CN103205131A - 一种性能稳定的化学改性橡胶沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种性能稳定的化学改性橡胶沥青及其制备方法，按重量份数计，该化学改性橡胶沥青是由100份道路石油沥青加入18～25份改性胶粉制备而成的；所述的改性胶粉由如下重量份数比的组分组成:乙醇:水玻璃:胶粉=（75～85）:（5～15）:（5～15）。其制备方法的工艺流程包括：（1）改性胶粉的制备；（2）橡胶沥青的制备。该方法生产工艺简单，易实现，可以生产出高质量的具有高温稳定性和耐存储稳定性的化学改性橡胶沥青。

Description

一种性能稳定的化学改性橡胶沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶沥青材料，具体涉及了一种性能稳定的化学改性橡胶沥青及其制备方法。

背景技术

近二十年来，SBS改性沥青由于其优异的性能，如有很好的耐高温、抗低温能力、有较好的抗车辙能力、其弹性和韧性好等等，其已经成为道路沥青混凝土领域最主要的路面材料。然而，随着我国交通建设的迅速发展以及石油价格的不断提高，SBS改性沥青的成本越来越高，限制了公路建设的发展。寻找一种性能与SBS改性沥青相当，更加低廉的改性沥青技术成为国内外研究和推广应用的重点。近年来，由于橡胶沥青具有降低噪音，减少反射性裂缝和车辙的产生等优点，同时消耗了大量的废旧轮胎，极大的缓解环境压力，给国家和社会带来了巨大的经济效益和社会效益，在道路领域的研究应用得到广泛的关注。但是目前橡胶沥青还存在以下一些不足，限制了橡胶沥青的广泛应用：

（1）胶粉是由废轮胎经过机械粉碎加工制成的具有一定尺寸的颗粒，胶粉表面保存较完整的网络结构，含有的反应性活性基团少，很难与基质沥青形成化学结合，从而导致橡胶沥青中的胶粉颗粒积聚和分层离析；

（2）橡胶沥青在储存运输过程中胶粉会继续溶胀降解导致软化点和黏度等指标的衰减，从而限制了橡胶沥青只能采用现拌现用的方式；

（3）与SBS改性沥青相比，橡胶沥青的高温性能还需进一步提高。

国内外的研究者们从橡胶沥青的不足出发，进行了深入的研究，申请一些相关的专利。如中国发明专利（申请号：200610045940.8）公开了一种化学改性沥青。该方法将苯乙烯、十八烷基二甲基芐氯化铵、三乙油酸皂、聚铣铵、环烷酸钴材料按比例投入有搅拌装置的反应釜中，在常温下搅拌制得橡胶沥青化学改性剂。此方法可以提高沥青路面的抗车辙、抗开裂性和耐久性能，同时也能防止反射裂缝的产生，但是该方法所用的化学试剂价格都非常昂贵，较大的提高了橡胶沥青的成本。中国发明专利（申请号:200610147692.8）公开了一种高温稳定的复合改性橡胶沥青。该方法主要是在橡胶沥青中添加石油树脂和聚丙烯蜡等石化产品，虽然能提高橡胶沥青的软化点，改善施工和易性，但是这些添加剂价格仍然比较昂贵，很难实现大规模推广应用。中国发明专利（申请号：201010126676.7）公开了一种高温耐储存的废橡胶粉改性沥青的制备方法。该方法先把废胶粉与PE塑料共混，通过双螺旋挤出机挤出，用切粒机造粒，最后将制备的共混相容剂与胶粉、沥青和少量硫磺经过高速剪切机搅拌30～90分钟制备得到高温耐储存稳定的废胶粉改性沥青。该方法虽然利用了回收的废塑料，但是整个制备工艺比较复杂，需要增加一些新设备，使橡胶沥青的成本提高，应用推广的难度增加。US5704971公开了一种均性废橡胶粉改性沥青的制备方法，该方法用双氧水对废橡胶粉表面进行羧基化处理，制备活化废橡胶粉，然后制备橡胶沥青。该方法能提高废橡胶粉在沥青中的分布均匀性，但是没有考虑橡胶沥青的软化点、黏度等性能指标的衰减和改善高温性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、成本低廉的高温条件下性能稳定的化学改性橡胶沥青。本发明利用胶粉在强碱溶液中表面形成大量羟基等活性反应基团，这些活性基团与沥青中的不饱和烃发生化学接枝反应，使得胶粉均匀分布沥青，不分层，不离析；同时，水玻璃中的硅酸根离子水解在胶粉表面形成一层纳米二氧化硅凝胶膜，提高橡胶沥青的高温性能，防止橡胶沥青在储存和运输中性能衰减。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种性能稳定的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，该化学改性橡胶沥青是由100份道路石油沥青加入18～25份改性胶粉制备而成的；所述的改性胶粉由如下重量份数比的组分组成:乙醇:改性水玻璃:胶粉=（75～85）:（5～15）:（5～15）；所述的化学改性橡胶沥青的软化点≥68℃。

