CN102796388A - 一种抗车辙高黏度沥青改性剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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-
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Abstract
本发明公开了一种抗车辙高黏度沥青改性剂及其制备方法和应用，由以下组分及质量份数制成：聚烯烃10～30份、弹性体10～30份、增黏树脂15～40份、橡胶粉1～20份。制备方法为：聚烯烃、弹性体、增黏树脂、橡胶粉在拌料机中混合均匀后，通过熔融挤出、造粒、干燥制得。抗车辙高黏度沥青改性剂的掺量为沥青质量的5%～14%。本发明抗车辙高黏度沥青改性剂能显著提高沥青的60℃黏度、软化点、低温延度等技术指标。本发明所指抗车辙高黏度沥青改性剂生产工艺较为简便，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗车辙高黏度沥青改性剂，本发明还涉及该抗车辙高黏度沥青改性剂的制备方法和应用。
背景技术
沥青路面以其连续性好、行车舒适、噪音小及养护维修简便等优点，已成为世界上最常见的一种路面形式，据不完全统计，日本已铺设路面中，沥青路面所占比例达到79%，中国及欧洲一些国家所铺设路面中，沥青路面所占比例达到90%，而在美国，则有95%左右的路面是沥青路面。然而，由于交通量迅速增加、轴载加重、渠化交通等因素的综合作用，很多沥青路面往往通车仅几年就出现严重病害，车辙已成为沥青路面最主要的病害形式之一，尤其在中国高温期长、降雨量大的南方湿热地区更为严重。
研究表明：对沥青进行改性是提高沥青混合料性能的有效手段。60℃黏度是表征沥青高温稳定性的关键性指标。通常,高黏度沥青60℃黏度大于20KPa.s，以其作为沥青混合料的结合料可大大提高路面的抗车辙性能和水稳定性。
目前国内使用最为普遍的进口高黏度改性剂为日本的TPS改性剂和韩国的SK改性剂。这些改性剂的性能较好、黏度很高，但是价格很贵，例如日本高黏度抗车辙沥青改性剂目前约为4万元／吨，掺量为12%左右，其改性沥青综合成本约为l万元／吨，而国内普通的SBS改性沥青价格约为5000～6000元／吨。显然，高黏度沥青的高成本问题成为限制其推广使用的重要因素。
如何降低高黏度沥青的高成本问题成为国内外学者的研究重点。近年来国内高黏度改性沥青的研究发展很快，专利也越来越多。CN200510112047.8公开了一种包含沥青、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯蜡和硫磺的高黏度改性沥青，其60℃黏度已能达到高黏度沥青技术要求，但低温性能尚有不足，且改性剂掺量过大（>14%），高成本问题没有解决；CN201010179374.6公开了一种由SBS、石油树脂、芳香油、抗氧化剂、润滑剂、接枝剂、引发剂组成的高黏度抗车辙沥青改性剂，在12%（内掺）的掺量下所制备的高黏度沥青其60℃黏度能达到250KPa.s，软化点接近100℃，且低温性能也比较优越，但一方面改性剂掺量依然偏高，生产成本难以控制，另一方面配方比较复杂，且原材料中的化学物质在生产过程中对环境会造成一定污染；CN201110141325.8公开了一种由主剂、增塑剂、填料与稳定剂组成的高黏度沥青添加剂，在10%的掺量下改性沥青60℃黏度达到106KPa.s，高低温性能也比较优越，但是其135℃黏度大于3Pa.s，在施工方面造成一定困难。总体来看，国内对性价比较高的高黏度抗车辙沥青改性剂研制尚不是很成熟。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能显著提高沥青的黏度、软化点、延度及稳定性等性能的抗车辙高黏度沥青改性剂。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种生产工艺简单、成本较低，具有较高的性价比的抗车辙高黏度沥青改性剂的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种该抗车辙高黏度沥青改性剂的应用。
为了解决第一个技术问题，本发明提供的抗车辙高黏度沥青改性剂，是由不同组分及质量份数的原料混合均匀后，通过熔融挤出并造粒而成，所述组分及质量份数为：聚烯烃10～30份、弹性体10～30份、增黏树脂15～40份、橡胶粉1-20份。
所述的聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯其中的一种或两种以上混合物。
