CN1039044A - 建材用合成材料改性的沥青粘结料的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑材料用，特别是铺路材料用的，以合成材料改性沥青粘结料的制造方法，其中为形成粘结料，将熔融沥青与热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物，最好是烯烃聚合物混合在一起，将此混合物进行均匀化处理。以动能的形式加进一定数量的能量，至少要相当于处理温度和热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物形成容易反应的分子碎片时的裂解温度之间的温度差。最好是驱使上述混合物通过在两个相对安放并相对旋转的混合器械之间的一条狭缝。

Description

本发明涉及用作建筑材料粘结剂，特别是用作铺路材料粘结剂的合成材料改性的沥青粘结料的制造方法，在制造粘结料时，将熔融液状沥青与一种热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物，最好是一种烯烃聚合物，混合在一起，经过均匀化处理而得。

已经知道上述类型的沥青粘结料有若干种制造方法，当普通的沥青与一种添加进的热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物混合时，可以改善性能。对沥青的这种改性往往耗费较多的工时，因为若干种不同的热塑性合成材料，将它们加到沥青中虽能显著改善其性能，但它们并不容易溶解在沥青中。尽管确有一些热塑性合成材料可适用于改性沥青，而且它们在沥青中有较好的溶解性，但这些热塑性合成材料往往价格较高。并且以这些能溶解的热塑性合成材料与沥青混合制得的建筑材料，又往往比那些以相对不溶的热塑性合成材料与沥青混合为粘结料制得的建筑材料强度低。

本发明的目的是要提供一种利用相对不溶的热塑性合成材料，例如聚乙烯，制造改性沥青粘结料的方法，该方法不仅可使均匀化操作迅速完成，而且可获得比采用已有方法制造的类似组成的沥青粘结料有明显改善的性能。

为达到上述目的，按本发明的方法，将包含熔融沥青与热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物的混合物进行均匀化处理。在这均匀化处理过程中，以动能的形式加进一定数量的能量，至少要相当于处理温度与热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物形成容易反应的分子碎片时的裂解温度之间的温度差。术语“处理温度”定义为混合物的温度，可以普通方法进行宏观测量而得。术语“热塑性合成材料的裂解温度”定义为这样的温度，在此温度时热塑性合成材料的分子裂解成碎片，然后这些碎片与沥青发生反应，由此而形成新物质。这些碎片也可互相合并。

按照本发明方法所规定的这种步骤，可以达到上述目标，也可能在比较短的时间内制得由沥青和热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物改性剂组成的粘结料，尽管这些热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物也许本质上相对不溶于沥青。本发明方法通过这种改性使粘结料的性能得到改善，例如粘结料对石料的粘结性以及用这样的粘结料制得的建筑材料的强度都有所改善。

图1是各种物质的X射线谱图，图2是各种物质的切面图像。

在现有技术中通过在高度加热状态下，或多或少对加热了的沥青-热塑性合成材料混合物进行强烈彻底的混合，可以对此混合物加进机械能，这已为人们熟知。可是，所有这些已知的操作方法都有缺点，至今还不可能正确地分配所加进的总能量的数量。这在加进能量太低时会导致最终产品物理性能差，而在加进能量太高时又会导致不必要的能量消耗或产生过度裂解，尤其是使沥青产生过度裂解，也同样导致机械性能不良的产品。只有按照本发明的操作方法，才有可能在尽可能节省材料，尤其是节省沥青的同时利用加进体系中的能量，特别是为了既可能有区别但又一致地使包含在混合物中的热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物发生所要求的有规律性的分解。

本发明方法的最佳实施方案是将包含沥青和热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物构成的混合物驱使通过一个在两个混合器械之间存有的狭缝，其平均宽度小于3mm，最好小于0.3mm。这些混合器械相对安放，最好是同轴的。将混合物通过此狭缝的操作，最好在每次通过狭缝之后稍作停留，如此一直继续进行直至可探查到该混合物发生了明显的结构变化为止，例如从混合物的X-射线谱图上来探查这种结构变化。

应该知道，上述关于混合器械之间狭缝的宽度所给出的数值仅指其平均值。狭缝可能被凹槽或沟槽之类间断，然而即使在混合器械上存在有这类凹槽或沟槽，当测定狭缝平均宽度时，不把因这类凹槽或沟槽产生的较大的间距考虑在内。

