CN105368083B - 一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂，由取代基硅烷、聚醚和催化剂反应制得；其中取代基硅烷为氨基、烷氧基或环氧基取代硅烷，催化剂为氯铂酸，聚醚为烯丙基聚醚。本发明制得的界面分散剂添加于旧沥青混合料中时，迅速剥离出来的旧沥青在新旧集料表面重新分布，通过化学反应使旧沥青膜的路用性能得以修复，实现了旧沥青的循环利用，且增强了旧集料与沥青胶结料的裹覆效果，保证了再生混合料的路用性能。本发明还提供一种温拌再生复合改性剂，由包括温拌剂、基础油分和界面分散剂在内的原料制得，这种改性剂显著提高旧沥青混合料掺配比和利用率，同时提高再生沥青混合料路用性能，水稳定性好。

Description

一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂及其制备方法

本申请是申请号为“201410208502.3”，发明名称为“一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂及温拌再生复合改性剂”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及沥青温拌再生混合料制造技术领域，具体涉及一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂及温拌再生复合改性剂。

背景技术

沥青混凝土路面的不断发展，越来越多的沥青路面相继进入中修或大修期，大量的旧沥青混凝土面临着堆积或回收利用的问题。本着资源节约、环境友好的指导思想，对废旧沥青混凝土进行再生利用具有很强的必要性和紧迫性。

目前沥青混合料的再生技术主要是热再生和冷再生两种方式，它们由于其各自的缺陷而没有得到长足的发展。冷再生沥青混合料尽管在环保、能耗方面有很大的优势，由于其路用性能与热拌沥青混合料相比有很大的差距，只能用于沥青路面的修补、轻交通路面以及中交通路面的下面层和基层；热再生沥青混合料主要通过较高的拌和温度实现RAP中旧沥青膜与旧集料相剥离，并实现旧集料的二次裹覆，但二次老化严重，再生混合料的性能很难得以保证；并造成旧沥青混合料掺加量有限，一般不超过再生沥青混合料的30％。

为了克服热再生、冷再生的缺陷，诞生了温拌再生技术。温拌再生技术通过添加温拌剂使再生混合料在较低的温度下进行拌和、摊铺及压实，其拌和温度一般在110～130℃，较热再生降低了40～50℃。但国内外关于温拌再生技术的研究均不多，基本仍然处于探索性研究阶段，对温拌再生技术的认识还存在相当的局限性和片面性。目前已开展的研究，基本都是通过添加温拌剂从工艺角度出发实现“温拌再生”，其中RAP中旧沥青膜直接影响新沥青对RAP的裹覆效果，从而严重影响再生混合料的性能。另外，从工艺角度实现“温拌再生”的方法还存在新沥青用量大、经济效益不显著等问题。

主要内容

本发明的目的是提供一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂，该分散剂在沥青路面的温拌再生过程中，可以使得新沥青对RAP的裹覆效果好。

本发明的另一目的是提供一种温拌效果好的温拌再生复合改性剂。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于沥青路面温拌再生的界面分散剂，其特征在于：它由取代基硅烷、聚醚和催化剂反应制得；其中所述取代基硅烷为氨基、烷氧基或环氧基取代硅烷；所述催化剂为氯铂酸；所述聚醚为烯丙基聚醚。

上述氨基取代硅烷可以是3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基-γ-氨丙基)三甲氧基硅烷中的一种或几种混合。

上述烷氧基取代硅烷可以是甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合。

上述环氧基取代硅烷可以是3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合。

上述烯丙基聚醚可以是APEG-2000,APEG-2400,HPEG-2400中的一种。

为了提高新沥青对RAP的裹覆效果,本发明优选由取代基硅烷100份，聚醚20～60份，催化剂2～10份反应制得，以重量份计。

更进一步节约资源，减少新沥青的用量，上述原料配比优选取代基硅烷100份，聚醚30～50份，催化剂4～7份；更优选取代基硅烷100份，聚醚40～45份，催化剂5～6份。

上述界面分散剂是这样制得的：将相应比例的聚醚、取代基硅烷加入反应釜中，加热升温，并不断搅拌，打开冷凝装置；升温至40～60℃时，加入催化剂氯铂酸，升温至80～90℃，反应3～5小时；待反应结束后冷却至60℃以下，加入适量碱中和反应过程中产生的酸，过滤，减压蒸馏除去副产物及为反应的原料，既得。

