CN104017376A - 一种改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改性沥青，所述改性沥青的原料包括基质沥青、打印机或复印件使用后的废弃碳粉、铝酸酯和硬脂酸；上述改性沥青的制备方法包括以下步骤：1)分别预热基质沥青和废弃碳粉；2)将预热的废弃碳粉与基质沥青混融，获得混合物；3)对所述混合物加热的同时进行搅拌或剪切；4)添加铝酸酯偶联剂后继续搅拌或剪切；5)添加硬脂酸协同剂搅拌或剪切，即获得改性沥青。本发明提供的改性沥青技术性能好、价格低廉，打(复)印机硒鼓中的废弃碳粉得到再利用，具有良好的社会、经济以及环保效益；可以提高基质沥青的软化点3-8℃，从而提高沥青混合料的高温稳定性能，减少路面车辙，同时提高了水稳定性能，且对其低温性能等级保持或改善。

Description

一种改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性沥青，尤其涉及一种打印机或复印件使用后的废弃碳粉和铝酸酯偶联剂及硬脂酸协同剂共混制备改性沥青的方法。

背景技术

打印机是日常办公中最常见的设备之一，办公室里常用的激光打印机竟然是一个环境污染“大户”，它给你的身体带来的危害和香烟比起来不相上下。据统计，2008年我国废弃的墨盒超过了4500万个，硒鼓超过400万个，总体积超过了40余万立方米，如果将这些废弃的耗材装入火车车厢，足可装满5000节。而据环保部门测算，一滴残墨污染60立方米的水源，一个废弃墨盒污染1立方公里水源。喷墨、激光打印造成的挥发性物质污染，还对臭氧层有巨大破坏作用。仅上海一地，相当于每年在城市上空抛撒4万公斤对人体有害的污染粉尘。

基于上述打(复)印机中的废弃碳粉造成的环境污染、资源浪费等严重问题，因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新的提出一种有效的措施，将打(复)印机中的废弃碳粉变废为宝，实现资源再生利用，保护环境，同时又能提高基质沥青的性能，节约工程建设成本。

发明内容

针对现有技术不足，本发明利用回收的打(复)印机中废弃的碳粉作为主要添加剂，再添加一定数量的铝酸酯偶联剂和硬脂酸协同剂作为辅助添加剂用于沥青改性，提高沥青软化点，从而提高沥青及沥青混合料的高温稳定性，减少路面车辙，保持沥青及沥青混合料的低温抗开裂性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种改性沥青，所述改性沥青的原料包括基质沥青和打印机或复印件使用后的废弃碳粉、铝酸酯偶联剂及硬脂酸协同剂。

优选的，所述基质沥青为石油沥青。

优选的，所述废弃碳粉的添加质量占所述改性沥青的2％-12％。

优选的，所述铝酸酯偶联剂的添加质量占所述改性沥青的0.5％-2％。

优选的，所述硬脂酸协同剂与铝酸酯偶联剂的添加质量比为0.25～0.75。

本发明提供了一种上述改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)分别预热基质沥青和废弃碳粉；

2)将废弃碳粉与预热的基质沥青混融，获得混合物；

3)对所述混合物加热的同时进行搅拌或高速剪切，

4)加热的同时，添加铝酸酯偶联剂，继续搅拌或剪切

5)添加硬脂酸协同剂，搅拌或剪切结束后即获得改性沥青。

优选的，所述步骤1)中，预热基质沥青的温度为130℃-165℃，预热废弃碳粉的温度为100℃-110℃。

优选的，步骤3)-5)中，对所述混合物加热的温度为130℃-165℃。

优选的，所述步骤3)中，剪切或搅拌的速率为3500-5000r/min，剪切或搅拌的时间为25min-35min。

优先的，所述步骤4)中，剪切或搅拌的速率为3500-5000r/min，剪切或搅拌的时间为3min-8min。

优选的，所述步骤5)中，剪切或搅拌的速率为3500-5000r/min，剪切或搅拌的时间为3min-8min

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的改性沥青技术性能好、价格低廉，打(复)印机硒鼓中的废弃碳粉得到再利用，具有良好的社会、经济以及环保效益；

2、可以提高基质沥青的软化点3-8℃，从而提高沥青混合料的高温稳定性能，减少路面车辙，同时提高了沥青混合料的水稳定性能。

3、能够保持或改善沥青的低温抗开裂能力，解决了单纯添加废弃碳粉提高了改性沥青高温性能，降低了低温性能的技术难题。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

