CN104910511A - 一种沥青混合料的高模量改性剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种沥青混合料的高模量改性剂组合物，该组合物包括：聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、双环戊二烯-酚类环氧树脂、复合纤维、硫酸钙晶须、羟丙基甲基纤维素、岩沥青、聚乙烯接枝马来酸酐、油酸、硬脂酸钙、软脂酸丁酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、氧化聚乙烯蜡、抗氧剂和偶联剂。本发明的改性剂用于沥青混合料中，可同时提高沥青混合料的模量、抗车辙性、水温定性能及低温抗裂性能，保持了原有沥青混合料拌合性，提高了沥青混合料的综合性能。

Description

一种沥青混合料的高模量改性剂组合物
技术领域
本发明涉及一种道路沥青混合料改性用高分子复合材料，具体为一种沥青混合料高性能复合高模量改性剂组合物及其制备方法，主要用于道路沥青中。
背景技术
随着我国经济的快速发展和交通流量的日益增加，对道路的使用性能要求越来越高。当前通常使用普通沥青混合料铺筑的路面，随着交通量及行车载重的不断增加，路面常常在低温下脆裂、高温下出现车辙，同时较差的水稳定性易造成路面水损害。为了改善沥青的这些性能，节约资源和保护环境，延长路面的使用寿命，提高路面的高温抗车辙能力，低温抗裂性、改善路面的水稳定性，降低养护费用，提高行车舒适度，国内外开展了大量的研究工作，找到了大量沥青改性的新途径。其中在沥青混合料中加入高模量改性剂(如，SBS改性沥青混合料)等使得沥青混合料具有较好的高温抗车辙性能，在机场等道路得到了应用。但现有的高模量改性剂具有高、低温性能不能兼顾、低温性能及水稳定性相对改善不足等缺陷。
发明内容
本发明基于现有沥青混合料的上述缺陷，提供了一种改性剂组合物，其将不同聚烯烃进行复合、并将不同纤维进行复合，同时加入增容剂、偶联剂等，提高聚合物与沥青混合料石料的相容性和粘结力，从而可提高沥青混合料的模量，提高道路的抗车辙性和综合性能。
本发明提供一种沥青混合料的高模量改性剂组合物，其按重量百分比包含如下组分：
其中，所采用的聚丙烯(PP)为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯、或聚丙烯回收料，熔体流动指数(MI)在1～40g/10min之间，优选为3～10g/10min的注塑级聚丙烯或聚丙烯回收料。采用聚丙烯可以提高沥青的高温性能，如提高软化点等。
其中，所采用的低密度聚乙烯(LDPE)的熔体流动指数(MI)在0.1～10g/10min之间；所采用的线形低密度聚乙烯(LLDPE)的熔体流动指数(MI)在0.1～5g/10min之间；所采用的高密度聚乙烯(HDPE)的熔体流动指数(MI)在0.1～40g/10min之间，优选0.5～10g/10min的HDPE。其中，上述三种聚乙烯均可选用符合上述标准的各原料的回收料。采用高、低密度按一定比例复合使用可以兼顾沥青的高、低温性能，从而提高沥青的综合性能。
其中，所采用的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的熔体流动指数(MI)在1～40g/10min之间，优选3～10g/10min的EVA；VA含量在20～30wt％。加入EVA可以进一步提高沥青的低温性能和聚合物与沥青的相容性。
其中，所选用的双环戊二烯-酚类环氧树脂的环氧值为0.2～0.5mol/g，通过添加环氧树脂可以提高沥青和石料的粘结力，从而提高沥青混合料的综合性能。
其中，所采用复合纤维由木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维组成，其质量比为1∶0.2-3∶0.5-2。采用复合纤维可以取长补短，大大提高沥青混合料的模量，从而制备高模量道路。
其中，所采用的硫酸钙晶须的长径比大于等于20∶1。添加硫酸钙晶须后可以大大提高沥青混合料的模量。
其中，所采用的岩沥青为大于100目的粉末。岩沥青的添加可以提高沥青混合料的抗裂性和模量。
其中，所采用的聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.5～2％，添加后可以大大提高聚烯烃、纤维、沥青、石料之间的界面粘结力，从而提高沥青混合料的综合性能。
其中，所采用的羟丙基甲基纤维素的羟丙基值为7～12％，该组分的添加可以提高岩沥青、聚烯烃、沥青、纤维、石料之间的界面粘结力。
其中，采用的油酸、硬脂酸钙、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯可以降低沥青的粘度，增加聚烯烃与沥青的相容性，降低沥青混合料的拌合温度。
其中，采用的氧化聚乙烯蜡(OPE)的软化点在90～115℃之间，分子量在1000～5000之间。OPE可以增加沥青的流动性，提高沥青混合料的加工性。
其中，采用的偶联剂为硅烷偶联剂，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)或γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。加入硅烷偶联剂可以提高聚合物、纤维、沥青、集料之间的界面结合力。
其中，所采用的抗氧剂为抗氧剂1010和168的混合物，其质量比在1∶1～1∶5，优选1∶2。由于聚烯烃在加工过程中易产生氧化降解，因此必须添加抗氧剂来阻止或减少聚烯烃的氧化降解。
其中，本发明的改性剂组合物的制备方法为：先按各组分质量比例称量、加入到高速混合机中，高速混合1分钟，再将混合物加入到螺杆挤出机中熔融混炼，水槽冷却，切粒机切粒，称重，包装，入库。所使用的螺杆挤出机为销钉式单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、或往复式单螺杆挤出机，优选为双螺杆挤出机，其螺杆长径比为32～36，双螺杆挤出造粒的温度在150～220℃之间。
本发明通过以最优比例混合各功能材料制备的高性能沥青混合料的高模量改性剂，可以提高沥青混合料的模量和抗车辙性，同时加工简便、原料易得、成本低廉，可在机场道路沥青等各种高要求施工领域中使用。
具体实施方式
本发明是一种复合聚烯烃沥青改性剂(抗车辙剂)组合物，该组合物用于道路沥青混合料中。为便于理解，下面结合实施例对本发明的具体实施过程作进一步说明。但本发明并不限于以下实施例。
下列为实施例中的试样制备工艺：
在实验室拌制剂聚烯烃高性能沥青混合料主要流程为：先将聚烯烃改性剂和热石料干拌30s，以使聚烯烃改性剂均匀分散在矿料中。然后将沥青按照预定用量加入，拌和90s；最后加入矿粉，再拌和90s。温度控制按照表1进行。
表1 室内实验聚烯烃改性剂与混合料拌和、成型温度控制参数
矿料加热温度 180～190℃
70#沥青加热温度 150～160℃
沥青混合料拌和温度 175～180℃
击实和车辙成型温度 165℃
沥青与石料的油石比为4.4；石料级配类型为AC-20，本发明的改性剂添加量为沥青混合料的3-5‰；对实施例1、实施例2和实施例3的沥青混合料检测，依据中华人民共和国交通运输部颁布的如下行业标准进行：
1、《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004；
2、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011。
主要检测沥青混合料的马歇尔性能、水稳性能、和高低温性能，检测指标包括：孔隙率、沥青饱和度、稳定度、流值、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比、和车辙实验动稳定度。
对比例及实施例1-3
实施例1-3的各组分含量见表2。
表2 实施例1-3的复合聚烯烃沥青改性剂组合物组分含量表
改性剂的制备方法：先按组分质量比例称量、并加入到高速混合机中，高速混合1分钟，再将混合物加入到双螺杆挤出机中熔融混炼，其螺杆长径比为32～36，螺杆组合为高剪切速率组合方式，双螺杆挤出造粒的温度在150～220℃之间；然后水槽冷却，切粒机切粒，称重，包装，入库。
表3 实施例1-3的复合聚烯烃沥青改性剂组合物混合造粒工艺参数
对比例及实施例1-3的性能见表4。
表4 复合聚烯烃沥青混合料的性能(加入量均为沥青混合料总质量的5‰)
从表4可以看出，在沥青混合料中加入本发明的复合高模量改性剂后，沥青混合料的高温能抗车辙性能、水稳定性能、低温抗裂性能及高温模量相对于现有常用的普通SBS改性沥青都得到明显改善和提高。其中实施例3的综合指标最优，其沥青混合料动稳定性达到上万次，是市售SBS改性沥青混合料的3倍多；同时低温抗裂性能比普通沥青混合料提高不少(提高了16％)，水稳定性更是有了非常明显的改善，其冻融劈裂强度比和残留稳定度比都达到99％以上。这说明，添加本发明的高性能复合高模量改性剂后，沥青混合料高低温性能可以兼顾，同时得到了改善，水稳定性更是明显提高。而且对沥青混合料的拌合工艺不产生大的影响，总体提高了沥青混合料的综合性能。