其中的加热方式优选水浴加热，搅拌优选磁力搅拌；所述碱优选三乙胺。

具体地说，按100份取代基硅烷、40～45份聚醚加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热，磁力搅拌下缓慢升温，并打开冷凝装置；当温度达到45～50℃时，加入5～6份的催化剂，继续升温。当温度升至80～90℃并稳定后，控制反应时间为4～5h；反应结束后，停止加热并自然冷却，待反应体系温度降至30～60℃时，打开反应釜，加入适量三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤沉淀；减压蒸馏以去除过量的未反应物(聚醚或取代基硅烷)，即得到本发明用于沥青路面温拌再生的界面分散剂。

本发明的另一目的是这样实现的：

一种温拌再生复合改性剂，其原料包括温拌剂、基础油分，其特征在于：该复合改性剂的原料还包括界面分散剂；且温拌剂：界面分散剂：基础油分的重量比为1：1～6：2～8。

上述温拌剂优选丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物以100:20～60的比例混合而成，所述比例为重量比。

上述基础油分优选机油与增塑剂按照100：3～7的比例混合而成，所述比例为重量比；所述增塑剂优选邻苯二甲酸二丁酯。

为了增强上述复合改性剂的使用性能，上述温拌再生复合改性剂优选按照温拌剂：界面分散剂：基础油分为1：2～5：3～6的比例制得。

上述温拌剂为丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物按照相应比例直接在常温条件下混合。

上述基础油分为机油、增塑剂按照相应比例混合后，在110～130℃下搅拌使之均匀制得，所述搅拌优选低速搅拌，更优选1000～2000r/min，所述搅拌时间优选3～5分钟。

上述机油可以为废旧轻质机油。所述废旧轻质机油为将汽车发动机废旧回收机油，经过静置分层，除水，加干燥剂干燥，过滤后加熟石灰调节其PH值在7～9。

上述温拌再生复合改性剂的制备方法，以温拌剂、界面分散剂和基础油分为原料制得，采用以下步骤：

基础油分搅拌温度升高至130～150℃时，按比例添加制得的界面分散剂，在剪切速率为4000～7000r/min条件下搅拌10～15分钟；

停止加热，将搅拌速率降至1000～2000r/min，待温度降低到110～130℃后，按比例加入温拌剂，剪切5～10分钟，既得。

具体地说，一种温拌再生复合改性剂，其特征是由以下几个步骤组成：

步骤1：原料的准备

基础油分的制备：将汽车发动机废旧回收机油，经过静置5～8h分层，除去明水；在加入适量无水硫酸钠干燥，进一步除去残留水分，过滤；最后加入少量熟石灰碱调节其酸碱性，控制其PH值在7～9，制得废旧轻质机油；将制得的废旧轻质机油与邻苯二甲酸二丁酯按照100：4～5的质量比例混合，在110～130℃下搅拌3～5分钟使之均匀，制得基础油分；

界面分散剂的制备：将100份取代基硅烷、40～45份烯丙基聚醚(APEG-2000,APEG-2400或HPEG-2400)加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热到48～52℃时，加入4～5份氯铂酸做催化剂，继续至82～88℃并稳定后，控制反应时间为4～5h；停止加热，待反应体系温度降至40～60℃时，打开反应釜，加入适量三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤并进行减压蒸馏，制得用于沥青路面温拌再生的界面分散剂；

温拌剂的制备：丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物按照2:1的质量比例室温下混合均匀，制得温拌剂；

步骤2：温拌再生复合改性剂的制备：

升高基础油分搅拌温度至130～150℃，添加步骤1中制得的界面分散剂，在搅拌10～15分钟；停止搅拌并降低搅拌温度至110～130℃，加入步骤1制得的温拌剂后继续搅拌，其中温拌剂：界面分散剂：基础油分的质量比例为1：3～4：4～5；控制搅拌速率为4000～7000r/min剪切5～10分钟，制成本发明产品温拌再生复合改性剂。

