CN104861676A - 废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于沥青路面材料技术领域，涉及废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂及其制备方法与应用。所述的沥青混合料综合改性剂由废旧聚乙烯或再生聚乙烯颗粒、废旧轮胎橡胶粉、SBS、纤维、炭黑等无机矿物填充料组成。各组分的重量份分比如下：废旧聚乙烯颗粒30～60，废旧轮胎橡胶粉20～50，SBS 10～20，纤维5～15，炭黑0.5～1.5。其制备方法包括原料混合、搅拌、加热、混炼、挤出、切割步骤。该综合改性剂的应用方法简单，按照矿料重量的0.1％～0.3％直接投入拌锅即可。本发明的产品可全面提高沥青混合料的高温抗车辙性能和低温抗裂能力，而且经济效益与社会效益显著。

Description

废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于沥青路面材料技术领域，具体涉及一种废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂及其制备方法与应用。

背景技术

为适应我国公路大交通量、重载交通及极端气候条件的工况，必需全面提升沥青路面材料的性能，目前，通常的做法是沥青改性或沥青混合料改性。沥青改性需要专用的改性设备，且工艺较复杂，投资较高。沥青混合料改性一般是在加热的矿料或沥青混合料中外掺改性剂，通过加热、搅拌与沥青、集料发生物理化学作用，使得沥青混合料的性能提高。由于沥青混合料改性的工艺及设备相对于沥青改性较简单，近几年来国外已公开了多种沥青混合料改性剂，如法国生产的沥青混合料PR PLASTS抗车辙剂、德国的Duroflex沥青混合料添加剂、美国生产的壳牌SEAM沥青混合料添加剂等。这些改性剂的共同特点是：显著提高沥青混合料的抗车辙性能、使用简便，但价格较高、性价比较低，且低温性能受影响，因此并未得到推广应用。

国内也公开了一些沥青混合料改性剂，专利CN104212043A公开了一种沥青混合料改性剂及其制备方法和应用，改性剂的组分配比包括，聚乙烯A：60～90份；聚乙烯B：0～30份；抗氧剂A：0.1～0.6份；抗氧剂B：0.1～0.6份；耐候剂：0.2～0.8份；润滑剂A：0.4～1.2份；润滑剂B：3～12份，色粉0.8份。CN103509357A公开了一种环保型沥青混合料改性剂，包括如下质量份数的组分：聚乙烯为60～100份，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物为15～20份，聚对苯二甲酸乙二酯为8～15份，增粘树脂20～40份，以及填充剂为15～20份。CN103804927A公开了一种沥青混合料改性剂及其制备方法，该改性剂按质量百分比计包括：硫磺60％～91％，EVA4％～10％，聚乙烯蜡1％～10％，LDPE1％～15％，氢氧化物1％～5％。CN102702601A公开了一种直投式胶粉复合沥青混合料改性剂的制备方法，由聚乙烯和聚丙烯其中一种或者两种混和物40％-70％、废旧轮胎粉10％-40％、粘合树脂15％-30％、沥青材料3％-15％、无机填充剂2％-8％重量份配比制成。CN102702600B公开了一种环保型沥青路面抗车辙剂制备方法及其应用，将以“白色垃圾”为原料的聚乙烯45％～80％与石油树脂15％～30％、聚甲基丙烯酸甲酯5％～15％、沥青材料5％～15％、无机矿物填充料0％～10％高速混合搅拌，高温挤出，制备出一种环保型沥青路面抗车辙剂。国内还有诸多类似的改性剂，这些产品推出后未能得到推广应用，其可能的原因在于：一些改性剂只注重提高沥青混合料的某种性能，如高温性能，但对低温性能可能不利；配方组分及合成工艺较复杂；性价比不高。

发明内容

本发明的目是针对现有技术的不足，提供一种配方组分及合成工艺相对简单的沥青混合料综合改性剂及其制备与应用方法，该改性剂加入到沥青混合料中，能综合提高沥青混合料的高、低温性能，而且具有资源节约、环境友好与性价比高的综合优势。

本发明提出的沥青混合料综合改性剂及其制备与应用方法的具体内容如下。

一种废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂，包含30～60重量份热塑性高分子树脂，20～50重量份废弃或回收轮胎橡胶粉，10～20重量份热塑性弹性体、5.5～16.5填充剂。

