CN104497604A - 一种沥青改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青改性剂及其制备方法，以废弃轮胎为原料，制作成沥青改性剂，生产过程无有害气体释放，合理、环保解决了废弃橡胶和废弃线路板非金属部分的资源再利用问题，并能有效提高改性沥青的各项性能指标，采用本发明方法制得的沥青改性剂，可用于建筑防水，成本低。

Description

一种沥青改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路材料技术领域，具体涉及一种沥青改性剂及其制备方法。

背景技术

目前中国的公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代，高速公路的蓬勃发展对高速公路的路面质量提出了更高的要求。目前高速公路普遍存在耐候性差的问题，主要体现在对沥青的高要求。传统的沥青直接使用时存在含蜡量高，温度敏感性大，热稳定性和低温抗裂性能差等缺点，易开裂、耐老化性差。

为了提高沥青路面质量，常要根据需要对沥青进行改性，目前多采用向沥青中添加各种添加改性剂的方法对沥青进行改性，提高沥青的热稳定性、粘结力、抗裂缝能力以及耐久性等，以期满足高等级公路对沥青的使用要求。我国目前现有的橡胶沥青大部分是采用热混合改性的技术方法，沥青中添加的橡胶粉越多其性能越接近于橡胶性能，但胶粉与沥青相溶的过程中吸附大量油分，体积膨胀40-60％，使得沥青粘稠度大大增加，因此胶粉添量不宜超过总量的18％。

橡胶粉是橡胶粉末的简称，其一般由废弃轮胎等废弃橡胶加工而成。产品广泛用于体育塑胶运动场、游乐场、橡胶地砖、防水卷材、防水涂料、公路改性沥青、橡胶制品等领域。我国自2012年以来每年产生的废弃轮胎为1080万吨，并以每年以两位数的速度增长。废轮胎具有很强的抗热、抗机械和抗降解性，数十年都不会自然消除，占用大量土地，而且容易滋生蚊虫，传染疾病，还容易引起火灾。根据中国资源综合2013年年度报告，在每年产生的废弃轮胎中，用于翻新的轮胎不到100万吨，再生胶用380万吨，道路改性沥青25万吨，还有大量的废弃轮胎需要找到合理的去处。

我国已掌握了世界先进的胶粉制造技术，但胶粉未经处理掺入到胶料中会使胶料的物理机械性能下降严重，限制了胶粉在橡胶中的应用。因此，胶粉必须进行活化处理，以提高胶粉的表面活性。目前对胶粉活化改性的方法主要有化学机械法、物理辐射改性法及脱硫改性法等。

化学机械法中的高速搅拌法是我国目前普遍采用的方法，(废轮胎回收加工利用，董诚春，化学工业出版社，2008.8:49-50.)其配方大致是硫磺、促进剂、活化剂及软化剂，设备是高速搅拌机，转速为800-1400r/min，搅拌lOmin左右，排料后冷却装袋。利用此方法得到的活化胶粉，其表面均匀地附着一层各种助剂，从而使活化胶粉与基质胶料界面处的交联密度增加。应用于轮胎后，使其动态性能提高，使用寿命提10％。但是，利用此方法生产过程主要依靠表面摩擦生热及氧化断链后表面改性，所得活化胶粉可溶部分分子量下降严重。此外，高速搅拌法依然存在着不密闭，高温排料污染大，以及操作不连续的缺点。

辐射改性中的微波脱硫法是将废胶粉输送到用玻璃或陶瓷制作的管道中，通过控制微波电磁能量，迅速升温至260-350℃，以此选择性打断S-S键、C-S键，而保留主链C-C键不被破坏以达到脱硫目的。青岛科技大学的赵树高(非极性硫化橡胶微波脱硫的研究「J}.橡胶工业1996,46(5):292；硫化橡胶微波脱硫机理的再讨论[J].特种橡胶制品2004,25(6):35.)分别以填充炭黑和白炭黑的非极性硫化胶为例，考察了加热方式、炭黑品种以及物料形态对脱硫条件的要求及相应的脱硫效果。CN200910035658.5公布了一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法，其采用螺杆挤出机对附有一定改性剂的胶粉进行加热，然后采用微波对其脱硫，冷却后既可得活化胶粉。

