CN104356662A - 一种废旧高分子改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废旧高分子改性沥青组合物，包含以下重量份的成分：石油沥青60～85份，废旧高分子材料6～20份，相容剂1～8份，SBS 1～1.5份，稳定剂0.01～0.5份，天然沥青、煤沥青或生物沥青中的一种或多种1～10份。所述废旧高分子改性沥青组合物，能够很好地提高废旧高分子材料改性沥青的高温贮存稳定性，加入相容剂改善了高分子材料的预溶胀及与沥青的相似相容性，加入极少量的SBS和稳定剂可以极大提高废旧高分子材料在沥青中的储存稳定性，天然沥青或煤沥青或生物沥青替代一部分石油沥青，可以降低组合物的造价，制备得到的改性沥青具有优良的高温性能、低温延展性，其制备方法简单、安全、便于工业化应用。

Description

一种废旧高分子改性沥青组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于道路建筑材料领域，具体地，涉及一种废旧高分子改性沥青组合物，以及它的制备方法；该废旧高分子改性沥青组合物可应用于道路建设。

背景技术

石油沥青是石油炼制的终端产品，由于目前的过度开采和使用，石油资源日益减少，面临枯竭的危险。科学家预计到本世纪中叶，即2050年左右，石油资源将会开采殆尽。石油资源日益匮乏，导致石油沥青价格节节攀升。

近年来，由于石油价格的迅速增长以及废旧高分子材料所带来的环境压力，使得在改性沥青中添加废旧高分子材料，并应用在道路中受到广泛的关注；而且由于其原料来源于废旧材料，使得其具有相对于SBS改性沥青较好的成本优势。但是作为新一代道路石油沥青材料，目前单纯使用废旧胶粉改性沥青和废旧塑料改性沥青还存在一些性能缺陷：1)废旧胶粉在沥青中溶胀后在高温下存贮不稳定，胶粉颗粒容易聚集而引起分层；2)单纯废胶粉改性沥青在低温和常温下可以充分发挥橡胶性能，提高沥青路面的柔韧性，减少反射裂缝和车辙的产生，以及降低噪音等；但是其高温软化点较低，在夏季高温路面承载力不足，使得高温性能不足；3)废胶粉改性沥青在贮存过程中容易引起胶粉的溶胀降解而导致性能衰减，软化点和黏度降低以致不能使用；4)废旧塑料材料由于是聚烯烃类物质，加入沥青中，可以大幅度提高高温抗车辙性能；但是聚乙烯等废旧塑料材料与沥青的相容性差，高温贮存聚烯烃颗粒易于聚集，不稳定，影响了其在道路工程中的应用。

经过前期文献检索，中国专利均为涉及到废旧塑料和废旧胶粉改性沥青技术，如CN101864102B，CN1364828，CN101805524B，CN102604397A，CN102020860A，CN102010532A均为把废旧塑料和废胶粉预先在高分子材料加工设备中加工造粒后再行使用，增加了加工工序；而且废旧橡胶在高温加工时容易散发橡胶气味，危害操作者健康和污染环境。

我国天然沥青储量丰富，面对石油沥青资源的巨大压力，天然沥青常被用来替代部分石油沥青形成天然沥青改性沥青。且天然沥青含有促进石油沥青中的活性基团(羧基、羰基、醛或萘等)交联聚合的有机链，使得掺入天然沥青的石油沥青分子的排列方式和网状结构(结点和强度)得以改善，增强了沥青内聚力，使其抗流动性、抗氧化性、粘附性和感温性等获得明显的改善；尤其在抗车辙方面，更是表现出十分优异的特性。生物沥青材料中含有极性酯基与非极性的直链烷烃，可以作为界面剂增加沥青中饱和烃与沥青质的相溶性，因此，能更好地稳定沥青在载荷作用下的胶体结构。但是，单纯地利用天然沥青或生物沥青，路用性能还不能满足我国规范要求。

因此，若能将废旧高分子材料和天然沥青或生物沥青结合起来使用，开发出一种全新的改性沥青，克服单纯地利用废旧高分子材料、天然沥青/生物沥青的缺陷，势必会有巨大的市场前景和经济价值。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种废旧高分子改性沥青组合物。主要解决了废旧高分子材料在沥青中不稳定，高温贮存时废旧塑料上浮，废旧橡胶下沉的问题。

本发明的另一目的在于，提供一种所述废旧高分子改性沥青组合物的制备方法。

本发明提供的废旧高分子改性沥青组合物，包含以下重量份的成分：石油沥青60～85份，废旧高分子材料6～20份，相容剂1～8份，SBS1～1.5份，稳定剂0.01～0.5份，天然沥青、煤沥青或生物沥青中的一种或多种1～10份。

本发明提供的废旧高分子改性沥青组合物，优选地，包含以下重量份的成分：石油沥青70～85份，废旧高分子材料11～14份，相容剂1.8～7.5份，SBS 1～1.25份，稳定剂0.2～0.25份，天然沥青、煤沥青或生物沥青中的一种或多种1～7份。

