CN103819912A - 一种催化反应型sbs改性沥青再生剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法。一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征是它由SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂制备而成，各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青15%～35%、催化裂化油浆55%～80%、渗透剂1%～5%、SBS分子结构恢复剂3%～8%、催化剂0.01%～0.05%。本发明的再生剂既可还原老化沥青的化学组成和胶体结构，又可在SBS分子结构恢复剂和催化剂的作用下，使老化降解的SBS分子链结构得到很好的恢复，从而显著提高再生SBS改性沥青的性能，该再生剂能较好地改善老化SBS改性沥青的性能。

Description

一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程中废旧沥青混凝土的再生利用，具体涉及一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土路面具有表面平整、振动小、噪音低、行车舒适、施工期短、养护维修简便等优点，在公路建设中被广泛使用。与普通沥青相比，热塑性弹性体SBS改性沥青具有更为优良的高低温性能，近些年来高等级公路建设已主要采用SBS改性沥青混凝土。

沥青混凝土虽具有优良的路用性能，但沥青路面在使用过程中会受到热、氧、紫外线等因素的影响而导致沥青发生老化，进而在环境温度和行车荷载的作用下，使沥青路面出现裂缝、坑槽、车辙等病害，严重影响沥青路面的使用性能。对于出现病害的沥青路面需要进行养护维修，甚至全路段铣刨，重新铺筑。维修、铣刨将产生大量废旧沥青混凝土，对其再生利用，既保护了环境，又节约了资源，具有显著的经济效益、社会效益与环境效益。

废旧沥青混凝土再生利用常需采用再生剂恢复老化沥青的性能。对于废旧SBS改性沥青混凝土，由于SBS改性沥青是由基质沥青和SBS改性剂所组成，其老化既包含基质沥青的老化，也包含SBS的老化，基质沥青的老化主要表现为芳香分减少、沥青质增多，沥青胶体结构发生了变化，SBS的老化则主要表现为SBS分子链发生了降解，使其在沥青中形成的网络结构发生了破坏，导致改性沥青的软化点和低温延度显著降低，因此在再生废旧SBS改性沥青混凝土时，既要对老化的基质沥青再生，又要对老化SBS改性剂再生。然而现有再生剂基本上是针对老化沥青的再生而开发，主要通过添加高芳香分组分来恢复老化沥青的化学组成和胶体结构，而不能恢复SBS的分子结构，故其对老化SBS改性沥青的软化点和低温延度的恢复极为有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种催化反应型SBS改性沥青再生剂及其制备方法，该再生剂能较好地改善老化SBS改性沥青的性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征是它由SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂制备而成，各原料所占质量百分比为： SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%。

所述的SBS改性沥青，其软化点为65~75℃，5℃延度大于25cm。

所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

所述的渗透剂为糠醛。

所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

上述一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，其特征是它包含步骤如下：

1）按各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂，备用；

2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140~150℃；

3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在100~200 rpm的转速下搅拌10~20min，保持温度为140~150℃；

4）加入渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为140~150℃，在100~200 rpm的转速下搅拌5~10min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

本发明的有益效果如下

（1）SBS改性沥青混凝土在加工和长期使用过程中，受热、紫外光和氧的作用，基质沥青中的芳香分减少，沥青质增多，胶体结构发生变化，本发明利用高芳香分含量的催化裂化油浆来补充老化沥青的芳香分，还原其化学组成，恢复老化沥青的胶体结构。

（2）SBS改性沥青在热、紫外光和氧的作用下，SBS分子链中的弱键发生断裂和氧化，导致其分子量降低，在沥青中形成的网络结构被破坏，从而使改性沥青的软化点和低温延度均减小，SBS的改性作用逐渐丧失，本发明利用SBS分子结构恢复剂——1,4-丁二醇二缩水甘油醚（内含两个环氧基团）和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（内含三个环氧基团）所含有的环氧基团可与SBS分子链氧化降解形成的含氧官能团（主要为羧基）进行反应，使SBS分子量增大，网络结构得到恢复。然而，废旧SBS改性沥青混凝土的再生过程时间很短（破碎筛分后的废旧SBS改性沥青混凝土预热后加入拌和机中，与再生剂、新集料和新沥青总拌和时间通常仅为50～60秒），在如此短的时间内，1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的环氧基团与SBS分子链氧化降解形成的含氧官能团之间的反应不易进行完全，从而限制了SBS分子结构恢复剂对降解SBS分子链的结构恢复，影响了再生SBS改性沥青性能的提高。鉴于此，本发明将4-二甲氨基吡啶作为催化剂，利用4-二甲氨基吡啶对环氧基团与羧基之间反应所具有的催化作用，以加速SBS分子结构恢复剂中的环氧基团与SBS氧化降解形成的含氧官能团（主要为羧基）之间的反应，使SBS分子结构恢复剂在较短时间内即可恢复降解SBS的分子结构，从而有效提高再生SBS改性沥青的性能。