脱硫改性法中最新开发的一种生物表面脱硫技术，在美国专利(US5677354,US5891926)中，改性工艺是将胶粉与水溶液中的嗜硫微生物(如红球菌、氧化硫硫杆菌等)及营养物在常温常压下一起混合，经过一定时间，便可得脱硫胶粉。北京化工大学的赵素合等人(CN200710098537.6:一种废弃橡胶的生物脱硫方法、CN200910076289.4:一种利用微生物再生废橡胶的方法)也对利用微生物脱硫废胶粉进行了细致的研究。利用此种方法具有操作条件温和，操作费用低，设备要求简单的优点，但是一方面由于微生物容易受橡胶内填料等影响中毒死亡，另外微生物很难进入橡胶基体内部，导致脱硫深度仅有几μm。此外，利用微生物脱硫还有需要大面积场地和过长操作时间的缺点。

未做活化处理的橡胶粉由于C-S-C经过破胶机、磨粉机处理后，还没有实现S-C键的断链，其橡胶的C-C键没有被释放，橡胶粉在与沥青的改性中与沥青中的氢键链接不牢固，对沥青的高、低温性能改性效果有待提高。

目前，现有技术中，活化胶粉的活化处理一般采用加温、加压处理，活化胶粉大都是需要加入活化剂后加温至230℃以上，在动态脱硫罐中进行脱硫活化，这种传统的生产方法能耗高，有二次污染，对于脱硫的控制靠经验和感觉，活化后的胶粉在与沥青发生交联作用时，沥青没有拉力，对废轮胎胶粉在硫键的剪切控制在什么程度很难控制。因此，在常温状态如何实现化学助剂脱硫一直是制备活化胶粉的一个难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种沥青改性剂及其制备方法，以废弃轮胎为原料，制作成沥青改性剂，生产过程无有害气体释放，合理、环保解决了废弃橡胶和废弃线路板非金属部分的资源再利用问题，并能有效提高改性沥青的各项性能指标，采用本发明方法制得的沥青改性剂，可用于建筑防水，成本低。

本发明是通过如下技术方案实现的:

一种沥青改性剂的制备方法，包括下述步骤:

1)活化胶粉的制备：

①将废弃橡胶除去金属、纤维和杂物，经撕裂、碾压和揉搓制备絮状橡胶粉；

②将絮状橡胶粉100重量份加入搅拌机，升温至110-130℃，依次加入以下重量份的环保活化剂2-3份、隔离剂5份、塑化剂3份、分散剂1-2份，温度控制在110-130℃，反应时间10-20min，反应结束后，冷却放料，得到活化胶粉；

2)改性：将废弃玻纤酚醛/环氧树脂粉和活化胶粉按照6:4的重量比投入高速搅拌机，搅拌，得到沥青改性剂；

3)出料、包装：步骤2)得到的沥青改性剂出料冷却后包装。

本发明所述制备絮状橡胶粉优选采用对辊机制备，对辊机的两个辊转速不相同，一个快，一个慢，能产生强大剪切力，形成疏松的絮状橡胶粉.所述絮状橡胶粉优选40-60目。

所述搅拌机的转速优选800-1400r/min。

所述环保活化剂优选活化剂480、隔离剂优选活性碳酸钙、塑化剂优选葵二酸二辛酯、分散剂优选乙醇。

所述废弃玻纤酚醛/环氧树脂粉为废弃电路板或者废弃玻璃纤维瓦优选经湿法处理后得到，大小为40-60目、含水量为≤3％，进一步优选采用湿法冲击式破碎机处理后得到。

所述高速搅拌机的转速优选≥1500r/min，搅拌时间优选10-30min，由于活化胶粉摩擦生热，活化胶粉温度优选控制在60-80℃，在温度与速度的作用下，活化胶粉疏松的絮状状态会更为打开，针状结构的玻纤酚醛/环氧树脂乘机钻入活化胶粉，存在于活化胶粉疏松孔洞中，强行破坏活化胶粉稳定的分子结构，冷却后活化胶粉收缩，改性完成。

