发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中有机浆渣难以处理、污染环境,橡胶沥青的性能有待于进一步提高及有机硅浆渣处理的不足,提供一种合成橡胶沥青及其制备方法。本发明的合成橡胶沥青具有良好的粘弹性和流动性,合成橡胶沥青技术指标均优于相关的国家标准。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
一种合成橡胶沥青,包括改性橡胶沥青和有机硅浆渣,所述改性橡胶沥青与有机硅浆渣的重量比例为100∶(0.1-8);
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,所述基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为6∶(3-8)。
上述合成橡胶沥青中,不仅加入了橡胶粉改性剂对基质沥青进行改性,而且加入了有机硅浆渣,由于有机硅浆渣中含有有机硅单体、氯硅烷以及单质金属铜,而活化橡胶粉中含有废旧轮胎粉及活化剂,在单质金属铜、活化剂存在的情况下,有机硅浆渣中的有机硅单体与改性橡胶粉发生嵌合反应,有助于增加橡胶颗粒的弹性;同时,氯硅烷与橡胶颗粒发生氯化反应,有助于增加橡胶颗粒的强度;在上述两种反应的协同作用下,所得橡胶沥青的整体性能得以改善。另一方面,基质沥青不仅具有活化橡胶粉的作用,而且可作为柔软剂和粘合剂,对有机硅浆渣进行吸附、包裹以隔离空气,从而防止机硅浆渣吸附空气中的水份而分解氯化氢气体。
进一步的,上述合成橡胶沥青中,所述改性橡胶沥青与有机硅浆渣的重量比例为100∶(0.1-4)。由于氯化过度容易导致橡胶沥青的脆性增加,在上述优选的改性橡胶沥青与有机硅浆渣=100∶(0.1-4)范围内,可适宜的控制有机硅浆渣的量,有助于改善合成橡胶沥青的弹性和强度而避免橡胶沥青脆性的增加;在上述比例范围内,本发明的有机硅活化橡胶沥青的5℃下延伸度为17-29cm,软化点为58-99℃,25℃下的针入度为76-106,弹性恢复为66-90%,180℃旋转粘度为2.78-4.30,本发明的合成橡胶沥青的性能较佳。
进一步的优选的,上述合成橡胶沥青中,所述改性橡胶沥青与有机硅浆渣的重量比例为100∶(0.5-4)。在上述比例范围内,本发明的有机硅活化橡胶沥青的5℃下延伸度为20-32cm,软化点为73-105℃,25℃下的针入度为83-110,弹性恢复为72-95%,180℃旋转粘度为3.11-4.83,本发明的合成橡胶沥青整体性能效果最佳。
进一步的,上述合成橡胶沥青中,所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和改性剂组成,所述废旧轮胎粉与改性剂的重量比例为(94-100)∶(3-10)。
进一步的,上述合成橡胶沥青中,所述改性剂优选为四甲基葵炔二醇或己二醇。上述两种改性剂有助于提高橡胶粉的粘着性,而且有助于有机硅单体与废旧轮胎粉发生嵌合反应、氯硅烷与改性橡胶沥青发生氯化反应,有助于改善合成橡胶沥青的整体性能。
进一步的优选的,上述合成橡胶沥青中,所述改性剂为己二醇,所述废旧轮胎粉∶己二醇的重量比例优选为(94-96)∶(4-6)。上述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和己二醇组成,其中,己二醇是一种橡胶交联剂,化学组份为2,5-二甲基-2,5-己二醇,英文名:2,5-dimethyl-2,5-hexanediol,分子式为C8H18O2,为白色粉状或片状,具有促进基质沥青和橡胶碳氢分子低温合成沥青的功能,能增加橡胶粉活化剂的渗透性。而且,根据本发明的实施例,在上述比例范围内,己二醇对废旧轮胎粉发生嵌合反应、氯硅烷与改性橡胶沥青发生氯化反应的促进作用较佳。
进一步的优选的,上述合成橡胶沥青中,所述改性剂为四甲基葵炔二醇,所述废旧轮胎粉∶四甲基葵炔二醇的重量比例优选为100∶(3-10)。上述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和四甲基葵炔二醇组成,其中,活化剂四甲基葵炔二醇,是一种多功能非离子表面活性剂,化学组分为2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇,分子式C14H26O2,为白色或微黄蜡状物,具有颜料分散能力强,优异的低泡性和适度的消泡功能,另外,四甲基葵炔二醇具有防止橡胶沥青改性剂从沥青中离析的作用,不需要脱硫工序即可赋予橡胶粉较高的粘着性,恢复其生胶性质。而且,根据本发明的实施例,在上述比例范围内,四甲基葵炔二醇对废旧轮胎粉发生嵌合反应、氯硅烷与改性橡胶沥青发生氯化反应的促进作用较佳。
本发明的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将基质沥青预热至140-160℃;
(2)、将基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至190-260℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,在190-260℃温度下反应,得到合成橡胶沥青。
上述适宜的反应温度190-260℃,使有机硅浆渣中氯化硅与改性橡胶沥青中碳氧分子充分发生嵌段共聚、氯化反应,有助于改善橡胶沥青的弹性和强度。
上述合成橡胶沥青的制备方法中,步骤(3)中改性橡胶沥青与有机硅浆渣的反应时间优选1-5分钟。