所述的弹性体为乙烯-辛烯共聚物（POE）或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物SBS、SIS、SEBS中的一种或两种以上混合物。
所述的增黏树脂为C5、C9石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂其中的一种或两种以上混合物。
所述的橡胶粉为天然橡胶、丁苯、丁晴、氯丁、顺丁或异戊橡胶的再生橡胶粉，其细度为40～120目。
为了解决第二个技术问题，本发明提供的制备抗车辙高黏度沥青改性剂的方法，其制备过程为：将聚烯烃10～30份、弹性体10～30份、增黏树脂15～40份、橡胶粉1～20份混合均匀后，加入螺杆挤出机中，在熔融状态下呈条形挤出，经冷却后切粒得到成品。
所述螺杆挤出机为单螺杆或双螺杆，喂料口温度为60～80℃，熔体温度为160～190℃，机头温度为140～180℃。
所述的冷却方式为水冷式，挤出机出口处设一水槽，水槽中为流动水，挤出的条形料通过水槽中流动水进行冷却。
所述的切粒采用轮式切刀，切粒速度为190～230r/min。
为了解决第三个技术问题，本发明提供的抗车辙高黏度沥青改性剂的应用，抗车辙高黏度沥青改性剂的掺量为沥青质量的5%～14%。
采用上述技术方案的抗车辙高黏度沥青改性剂及其制备方法和应用，抗车辙高黏度沥青改性剂由聚烯烃、弹性体、增黏树脂和橡胶粉组成，并在混合均匀后通过螺杆熔融挤出，通过造粒得到抗车辙高黏度沥青改性剂，生产工艺简单，无污染，且综合成本较低。改性剂中的聚烯烃可大幅度提高沥青的软化点；弹性体能进一步提高沥青的延度；增黏树脂大大提高了沥青的60℃黏度，在一定程度上改善了聚合物与沥青的贮存稳定性，且增强了沥青与矿料的黏附性；橡胶粉则在一定程度上对沥青的高温稳定性起到补充作用。
本产品具有如下优点：
1.软化点高于80℃，故而具有优异的高温稳定性；
2.延度（5℃）大于30cm，故低温延性较好；
3.60℃黏度较高，与国内通常使用的高黏度沥青数值相当；
4.135℃黏度低于3Pa.s，便于施工；
5.综合成本较低，生产工艺简单。
具体实施方式
以下列举具体实例以进一步阐述本发明，实例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1：
将低密度聚乙烯10份、乙烯-辛烯共聚物（POE）10份、C9石油树脂15份、再生橡胶粉10份（120目）在拌料机中混合均匀后，由单螺杆挤出机熔融挤出并进行造粒，获得改性剂母体。挤出机各分区温度控制参数及切粒速度见表1。
表1挤出机各分区温度控制参数及切粒机速度
| 机头 | 熔体 | 1区 | 2区 | 3～8区 | 切粒机 |
| 180℃ | 176℃ | 80℃ | 160℃ | 170℃ | 210r/min |
由于石油树脂软化点较低，在1区温度为80℃时会发生部分熔化而与其它材料黏结堵塞喂料口，因而1区温度不宜过高。取70号基质沥青100份，抗车辙高黏度沥青改性剂12份，在180℃条件下混溶，并由高速剪切机在3800r/min速度下剪切60min，得到成品改性沥青。经测试，其60℃黏度达到34KPa.s,135℃黏度达到2.7Pa.s，软化点达到86℃，5℃延度达到30cm。
实施例2：
将高密度聚乙烯10份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物SBS 10份、C5石油树脂20份、天然橡胶粉1份（100目）在拌料机中混合均匀后，由双螺杆挤出机熔融挤出并进行造粒，获得改性剂母体。挤出机各分区温度控制参数及切粒速度见表2。
表2挤出机各分区温度控制参数及切粒机速度
| 机头 | 熔体 | 1区 | 2区 | 3～8区 | 切粒机 |
| 140℃ | 160℃ | 60℃ | 170℃ | 180℃ | 196/min |
取70号基质沥青100份，抗车辙高黏度沥青改性剂10份，在180℃条件下混溶，并由高速剪切机在3800r/min速度下剪切60min，得到成品高黏度改性沥青。经测试，其60℃黏度达到58KPa.s,135℃黏度达到2.6Pa.s，软化点达到88℃，5℃延度达到39cm。
实施例3：
将聚丙烯20份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物SIS 20份、古马隆树脂30份、丁苯橡胶的再生橡胶粉8份（80目）在拌料机中混合均匀后，由双螺杆挤出机熔融挤出并进行造粒，获得改性剂母体。挤出机各分区温度控制参数及切粒速度见表3。
表3挤出机各分区温度控制参数及切粒机速度
| 机头 | 熔体 | 1区 | 2区 | 3～8区 | 切粒机 |
| 150℃ | 175℃ | 70℃ | 167℃ | 185℃ | 220/min |