（3）本发明利用糠醛对沥青中的胶质、沥青质的良好相溶性，使再生剂容易渗透进入旧集料表面老化沥青膜中，实现在较短时间内再生剂与老化沥青之间的良好混合，从而使老化SBS改性沥青的化学组成和分子结构容易得到恢复，SBS改性沥青混凝土的性能得到良好的改善。

（4）该再生剂不仅能够还原老化沥青的化学组成和胶体结构，而且在SBS分子结构恢复剂和催化剂的作用下，能使老化降解的SBS分子结构得到较好的恢复，从而有效提高再生SBS改性沥青的性能，该再生剂能较好地改善老化SBS改性沥青的高低温性能。本发明适用于老化SBS改性沥青。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

本发明通过SBS改性沥青（软化点为75℃、5℃延度为36cm、25℃针入度为50dmm）在163℃的旋转薄膜烘箱（RTFOT）中老化85分钟模拟SBS改性沥青在混凝土拌合、摊铺过程中的短期老化以及在100℃和2.1MPa的压力老化箱（PAV）中老化20h模拟SBS改性沥青在路面使用过程中的长期老化来获得老化SBS改性沥青，该老化SBS改性沥青的性能为：软化点为64℃，5℃延度为1.1cm，25℃针入度为25dmm，下述实施例均采用该老化SBS改性沥青为试验原料。以下各实施例所涉及的SBS分子结构恢复剂均是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1，在各实施例中不在重述。

实施例1：

分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青（软化点为72℃、5℃延度为35cm）27质量份和催化裂化油浆（芳烃组分的质量含量为58%）66质量份，混合后在145℃±5℃和150 rpm的转速下搅拌15min，然后加入3.98质量份的糠醛（渗透剂），3质量份的SBS分子结构恢复剂，0.02质量份的4-二甲氨基吡啶，保持温度为145℃，在150 rpm的转速下继续搅拌10min，即得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为70℃，5℃延度为29cm，25℃针入度为48dmm。

对比实施例：

分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青（软化点为72℃、5℃延度为35cm、）27质量份和催化裂化油浆（芳烃组分的质量含量为58%）69质量份，混合后在145℃±5℃和150 rpm的转速下搅拌15min，然后加入4质量份的糠醛，保持温度为145℃，在150 rpm的转速下继续搅拌10min，即得到SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为63℃，5℃延度为3.5cm，25℃针入度为52dmm。

与对比实施例相比，实施例1中添加了由1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合而成的SBS分子结构恢复剂和4-二甲氨基吡啶催化剂，再生SBS改性沥青的软化点和5℃延度均显著增大，说明本发明的再生剂对老化SBS改性沥青的分子链结构有良好的恢复作用，能很好地改善老化SBS改性沥青的性能。

实施例2：

分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青（软化点为72℃、5℃延度为35cm）27质量份和催化裂化油浆（芳烃组分的质量含量为58%）64质量份，混合后在145℃±5℃和150 rpm的转速下搅拌15min，然后加入3.97质量份的糠醛，5质量份的SBS分子结构恢复剂和0.03质量份的催化剂（4-二甲氨基吡啶），保持温度为145℃，在150 rpm的转速下继续搅拌10min，即得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为72℃，5℃延度为35cm，25℃针入度为46dmm。

与实施例1相比，随着再生剂中SBS分子结构恢复剂和催化剂掺量的增加，再生SBS改性沥青的软化点和5℃延度均得到了进一步的提高。

实施例3：

分别称取温度均为145℃的SBS改性沥青（软化点为72℃、5℃延度为35cm）27质量份和催化裂化油浆（芳烃组分的质量含量为63%）66质量份，混合后在145℃±5℃和150 rpm的转速下搅拌15min，然后加入3.97质量份的糠醛，3质量份的SBS分子结构恢复剂和0.03质量份的催化剂（4-二甲氨基吡啶），保持温度为145℃，在150 rpm的转速下继续搅拌10min，即得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为71℃，5℃延度为31cm，25℃针入度为47dmm。

与实施例1相比，随着再生剂中催化剂掺量的增加，再生SBS改性沥青的软化点、5℃延度均得到了进一步的提高。

实施例4：

一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，它包括步骤如下：

（1）按各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青25%、催化裂化油浆67%、渗透剂2.97%、SBS分子结构恢复剂5%和催化剂0.03%，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料，备用；