本发明中的SBS均指苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体。

其中，若采用天然沥青、煤沥青和生物沥青三者的混合物，天然沥青、煤沥青和生物沥青的重量比为(0.5:1:0.5)～(4.5:1:0.5)。

其中，所述石油沥青的25℃针入度为20～120dmm。

其中，所述废旧高分子材料为废旧胶粉和废旧塑料。

进一步地，所述废旧胶粉和废旧塑料的重量比为(6～18):(1～4)。

更进一步地，所述废旧胶粉和废旧塑料的重量比为(8～12):(1～4)。

进一步地，所述废旧胶粉的目数为40～200目。它是由废旧汽车轮胎经过常温或者冷冻粉碎得到的。

进一步地，所述废旧塑料是高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、或者聚丙烯中的一种或多种。废旧塑料最好也采用颗粒状的。

其中，所述相容剂为芳烃油，糠醛抽出油或植物油中的一种或多种。

进一步地，所述植物油为桐油、蓖麻油、玉米油、大豆油、菜籽油或亚麻油。

其中，所述稳定剂为硫磺或过氧化物，优选硫磺。

其中，所述天然沥青为湖沥青、岩沥青、海底沥青或油页岩中的一种或多种。

其中，所述煤沥青的目数为60～180目。它是由煤焦油再经蒸馏加工后制成的中温煤沥青，且粉碎后过筛得到。

其中，所述生物沥青由生物油经过蒸馏、萃取、氧化或调和工艺后制备得到。

本发明提供的所述废旧高分子改性沥青组合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述比例的相容剂和/或生物沥青加热至130～150℃并搅拌5～10分钟后，升温至160～200℃加入所述比例的废旧塑料和/或天然沥青和/或煤沥青(尤其是：废旧塑料和天然沥青，或者废旧塑料和煤沥青)，剪切20～40分钟，剪切速率为5000～7000r/min，得到废旧塑料预混物；

步骤二：将所述比例的石油沥青加热至130～150℃并搅拌5～10min后，加入步骤一得到的废旧塑料预混物、废旧胶粉和所述比例的SBS，在140～200℃下剪切20～60分钟，剪切速率为5000～7000r/min；

步骤三：然后再加入所述比例的稳定剂，在140～200℃，剪切30～45分钟，剪切速率为5000～7000r/min，即得所述废旧高分子改性沥青组合物产品。

进一步地，所述废旧胶粉和废旧塑料的重量比为(6～18):(1～4)。

更进一步地，所述废旧胶粉和废旧塑料的重量比为(8～12):(1～4)。

本发明的废旧高分子改性沥青组合物具有以下技术效果：

(1)用相容剂将废旧塑料和天然沥青预先熔融共混，在高速剪切混合乳化机的强烈剪切和高温作用下，废旧塑料熔融变细，提高改性沥青对高分子材料的溶胀，提高了废旧塑料在沥青中的分散性，便于剪切过程中对高分子材料的加工，大大缩短了制备改性沥青的时间。

(2)废旧高分子材料(废旧塑料和废旧胶粉)在热塑性弹性体SBS和稳定剂构成的分子间三维网络结构中达到了均匀分散，加入的天然沥青和或生物沥青中存在含氧基团(羧基、羟基、酯基)等于沥青中的极性基团发生了某些化学反应，使得废旧高分子材料、相容剂、沥青之间产生了接枝或者交联的化学结合，使得废旧塑料和废旧胶粉在沥青中达到了高温下分子运动减缓，达到了储存稳定，不离析。

(3)本发明的废旧高分子改性沥青组合物的制备方法工艺简单、经济安全、便于实现规模化生产。

总之，本发明提供的废旧高分子改性沥青组合物，其能够很好地提高废旧高分子材料改性沥青的高温贮存稳定性，加入相容剂改善了高分子材料的预溶胀及与沥青的相似相容性，加入极少量的SBS和稳定剂可以极大提高废旧高分子材料在沥青中的储存稳定性，价格低廉的天然沥青或煤沥青或生物沥青材料替代一部分石油沥青，可以降低组合物的造价，制备得到的改性沥青组合物起到协同增强的作用，具有优良的高温性能、低温延展性，其制备方法简单、安全、便于工业化应用。

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。

本发明中未提及的操作均为本领域的常规操作，本发明中所使用的物料均为可以从市场上购买得到的常规物料。

本发明如下实施例1～4和对比例得到的废旧高分子改性沥青组合物产品中，各原料组成配比如表0所示(表0中的百分号指的是重量百分比)：

表0：各原料组成配比

实施例1

步骤一：取25g芳烃油(相容剂)加热至140℃并搅拌5min后，升温至166℃加入20g废旧低密度聚乙烯颗粒和10g新疆岩沥青(天然沥青)在剪切速率为5000r/min下剪切30min，得到废旧塑料颗粒预混物；

步骤二：取400g 70#石油沥青，加热到160℃并搅拌5min后，加入步骤一制备得到的废旧塑料颗粒预混物，同时加入40g废旧胶粉和5g SBS，升温至180℃，在剪切速率为5000r/min下剪切30min；