Claims (10)

1.一种沥青混合料的高模量改性剂组合物，其特征在于，该改性剂组合物按重量百分比包含如下组分：
2.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯、或聚丙烯回收料，熔体流动指数在1～40g/10min之间，优选为3～10g/10min的注塑级聚丙烯或聚丙烯回收料。
3.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述低密度聚乙烯的熔体流动指数在0.1～10g/10min之间；所述线形低密度聚乙烯的熔体流动指数在0.1～5g/10min之间；所述高密度聚乙烯的熔体流动指数在0.1～40g/10min之间，优选0.5～10g/10min的高密度聚乙烯；其中，上述三种聚乙烯均可选用符合上述要求的各原料的回收料。
4.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔体流动指数在1～40g/10min之间，优选3～10g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，VA含量在20～30wt％。
5.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述双环戊二烯-酚类环氧树脂的环氧值为0.2～0.5mol/g。
6.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述复合纤维由木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维组成，其中，三种组分的质量比为1∶0.2-3∶0.5-2。
7.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述硫酸钙晶须的长径比大于等于20∶1，所述岩沥青为大于100目的粉末。
8.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所书聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率为0.5～2％，所述氧化聚乙烯蜡的软化点在90～115℃之间，分子量在1000～5000之间。
9.根据权利要求1所述的改性剂组合物，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的羟丙基值为7～12％，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)；所述抗氧剂为抗氧剂1010和168的混合物，两种抗氧剂的质量比为1∶1至1∶5，优选为1∶2。
10.根据权利要求1-9任一所述的改性剂组合物，其特征在于，所述改性剂组合物在沥青混合料中的使用量为沥青混合料总质量的3-5‰。
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