本发明具有如下有益效果：

本发明从旧沥青混合料在整个温拌再生过程中的形态和功能角度出发，从材料配方的角度入手，发明一种用于温拌再生的界面分散剂，降低拌合温度，实现RAP中的旧集料与旧沥青膜在温拌条件下相剥离，避免了旧沥青膜的二次老化，同时做到了节能减排；当界面分散剂添加于旧沥青混合料中时，迅速剥离出来的旧沥青在新旧集料表面重新分布，其中特定的官能团与旧沥青中的亚砜基与羰基发生反应，使旧沥青膜的路用性能得以修复，实现了旧沥青的循环利用，且增强了旧集料与沥青胶结料的裹覆效果，保证了再生混合料的路用性能。本发明按照特殊比例的聚醚、取代基硅烷在催化剂的条件下反应制得的界面分散剂，打破了RAP的掺量很难超过30％的限制，显著提高旧沥青混合料掺配比和利用率，既节约了资源又降低了污染。

本发明在较低温度下制得用于温拌再生的界面分散剂，工艺简单，条件要求不苛刻，容易实现工业化大生产。

本发明所述的改性剂，通过在混合料再生生产过程中添加界面分散剂，并同时添加适量基础油分和温拌剂。各个组分发挥协同作用，解决了旧沥青膜的的二次老化问题，解决了旧沥青膜的功能修复问题，解决了RAP掺量低的问题。具体表现为可有效实现RAP中旧沥青膜与旧集料相剥离，同时激活老化沥青，以达到旧沥青的胶结作用和旧集料良好的二次裹覆的目的；突破传统了热再生旧料掺配率很难突破30％的技术瓶颈，这种基于界面作用的温拌再生混合料，其旧料掺配量基本接近于再生混合料总量的50％，同时保证温拌再生沥青混合料的水稳性和其他路用性能满足规范要求；可有效降低再生混合料拌和及压实温度，减少混合料生产过程中能源消耗，降低有害气体排放量，达到节约工程造价与环境友好的目的。

本发明生产温拌再生复合改性剂，不需要特殊设备，安全性高，容易实现工业化，经济价值高。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

图1：温拌再生混合料的水稳性试验结果图。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明进行的进一步具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

本发明所述份为重量份，所述比例以重量比计；所述℃左右为℃上下浮动两度，如50℃左右指的是48～52℃；所述试剂均为市售产品，其中聚醚购自江苏海安石油化工厂。

实施例1

将100份三乙氧基硅烷、40份APEG-2000加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热，磁力搅拌下缓慢升温，并打开冷凝装置；当温度达到50℃左右时，加入5份催化剂氯铂酸，继续升温。当温度升至85℃并稳定后，控制反应时间为4h：反应结束后，待反应体系温度降至60℃以下时，打开反应釜，加入适量三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤，减压蒸馏，即得到本发明用于沥青路面温拌再生的界面分散剂。

将上述实施例1得到的界面分散剂测试对旧沥青的剥离效果和温拌再生沥青混合料水稳性能影响。

旧沥青转移率测试

本试验通过旧沥青的转移率来分析RAP中有效沥青含量的影响因素，评价温拌条件下RAP中沥青与集料的剥离效果。试验采用等量的9.5mm及以下粒径的RAP混合料与粒径为9.5mm～13.2mm的新集料及不同用量的界面分散剂在温拌条件下(110～130℃)进行拌合。经一定时间拌合后采用9.5mm集料筛将拌合后的混合料进行筛分，将分离出的粒径为9.5mm～13.2mm新集料颗粒通过抽提试验计算出沥青含量，即为旧沥青的转移量。

转移率的测试结果

显然，未添加界面分散剂时，旧沥青转移率很低，而添加界面分散剂后，旧沥青转移率大幅提高，基本接近于旧沥青总含量的50％。同时也表明，在温拌条件下，界面分散剂有效地使旧沥青与旧集料发生剥离充当可循环利用的有效沥青。

实施例2

将100份甲基三甲氧基硅烷、20份APEG-2000加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热，磁力搅拌下缓慢升温，并打开冷凝装置；当温度达到50℃左右时，加入2份催化剂氯铂酸，继续升温。当温度升至90℃并稳定后，控制反应时间为5h：反应结束后，待反应体系温度降至50℃时，打开反应釜，加入适量三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤，减压蒸馏，即得到本发明用于沥青路面温拌再生的界面分散剂。