打(复)印机废弃碳粉的主要成分不是碳，而大多数是由树脂和碳黑、电荷剂、磁粉等组成。主要成分包括:F-Fe₃O₄晶体粉粒(PLGMENT)：占20-30％，聚丙烯酸脂-苯乙烯共聚物：占50-60％，电荷调节剂CCA：占10-20％，流动化剂SiO₂等表面改性剂聚乙烯/聚丙烯石蜡。粒径在5微米-15微米。不同品牌的废弃碳粉成分比例稍有不同。这些成分相容到基质沥青中起到不同的作用。F-Fe₃O₄晶体粉粒分布到基质沥青中，由于粒径特小，有利于增加沥青黏度和耐磨性和高温性能；聚丙烯酸脂-苯乙烯共聚物是胶体分散体系，具有明显的胶体化学性质，当聚丙烯酸脂-苯乙烯共聚物与基质沥青混合均匀后，聚丙烯酸脂-苯乙烯共聚物粒子向基质沥青内分散，被吸附在集料的表面上，提高了沥青的粘度、高温性能。表面改性剂提高了沥青和废弃碳粉的相容性，起润滑作用。铝酸酯偶联剂与其它偶联剂(如钛酸酯、硼酸酯等)相比，经铝酸酯偶联剂活化改性处理后的无机粉体，除质量稳定外，还具有色浅、无毒、味小，适用范围广，无须稀释剂，使用方便，价格低廉。经铝酸酯偶联剂活化改性处理的各种无机粉体，因其表面发生化学或物理化学作用生成一有机分子层，由亲水性变成亲有机性。实践证明，无机粉体表面经铝酸酯偶联剂改性后用于复合制品中，偶联剂的亲无机端与亲有机端能分别与无机填料表面和有机树脂发生化学反应或形成缠结结构，增强了无机粉体与有机树脂的界面相容性。铝酸酯偶联剂，可以在碳粉和基质沥青之间发生化学交联和物理缠绕而起到偶联作用，提高改性沥青的延性、变形能力以及沥青与集料的粘附性，可以弥补沥青掺加碳粉后降低的低温性能。硬脂酸协同剂和铝酸酯偶联剂作用相同，但成本相对低，可以节约添加剂费用。添加一定质量的铝酸酯偶联剂及硬脂酸协同剂，有利于保持或改善沥青的低温抗开裂能力。因此，用废弃碳粉和铝酸酯偶联剂及协同剂共混改性沥青后，沥青的高温性能、抗水损害性能均提高，且能改善或保持原沥青低温性能。

专业术语：

矿(集)料是不同规格粒径的碎石的统称，是沥青混合料中的主要成分。

AC-20：AC(asphalt cement)沥青混凝土，20指混合料中集料的最大公称粒径是19mm(便于记忆，统一用20表示)。在本行业中，推荐了配制AC-20沥青混合料的各种规格粒径碎石合成后的范围，称为级配。

动稳定度：沥青混合料的车辙试验指标，试件在规定温度及荷载条件下，测定试验轮往返行走所形成的车辙变形速率，以每产生1mm变形的行走次数即动稳定度表示。

实施例1

本实施例提供的一种改性沥青，齐鲁70号基质沥青和理光牌打印机废弃碳粉，该碳粉的添加质量占改性沥青的2％，铝酸酯偶联剂和硬脂酸协同剂的添加质量分别占改性沥青的0.5％和0.125％。该改性沥青的制备方法包括以下步骤：

将齐鲁70号基质沥青放入160℃烘箱预热至软化，按比例称量碳粉，预热到100℃，将预热的碳粉边搅拌边加入到齐鲁70号基质沥青中，然后将装有沥青的容器放入恒温的加热套中进行高速剪切，剪切温度160℃，剪切速率为3800r/min，剪切时间为25min，然后按比例称量铝酸酯偶联剂，添加到沥青中，剪切温度160℃，剪切速率为3800r/min，剪切时间为3min，最后按比例称量硬脂酸协同剂，添加到沥青中，剪切温度160℃，剪切速率为3800r/min，剪切时间为3min。

将本实施例制得的改性沥青与齐鲁70号基质沥青进行常规技术指标检测，并进行PG性能等级试验，试验结果如表1所示，说明废弃碳粉和偶联剂、协同剂共混可以提高原基质沥青的高温性能，保持低温性能不变。

表1性能对比

制作沥青混合料有干拌和湿拌两个方法。湿拌法是碳粉及偶联剂、协同剂和基质沥青混融后与矿料混合料拌合；干拌法是制造混合料时，基质沥青和废弃碳粉、偶联剂、协同剂分别添加与矿料混合料拌合。级配选择AC-20，通过添加2％的碳粉，0.5％铝酸酯偶联剂和0.125％硬脂酸协同剂添加量，分别采用干拌法和湿拌法生产工艺，配制的2％碳粉及偶联剂、协同剂共混改性沥青混合料的试验结果如表2所示，湿拌法的车辙变异系数较高，所以采用干拌法来生产改性沥青混合料优于湿拌法生产改性沥青混合料。但不论干拌法还是湿拌法，2％碳粉及偶联剂、协同剂共混改性沥青混合料的动稳定度比齐鲁70号基质沥青混合料均提高，提高了近30％。

