CN104845391A - 一种高耐候沥青胶结料的制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高耐候沥青路面胶结料的制备方法及其用途。主要步骤为：将EPDM废橡胶通过高温裂解装置，在280-350°C的高温下加工，使EPDM废橡胶浅度裂解为粘稠状类低粘度橡胶, 然后以30-60%比例加入到重交沥青中搅拌，得到耐候的改性沥青胶结料，从而显著提高沥青路面的耐久性能。本发明制备耐候沥青路面胶结料具有高的耐候性、施工容易、环保、安全等特点，高低温性能优良，具有良好的经济效益和环保效益。

Description

一种高耐候沥青胶结料的制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及道路沥青改性领域，尤其是涉及一种高耐候沥青胶结料的制备方法及其用途。

背景技术

沥青作为一种胶结料，具有防水、绝缘、耐腐蚀等优点，且与石矿料有良好的粘结作用，长期以来被广泛用做道路建筑材料。近年来，随着交通量和交通载荷的增加，人们对道路铺筑沥青材料提出了更加苛刻的要求，但是普通沥青在混合料拌合、摊铺时容易发生短期老化，使用过程中受到空气、紫外线和水等作用发生长期老化，沥青路面容易发生硬化，导致温缩裂缝和疲劳裂缝的出现，在雨水和行车动载荷作用下加速了路面的破坏，因此急需寻找一种高耐候的新型沥青胶结料，显著提高沥青路面的寿命。

聚合物常被用于沥青的改性，所用的聚合物中最常用的为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)。然而，SBS价格较高，且由于分子主链结构不饱和容易发生老化，有必要选择性价比更高的材料。此外，我国废旧橡胶逐年增加，每年产生大量的固体废弃物。目前废旧轮胎胶粉已用于改性沥青路面，可以解决固体废弃物的处理问题；可以代替部分SBS且具有经济效益和环保效益，但是废旧轮胎橡胶是以天然胶、丁苯橡胶等不饱和橡胶组成，相比耐候的三元乙丙橡胶(EPDM)，废轮胎橡胶的耐候性还不足，有必要研究高耐候性的废EPDM橡胶用于沥青改性。目前，EPDM橡胶大量用于耐候、耐热场合，比如建筑、汽车车窗密封条等等。废EPDM为交联结构，难以分散到沥青中，制备的改性沥青中废EPDM为弹性填料，不能充分发挥耐候性好的优点。

为提高胶粉在沥青中的分散性，CN102601975A一种采用螺杆挤出机连续制备液体再生胶的方法，该发明采用螺杆挤出机连续制备液体再生胶的方法，该方法是利用螺杆挤出机，采用物理化学联动的方法，将经预处理的废胶粉，于挤出机内温度、压力、剪切、脱硫剂的综合作用下，破碎废橡胶的三维交联网络，得到液体的再生胶，得到的液体再生胶可与沥青并用或替代沥青用于铺路，与纯胶并用制作防水防腐材料等。该法虽提出了制备脱硫解聚程度高的橡胶并用于沥青，但是对EPDM橡胶的脱硫及其用于高耐候沥青胶结料的并未提及。

常压高温双螺旋脱硫装备是为克服传统高压动态脱硫罐高压不安全，废气排放无序、难控制等问题而发展起来的无压、无废气排放的环保化脱硫设备，具有自控和产量大等特点。但该装置普遍是用于如CN200810238546.5所述的一样，在200-280℃加工范围内制备再生胶(溶胶含量30％左右)，以用作部分代替橡胶用于制造橡胶制品，将其用于更高温浅度裂解制备低粘度的EPDM橡胶,再做成高耐候沥青胶结料的研究还未见报道。

CN103194072A、CN103980723A和CN102181163A等使用SBS和活化胶粉或胶粉在沥青中长时间剪切的复合改性沥青的办法，进而制备热储存稳定的复合改性沥青。但该工艺加工过程较长，成本较高，污染大，不适合制备高耐候的沥青胶结料。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中的不足，提供了一种工艺过程简洁易行、可添加大量EPDM废橡胶的沥青胶结料，显著改善传统沥青不耐老化的缺点，从而通过高性能耐候的胶结料大大延长沥青路面寿命的高耐候的沥青胶结料的制备方法。