有机硅浆渣是有机硅单体特别是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属。有机硅浆渣如果暴露在空气中,就会燃烧和(或)形成强酸雾和液体,对环境造成严重污染,不仅污染环境,也造成大量的氯损失,必须进行无害化处理。目前对有机硅浆渣的处理方式一般采用水解,但是水解会产生二次污染而受到限制,目前只能积压堆库或是简单的回收其中的金属铜。有机硅浆渣量很大,一般产品作为处理有机硅浆渣的载体难以满足要求,经考察比较,只有沥青才能吸纳这么多的含氯有机硅浆渣量。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明的合成橡胶沥青由改性橡胶沥青和有机硅浆渣发生化学反应生成,其中有机硅浆渣的氯化硅作为氯来源,在具有活性的游离铜(单质金属铜)催化剂的作用下,有机硅浆渣中的含硅(有机硅)单体与改性橡胶沥青主要成份碳氢分子发生嵌段共聚、氯化反应,生成合成橡胶沥青。本发明的改性橡胶沥青之所以与有机硅浆渣中的含硅(有机硅)单体发生氯化反应,是因为上述改性橡胶沥青是经化学改性的发生质变的改性橡胶沥青。本发明的合成橡胶沥青的制备方法是将基质沥青加热至140-160℃后,按比例向反应器内加入橡胶粉改性剂,控制橡胶粉改性剂的加入速度,以保持温度恒定在上述范围内,加入橡胶粉改性剂后升温至190-260℃,得到改性橡胶沥青;在保持温度在190-260℃的前提下,按比例加入有机硅浆渣,控制有机硅浆渣的加入速度,即可得到合成橡胶沥青。上述合成橡胶沥青的制备过程中,控制适宜的反应温度190-260℃,有机硅浆渣中氯化硅与改性橡胶沥青中碳氧分子充分发生嵌段共聚、氯化反应,有助于改善橡胶沥青的弹性和强度。
本发明的有机硅橡胶制备方法工序简单,无三废公害,环保,更重要的是,将硅橡胶、有机硅工业的浆渣废液变废为宝,所制备的有机硅橡胶成本低廉。按照本发明方法制备的合成橡胶沥青,有机硅浆渣中的含硅(有机硅)单体与改性橡胶沥青主要成份碳氢化合物发生氯化反应,发生沥青质变,很好的利用了机硅工业中的废弃物浆渣,制备得到的合成橡胶沥青具有良好的粘结性和流动性,并改善了橡胶沥青的弹性和强度,所制备的合成橡胶沥青技术指标均符合或高于国家行业标准。本发明的合成橡胶沥青5℃延伸度为13-32cm,25℃的针入度为71-110,软化点为53-105℃,25℃弹性恢复61-95%。本发明的合成橡胶沥青可用于高级公路、机场跑道施工混合料的生产和屋面、隧道、水坝防漏、防潮、防水使用。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶0.5。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=2∶1。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为己二醇,所述废旧轮胎粉∶己二醇的重量比例为=96∶4。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至190℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在190℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
道路沥青的质量常用以下指标进行评定:
延伸度:主要用于反映沥青的低温性能。沥青的延伸度是指在规定的拉伸速度和温度下,拉伸标准试件的两端到断裂时的长度。延伸度是剪切面上剪切压力大于沥青内聚力时的断裂长度,随温度不同而变化。它反映沥青的粘弹性质,延伸度可按照ASTMD113或GB/T4508方法测定。
软化点:反应沥青的高温性能。沥青的软化点是沥青在一定条件下的等粘温度,软化点高表示沥青的等粘温度高,混合料的高温稳定性好,软化点的测定方法可参照ASTMD36或GB/T4508。
针入度:是沥青的稠度指标。反映沥青在一定条件上的软硬程度,沥青的针入度用标准针在一定负荷、时间和温度条件下,垂直穿入沥青试样的深度表示,单位为1/10mm,不同温度针入度的对数与温度呈线性关系,即工IgP=AT+K,其中P为温度T时的针入度,A反映针入度对数温度的敏感性,简称针入温度系数,K为常数。
以上是评定沥青质量标准的三大技术指标,根据附JT/T798-2011行业标准,另有180℃旋转粘度(Pa.s)和弹性恢复(25℃,%)两大指标来评定沥青的性能。
附JT/T 798-2011行业标准:
表1橡胶沥青技术指标
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验(JT/T798-2011行业标准),特性如下:5℃延伸度为20cm,25℃的针入度为110,软化点为53℃,25℃的弹性恢复为66%,180℃旋转粘度为2.43,整体性能优于国家标准。
实施例2
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶1。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=2∶1。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为己二醇,所述废旧轮胎粉∶己二醇的重量比例为=96∶4。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至195℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在195℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为13cm,25℃的针入度为106,软化点为58℃,25℃的弹性恢复为61%,180℃旋转粘度为2.78,整体性能优于国家标准。
实施例3
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶1.5。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=2∶1。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为己二醇,所述废旧轮胎粉∶己二醇的重量比例为=95∶5。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至200℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在200℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为24cm,25℃的针入度为97,软化点为73℃,25℃的弹性恢复为84%,180℃旋转粘度为3.11,整体性能优于国家标准。