所述的冷却后包装，可以防止自燃。

本发明还涉及采用上述制备方法得到的沥青改性剂，在使用中，加入本发明所述的沥青改性剂与沥青的重量比例是10-20：100。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的有益效果是：

1、本发明是一种有效处理废弃线路板非金属部分的环保办法，本发明产品应用于沥青改性，在粘稠度合理的情况下大大提高了改性沥青的各项性能，成本低，生产过程无污染。

2、本发明通过使用在高速搅拌机(转速≥1500r/min)，针状的废玻纤酚醛/环氧树脂被疏松的胶粉吸附，两者合二为一，在温度和速度作用下，由于玻璃纤维的强行介入，致使原本仍呈密实状态的胶粉核心被玻璃纤维插入，破坏了胶粉的部分硫键，冷却后由于胶粉内部吸附了针状结构的玻纤酚醛/环氧树脂，长期都处于膨松状态，改性过程完成。酚醛/环氧树脂在高温状态下能够融溶，能很好地分散于沥青中，废线路板中的酚醛/环氧树脂中含大量玻璃纤维，这些纤维对改性沥青的各方面性能有很大帮助。

3、经过本发明处理的胶粉，长期都处于膨松状态，不结团，更易于与沥青结合。由于胶粉内部存在纤维和酚醛/环氧树脂，沥青的轻质油分在浸润胶粉表层后能直接与交错于胶粉颗粒内部的纤维、酚醛/环氧树脂反应，从而形成纵横交织的空间网络。由于纤维的相互咬合效应及“加筋”作用，有助于减少低温裂缝的出现，对沥青基体裂缝的扩展有阻滞作用，也可提高裂缝的自愈能力，增加弹性恢复，大幅度延迟老化和破坏时间，抗疲劳强度得到明显改善。

具体实施方式

下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

1)活化胶粉的制备：

①废旧轮胎预处理：除去废旧轮胎上的钢丝；废旧轮胎破碎：将整胎破碎成30-50厘米不规则条块状；中碎：将条块状胶块破碎成5厘米左右块状小胶块，同步磁选出97％的含胶钢丝；含胶钢丝破碎：将附着在钢丝上的橡胶与钢丝完全分离；细碎：将小胶块连续破碎成过50目胶粒，同步完全分离残余钢丝及尼龙纤维；絮状化处理：将细碎后的橡胶粒投入到对辊机中反复碾压、撕搓，形成疏松的絮状物；细磨分离絮状物：将膨松的絮状物状态的胶粉通过磨盘，过筛得到40目絮状物胶粉；

②将40目絮状橡胶粉100kg加入搅拌机，转速800r/min，升温至110℃，依次加入活化剂4802kg、活性碳酸钙5kg、葵二酸二辛酯3kg、乙醇2kg，温度控制在110℃，反应时间20min，反应结束后，冷却放料，得到活化胶粉；

2)、废玻纤酚醛/环氧树脂的处理：

从电路板回收处理厂家拉回经湿法处理后的废弃玻纤酚醛/环氧树脂，含水率为30％左右，采用专用转筒烘干机将物料烘干至含水率3％以内，通过密闭式振动筛，得到40目标准的物料备用(未通过筛网的粗颗粒物进入磨粉机也可制作出符合40目标准的可用物料，不会造成浪费)；

改性：

将活化胶粉与40目的废玻纤酚醛/环氧树脂按4:6的质量比投入高速分散机中，活化胶粉摩擦生热，保持活化胶粉温度在60℃，转速1500r/min，搅拌30min，在温度与速度的作用下，活化胶粉疏松的絮状状态会更为打开，针状结构的玻纤酚醛/环氧树脂乘机钻入活化胶粉，存在于活化胶粉疏松孔洞中，强行破坏活化胶粉稳定的分子结构，冷却后活化胶粉收缩，改性完成；