所述的SBS改性沥青软化点为74℃，5℃延度大于25cm。

所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

所述的渗透剂为糠醛。

所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

（2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至150℃；

（3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在200rpm的转速下搅拌10min，保持温度为150℃；

（4）加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为150℃，在200 rpm的转速下搅拌5min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为72℃，5℃延度为34cm，25℃针入度为48dmm。该再生SBS改性沥青的性能与老化前的SBS改性沥青的性能相近。

实施例5：

一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，它包括步骤如下：

（1）按质量份组成为：SBS改性沥青25%、催化裂化油浆62%、渗透剂4.96%、SBS分子结构恢复剂8%和0.04%的催化剂，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料，备用；

所述的SBS改性沥青软化点为70℃，5℃延度大于25cm。

所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

所述的渗透剂为糠醛。

所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

（2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至145℃；

（3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在150rpm的转速下搅拌10min，保持温度为145℃；

（4）加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为145℃，在150 rpm的转速下搅拌10min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为73℃，5℃延度为36cm，25℃针入度为49dmm。

实施例6：

一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，它包括步骤如下：

（1）按质量份组成为：SBS改性沥青35%、催化裂化油浆60.95%、渗透剂1%、SBS分子结构恢复剂3%和0.05%的催化剂，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂SBS分子结构恢复剂和催化剂原料，备用；

所述的SBS改性沥青软化点为65℃，5℃延度大于25cm。

所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

所述的渗透剂为糠醛。

所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

（2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140℃；

（3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在100rpm的转速下搅拌20min，保持温度为140℃；

（4）加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为140℃，在100 rpm的转速下搅拌10min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为71.5℃，5℃延度为32cm，25℃针入度为46dmm。

实施例7：

一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，它包括步骤如下：

（1）按质量份组成为：SBS改性沥青15%、催化裂化油浆80%、渗透剂1.99%、SBS分子结构恢复剂3%和0.01%的催化剂，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料，备用；

所述的SBS改性沥青软化点为68℃，5℃延度大于25cm。

所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

所述的渗透剂为糠醛。

所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

（2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140℃；

（3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在200rpm的转速下搅拌20min，保持温度为140℃；

（4）加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为140℃，在200 rpm的转速下搅拌5min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为67℃，5℃延度为25cm，25℃针入度为52dmm。

实施例8：

一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，它包括步骤如下：

（1）按质量份组成为：SBS改性沥青35%、催化裂化油浆55%、渗透剂5%、SBS分子结构恢复剂4.98%和0.02%的催化剂，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂原料，备用；

所述的SBS改性沥青软化点为75℃，5℃延度大于25cm。

所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

所述的渗透剂为糠醛。

所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

（2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至150℃；

（3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在200rpm的转速下搅拌20min，保持温度为150℃；

（4）加入糠醛、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为150℃，在200 rpm的转速下搅拌10min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。

称取加热至160℃的老化SBS改性沥青93质量份，加入上述催化反应型SBS改性沥青再生剂7份，保持温度为160℃，在200rpm转速下搅拌5min，即制得再生SBS改性沥青。对再生SBS改性沥青进行性能测试，软化点为72℃，5℃延度为33cm，25℃针入度为47dmm。

Claims (7)

1. 一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征是它由SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂制备而成，各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%。

2. 根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征在于：所述的SBS改性沥青的软化点为65~75℃，5℃延度大于25cm。

3. 根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征在于：所述的催化裂化油浆中芳烃组分的质量含量大于55%。

4. 根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征在于：所述的渗透剂为糠醛。

5. 根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征在于：所述的SBS分子结构恢复剂是1,4-丁二醇二缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚混合物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚质量比为4:1。

6. 根据权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂，其特征在于：所述的催化剂是4-二甲氨基吡啶。

7. 如权利要求1所述的一种催化反应型SBS改性沥青再生剂的制备方法，其特征是它包含步骤如下：

1）按各原料所占质量百分比为：SBS改性沥青15%~35%、催化裂化油浆55%~80%、渗透剂1%~5%、SBS分子结构恢复剂3%~8%、催化剂0.01%~0.05%，选取SBS改性沥青、催化裂化油浆、渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂，备用；

2）分别加热SBS改性沥青和催化裂化油浆至140~150℃；

3）将催化裂化油浆加入SBS改性沥青中，开动搅拌机，在100~200 rpm的转速下搅拌10~20min，保持温度为140~150℃；

4）加入渗透剂、SBS分子结构恢复剂和催化剂，保持温度为140~150℃，在100~200 rpm的转速下搅拌5~10min，得到催化反应型SBS改性沥青再生剂。