CN105419356B - 一种耐低温改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，15‑30份SBS，11‑16份膨润土，8‑12份环氧硬脂酸辛酯，4‑6份氯化聚乙烯，1‑3份乙烯‑醋酸乙烯共聚物，1‑5份芳烃油，2‑5份稳定剂。本发明的耐低温改性沥青具有良好的低温性能，在低温条件下仍具有良好的针入度和延度，临界开裂温度低，适用于北方寒冷环境中的使用，制备方法简单易行，可规模化生产。

Description

一种耐低温改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青改性技术领域，特别是一种耐低温改性沥青及其制备方法。

背景技术

沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种，呈液态，表面呈黑色，可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。沥青主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种：其中，煤焦沥青是炼焦的副产品。石油沥青是原油蒸馏后的残渣。天然沥青则是储藏在地下，有的形成矿层或在地壳表面堆积。沥青主要用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。

近年来最常采用的方法是按L·W·科尔贝特的方法一将沥青分离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质等四个组分。沥青中各组分的含量与沥青和技术性质之间存在一定的规律性。随着分散介质饱和分和芳香分含量的减少,保护物质胶质和分散相沥青质含量的增加,沥青由溶胶结构转变为溶凝胶结构以至凝胶结构。沥青技术指标中的针入度随之减小,软化点随之升高。而当沥青中各组分含量比例协调时,可得到最佳的延度。但是上述规律只适用于相同油源和相同工艺获得的沥青,采用丙脱工艺获得沥青对于相同原油,采用不同工艺,或者不同原油相同工艺甚至不同原油和工艺获得的沥青,它们即使具有相近的沥青组分含量但是它们的技术性质指标可以相差很大。产生这些现象的原因是由于不同油源和工艺获得的沥青,它们的各化学组分虽然可以很接近,但是它们各个组分的化学结构并不相同,各组分的溶度参数不同。亦即各组分的相溶性不同,因而形成不同的胶体结构,所以它们的技术性质亦不相同。

改性沥青是指通过往沥青中掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得到改善而制成的沥青胶结料。目前我们较常用的改性沥青是聚合物改性沥青，聚合物改性沥青大致分为3类：橡胶类、热塑性橡胶类、树脂类。其中SBS(苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物)改性沥青目前在国内外应用较多，由于能同时改善沥青的高低温性能且价格便宜，因此在道路改性沥青中占有很大的份额，特别对于北方寒冷地区。

沥青路面在使用期内产生的低温裂缝是目前普遍存在的问题，由于裂缝的存在，使路面的使用性能降低。研究表明，沥青的低温性能对路面的低温开裂的贡献率是80％，因此，要减少沥青路面的低温开裂，首先要提高沥青的低温性能。

沥青路面的低温开裂是由于沥青低温时变得硬、脆，其变形能力差而产生的，如果在低温时选用流动能力好的沥青，就可以减少温度裂缝。因此，可以从流变学的角度出发，选择合适的方法改进沥青的低温性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种耐低温改性沥青及其制备方法，该耐低温改性沥青具有良好的低温抗裂性，适用于低温寒冷环境中的使用。

本发明的技术方案为：一种耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，15-30份SBS，11-16份膨润土，8-12份环氧硬脂酸辛酯，4-6份氯化聚乙烯，1-3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，1-5份芳烃油，2-5份稳定剂。

作为一种优选，所述SBS为颗粒材料，其粒径为1-10μm。颗粒状的SBS在基质沥青中的分散程度较高，有利于得到均匀的剪切料，而且粒径越小越容易分散，但若低于1μm，SBS分子链容易在沥青制备过程中断裂，当大于10μm时会使体系粘度过高，都会使制得的沥青达不到最佳性能。

作为一种优选，所述SBS为线型嵌段共聚物。线型SBS比星型SBS的分子量少，有更好的浸润性和低温适应性，若选用星型SBS，易导致沥青在低温环境中韧性变差。

作为一种优选，所述SBS中苯乙烯与丁二烯的嵌段比为(31-39):69。SBS嵌段共聚物结构中含有聚苯乙烯段、聚丁二烯段，两者的嵌段比对沥青改性有显著的影响，当苯乙烯与丁二烯的嵌段比达到31:69时，沥青的拉伸强度和定伸应力有显著的增加，而且随着嵌段比增大，拉伸强度和定伸应力继续增加。但若苯乙烯与丁二烯的嵌段比高于39:69，会导致SBS粘度大幅减小，不利于沥青成型。