由于沥青和热塑性合成材料的熔融液状混合物被驱使通过两个混合器械之间的狭缝（其狭缝宽度最好小于0.3mm），除了对混合物存在热影响之外，还存在一种特殊的动能应力，尤其对热塑性合成材料组分有影响。在这些负荷的作用下，混合物中的分子发生分解，产生了较短的分子碎片，这些分子碎片有互相合并的强烈趋向。当这种混合物，例如沥青和聚乙烯的混合物，通过激烈的普通搅拌经受到热负荷和机械负荷的共同作用来完成均匀化处理时，即使处理操作在一种或多种组分的裂解温度下继续进行足够长的时间，有关合成材料组分结晶结构的X-射线谱图的特征谱线仅仅只发现弱化。

在测定按本发明方法驱使通过旋转的混合器械之间的狭缝的混合物时，出现清晰可辨，标志着存在有新的晶体结构的X-射线谱线。相应于出现这种标志新的晶体结构的X-射线谱线，采用本发明方法制备的粘结料而制成的建筑材料，与采用在熔融状态通过激烈搅拌使沥青和热塑性合成材料混合制备的粘结料而制成的建筑材料相比，前者具有较好的机械性能。

此外，上述发明的操作方法，即将熔融沥青和热塑性合成材料的混合物驱使通过一个在旋转的混合器械之间的狭缝，还有另外的优点。按这种方式制备以热塑性合成材料改性的沥青粘结料，与采用激烈搅拌制备这样的混合物相比，前者可在明显较短的时间内完成。另外，可能更为重要的是上述热塑性合成材料和沥青的混合可在低得多的平均温度或处理温度下进行，而采用激烈搅拌使这种混合物均匀化要在较高温度下进行。应当承认这是可能的，一方面在混合物通过狭缝时，合成材料的分子经受了机械拉伸，另一方面热塑性合成材料的颗粒被短时间加热，实质上要比沥青因受作用在混合物上力而被加热的温度高，这是因为合成材料有较高的分子量。这种短暂加热足以把热塑性合成材料的分子裂解成高度反应性的碎片。这些碎片然后结合成部分结晶结构。这种变化可通过比较对应于驱使混合物通过狭缝前后两种状态的X-射线谱线而加以证实。因为在沥青结构中至少引起部分结晶的那种结构，也是与沥青紧密结合在一起的。

热塑性合成材料与沥青的这种紧密结合也可以从按本发明方法制备的粘结料在相当长热贮存过程中的行为加以觉察。按本发明方法处理过的沥青和热塑性合成材料的混合物，用可见光波长范围的光照射时，在混合物制备好后立刻观察，可以看到是均匀的，而用紫外光照射时，却可以看到在较黑暗的背景上有密集的亮点。在显然高于热塑性合成材料熔点的温度下，热贮存许多小时之后，先前看上去是亮点的颗粒结合在一起形成了光亮的复盖层，其体积约为混合物中热塑性合成材料组分体积的4～8倍。进行简单短暂的搅拌，这种复盖层可再次与粘结料的其余部分混合在一起形成肉眼看起来是均相的物质。这种行为显然与采用长时间搅拌沥青和热塑性合成材料的熔融混合物而制得的均相产物的行为是不同的。在后一种产物中，经过若干小时热贮存之后，形成光亮复盖层的体积十分接近于混合物中热塑性合成材料组分的体积，要使光亮复盖层与粘结料的立体部分再次均匀化。则需要对它再作出与第一次均匀化搅拌耗费的搅拌功实际上相同的搅拌功。

两个混合器械之间存有一狭缝，驱使混合物通过此狭缝从而制得粘结料，这两个混合器械应该是彼此相对旋转。把一个混合器械固定在另一个使之旋转就可容易地达到上述要求。但是也可以两个混合器械都在转动，或者它们转动的方向相反，或者它们以不同的旋转速度转动。

将包含沥青和热塑性合成材料的混合物驱使通过在两个混合器械之间的狭缝，狭缝的平均宽度约为0.1mm或更窄则尤佳。进一步发展这种方法，让混合物在很窄的狭缝中均匀化处理，有可能进一步加剧合成材料的分解，导致产生高度反应性的分子碎片，该分子碎片显示有重结晶的特殊倾向。已经测定减少狭缝宽度，在更为低的平均温度下进行混合，是有可能产生上述这种效果的。形成狭缝的方式要使混合物在狭缝中经受由液压作用而产生的压力，这种方式是有利的。

