CN104592775A - 一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料及其制备方法，该功能材料包括环氧沥青A组分和环氧沥青B组分。其中环氧沥青A组分为：环氧树脂和端基环氧基改性硅油的混合物；环氧沥青B组分为：聚合物分散剂、基质沥青、固化剂和废橡胶粉活化产物。该制备方法中首先对废橡胶粉的活化，得到具有表面活性的活化后的废橡胶粉；将得到的活化后的废橡胶粉加入到基质沥青中，得环氧沥青B组分，将环氧沥青A组分和B组分充分混合，得到废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料。本发明综合改善基质沥青与橡胶粉的相容性，提高环氧沥青功能材料的低温抗开裂性、抗疲劳性和稳定性。

Description

一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及改性环氧沥青功能材料及其制备，涉及一种通过活化后的废橡胶粉实现环氧沥青材料的增韧改性。具体地说是一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料及其制备方法。

背景技术

相对于普通沥青而言，改性沥青铺筑的路面能够显著地提高抗永久变形能力、抗温缩裂缝能力及抗疲劳开裂能力。改性沥青是指掺加树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他材料等改性剂，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。对于沥青的改性，国内专利有：CN1364823、CN1415663A、CN103773035A、CN103665899A等。由于其改性的过程是沥青和聚合物的物理共混，因此改性沥青的抵抗外力疲劳强度总体上看并没有得到很好的改善。

研究表明，采用废轮胎橡胶粉，能有效地改善沥青的低温抗裂性能、高温稳定性能、抗老化性能、抗疲劳性能、弹性、粘性等，增强沥青混合料的抗滑性能，并有效地降低了路面的行车噪音，增加了行车的安全性和舒适性。正因为如此，专利CN101085871A采用废旧轮胎加工的橡胶粉添加到环氧树脂改性的沥青料中提高了固化物的软化点；专利CN102516783A将不同粒径的废橡胶粉掺加到已进行改性的沥青中；专利CN103396673A采用乙烯基单体、废橡胶粉和沥青进行反应制备胶粉环氧树脂沥青材料。专利CN102796387A用硅烷偶联剂对废橡胶粉进行处理，然后加入到沥青、二聚酸等混合物中，通过剪切乳化得到环氧沥青B组分。最后，将环氧沥青B组分与环氧树脂混合搅拌得到环氧胶粉沥青材料。专利US5,704,971和US5,851,276提到，将废橡胶粉与过氧化氢混合，利用其强氧化性，使胶粉降解，然而该方法虽然一定程度上解决了胶粉降解和分散问题，但存在氧化剂用量大、价格高、工艺复杂等问题。

综上所述，废橡胶粉对沥青或环氧沥青材料进行改性，基本上有两种不同方法：一是直接加入；二是进行表面处理后加入。不管采用哪种方法，就目前来说仍然存在以下问题：

(1)废轮胎胶粉直接加入到基质沥青中，在高温下进行搅拌、剪切等物理过程，使废胶粉分散在基质沥青中形成废胶粉改性沥青产品，这种工艺技术生产的废胶粉改性沥青的储存稳定性很差，不宜静止储存。(2)现有工艺技术生产废橡胶改性沥青，要求废胶粉的粒径很细小，最好是细胶粉，因而增加了废胶粉粉碎成本。(3)废胶粉改性沥青体系中胶粉颗粒与基质沥青仅仅是物理混合，没有达到稳定的化学胶体结构，因而铺筑在道路上经常会出现废胶粉颗粒剥离脱落，从而影响路面的质量。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料及其制备方法，该方法通过双重化学作用，使橡胶粉和基质沥青之间形成了稳定的化学胶体结构，由此综合改善基质沥青与橡胶粉的相容性，提高环氧沥青功能材料的低温抗开裂性、抗疲劳性和稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料，其特征在于：该功能材料包括环氧沥青A组分和环氧沥青B组分，A组分与B组分的重量比为1:5~1:30；所述A组分重量份数如下：环氧树脂70~80份；端基环氧基改性硅油20~30份；所述B组分重量份数如下：基质沥青80~120份；活化后的废橡胶粉5~40份；聚合物分散剂5~10份；酸酐固化剂：10~30份；

活化后的废橡胶粉由废橡胶粉、催化剂、氧化剂和溶剂加入到反应釜中，升温搅拌至30~85^oC，反应12~24 h，经冷却、过滤和脱去溶剂后得到。

一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将废橡胶粉、催化剂、氧化剂和溶剂加入到反应釜中，升温搅拌至30~85^oC，反应12~24 h；经冷却、过滤和脱去溶剂后得到具有表面活性的活化后的废橡胶粉；其中，催化剂为咪唑类或吡啶类离子液体或它们的混合物，用量为废橡胶粉的0.1~1%；氧化剂为高铁酸钾，用量为废橡胶粉的0.2~10%；溶剂为水，用量为废橡胶粉质量的1.5~3倍；

(2)将得到的活化后的废橡胶粉加入到基质沥青中，同时加入聚合物分散剂和酸酐固化剂，升温到110~140^oC，在剪切乳化作用下混合5~10 h，即得环氧沥青B组分，其中，基质沥青80~120份；活化后的废橡胶粉5~40份；聚合物分散剂5~10份；酸酐固化剂：10~30份；

(3)将环氧沥青A组分和B组分在150~180℃下充分混合；A组分重量份数如下：环氧树脂70~80份、端基环氧基改性硅油20~30份；其中环氧沥青A组分与B组分的配比为1:5~1:30，即得到废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料。