实施例3

将100份3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、30份APEG-2000加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热，磁力搅拌下缓慢升温，并打开冷凝装置；当温度达到50℃左右时，加入4份催化剂氯铂酸，继续升温。当温度升至85℃并稳定后，控制反应时间为4h：反应结束后，待反应体系温度降至60℃时，打开反应釜，加入适量三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤，减压蒸馏，即得到本发明用于沥青路面温拌再生的界面分散剂。

实施例4

将100份3-氨丙基三乙氧基硅烷、40份APEG-2000加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热，磁力搅拌下缓慢升温，并打开冷凝装置；当温度达到50℃左右时，加入5份催化剂氯铂酸，继续升温。当温度升至85℃并稳定后，控制反应时间为4h：反应结束后，待反应体系温度降至60℃时，打开反应釜，加入适量三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤，减压蒸馏，即得到本发明用于沥青路面温拌再生的界面分散剂。

参照实施例1制备实施例5～10。

界面分散剂添加量为旧沥青混合料的0.2％，测量实施例2～10所得到的界面分散剂对旧沥青的剥离效果。

试验采用等量的9.5mm及以下粒径的RAP混合料与粒径为9.5mm～13.2mm的新集料及不同实施例所得到的界面分散剂在温拌条件下(110～130℃)进行拌合。经一定时间拌合后采用9.5mm集料筛将拌合后的混合料进行筛分，将分离出的粒径为9.5mm～13.2mm新集料颗粒通过抽提试验计算出沥青含量，即为旧沥青的转移量。

转移率的测试结果

显然，添加本发明所述的界面分散剂0.2％时，旧沥青转移率均能基本接近于旧沥青总含量的40％。事实上，适当添加界面分散剂，旧沥青转移率会适当增加。实验表明，本发明所制备的界面分散剂均能有效地使旧沥青与旧集料发生剥离充当可循环利用的有效沥青。

实施例11

将汽车发动机废旧回收机油，经过静置5h分层，除去明水；在加入适量无水硫酸钠干燥，进一步除去残留水分，过滤；最后加入少量熟石灰碱调节其酸碱性，控制其PH值在7，既得。

实施例12

汽车发动机废旧回收机油，经过静置7h分层，除去明水；在加入适量无水硫酸钠干燥，进一步除去残留水分，过滤；最后加入少量熟石灰碱调节其酸碱性，控制其PH值在9，既得。

实施例13

汽车发动机废旧回收机油，经过静置8h分层，除去明水；在加入适量无水硫酸钠干燥，进一步除去残留水分，过滤；最后加入少量熟石灰碱调节其酸碱性，控制其PH值在8，既得。

实施例14

一种温拌再生复合改性剂，其中温拌剂：界面分散剂：基础油分为1：3：5，具体操作为：

将实施例11制得的机油与邻苯二甲酸二丁酯按100：5的比例混合，在115℃左右按照1000r/min搅拌3～5分钟使之均匀，制得基础油分；升高基础油分搅拌温度至130℃左右，添加实施例1中制得的界面分散剂，搅拌10～15分钟；停止搅拌并降低搅拌温度至110℃，依次加入丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物，其中丙烯酸十八酯与苯乙烯—马来酸酐共聚以质量比计为2:1的比例；开启搅拌，控制搅拌速率为5000r/min剪切5～10分钟，制成本发明产品温拌再生沥青混合料界面分散复合剂。

温拌再生沥青混合料界面分散复合剂对温拌再生沥青混合料的水稳定性试验

试验过程中再生混合料油石比4.5％作为最佳油石比，RAP的掺量为40％，实施例10所制得的界面分散复合剂的掺量分别为0.2％、0.4％、0.6％和0.8％(以RAP颗粒质量为基准)，再生沥青混合料集料级配取规范中值。依据规范成型温拌再生混合料马歇尔试件，并进行沥青混合料冻融劈裂试验，混合料冻融前后劈裂强度试验结果、冻融劈裂强度比TSR计算结果见说明书附图。

从说明书附图可以看出，未添加界面分散复合剂的温拌再生沥青混合料，TSR值仅为59.55％；添加界面分散剂的温拌再生沥青混合料冻融劈裂强度比明显增大，TSR值上升明显；当界面分散剂用量为0.2％时，混合料冻融劈裂强度出现峰值，冻融前后强度值分别达到2.05MPa和1.84MPa，TSR值达到89.75％，满足试验规范要求。从数据上看，界面分散剂最佳用量百分比为0.2％。