作为一种优选，所述膨润土的颗粒粒径为1-10μm。膨润土粒径在1-10μm时，在基质沥青中分散效果较好，并且与SBS颗粒摩擦力较小，有利于沥青材料成型后的压实。

作为一种优选，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为25-30wt％。乙烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的耐低温性能，其中醋酸乙烯的含量对沥青的低温性能影响较大，当其含量为25-30wt％，可降低高结晶度，使沥青材料的强度增加，冲击韧性和耐环境应力开裂性提高，若低于25wt％，则其与原料的相容性变差，而且容易导致沥青老化，若高于30wt％，会使沥青的低温抗裂性变差。

作为一种优选，所述稳定剂为马来酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化钙的混合物。由于沥青中含有较多的极性化合物，而原料中还有其他非极性化合物，非极性化合物易集中在上部，而沥青则沉在下部，即产生离析现象。氯化钙、硫磺和马来酸酐接枝共聚物共同作用可以降低沥青相与非极性化合物之间的界面能，并阻止SBS相的凝聚，强化相间的粘和。

作为一种优选，所述稳定剂中马来酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化钙的质量比为(8-10):(1-3):(4-6)。马来酸酐接枝共聚物在稳定剂中作为主体，其非极性主链和强极性侧基可以增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性，硫磺可以把SBS的长链通过硫键连接起来形成网络结构，氯化钙不仅具有良好的耐寒性能，还有一定的抗结作用，三种成分的比例在(8-10):(1-3):(4-6)时稳定效果最好，若超出这个范围，会使原料的流动性减弱，不利于加工，尤其是硫磺超比例时会导致反应很剧烈，凝胶很严重。

作为一种优选，所述马来酸酐接枝共聚物为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯中的一种。

一种耐低温改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)将原料基质沥青预热后，加入膨润土和芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入SBS、环氧硬脂酸辛酯、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，在170-190℃的温度下，搅拌50-70min；

3)剪切：加入稳定剂，搅拌均匀后以5000-6500rpm的速度进行剪切，剪切时间为1-2小时，得到剪切料；

4)发育：控制剪切料的温度为140-160℃，搅拌2-4小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。

本发明的有益效果：由本发明的原料配方制得的耐低温改性沥青具有良好的低温性能，在低温条件下仍具有良好的针入度和延度，临界开裂温度低，适用于北方寒冷环境中的使用，制备方法简单易行，可规模化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例的耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，15份SBS，12份膨润土，11份环氧硬脂酸辛酯，4份氯化聚乙烯，3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，1份芳烃油，2份稳定剂。其中SBS为粒径为2μm的颗粒材料，膨润土的颗粒粒径为4μm，稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物。

实施例2

本实施例的耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，17份SBS，11份膨润土，10份环氧硬脂酸辛酯，5份氯化聚乙烯，3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，2份芳烃油，3份稳定剂。其中SBS为粒径为10μm的颗粒材料，膨润土的颗粒粒径为1μm，稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物。

实施例3

本实施例的耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，20份SBS，16份膨润土，8份环氧硬脂酸辛酯，4份氯化聚乙烯，1份乙烯-醋酸乙烯共聚物，3份芳烃油，2份稳定剂。其中SBS为粒径为8μm的颗粒材料，膨润土的颗粒粒径为10μm，稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物。

实施例4

本实施例的耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，30份SBS，15份膨润土，9份环氧硬脂酸辛酯，6份氯化聚乙烯，1份乙烯-醋酸乙烯共聚物，4份芳烃油，4份稳定剂。其中SBS为粒径为5μm的颗粒材料，膨润土的颗粒粒径为3μm，稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物。

实施例5

本实施例的耐低温改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，25份SBS，14份膨润土，12份环氧硬脂酸辛酯，6份氯化聚乙烯，2份乙烯-醋酸乙烯共聚物，5份芳烃油，5份稳定剂。其中SBS为粒径为6μm的颗粒材料，膨润土的颗粒粒径为7μm，稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物。