实施例4
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶2。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=2∶1。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为己二醇,所述废旧轮胎粉∶己二醇的重量比例为=95∶5。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至210℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在210℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为17cm,25℃的针入度为92,软化点为78℃,25℃的弹性恢复为72%,180℃旋转粘度为3.45,整体性能优于国家标准。
实施例5
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶2.5。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=3∶2。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为四甲基葵炔二醇,所述废旧轮胎粉∶四甲基葵炔二醇的重量比例为=94∶6。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至220℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在220℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为29cm,25℃的针入度为87,软化点为82℃,25℃的弹性恢复为90%,180℃旋转粘度为3.80,整体性能优于国家标准。
实施例6
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶3。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=3∶2。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为四甲基葵炔二醇,所述废旧轮胎粉∶四甲基葵炔二醇的重量比例为=94∶6。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至230℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在230℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为21cm,25℃的针入度为83,软化点为90℃,25℃的弹性恢复为83%,180℃旋转粘度为4.10,整体性能优于国家标准。
实施例7
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶3.5。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=3∶2。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为四甲基葵炔二醇,所述废旧轮胎粉∶四甲基葵炔二醇的重量比例为=94∶6。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至240℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在240℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为32cm,25℃的针入度为76,软化点为99℃,25℃的弹性恢复为95%,180℃旋转粘度为4.30,整体性能优于国家标准。
实施例8
本实施例列举的合成橡胶沥青,包括有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应得到有机硅活化橡胶沥青,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青的重量比例为:改性橡胶沥青∶有机硅浆渣=100∶4。
所述有机硅浆渣是甲基氯硅烷单体合成过程中所产生的废弃物,有机硅浆渣的主要成分是有机硅单体、氯硅烷以及高含量的金属铜以及少量的其它金属,其主要成分的重量比例为:有机硅单体∶氯硅烷∶单质铜=38∶60∶2。
所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂,90#基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质沥青∶橡胶粉改性剂=3∶2。
所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成,所述改性剂为四甲基葵炔二醇,所述废旧轮胎粉∶四甲基葵炔二醇的重量比例为=94∶6。
本实施例的合成橡胶沥青的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将90#基质沥青预热至140℃;
(2)、将90#基质沥青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至250℃,得到改性橡胶沥青;
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶沥青与有机硅浆渣按比例混合,加入有机硅浆渣时保持匀速缓慢搅拌,在250℃温度下反应,有机硅浆渣加完再保持搅拌,所述有机硅浆渣与改性橡胶沥青反应的时间为2分钟,得到合成橡胶沥青。
上述实施例所制备的合成橡胶沥青按相关国家标准检验,特性如下:
5℃延伸度为25cm,25℃的针入度为71,软化点为105℃,25℃的弹性恢复为88%,180℃旋转粘度为4.83,整体性能优于国家标准。