实施例15

一种温拌再生复合改性剂，其中温拌剂：界面分散剂：基础油分为1：1：2，具体操作为：

将实施例11制得的机油与邻苯二甲酸二丁酯按100：5的比例混合，在130℃左右按照2000r/min搅拌3～5分钟使之均匀，制得基础油分；升高基础油分搅拌温度至150℃左右，添加实施例1中制得的界面分散剂，搅拌10～15分钟；停止搅拌并降低搅拌温度至115℃左右，依次加入丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物，其中丙烯酸十八酯与苯乙烯—马来酸酐共聚以质量比计为2:1的比例；开启搅拌，控制搅拌速率为5000r/min剪切5～10分钟，制成本发明产品温拌再生沥青混合料界面分散复合剂。

实施例16

一种温拌再生复合改性剂，其中温拌剂：界面分散剂：基础油分为1：6：8，具体操作为：

将实施例11制得的机油与邻苯二甲酸二丁酯按100：5的比例混合，在120℃左右按照1500r/min搅拌3～5分钟使之均匀，制得基础油分；升高基础油分搅拌温度至140℃左右，添加实施例1中制得的界面分散剂，搅拌10～15分钟；停止搅拌并降低搅拌温度至120℃左右，依次加入丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物，其中丙烯酸十八酯与苯乙烯—马来酸酐共聚以质量比计为2:1的比例；开启搅拌，控制搅拌速率为5000r/min剪切5～10分钟，制成本发明产品温拌再生沥青混合料界面分散复合剂。

参照实施例14制备实施例17～25。

将再生混合料油石比4.5％作为最佳油石比，RAP的掺量为40％，实施例15～25所制得的界面分散复合剂的掺量以0.2％计(以RAP颗粒质量为基准)，再生沥青混合料集料级配取规范中值。依据规范成型温拌再生混合料马歇尔试件，并进行沥青混合料冻融劈裂试验，混合料冻融前后劈裂强度试验结果、冻融劈裂强度比TSR计算结果见下表。

温拌再生混合料的水稳性试验结果

温拌再生沥青混合料的冻融前强度为1.75～2.20MPa，冻融后强度为1.69～1.90MPa，TSR值达到86.36～96.57，性能优良，完全符合沥青要求。

Claims (1)

1.一种温拌再生复合改性剂，以温拌剂、界面分散剂和基础油分为原料制得，其特征在于，采用以下步骤：

步骤1：原料的准备

基础油分的制备：将汽车发动机废旧回收机油，经过静置5～8h分层，除去明水；加入无水硫酸钠干燥，进一步除去残留水分，过滤；最后加入熟石灰碱调节其酸碱性，控制其pH 值在7～9，制得废旧轻质机油；将制得的废旧轻质机油与邻苯二甲酸二丁酯按照100：4～5的质量比例混合，在110～130℃下搅拌3～5分钟使之均匀，制得基础油分；

界面分散剂的制备：将100份取代基硅烷、40～45份烯丙基聚醚加入到带磁力搅拌和冷凝管的反应釜，水浴加热到48～52℃时，加入4～5份氯铂酸做催化剂，继续至82～88℃并稳定后，控制反应时间为 4～5h；停止加热，待反应体系温度降至40～60℃时，打开反应釜，加入三乙胺，以中和反应过程中产生的副产物盐酸，过滤并进行减压蒸馏，制得用于沥青路面温拌再生的界面分散剂；

温拌剂的制备：丙烯酸十八酯和苯乙烯—马来酸酐共聚物按照2:1的质量比室温下混合均匀，制得温拌剂；

步骤2：温拌再生复合改性剂的制备：

升高基础油分搅拌温度至130～150℃，添加步骤1中制得的界面分散剂，在搅拌10～15分钟；停止搅拌并降低搅拌温度至110～130℃，加入步骤1制得的温拌剂后继续搅拌，其中温拌剂：界面分散剂：基础油分的质量比为1：3～4：4～5；控制搅拌速率为4000～7000r/min剪切5～10分钟，制成温拌再生复合改性剂。