优选的是，所述热塑性高分子树脂为废旧或再生聚乙烯颗粒。

优选的是，热塑性高分子树脂至少包括低密度PE、线性低密度PE及高密度PE中的一个以上物质。

优选的是，所述橡胶粉粒径为60～200目。

优选的是，所述热塑性弹性体为三嵌段共聚物S-B-S，其中，S代表聚(苯乙烯)和B代表聚(丁二烯)，分子量范围为8～30万。

优选的是，所述三嵌段共聚物S-B-S为线型SBS、星型SBS或二者复合的SBS。

优选的是，所述填充剂为纤维与炭黑，其中纤维与炭黑的质量比为5～15：0.5～1.5。

优选的是，所述纤维选自玄武岩纤维、聚合物纤维、木质素纤维中至少之一。

本发明提供了一种废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂的制备方法，其特征在于，

包括如下步骤：

1)将纤维和炭黑预混，分散均匀，制得填充剂；

2)将填充剂、热塑性高分子树脂、废弃或回收的橡胶粉、热塑性弹性体按照权利要求1所述的重量份比混合均匀；

3)将步骤2)得到的混合物在110℃-185℃下进行混合、熔融、混炼处理，并使其反应，制成均等物质，然后通过喷嘴制成挤压物；

4)将上述挤压物进行冷却、固化，再利用高速旋转的刀刃，将其制成3-5mm的粒状。

本发明还提供了废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂的应用方法，其特征在于，将上述的综合改性剂直接投放到加热的矿料中，并与之混合，然后加入沥青及矿粉，再次混合搅拌，制得改性沥青混合料。

上述改性剂的应用方法十分简便。根据前期大量的室内外试验研究，推荐改性剂的用量为沥青混合料矿料重量的0.1％～0.3％，使用者可根据工程项目的设计要求选用。本产品采用直投式方法加入到沥青混合料中，在实验室，人工将称量好的改性剂加入到加热的矿料中，然后干拌5-10s，最后加入沥青及矿粉，再湿拌10～15s即可；在沥青拌和站，可采用人工投入事先称量包装好的改性剂至拌锅，亦可采用提升或传送装置投放计量好的改性剂，然后干拌5-10s，最后喷入沥青，湿拌5～10s即可，其它的工艺(运输、摊铺、压实)与常用的SBS改性沥青混合料相同。

本发明采用纤维与高聚物复配时，由于纤维的用量少、且与高聚物的密度差异大，传统的制备方法难以将纤维分散均匀，易出现团聚、结团的现象，并且有可能堵塞制备设备的螺杆。因此，本发明提出了纤维与炭黑的预混工艺，较好地解决了纤维在高聚物中的分散问题，使得纤维能均匀分散在制备的综合改性剂内部结构中。

在本发明的配方组分中，废旧聚乙烯颗粒主要起到提高沥青混合料高温性能的功效，废旧轮胎橡胶粉、SBS兼有提高沥青混合料高、低温性能的作用，纤维不仅使改性剂产品内部搭桥而形成网络，而且通过加筋作用提高沥青混合料的抗裂能力，炭黑不仅起到分散纤维的作用，而且还兼有纳米改性与填充的功效。因此，本发明沥青混合料综合改性剂可全面提高提高沥青混合料的高温抗车辙能力、低温抗裂性能、水稳定性及耐久性，而且配方组分相对较少、加工工艺与应用方法简单。本产品的主要原料为废旧通用塑料制品、废旧轮胎橡胶，不仅消耗了白色与黑色固体废旧物，而且减少了沥青化学改性剂的应用，因而经济效益、社会效益及环境效益十分显著，推广应用前景广阔。

附图说明

图1本发明的工艺流程图

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

本例采用的原材料与各组分的重量份为：

以实验室生产本发明产品2000g为例，各原材料所需的重量如下：

制备方法如下：

将称量好的纤维与炭黑预混，采用分散机将二者混合均匀，然后再与废旧聚乙烯颗粒、废旧轮胎橡胶粉、SBS混合搅拌均匀，送入双螺杆挤出机料斗；开启双螺杆挤，设定各区的温度，第一区加热温度为110℃，第二区为135℃，第三区为160℃，第四区为180℃，机头温度为170℃，挤出机的转速设定为40转/min；加热至设定温度后开启料斗阀门，混合料经过传输、混合、熔融、混炼，挤出绳状制品，经过水槽冷却形成半成品；将半成品输入切粒机进行切粒(长度为3-5mm)，改性剂颗粒制备完成。