本发明中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂的一种或多种混合物；所述废橡胶粉是各类废轮胎、胶鞋、橡胶制品等中的一种或者几种的混合物，目数为20~80；所述催化剂为咪唑类或吡啶类离子液体，或它们的混合物；所述的氧化剂为高铁酸钾；所述的分散剂为聚异丁烯丁二酰胺。溶剂为水，

本发明中涉及废橡胶粉的活化，是以离子液体作催化剂，用高铁酸钾实施氧化来实现的，这样使废橡胶粉产生局部降解，并在其表面生成一定量的羟基和羰基等含氧官能团。一方面，这些活性基团与沥青中的羧基、亚砜及酸酐类发生反应，有效增强胶粉与沥青之间的界面结合强度；另一方面，部分活性基团还能与环氧沥青A组分中的环氧基发生反应起到固化剂的作用。

本发明的有益效果：

(1)   以高铁酸钾作氧化剂，用量少，反应条件温和，对废橡胶粉表面活化处理效率高，所得活化表面能与基质沥青、环氧基发生直接化学作用，形成稳定的胶体结构体系，由此提高环氧沥青功能材料的低温抗开裂性、抗疲劳性和稳定性。

(2)   该功能材料具有橡胶的弹性、自愈性、对基层有优异的的粘接力、耐腐蚀性等优点。

(3)   由于使用了聚合物分散剂，在一定程度上增强了活化后的橡胶粉与基质沥青之间的相容性。

(4)   采用端基环氧基改性硅油和普通环氧树脂混合物作为环氧胶粘体系，固化体系中引入了硅-氧和硅-碳键，提高了功能材料的稳定性。

(5)   使用了废橡胶粉，不仅降低了产品的原料成本，而且减少了环境污染，实现了变废为宝的目标。

具体实施方式

实施例1

一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料的制备方法：

(1)将废橡胶粉20克、水30克、催化剂0.1克和氧化剂1克加入到反应釜中，升温搅拌至50^oC，反应16h。经冷却、过滤和脱去溶剂后得到具有一定表面活性的废橡胶粉。

(2)将上述得到的废橡胶粉10克，加入到100克基质沥青中，同时加入聚合物分散剂5克和酸酐固化剂15克，升温到120^oC，在剪切乳化作用下反应10 h，即得环氧沥青B组分。

(3)将环氧沥青A组分和B组分在150℃下充分混合。A组分重量份数如下：环氧树脂70份；端基环氧基改性硅油20份；其中环氧沥青A组分与B组分的配比为1:15，即得到废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料。

实施例2

一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料的制备方法：

(1)将废橡胶粉20克、水40克、催化剂0.2克和氧化剂1克加入到反应釜中，升温搅拌至60^oC，反应12h。经冷却、过滤和脱去溶剂后得到具有一定表面活性的废橡胶粉。

(2)将上述得到的废橡胶粉20克，加入到100克基质沥青中，同时加入聚合物分散剂8克和酸酐固化剂20克，升温到140^oC，在剪切乳化作用下反应8 h，即得环氧沥青B组分。

(3)将环氧沥青A组分和B组分在160℃下充分混合。A组分重量份数如下：环氧树脂80份；端基环氧基改性硅油30份；其中环氧沥青A组分与B组分的配比为1:10，即得到废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料。

Claims (5)

1.一种废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料，其特征在于：该功能材料包括环氧沥青A组分和环氧沥青B组分，A组分与B组分的重量比为1:5~1:30；所述A组分重量份数如下：环氧树脂70~80份；端基环氧基改性硅油20~30份；所述B组分重量份数如下：基质沥青80~120份；活化后的废橡胶粉5~40份；聚合物分散剂5~10份；酸酐固化剂：10~30份；

活化后的废橡胶粉由废橡胶粉、催化剂、氧化剂和溶剂加入到反应釜中，升温搅拌至30~85^oC，反应12~24 h，经冷却、过滤和脱去溶剂后得到。

2.根据权利要求1所述的废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料，其特征在于：催化剂为咪唑类或吡啶类离子液体或它们的混合物，用量为废橡胶粉的0.1~1%；氧化剂为高铁酸钾，用量为废橡胶粉的0.2~10%；溶剂为水，用量为废橡胶粉质量的1.5~3倍。

3.根据权利要求1所述的废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料，其特征在于：聚合物分散剂为聚异丁烯丁二酰胺。

4.根据权利要求1所述的废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂的一种或多种混合物；所述废橡胶粉是废轮胎、胶鞋、橡胶制品中的一种或者几种的混合物，目数为20~80。

5.一种权利要求1所述废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将废橡胶粉、催化剂、氧化剂和溶剂加入到反应釜中，升温搅拌至30~85^oC，反应12~24 h；经冷却、过滤和脱去溶剂后得到具有表面活性的活化后的废橡胶粉；其中，催化剂为咪唑类或吡啶类离子液体或它们的混合物，用量为废橡胶粉的0.1~1%；氧化剂为高铁酸钾，用量为废橡胶粉的0.2~10%；溶剂为水，用量为废橡胶粉质量的1.5~3倍；

(2)将得到的活化后的废橡胶粉加入到基质沥青中，同时加入聚合物分散剂和酸酐固化剂，升温到110~140^oC，在剪切乳化作用下混合5~10 h，即得环氧沥青B组分，其中，基质沥青80~120份；活化后的废橡胶粉5~40份；聚合物分散剂5~10份；酸酐固化剂：10~30份；

(3)将环氧沥青A组分和B组分在150~180℃下充分混合；A组分重量份数如下：环氧树脂70~80份、端基环氧基改性硅油20~30份；其中环氧沥青A组分与B组分的配比为1:5~1:30，即得到废橡胶粉活化改性环氧沥青功能材料。