3)出料、包装：

搅拌完毕先将沥青改性剂出料于特制料仓，待沥青改性剂冷却后才可装袋，否则容易自燃。

实施例2：

1)活化胶粉的制备：

①废旧轮胎预处理：除去废旧轮胎上的钢丝；废旧轮胎破碎：将整胎破碎成30-50厘米不规则条块状；中碎：将条块状胶块破碎成5厘米左右块状小胶块，同步磁选出97％的含胶钢丝；含胶钢丝破碎：将附着在钢丝上的橡胶与钢丝完全分离；细碎：将小胶块连续破碎成过50目胶粒，同步完全分离残余钢丝及尼龙纤维；絮状化处理：将细碎后的橡胶粒投入到对辊机中反复碾压、撕搓，形成疏松的絮状物；细磨分离絮状物：将膨松的絮状物状态的胶粉通过磨盘，过筛得到60目絮状物胶粉；

②将60目絮状橡胶粉100kg加入搅拌机，转速1400r/min，升温至130℃，依次加入活化剂4803kg、活性碳酸钙5kg、葵二酸二辛酯3kg、乙醇1kg，温度控制在130℃，反应时间10min，反应结束后，冷却放料，得到活化胶粉；

2)、废玻纤酚醛/环氧树脂的处理：

从电路板回收处理厂家拉回经湿法冲击式破碎机处理后得到的废弃玻纤酚醛/环氧树脂，含水率为30％左右，采用专用转筒烘干机将物料烘干至含水率3％以内，通过密闭式振动筛，得到60目标准的物料备用(未通过筛网的粗颗粒物进入磨粉机也可制作出符合60目标准的可用物料，不会造成浪费)；

改性：

将活化胶粉与60目的废玻纤酚醛/环氧树脂按4:6的质量比投入高速分散机中，活化胶粉摩擦生热，保持活化胶粉温度在80℃，转速2000r/min，搅拌10min，在温度与速度的作用下，活化胶粉疏松的絮状状态会更为打开，针状结构的玻纤酚醛/环氧树脂乘机钻入活化胶粉，存在于活化胶粉疏松孔洞中，强行破坏活化胶粉稳定的分子结构，冷却后活化胶粉收缩，改性完成；

3)出料、包装：

搅拌完毕先将沥青改性剂出料于特制料仓，待沥青改性剂冷却后才可装袋，否则容易自燃。

按照本发明实施例得到的沥青改性剂，达到如下技术指标：

Claims (7)

1.一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:

1)活化胶粉的制备：

①将废弃橡胶除去金属、纤维和杂物，经撕裂、碾压和揉搓制备絮状橡胶粉；

②将絮状橡胶粉100重量份加入搅拌机，升温至110-130℃，依次加入以下重量份的环保活化剂2-3份、隔离剂5份、塑化剂3份、分散剂1-2份，温度控制在110-130℃，反应时间10-20min，反应结束后，冷却放料，得到活化胶粉；

2)改性：将废弃玻纤酚醛/环氧树脂粉和活化胶粉按照6:4的重量比投入高速搅拌机，搅拌，得到沥青改性剂；

3)出料、包装：步骤2)得到的沥青改性剂出料冷却后包装。

2.根据权利要求1所述的一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述絮状橡胶粉为40-60目。

3.根据权利要求1所述的一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述搅拌机的转速为800-1400r/min。

4.根据权利要求1所述的一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述环保活化剂为活化剂480、隔离剂为活性碳酸钙、塑化剂为葵二酸二辛酯、分散剂为乙醇。

5.根据权利要求1所述的一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述废弃玻纤酚醛/环氧树脂粉为废弃电路板或者废弃玻璃纤维瓦经湿法处理后得到。

6.根据权利要求1所述的一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述高速搅拌机的转速≥1500r/min，搅拌时间为10-30min。

7.权利要求1-6任一所述得到的沥青改性剂。