取50号基质沥青100份，抗车辙高黏度沥青改性剂8份，在180℃条件下混溶，并由高速剪切机在3800r/min速度下剪切60min，得到成品高黏度改性沥青。经测试，其60℃黏度达到46KPa.s,135℃黏度达到2.4Pa.s，软化点达到83℃，5℃延度达到37cm。
实施例4：
将低密度聚乙烯和聚丙烯混合物25份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物SEBS 25份、萜烯树脂35份、丁晴橡胶的再生橡胶粉10份（60目）混合均匀后，在拌料机中混合均匀后，由双螺杆挤出机熔融挤出并进行造粒，获得改性剂母体。挤出机各分区温度控制参数及切粒速度见表4。
表4挤出机各分区温度控制参数及切粒机速度
| 机头 | 熔体 | 1区 | 2区 | 3～8区 | 切粒机 |
| 160℃ | 170℃ | 75℃ | 180℃ | 180℃ | 230/min |
取70号基质沥青100份，抗车辙高黏度沥青改性剂5份，在180℃条件下混溶，并由高速剪切机在3800r/min速度下剪切60min，得到成品高黏度改性沥青。经测试，其60℃黏度达到42KPa.s,135℃黏度达到2.4Pa.s，软化点达到84℃，5℃延度达到33cm。
实施例5：
将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯混合物30份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物SBS、SIS、SEBS混合物30份、C5石油树脂、古马隆树脂和萜烯树脂混合物40份、顺丁或异戊橡胶的再生橡胶粉20份（40目）混合均匀后，在拌料机中混合均匀后，由双螺杆挤出机熔融挤出并进行造粒，获得改性剂母体。挤出机各分区温度控制参数及切粒速度见表5。
表5挤出机各分区温度控制参数及切粒机速度
| 机头 | 熔体 | 1区 | 2区 | 3～8区 | 切粒机 |
| 180℃ | 185℃ | 75℃ | 180℃ | 185℃ | 213/min |
取70号基质沥青100份，抗车辙高黏度沥青改性剂14份，在180℃条件下混溶，并由高速剪切机在3800r/min速度下剪切60min，得到成品高黏度改性沥青。经测试，其60℃黏度达到66KPa.s,135℃黏度达到2.8Pa.s，软化点达到92℃，5℃延度达到41cm。
Claims (10)
1.一种抗车辙高黏度沥青改性剂，其特征在于：是由不同组分及质量份数的原料混合均匀后，通过熔融挤出并造粒而成，所述组分及质量份数为：聚烯烃10～30份、弹性体10～30份、增黏树脂15～40份、橡胶粉1～20份。
2.根据权利要求1所述的抗车辙高黏度沥青改性剂，其特征在于：所述的聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯其中的一种或两种以上混合物。
3.根据权利要求1或2所述的抗车辙高黏度沥青改性剂，其特征在于：所述的弹性体为乙烯-辛烯共聚物（POE）或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物SBS、SIS、SEBS中的一种或两种以上混合物。
4.根据权利要求1或2所述的抗车辙高黏度沥青改性剂，其特征在于：所述的增黏树脂为C5、C9石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂其中的一种或两种以上混合物。
5.根据权利要求1或2所述的抗车辙高黏度沥青改性剂，其特征在于：所述的橡胶粉为天然橡胶、丁苯、丁晴、氯丁、顺丁或异戊橡胶的再生橡胶粉。
6.根据权利要求1或2所述的抗车辙高黏度沥青改性剂，其特征在于：所述的橡胶粉细度为40～120目。
7.制备权利要求1所述的抗车辙高黏度沥青改性剂的方法，其特征在于：将聚烯烃10～30份、弹性体10～30份、增黏树脂15～40份、橡胶粉1～20份混合均匀后，加入螺杆挤出机中，在熔融状态下呈条形挤出，经冷却后切粒得到成品。
8.根据权利要求7所述的制备抗车辙高黏度沥青改性剂的方法，其特征在于：所述螺的杆挤出机为单螺杆或双螺杆，喂料口温度为60～80℃，熔体温度为160～190℃，机头温度为140～180℃。
9.根据权利要求7或8所述的制备抗车辙高黏度沥青改性剂的方法，其特征在于：所述的冷却方式为水冷式，挤出机出口处设一水槽，槽中为流动水，使挤出的条形料通过水槽冷却；所述的切粒采用轮式切刀，切粒速度为190～230r/min。
10.根据权利要求1所述的抗车辙高黏度沥青改性剂的应用，其特征在于：抗车辙沥青改性剂的掺量为沥青质量的5%～14%。
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