发明人为达到上述目的，结合本发明所要解决的问题，经过长期研究，发现EPDM废橡胶在高于280℃，特别是320℃左右容易发生分子链的剧烈断裂，此时容易得到低粘度的粘稠状材料，该橡胶不同于市场上大量使用的再生胶，其溶胶含量高(大于80％)，但正是由于这一点，使其部分代替沥青，制备新型的改性沥青材料成为可能。由于其粘度低并具有粘结性，因此具有类沥青材料的特点。又由于其粘度低的特点，使该材料不但容易分散到沥青中，而且在沥青中的掺加量大，转化沥青，从而解决传统橡胶粉在沥青中难分散和沉降问题。故，发明人决定将高温浅度裂解废橡胶与沥青性能特点结合在一起，同时配合其他的合理方法，制备高耐候的新型沥青路面胶结料，来达到本发明想要达到的技术效果。

本发明所采取的技术方案是：

一种高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)将EPDM废橡胶浅度裂解转化得到裂解转化的低粘度橡胶；

(2)将重量比为70/30-40/60的重交沥青/浅度裂解EPDM废橡胶在温度为150-180℃的情况下，混合均匀，得到EPDM废橡胶转化沥青，该沥青耐候性能优良，薄膜烘箱短期老化、紫外老化前后的化针入度比都大于90％。

所述步骤(1)中将废橡胶裂解转化得到裂解转化橡胶的具体过程为：将废橡胶粉通过加长的螺杆挤出机或常压双螺旋裂解装置，在280-350℃温度下加工3-10min，使EPDM废橡胶裂解转化为粘稠状类沥青材料；

作为优选，在步骤(2)中，在搅拌发育期间，控制搅拌转速为300-1000r/min，搅拌反应60-150min。

作为优选，所述步骤(1)中的EPDM废橡胶为废旧轮胎破碎后磨制的胶粉，目数为15-60目。

作为优选，所述步骤(2)是先将裂解转化橡胶加入热沥青罐中，与沥青在150-180℃下反应混合并搅拌发育，制备得到废橡胶转化沥青母液。

作为优选，所述步骤(2)中所述的重交沥青符合交通部JTGF40-2004要求。

作为优选，所述步骤(1)中的EPDM废橡胶为车窗密封条破碎后磨制的胶粉，其中EPDM橡胶含量大于30％。

作为优选，所述步骤(1)中得到的裂解转化橡胶溶胶含量大于80％，门尼粘度低于30，浅度裂解产物的数均分子量为3000-30000。

本发明还提供了一种用上述的高耐候沥青胶结料的制备方法制得的高耐候沥青胶结料，用于生产制备耐久性沥青路面。

本发明采用高温浅度裂解的方法，不同于传统的橡胶热裂解温度高达400℃以上，得到热解气、热解油和炭黑，也不同于传统再生胶再生工艺，橡胶在300℃左右的浅度裂解后，交联的EPDM橡胶的主链和交联侧链很容易发生化学键破坏，使橡胶的交联结构解体，使废橡胶裂解为液体类沥青物质，由于交联键大量断裂，橡胶分子量小于3万g/mol,此时溶胶含量急剧升到，大于80％，具有高流动性和粘结性能，变得类似沥青，从而可加大橡胶在沥青中的添加量，从而在沥青中达到均匀稳定的分散。

与现有技术相比，本发明制得的EPDM废橡胶裂解改性沥青胶结料，135℃粘度按照GB/T0625-2011标准执行，结果表明其粘度小于6Pa.s,接近3Pa.s，具有较好的施工和易性。改性沥青的针入度、延度、软化点的测试分别按照GB/T0604-2011、GB/T0605-2011、GB/T0606-2011标准执行，结果表明改性沥青的高低温性能优良，各项物理性能符合我国规定的路用沥青性能指标，适合大规模的生产采用。通过比较薄膜老化、紫外老化前后的针入度变化率都大于90％以上表明，该胶结料具有非常优异的耐老化效果。

综上所述，本发明尤其在如下几个方面取得了显著的技术效果：

1.本发明创新地通过高温浅度裂解的方法，使EPDM废橡胶变为类沥青物质，具有高流动性和粘结性能，显著改善了其在沥青中的分散性，从而使得其可被大量添加到沥青胶结料中，并在沥青中达到均匀稳定的分散，同时具有较好的施工和易性。整个工艺过程简洁易行，显著改善传统沥青不耐老化的缺点，从而通过高性能耐候的胶结料大大延长沥青路面寿命，效果明显，环保易控制，也节约了能源。

