡胶粉粘合料的流变行为；特别是橡胶粉的尺寸对沥青-橡胶粉粘合料的流变行为的影响；HurleyG，Prowell B在“Evaluation of Aspha-Min_for use in warm mix asphalt”(HurleyG，Prowell B.，NCAT Report 05-04，Auburn，2005)中研究了沥青-橡胶粉粘合料的光降解性能。Felice Giul iani在“Effects of polymer modification on the fuel resistanceof asphalt binders”(Felice Giuliani，Filippo Merusi，Sara Filippi，Dario Biondi，Maria Letizia Finocchiaro，Giovanni Polacco，Fuel，2009)和Shaopeng Wu在“Flammability and rheological behavior of mixed flame retardant modified asphaltbinders”(Shaopeng Wu，Liantong Mo，Peiliang Cong，Jianying Yu，Xiaofeng Luo，Fuel，2008，87：120-124)中研究了沥青-橡胶粉粘合料的阻燃性能。Carl Thodesen等在“Development of an empirical model for determining G*/sind in crumb rubbermodified binders”(Carl Thodesen，Khaldoun Shatanawi，Serji Amirkhanian，WilliamBridges，Construction and Building Materials，2008)中用相互作用时间和温度，(G*)/sinδ参数来评价粘合料的性能.Chandra K.Akisetty等人在“High temperatureproperties of rubberized binders containing warm asphalt additives”(Chandra K.Akisetty，Soon-Jae Lee*，Serji N.Amirkhanian，Construction and Building Materials23(2009)565-573)中利用方差分析来评价粘合料的性能。Carl Thodesen等人在“Effectof crumb rubber characteristics on crumb rubber modified(CRM)binder viscosity，Construction and Building Materials”(Carl Thodesen，Khaldoun Shatanawi，SerjiAmirkhanian，，2009，23：295-303)中用SEM、DSC等来评价加入废橡胶粉后沥青-橡胶粉粘合料粘度和玻璃化温度。Junan Shen等人在“Influence of surface area and size ofcrumb rubber on high temperature properties of crumb rubber modified binders”(Junan Shen，Serji Amirkhanian，Feipeng Xiao，Boming Tang，Construction andBuilding Materials，2009.23：304-310)中阐述了不同表面积和尺寸的废橡胶粉对沥青-橡胶粉粘合料的复数模量(G*)和相位角(δ)的影响。F.P.Miknis在“Use of NMR imagingto measure interfacial properties of asphalts，Fuel”(F.P.Miknis，A.T.Pauli，A.Beemer，B.Wilde，84(2005)1041-1051)中用NMR测定了沥青-橡胶粉粘合料的表面张力。Osman Nuri Celik等人在“Compactibility of hot bituminous mixtures madewith crumb rubber-modified binders”(Osman Nuri Celik，Cengiz Duran Atis，Construction and Building Materials，2008，22：1143-1147)和Soon-Jae Lee等人在“The effects of compaction temperature on CRM mixtures made with the SGC andthe Marshall compactor，Construction and Building Materials”(Soon-Jae Lee a，Serji N.Amirkhanian，Seung-Zoon Kwon，2008，22：1122-1128)中考察了的碾压性能、碾压温度和压缩系数。
国内的研究虽然起步较慢，但已经取得一些应用成果。查旭东等人在“胶粉改性沥青配比及性能试验研究”(查旭东，陈兆坤，季文广，长沙交通学院学报，2008，24(3)：24-27)中研究了基质沥青和废橡胶粉不同比例对改性沥青各种性能的影响。张建峰，程国香，郭皎河，傅丽等人在“废胶粉改性沥青热储存稳定性的研究”(张建峰，程国香，郭皎河，傅丽，石油沥青.2008-4：105～110)中对胶粉改性沥青热储存稳定性进行了一些探索试验。滕康保，赵松等人在“橡胶粉沥青混合料的设计与施工控制”(滕康保，赵松..山西建筑.2008-3：56～60)中介绍了Superpave橡胶粉+维他连接剂沥青混合料的最佳沥青用量确定、干法施工工艺和质量控制方法。
本发明通过对废橡胶粉改性沥青共混机理进行分析，对废橡胶粉和沥青中添加改性剂、硫化剂来对废橡胶粉沥青进行活化处理，使废橡胶粉沥青的针入度、软化点、延度等都有了显著改善，对应的废橡胶粉沥青高温稳定性、温度敏感性和抗老化性能也可以在实践中得到改善。从而提高废橡胶粉改性沥青公路的路用性能并且降低其成本，和减少环境污染。
发明内容