通过对沥青和热塑性合成材料的混合物施加高离心力，可以促进合成材料的裂解和形成特别反应性的分子碎片。要达到此，最好要对混合物施加尽可能高的旋转速度，然后在短暂的时间内对混合物从高速刹停。这些力促进了合成材料分子的裂解，这一点可以解释如下。合成材料的分子，由于其高分子量，在离心力作用下，具有高速度，在快速刹停期间产生的转换能，从能量的观点来看，相当于达到了很高的温度，这十分有利上述的分子裂解。这种高速度和能量或高温度都仅只在刹停期间一个很短的时间内才存在，因此不会引起热塑性合成材料产生不利的裂解。实际上，沥青并没经受到任何相应于这短暂高温加热期间而产生的有害作用，这是因为沥青的分子量要比混合物中的热塑性合成材料的分子量低得多。

分子的动能，由它们的质量和速度的平方决定，与这些分子的绝对温度成比例。一个混合物中存在着分子量有显著差别的分子，例如差20倍，在均匀化处理这种混合物时，因急剧刹停会产生相当20倍的温度差，低分子量的分子温升小，而高分子量的分子温升高。

要如此来实施本发明的方法，最好是驱使混合物通过在两个同轴旋转的混合器械之间至少在排料口是径向流动的一个狭缝。如果混合物被急剧刹停在狭缝区域的回弹面上，可以取得较好结果，但最好是在混合物刚从狭缝露出就立刻刹停。因为这样由离心力对合成材料分子赋予的高速度可特别有效地转化成相应短暂高温加热的状态。

本发明藉助于附图和实例作出进一步的说明。

实例1

一种由94%（重量）沥青B100和6%（重量）高密度聚乙烯组成的熔融混合物，先在加料容器中稍加搅拌。将此混合物从加料容器加到一套反复通过的混合设备中，该混合装置有两个圆盘状混合器械，互相相对而置，其中一个是固定静止的，另一个可旋转地与第一个同轴置放，并连接到驱动装置上。无论是静止的混合器械，还是转动的混合器械，在它们两者相对的侧面都有凸棱。在两者相对的侧面上于它们各自的凸棱之间有宽约0.1mm的狭缝，待处理的混合物被驱使通过此狭缝。转动的混合器械的圆周速度在狭缝的外缘处约为30m/S。同样，混合物通过狭缝的流动速度也约为30m/s。混合物被驱使通过此反复通过的混合设备，六次约需20分钟。由此制得的沥青粘结料与预先加热的石料和石粉填料按沥青混凝土0-8的标准配方相混合。用由此制得的建筑材料，按标准操作步骤，制成马歇尔试验块，测试其机械性能。所得测定值列于表的第1栏。

实例2

按照与例1类似的操作步骤，但是用于制造粘结料的混合物由94%（重量）沥青B100和6%（重量）低密度聚乙烯组成。所得物性测定值列于表的第2栏。

实例3

按照与例1类似的操作步骤，但是用于制造粘结料的混合物由94%（重量）沥青B100和6%（重量）乙烯-丙烯-二烯烃共聚物组成。所得物性测定值列于表中第3栏。

实例4

按照与例1类似的操作步骤，但是用于制造粘结料的混合物由94%（重量）沥青B100和6%（重量）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物组成。所得物性测定值列于表中第4栏。

实例5

按照与例1类似的操作步骤，但是用于制造粘结料的混合物由94%（重量）沥青B100和2%（重量）乙烯-丙烯-二烯烃共聚物以及4%（重量）低密度聚乙烯组成。所得物性测定值列于表中第5栏。

实例6

按照与例1类似的操作步骤，但是用于制造粘结料的混合物由94%（重量）沥青B100和2%（重量）乙烯-丙烯-二烯烃共聚物以及4%（重量）高密度聚乙烯组成。所得物性测定值列于表中第6栏。