作为本发明进一步说明，以上所述的改性胶粉优选由如下重量份数比的组分组成：乙醇:改性水玻璃:胶粉=（78～83）:（7～12）:（7～12）。

作为本发明进一步说明，以上所述的改性胶粉最优选由如下重量份数比的组分组成：乙醇:改性水玻璃:胶粉=80:10:10。

作为本发明进一步说明，以上所述的乙醇为无水乙醇；所述的改性水玻璃采用模数为1.0～2.0的改性水玻璃；所述改性胶粉的目数为30～80目。

一种制备上述性能稳定的化学改性橡胶沥青的方法，依次包括以下工艺步骤：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.0～2.0的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在50～80℃的水浴中搅拌2～5小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化12～24小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7～8，放入60～80℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入18～25份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180～195℃下混合搅拌0.5～2.5小时，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

水玻璃，即硅酸钠，俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃,是一种矿黏合剂。其化学式为R₂O·n SiO₂，式中R₂O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。其粘结力强、强度较高，耐酸性、耐热性好。

胶粉是指废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的粉末状橡胶材料。

使用本发明的制备方法不仅提高了改性胶粉与基质沥青的相容性，而且改性胶粉还提高了橡胶沥青具有高温稳定性和耐储存稳定性。本发明在制备性能稳定的化学改性橡胶沥青过程中，改性水玻璃溶液使废橡胶粉表面在强碱溶液的作用下生成具有反应活性的羟基；当改性胶粉加入沥青中在180～195℃溶胀反应是胶粉吸收沥青中的沥青质形成稳定的界面层，使胶粉在沥青中分散均匀，提高橡胶沥青的存储稳定性。同时，水玻璃中的硅酸根在50～80℃下水解在胶粉表面形成一层纳米二氧化硅凝胶层，使得橡胶沥青的高温性能有较大的提高。

本发明的优点：

1.原料配方合理、科学，制备工艺简单可行，成本低廉。

2.存储稳定性高、高温稳定性能好。改性胶粉表面的活性羟基多，可以与沥青质形成稳定的界面层，提高成品的存储稳定性。而水玻璃中的硅酸根则可在胶粉表面形成一层纳米二氧化硅凝胶层，提高成品的高温稳定性能。

3.成品质量好。在成品中，改性胶粉均匀分布在基质沥青中，不沉降、不离析；而且成品的软化点≥68℃（实验数据为68～80℃）。

具体实施方式

下面结合以下具体实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的权利要求范围不限于这些实施例。各实施例中的废橡胶粉为常温机械化粉碎的废旧重卡轮胎，其技术指标为：水分小于1%，金属含量小于0.03%，纤维含量0%，改性胶粉粒度为30～80目，橡胶烃含量为52%，丙酮抽提物为7%，炭黑含量为29%；沥青为泰普克70号道路石油沥青；水玻璃为工业水玻璃，固含量为38.9%，模数为3.15。

实施例1：

本实施例的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入20份目数在30～40目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为1.2的改性水玻璃:胶粉=80:10:10。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.2的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在70℃的水浴中搅拌2小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化12小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7，放入70℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入20份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180℃下混合搅拌45分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃，0.1mm）：55，延度（5℃，5cm/min）：17，软化点（℃）：71，离析试验，上下软化点差（℃）：-0.6，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能优良，储存稳定性良好。

实施例2：

本实施例的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入20份目数在40～50目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为1.6的改性水玻璃:胶粉=75:15:10。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.6的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在80℃的水浴中搅拌2小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化12小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7.5，放入60℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入20份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180℃下混合搅拌60分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃,0.1mm）：58，延度（5℃,5cm/min）：24，软化点（℃）：73，离析试验，上下软化点差（℃）：-1.1，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能和储存稳定性良好。