本发明通过利用废橡胶粉、1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和石油树脂组成的改性剂，硫磺和硫化促进剂(如四甲基秋兰姆二硫化物)组成的硫化剂、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液和环己烷活化处理改性沥青，得到一种性能优良、低成本、生产工艺简单的废橡胶粉改性沥青。其中废橡胶粉颗粒粒度为80目，改性剂选用1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和石油树脂，硫化剂选用硫磺和硫化促进剂(如四甲基秋兰姆二硫化物)。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种废橡胶粉改性沥青，它主要由废橡胶粉、改性剂、硫化剂、基质沥青，经加热搅拌制备而成；所述的废橡胶粉颗粒粒度为80目，其质量为基质沥青的10％-20％；所述的改性剂为1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与石油树脂混合物，其加入量为废橡胶粉-基质沥青总质量的2％～8％；所述的硫化剂为可以硫化二烯类橡胶的硫化剂，其加入量为废橡胶粉-基质沥青总质量的1％～5％。
本发明的废橡胶粉改性沥青中，所述的改性剂中石油树脂为C5～C9石油树脂的一种或多种。
本发明的废橡胶粉改性沥青中，所述的改性剂中石油树脂为C5和C9石油树脂的混合物，二者的质量比为20％～80％∶80％～20％。
本发明的废橡胶粉改性沥青中，所述的改性剂中石油树脂可以萜烯树脂、松香树脂或古马隆树脂代替。
本发明的废橡胶粉改性沥青中，所述的改性剂1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与石油树脂混合物中1，2-聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂质量比为23％～32％∶20％～43％∶23％～43％，三者百分数之和100％。
本发明的废橡胶粉改性沥青中，所述的硫化剂为硫磺和硫化促进剂四甲基秋兰姆二硫化物混合物，二者的质量比为50％～70％∶50％～30％。
本发明的废橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：在反应釜中加入相对废橡胶胶粉-基质沥青总质量2％-8％的改性剂，相对废橡胶胶粉-基质沥青总质量1％-5％的硫化剂，相对基质沥青质量10％-20％的废橡胶粉，相对基质沥青质量7.67％丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，相对基质沥青质量14.67％环己烷，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发，再加入100-160℃呈流态的基质沥青，搅拌均匀后加热至130-190℃并恒温2-4小时，在加热过程中不断搅拌使其混合均匀，即得到废橡胶改性沥青产物。
本发明的的废橡胶粉改性沥青的制备方法中，作为改性剂的1，2-聚丁二烯的数均分子量为600～2000，粘度为250～1100mPs。
本发明的的废橡胶粉改性沥青的制备方法中，作为改性剂的1，2-聚丁二烯的数均分子量为900～1200，粘度为500～1150mPs。
本发明的的废橡胶粉改性沥青的制备方法中，作为改性剂的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线性和/或星型结构，分子量为1.0×105～3.0×105，苯乙烯与丁二烯的分子比即嵌段比为20∶80～80∶20。
本发明的的废橡胶粉改性沥青的制备方法中，作为改性剂的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为星型结构，分子量为1.0×105～3.0×105，苯乙烯与丁二烯的分子比即嵌段比为30∶70。
具体实施方式
列举下例实施例更好地说明本发明，但本发明并不限于下述实施例。下述例中废橡胶粉颗粒粒度为80目，改性剂选用1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和石油树脂，硫化剂选用硫磺和硫化促进剂四甲基秋兰姆二硫化物混合物，二者的质量比为50％～70％∶50％～30％。。
对比例
未加改性剂的废橡胶粉-沥青制备
在反应釜中加入15g废橡胶粉，同时取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
以下实施例是废橡胶粉改性沥青制备例
实施例1
在反应釜中加入2.3g的改性剂，15g硫化剂，15g废橡胶粉，7.67g丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14.67g环己烷，其中改性剂中1.2聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂的质量比为0.23∶0.43∶0.34，石油树脂为C5和C9石油树脂的混合物，C5和C9石油树脂质量比＝1∶1.，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发。取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
实施例2
在反应釜中加入9.2g的改性剂，1.15g硫化剂，15g废橡胶粉，7.67g丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14.67g环己烷，其中改性剂中1.2聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂的质量比为0.25∶0.40∶0.35，石油树脂为C5石油树脂，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发。取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
实施例3
在反应釜中加入4.6g的改性剂，1.15g的硫化剂，加入15g废橡胶粉，7.67g丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14.67g环己烷，其中改性剂中1.2聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂质量比为0.27∶0.37∶0.36，石油树脂为C5和C9石油树脂的混合物，C5和C9石油树脂质量比＝1∶1.，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发。取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
实施例4