表2混合料性能验证

实施例2

本实施例提供的一种改性沥青，齐鲁70号基质沥青和理光牌打印机废弃碳粉和铝酸酯偶联剂及硬脂酸协同剂，该碳粉的添加质量占改性沥青的8％，铝酸酯偶联剂和硬脂酸协同剂的添加质量分别占改性沥青的1.5％和0.75％。该改性沥青的制备方法包括以下步骤：

将齐鲁70号基质沥青放入160℃烘箱预热至软化，按比例称量碳粉，预热到105℃，将称量的碳粉边搅拌边加入到齐鲁70号基质沥青中，然后将装有沥青的容器放入恒温的加热套中进行高速剪切，剪切温度163℃，剪切速率为4000r/min，剪切时间为30min，然后按比例称量铝酸酯偶联剂，添加到沥青中，剪切温度163℃，剪切速率为4000r/min，剪切时间为5min，最后按比例称量硬脂酸协同剂，添加到沥青中，剪切温度163℃，剪切速率为4000r/min，剪切时间为5min。

将本实施例制得的改性沥青与齐鲁70号基质沥青进行常规技术指标检测，并进行PG性能等级试验，试验结果如表3所示，说明废弃碳粉和偶联剂、协同剂共混可以提高原基质沥青的高温性能和低温性能。

表3性能对比

通过添加8％的碳粉和1.5％偶联剂、0.75％协同剂添加量的混合料性能试验(干拌法)，级配选择AC-20，试验结果如表4所示，8％碳粉和1.5％偶联剂、0.75％协同剂共混改性沥青混合料的动稳定度比齐鲁70号基质沥青混合料提高57％。

表4混合料性能验证

实施例3

本实施例提供的一种改性沥青，齐鲁70号基质沥青和brother牌打印机废弃碳粉、铝酸酯偶联剂及硬脂酸协同剂，该碳粉的添加质量占改性沥青的12％，铝酸酯偶联剂和硬脂酸协同剂的添加质量分别占改性沥青的2％和1.5％。该改性沥青的制备方法包括以下步骤：

将齐鲁70号基质沥青放入160℃烘箱预热至软化，按比例称量碳粉，预热到110℃，将称量的碳粉边搅拌边加入到齐鲁70号基质沥青中，然后将装有沥青的容器放入恒温的加热套中进行高速剪切，剪切温度165℃，剪切速率为4500r/min，剪切时间为35min，然后按比例称量铝酸酯偶联剂，添加到沥青中，剪切温度165℃，剪切速率为4500r/min，剪切时间为8min，最后按比例称量硬脂酸协同剂，添加到沥青中，剪切温度165℃，剪切速率为4500r/min，剪切时间为8min。

将本实施例制得的改性沥青与齐鲁70号基质沥青进行常规技术指标检测，并进行PG性能等级试验，试验结果如表5所示，说明碳粉、偶联剂、协同剂共混可以提高基质沥青的高温性能，但低温性能有少许降低。

表5性能对比

通过添加12％的碳粉和2％偶联剂、1.5％协同剂添加量的混合料性能试验(干拌法)，级配选择AC-20，试验结果如表6所示。按照本方法制备的改性沥青混合料动稳定度明显高于其基质沥青混合料的动稳定度。

表6混合料性能验证

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种改性沥青，其特征在于，所述改性沥青的原料包括基质沥青、打印机或复印件使用后的废弃碳粉、铝酸酯偶联剂和硬脂酸协同剂。

2.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述基质沥青为石油沥青。

3.根据权利要求1或2所述的改性沥青，其特征在于，所述废弃碳粉的添加质量占所述改性沥青的2％-12％，所述铝酸酯偶联剂的添加质量占所述改性沥青的0.5％-2％，所述铝酸酯偶联剂与所述硬脂酸协同剂的质量比为1：0.25～0.75。

4.一种如权利要求1-3任一所述的改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)分别预热基质沥青和废弃碳粉；

2)将预热的废弃碳粉与预热的基质沥青混融，获得混合物；

3)对所述混合物加热的同时进行搅拌或剪切；

4)添加铝酸酯偶联剂继续搅拌或剪切；

5)最后添加硬脂酸协同剂继续搅拌或剪切，即获得改性沥青。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，预热基质沥青的温度为130℃-165℃，预热废弃碳粉的温度为100℃-110℃。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，对所述混合物加热的温度为130℃-165℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)-步骤5)中，剪切或搅拌的速率为3500-5000r/min。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，搅拌或剪切的时间为25min-35min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，搅拌或剪切的时间为3min-8min。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，搅拌或剪切时间为3min-8min。