实施例3：

本实施例的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入20份目数在50～60目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为1.8的改性水玻璃:胶粉=75:10:15。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.8的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在80℃的水浴中搅拌2小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化12小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为8，放入80℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入20份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180℃下混合搅拌60分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃,0.1mm）：58，延度（5℃,5cm/min）：25，软化点（℃）：69，离析试验，上下软化点差（℃）：-1.5，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能和储存稳定性良好。

实施例4：

本实施例的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入20份目数在50～70目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为1.0的改性水玻璃:胶粉=80:10:10。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.0的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在50℃的水浴中搅拌2.5小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化12小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为8，放入65℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入20份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180℃下混合搅拌60分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃,0.1mm）：59.5，延度（5℃,5cm/min）：19，软化点（℃）：68，离析试验，上下软化点差（℃）：-0.4，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能较好，储存稳定性良好。

实施例5：

本实施例的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入18份目数在70～80目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为1.4的改性水玻璃:胶粉=75:10:10。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.4的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在55℃的水浴中搅拌4小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化15小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7.3，放入75℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入18份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在195℃下混合搅拌30分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃，0.1mm）：55，延度（5℃，5cm/min）：17，软化点（℃）：75，离析试验，上下软化点差（℃）：-0.6，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能优良，储存稳定性良好。

实施例6：

本实施例的化学改性橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入25份目数在30～80目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为2.0的改性水玻璃:胶粉=85:15:15。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为2.0的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在50℃的水浴中搅拌5小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化24小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7.8，放入70℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入25份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180℃下混合搅拌150分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃，0.1mm）：60，延度（5℃，5cm/min）：20，软化点（℃）：80，离析试验，上下软化点差（℃）：-0.5，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能优良，储存稳定性良好。

实施例7：

本实施例的橡胶沥青，按重量份数计，是由100份道路石油沥青加入23份目数在50～80目的改性胶粉制备而成的；而改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：无水乙醇:模数为1.8的改性水玻璃:胶粉=75:5:5。

具体的制备工艺如下：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.8的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将无水乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在75℃的水浴中搅拌3.5小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化16小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7，放入68℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入23份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在185℃下混合搅拌120分钟，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。

所得到的橡胶沥青产品主要性能指标为：针入度（25℃,0.1mm）：55，延度（5℃,5cm/min）：20，软化点（℃）：72，离析试验，上下软化点差（℃）：-0.4，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，高温性能较好，储存稳定性良好。

Claims (4)

1.一种性能稳定的化学改性橡胶沥青，其特征在于：按重量份数计，该化学改性橡胶沥青是由100份道路石油沥青加入18～25份改性胶粉制备而成的；所述的改性胶粉由如下重量份数比的组分组成:乙醇 : 改性水玻璃 : 胶粉=（75～85）:（5～15）:（5～15）；所述的化学改性橡胶沥青的软化点≥68℃。

2.根据权利要求1所述的性能稳定的化学改性橡胶沥青，其特征在于：所述的改性胶粉由如下重量份数比的组分组成：乙醇:改性水玻璃:胶粉=80:10:10。

3.根据权利要求1或2任一所述的性能稳定的化学改性橡胶沥青，其特征在于：所述的乙醇为无水乙醇；所述的改性水玻璃采用模数为1.0～2.0的改性水玻璃；所述改性胶粉的目数为30～80目。

4.一种制备如权利要求1-3任一所述性能稳定的化学改性橡胶沥青的方法，其特征在于，该制备方法依次包括以下工艺步骤：

（1）制备改性胶粉：

首先，利用工业钠水玻璃与工业烧碱配制出模数为1.0～2.0的改性水玻璃；

然后，按各组分的重量份数比例将乙醇、改性水玻璃和胶粉依次加入到容器中进行混合，混合后的原料在50～80℃的水浴中搅拌2～5小时；

最后，在搅拌结束后把胶粉滤出，并在室温下陈化12～24小时，再用去离子水冲洗至滤液pH值为7～8，放入60～80℃恒温箱干燥至恒重，即获得改性胶粉；

（2）制备化学改性橡胶沥青：

按重量份数计，在100份道路石油沥青中加入18～25份步骤（1）制备出的改性胶粉，然后在180～195℃下混合搅拌0.5～2.5小时，即获得性能稳定的化学改性橡胶沥青。