为验证该产品的性能，以我国常用的沥青中面层AC-20为例进行室内试验。首先配制AC-20沥青混合料，将发明的改性剂按矿料质量的0.3％投入到加热的矿料中，干拌10s，然后加入沥青及矿粉，再湿拌15s即可完成沥青混合料的改性；然后按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行沥青混合料车辙试验、低温弯曲试验与冻融劈裂试验，以分别评估改性沥青混合料AC-20的高温性能、低温性能与水稳定性，并与未改性AC-20的性能对比，试验结果见表1。

表1改性沥青混合料AC-20与未改性AC-20性能对比

由表1的试验结果可见，改性AC-20的三项技术指标均满足施工技术规范的要求。加入本发明改性剂的AC-20与未改性AC-20相比，动稳定度提高了1.3倍，最大弯拉应变提高了41.5％，冻融劈裂残留强度比提高约2.4％，表明综合改性剂可显著提高沥青混合料的高温抗车辙性能，同时也改善了低温抗裂能力与水稳定性。

实施例2

本例采用的原材料与各组分的重量份为：

以生产本发明产品10kg为例，各原材料所需的重量如下：

制备方法如下：

将称量好的木质素纤维与炭黑预混，采用分散机将二者混合均匀，然后再与废旧聚乙烯颗粒、废旧轮胎橡胶粉、SBS混合搅拌均匀，送入双螺杆挤出机料斗；开启双螺杆挤，设定各区的温度，第一区加热温度为110℃，第二区为140℃，第三区为170℃，第四区为185℃，机头温度为175℃，挤出机的转速设定为50转/min；加热至设定温度后开启料斗阀门，混合料经过传输、混合、熔融、混炼，挤出绳状制品，经过水槽冷却形成半成品；将半成品输入切粒机进行切粒(长度为3-5mm)，改性剂颗粒制备完成。

为验证本例发明产品的性能，采用与实施例1相同的沥青混合料与试验方法，但改性剂的用量为矿料质量的0.2％，试验结果见表2。

由表2的试验结果可见，改性AC-20的三项技术指标均满足施工技术规范的要求。加入本发明改性剂的AC-20与未改性AC-20相比，动稳定度提高了1.2倍，最大弯拉应变提高了56.4％，冻融劈裂残留强度比提高约2.9％，表明综合改性剂可显著提高沥青混合料的高温抗车辙性能，同时也改善了低温抗裂能力与水稳定性。

表2改性沥青混合料AC-20与未改性AC-20性能对比

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂，其特征在于，包含30～60重量份热塑性高分子树脂，20～50重量份废弃或回收的橡胶粉，10～20重量份热塑性弹性体、5.5～16.5重量份填充剂。

2.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述热塑性高分子树脂为废旧或再生聚乙烯颗粒。

3.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，热塑性高分子树脂至少包括低密度PE、线性低密度PE及高密度PE中的一个以上物质。

4.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述橡胶粉粒径为60～200目。

5.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述热塑性弹性体为三嵌段共聚物S-B-S，其中，S代表聚(苯乙烯)和B代表聚(丁二烯)，分子量范围为8～30万。

6.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述三嵌段共聚物S-B-S为线型SBS、星型SBS或二者复合的SBS。

7.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述填充剂为纤维与炭黑，其中纤维与炭黑的质量比为5～15：0.5～1.5。

8.如权利要求1所述的改性剂，其特征在于，所述纤维选自玄武岩纤维、聚合物纤维、木质素纤维中至少之一。

9.一种废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂的制备方法，其特征在于，

包括如下步骤：

1)将纤维和炭黑预混，分散均匀，制得填充剂；

2)将填充剂、热塑性高分子树脂、废弃或回收的橡胶粉、热塑性弹性体按照权利要求1所述的重量份比混合均匀；

3)将步骤2)得到的混合物在110℃-185℃下进行混合、熔融、混炼处理，并使其反应，制成均等物质，然后通过喷嘴制成挤压物；

4)将上述挤压物进行冷却、固化，再利用高速旋转的刀刃，将其制成3-5mm的粒状。

10.权利要求1-8所述的废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂在制备改性沥青混合料中的应用，其特征在于，将所述的废旧高聚物基沥青混合料综合改性剂直接投放到加热的矿料中，并与之混合，然后加入沥青及矿粉，再次混合搅拌均匀，制得改性沥青混合料。