在反应釜中加入6.9g的改性剂，2.3g的硫化剂，15g废橡胶粉，7.67g丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14.67g环己烷，其中改性剂1.2聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂质量比为0.29∶0.34∶0.37，石油树脂为C5和C9石油树脂的混合物，C5和C9石油树脂质量比＝1∶1.，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发。取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
实施例5
在反应釜中加入2.3g改性剂，5.75g硫化剂，15g废橡胶粉，7.67g丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14.67g环己烷，其中改性剂中1.2聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂质量比为0.31∶0.29∶0.40，石油树脂为C5和C9石油树脂的混合物，C5和C9石油树脂质量比＝4∶6，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发。取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
实施例6
在反应釜中加入9.2g的改性剂，5.75g(胶粉-沥青粘合料总量)的硫化剂，15g废橡胶粉，7.67g丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14.67g环己烷，其中改性剂中1.2聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂质量比为0.32∶0.25∶0.43，石油树脂为C9石油树脂，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发。取基质沥青，放入100-160℃烘箱内加热至可以自由流动为止，称取100g基质沥青加入到反应釜中，边加入边搅拌，使之混合均匀，再升温至130-190℃并恒温2-4个小时，不断搅拌，使样品混合均匀得产品。产品性能见表1。
表1实施例改性沥青及对比例沥青性能
Figure BDA0000109688610000061

Claims (11)

1.一种废橡胶粉改性沥青，其特征在于：它主要由废橡胶粉、改性剂、硫化剂、基质沥青，经加热搅拌制备而成；所述的废橡胶粉颗粒粒度为80目，其质量为基质沥青的10％-20％；所述的改性剂为1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与石油树脂混合物，其加入量为废橡胶粉-基质沥青总质量的2％～8％；所述的硫化剂为可以硫化二烯类橡胶的硫化剂，其加入量为废橡胶粉-基质沥青总质量的1％～5％。
2.根据权利要求1所述的废橡胶粉改性沥青，其特征在于：所述的改性剂中石油树脂为C5～C9石油树脂的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的废橡胶粉改性沥青，其特征在于：所述的改性剂中石油树脂为C5和C9石油树脂的混合物，二者的质量比为20％～80％∶80％～20％。
4.根据权利要求1所述的废橡胶粉改性沥青，其特征在于：所述的改性剂中石油树脂可以萜烯树脂、松香树脂或古马隆树脂代替。
5.根据权利要求1所述的废橡胶粉改性沥青，其特征在于：所述的改性剂1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与石油树脂混合物中1，2-聚丁二烯∶丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物∶石油树脂质量比为23％～32％∶20％～43％∶23％～43％，三者百分数之和100％。
6.如权利要求1所述的一种废橡胶粉改性沥青，其特征在于：所述的硫化剂为硫磺和硫化促进剂四甲基秋兰姆二硫化物混合物，二者的质量比为50％～70％∶50％～30％。
7.一种废橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：在反应釜中加入相对废橡胶胶粉-基质沥青总质量2％-8％的改性剂，相对废橡胶胶粉-基质沥青总质量1％-5％的硫化剂，相对基质沥青质量10％-20％的废橡胶粉，相对基质沥青质量7.67％丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，相对基质沥青质量14.67％环己烷，充分搅拌均匀，直到无大团状混合物，在室温下放置两个小时以上，使环己烷充分挥发，再加入100-160℃呈流态的基质沥青，搅拌均匀后加热至130-190℃并恒温2-4小时，在加热过程中不断搅拌使其混合均匀，即得到废橡胶改性沥青产物。
8.根据权利要求7所述的废橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：作为改性剂的1，2-聚丁二烯的数均分子量为600～2000，粘度为250～1100mPs。
9.根据权利要求7所述的废橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：作为改性剂的1，2-聚丁二烯的数均分子量为900～1200，粘度为500～1150mPs。
10.根据权利要求7所述的废橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：作为改性剂的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为线性和/或星型结构，数均分子量为1.0×105～3.0×105，苯乙烯与丁二烯的分子比即嵌段比为20∶80～80∶20。
11.根据权利要求10所述的废橡胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：作为改性剂的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为星型结构，数均分子量为1.0×105～3.0×105，苯乙烯与丁二烯的分子比即嵌段比为30∶70。
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