2.EPDM橡胶优良的耐候性，大大提高了EPDM橡胶沥青的耐候性能。

3.因废橡胶裂解胶粉在沥青中分散微细，有大量的炭黑释放，因此其有利于该橡胶改性沥青的耐老化。解决了困扰业内许久的难题，扩大了改性沥青的耐久性。

4.本发明采用巧妙的方法制备的耐候沥青路面胶结料具有高的耐候性、施工容易、环保、安全等特点，高低温性能优良，具有良好的经济效益和环保效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

以质量分数计，基质沥青为SK70号沥青，进行薄膜烘箱老化和紫外老化，编号为1，性能见表1。

实施例2

将20目的废旧轮胎全胶粉，加入到常压高温双螺旋脱硫装备中，在300℃下，8min后将废橡胶高温裂解为类沥青材料，以质量份数计，将30份的废橡胶高温裂解类沥青材料、70份的SK重交沥青，在沥青罐中混合制备废橡胶裂解转化沥青母液，混合温度为170℃，转速为500r/min，时间为90min。

制得的废轮胎胶粉浅度裂解改性沥青编号为2，性能见表1。

实施例3

将20目的废旧EPDM胶粉，加入到常压高温双螺旋裂解装备中，在300℃下，8min后将废橡胶高温裂解为类沥青材料。以质量份数计，将30份的废橡胶高温裂解产物、70份的重交沥青，在沥青罐中混合制备废橡胶裂解转化沥青母液，混合温度为170℃，转速为500r/min，时间为90min。

制得的改性沥青编号为3，性能见表1。

实施例4

将20目的废旧EPDM胶粉，加入到常压高温双螺旋裂解装备中，在340℃下，8min后将废橡胶高温裂解为类沥青材料。以质量份数计，将30份的废橡胶高温裂解产物、70份的重交沥青，在沥青罐中混合制备废橡胶裂解转化沥青母液，混合温度为170℃，转速为500r/min，时间为90min。

制得的改性沥青编号为4，性能见表1。

实施例5

将20目的废旧EPDM胶粉，加入到常压高温双螺旋裂解装备中，在340℃下，8min后将废橡胶高温裂解为类沥青材料。以质量份数计，将50份的废橡胶高温裂解产物、50份的重交沥青，在沥青罐中混合制备废橡胶裂解转化沥青母液，混合温度为170℃，转速为500r/min，时间为90min。

制得的改性沥青编号为5，性能见表1。

实施例6

将50目的废旧EPDM胶粉，加入到双螺杆挤出机(长径比52)装备中，在340℃下，3min后将废橡胶高温浅度裂解为类沥青材料。以质量份数计，将50份的废橡胶高温裂解产物、50份的重交沥青，在沥青罐中混合制备废橡胶裂解转化沥青母液，混合温度为170℃，转速为500r/min，时间为90min。

制得的改性沥青编号为6，性能见表1。

表1实施例1～6得到的改性沥青性能

实施例1、2、3对比可见，废橡胶浅度裂解转化沥青的耐老化性能显著改善，说明改性沥青具有良好的耐老化性能和热稳定性；5℃延度大上升，具有良好的低温性能；135℃粘度接近3Pa·s，也具有较好的施工和易性。对比2和3可见，EPDM比废轮胎橡胶裂解改性沥青的耐老化性能更好，表明具有更高的性价比。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)将EPDM废橡胶在280-350℃温度下浅度高温裂解转化为低粘度橡胶；

(2)将重量比为70/30-40/60的重交沥青/浅度裂解橡胶在温度为150-180℃的情况下，混合均匀并搅拌发育，得到高耐候改性沥青胶结料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中将EPDM废橡胶浅度裂解为低粘度橡胶的具体过程为：将EPDM废橡胶粉通过浅度裂解装置，在280-350℃温度下加工3-10min，使EPDM废橡胶浅度裂解转化为粘稠状低粘度的类沥青材料。

3.根据权利要求1所述的高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，在搅拌发育期间，控制搅拌转速为300-1000r/min，搅拌反应时间为30-150min。

4.根据权利要求1所述的高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的EPDM废橡胶目数为15-60目。

5.根据权利要求1所述的高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述EPDM废橡胶的浅度裂解产物的数均分子量为3000-30000。

6.根据权利要求1所述的高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述EPDM废橡胶为车窗密封条，其中EPDM橡胶含量大于30％。

7.根据权利要求1所述的高耐候沥青胶结料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中得到的浅度裂解橡胶溶胶含量大于80％，门尼粘度低于30。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高耐候沥青胶结料的制备

方法生产制得的高耐候沥青胶结料。

9.一种权利要求8所述的高耐候沥青胶结料的应用，其特征在于，用于制备耐久性沥青路面。