步骤三：然后再加入1g稳定剂(硫磺)，在180℃下剪切30min，

剪切速率为5000r/min。由此得到本发明的废旧高分子改性沥青组合物1。

实施例2

步骤一：取37.5g桐油(相容剂)和25g生物沥青加热至140℃并搅拌5min后，升温至160℃加入10g废旧高密度聚乙烯颗粒和10g北美岩沥青(天然沥青)在剪切速率为5000r/min下剪切30min，得到废旧塑料颗粒预混物；

步骤二：取350g 70#石油沥青，加热到160℃并搅拌5min后，加入步骤一制备得到的废旧塑料颗粒预混物，同时加入60g废旧胶粉和6.25g SBS，升温至180℃，在剪切速率为5000r/min下剪切30min；

步骤三：然后再加入1.25g稳定剂(硫磺)，在180℃下剪切45min，剪切速率为5000r/min。由此得到本发明的废旧高分子改性沥青组合物2。

实施例3

步骤一：取9g芳烃油(相容剂)加热至140℃并搅拌5min后，升温至160℃加入5g废旧颗粒和聚丙烯5g和煤沥青在剪切速率为5000r/min下剪切45min，得到废旧塑料颗粒预混物；

步骤二：取425g 70#石油沥青，加热到160℃并搅拌5min后，加入步骤一制备得到的废旧塑料颗粒预混物，同时加入50g废旧胶粉和5g SBS，升温至180℃，在剪切速率为5000r/min下剪切30min；

步骤三：然后再加入1g稳定剂(硫磺)，在180℃下剪切45min，剪切速率为5000r/min。由此得到本发明的废旧高分子改性沥青组合物3。

对比例1

取425g 70#石油沥青，加热至140℃，加入10g天然沥青搅拌10min，加入10g低密度聚乙烯和50g废橡胶粉，升温至180℃，剪切30min，剪切速率为6000r/min，剪切完毕后将加入1g稳定剂(硫磺)，在160℃下剪切30min，由此得到本发明的对比组合物。

实验例

＜性能测试＞

本发明的废旧高分子改性沥青组合物的性能测试依照中华人民共和国交通运输部行业标准的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》来进行。分别对上述实施例废旧高分子改性沥青组合物进行5℃延度、25℃针入度、软化点和48h上下软化点差方面的性能测试，测试结果见表1。

本发明中参照规范为中华人民共和国交通运输部行业标准的《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》。

表1废旧高分子改性沥青组合物的性能测试

从上述实施例和对比例可以看出，按照本发明方法制备的改性沥青产品高温贮存稳定，且高低温综合性能好，可以满足道路应用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案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)

1.一种废旧高分子改性沥青组合物，包含以下重量份的成分：石油沥青60～85份，废旧高分子材料6～20份，相容剂1～8份，SBS 1～1.5份，稳定剂0.01～0.5份，天然沥青、煤沥青或生物沥青中的一种或多种1～10份。

2.根据权利要求1所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，包含以下重量份的成分：石油沥青70～85份，废旧高分子材料11～14份，相容剂1.8～7.5份，SBS 1～1.25份，稳定剂0.2～0.25份，天然沥青、煤沥青或生物沥青中的一种或多种1～7份。

3.根据权利要求1或2所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，采用天然沥青、煤沥青和生物沥青三者的混合物，天然沥青、煤沥青和生物沥青的重量比为(0.5:1:0.5)～(4.5:1:0.5)。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，所述石油沥青的25℃针入度为20～120dmm。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，所述废旧高分子材料为废旧胶粉和废旧塑料；

所述废旧胶粉和废旧塑料的重量比为(6～18):(1～4)；

优选地，所述废旧胶粉和废旧塑料的重量比为(8～12):(1～4)。

6.根据权利要求5所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，所述废旧胶粉的目数为40～200目；

所述废旧塑料是高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、或者聚丙烯中的一种或多种。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，所述相容剂为芳烃油，糠醛抽出油或植物油中的一种或多种；

所述植物油为桐油、蓖麻油、玉米油、大豆油、菜籽油或亚麻油。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，所述稳定剂为硫磺或过氧化物，优选硫磺。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的废旧高分子改性沥青组合物，其特征在于，所述天然沥青为湖沥青、岩沥青、海底沥青或油页岩中的一种或多种；

所述煤沥青的目数为60～180目。

10.权利要求1～9任意一项所述废旧高分子改性沥青组合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述比例的相容剂和/或生物沥青加热至130～150℃并搅拌5～10分钟后，升温至160～200℃加入所述比例的废旧塑料和/或天然沥青和/或煤沥青，剪切20～40分钟，剪切速率为5000～7000r/min，得到废旧塑料预混物；

步骤二：将所述比例的石油沥青加热至130～150℃并搅拌5～10min后，加入步骤一得到的废旧塑料预混物、废旧胶粉和所述比例的SBS，在140～200℃下剪切20～60分钟，剪切速率为5000～7000r/min；

步骤三：然后再加入所述比例的稳定剂，在140～200℃，剪切30～45分钟，剪切速率为5000～7000r/min，即得所述废旧高分子改性沥青组合物产品。