实例7

对例1～6中所用的沥青的性质和用此沥青进行类似操作制得的建筑材料的性质进行测定。所得测定值列于表中第7栏。

实例8

对例1所得的粘结料成品，在冷却状态下进行X-射线谱图测定。得到的谱图在图1中以字母a标志。与例1混合物组分相同的仅仅靠搅拌制得的肉眼看上去是均匀的混合物，在冷却状态下，进行相同的X-射线谱图测定。得到的谱图在图1中以字母b标志。使用的聚乙烯也在冷却状态下进行同样的X-射线谱图测定。得到的谱图在图1中以字母c标志。从这些X-射线谱图可明显看出，字母c标志的谱图中有很强的特征谱线存在，这是聚乙烯结晶结构产生的，而在谱图b中就不再出现。由此可得出仅仅靠搅拌制得的沥青和聚乙烯的混合物，在冷却状态下实际上不存在结晶结构。在谱图a中相应于谱图c中由聚乙烯结晶结构产生的强的特征谱线位置出现了谱线。由此可得出按例1制得的粘结料在冷却状态下至少是部分结晶结构，这是由聚乙烯的分子碎片产生的。

实例9

按照本发明的方法（如例2），由94%（重量）沥青B100和6%（重量）低密度聚乙烯混合制得一粘结料试样。该粘结料在烧杯中硬化，由此所得的粘结料块被竖向切开。用可见光照射时，切面上外观均匀，但用紫外光照射时，可见到在较暗的背景上有密集的均匀分布的亮点。这个切面的图像在图2中用字母a标志。该粘结料的另一个试样在160℃于烧杯中贮存24小时，然后冷却把所得的粘结料块切开。用紫外光照射时，可以分辨出一个光亮层，约占料块切开面的三分之一，在贮存前这部分是料块上部的三分之一，而其余的三分之二部分颜色暗黑。此粘结料块切面的图像在图2中以字母b标志。该粘结料被重新熔融，在约170℃下仔细加以搅拌，数分钟后熔体达到完全均匀的外观。

实例10

采用例2中94%（重量）沥青B100和6%（重量）低密度聚乙烯混合制得的混合物。在280℃搅拌该混合物1-1/2小时制得均匀产品。将其一个试样在160℃于烧杯中贮存24小时，然后让其冷却，将所得粘结料块切开。用紫外光照射时，可分辨出一条光亮层，其体积接近粘结料块中聚乙烯组分的体积，其位置是在贮存前料块的上部边缘处。该料块切开面的图像在图2中以字母c标志。该料块被重新熔融，在约280℃下仔细搅拌由此所得的熔体。为得到完全均匀外观的熔体，搅拌一直继续超过一小时。

Claims (20)

1、一种建筑材料用，特别是铺路材料用的，以合成材料改性沥青粘结料的制造方法，其中形成粘结料的步骤包括：将熔融沥青与热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物混合在一起，将此混合物进行均匀化处理，以动能的形式加进一定数量的能量，至少要相当于处理温度和热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物形成容易反应的分子碎片时的裂解温度之间的温度差。

2、按照权利要求1所述的方法，其中含有沥青和热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物的混合物被驱使通过一个平均宽度小于3mm的狭缝，该狭缝是由两个相对安放并相对旋转的混合器械形成的，处理上述混合物时最好在它每通过一次狭缝之后稍作停留，如此一直继续进行直至可探查到该混合物发生了明显的结构变化为止，例如从混合物的X-射线谱线来探查这种结构变化。

3、按照权利要求1所述的方法，其中作为沥青混合物组分之一的所述热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物，是烯烃聚合物。

4、按照权利要求2所述的方法，其中作为沥青混合物的组分之一的所述热塑性合成材料或热塑性合成材料混合物，是烯烃聚合物。

5、按照权利要求2所述的方法，其中所述狭缝宽度在0.3～3mm范围内。

6、按照权利要求2所述的方法，其中所述狭缝宽度约小于0.3mm。

7、按照权利要求2所述的方法，其中所述狭缝宽度约为0.1mm或约小于0.1mm。

8、按照权利要求2所述的方法，其中混合物在狭缝中经受由液压作用产生的压力。

9、按照权利要求2所述的方法，其中所述的混合物被驱使通过至少在排料口是径向流动的上述狭缝。

10、按照权利要求2所述的方法，其中所述混合物被急剧刹停在狭缝区域，但最好是在混合物刚从狭缝露出就立刻被刹停在狭缝区域的冲击面上。

11、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求1所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

12、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求2所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

13、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求3所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

14、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求4所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

15、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求5所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

16、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求6所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

17、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求7所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

18、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求8所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

19、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求9所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

20、一种建筑材料用，例如铺路材料用的，按照权利要求10所述的方法制备的，以合成材料改性的沥青粘结料。

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