实施例6-10与实施例1-5的区别仅在于所述SBS为线型嵌段共聚物，其中苯乙烯与丁二烯的嵌段比分别为31:69、32:69、35:69、39:69、31:69。

实施例11-15与实施例6-10的区别仅在于所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量分别为26wt％、28wt％、30wt％、29wt％、25wt％。

实施例16-20与实施例11-15的区别仅在于所述稳定剂中马来酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化钙的质量比分别为8:1:5、9:2:4、10:3:6、8:2:5、9:2:6。

实施例21

本实施例的耐低温改性沥青的制备方法，步骤如下：

1)按质量份数计，将100份原料基质沥青预热后，加入12份膨润土和1份芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入15份SBS、11份环氧硬脂酸辛酯、4份氯化聚乙烯、3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，在170℃的温度下，搅拌55min；

3)剪切：加入2份稳定剂，搅拌均匀后以5000rpm的速度进行剪切，剪切时间为1.5小时，得到剪切料；其中稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物；

4)发育：控制剪切料的温度为160℃，搅拌2小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。

实施例22

本实施例的耐低温改性沥青的制备方法，步骤如下：

1)按质量份数计，将100份原料基质沥青预热后，加入11份膨润土和2份芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入17份SBS、10份环氧硬脂酸辛酯、5份氯化聚乙烯、3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，在175℃的温度下，搅拌50min；

3)剪切：加入3份稳定剂，搅拌均匀后以5500rpm的速度进行剪切，剪切时间为1.5小时，得到剪切料；其中稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物；

4)发育：控制剪切料的温度为155℃，搅拌3小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。

实施例23

本实施例的耐低温改性沥青的制备方法，步骤如下：

1)按质量份数计，将100份原料基质沥青预热后，加入12份膨润土和1份芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入16份SBS、14份环氧硬脂酸辛酯、4份氯化聚乙烯、3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，在190℃的温度下，搅拌60min；

3)剪切：加入2份稳定剂，搅拌均匀后以6000rpm的速度进行剪切，剪切时间为1小时，得到剪切料；其中稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物；

4)发育：控制剪切料的温度为140℃，搅拌4小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。

实施例24

本实施例的耐低温改性沥青的制备方法，步骤如下：

1)按质量份数计，将100份原料基质沥青预热后，加入15份膨润土和4份芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入30份SBS、11份环氧硬脂酸辛酯、4份氯化聚乙烯、3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，在180℃的温度下，搅拌70min；

3)剪切：加入2份稳定剂，搅拌均匀后以6500rpm的速度进行剪切，剪切时间为2小时，得到剪切料；其中稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物；

4)发育：控制剪切料的温度为145℃，搅拌2小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。

实施例25

本实施例的耐低温改性沥青的制备方法，步骤如下：

1)按质量份数计，将100份原料基质沥青预热后，加入12份膨润土和5份芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入25份SBS、11份环氧硬脂酸辛酯、6份氯化聚乙烯、3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，在185℃的温度下，搅拌65min；

3)剪切：加入5份稳定剂，搅拌均匀后以6500rpm的速度进行剪切，剪切时间为2小时，得到剪切料；其中稳定剂为马来酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化钙的混合物；

4)发育：控制剪切料的温度为150℃，搅拌3小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。

对比例

该对比例的普通改性沥青，包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，10份SBS，5份芳烃油，5份硫磺稳定剂。

将以上各实施例的耐低温改性沥青进行5℃下的针入度、延度以及临界开裂温度的测试，其中实施例5、10、15、20、25及对比例的具体测试数据列于表1中。

表1

	针入度(cm)	延度(cm)	临界开裂温度(℃)
				实施例5	14.2	49.0	-35.4
实施例10	13.7	53.1	-37.1
				实施例15	15.9	55.6	-40.0
实施例20	14.0	64.4	-46.9
				实施例25	13.3	46.5	-33.7
对比例	1.18	2.01	-0.4

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐低温改性沥青，其特征在于包括以下质量份数的成分：100份基质沥青，15-30份SBS，11-16份膨润土，8-12份环氧硬脂酸辛酯，4-6份氯化聚乙烯，1-3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，1-5份芳烃油，2-5份稳定剂；其中所述稳定剂为马来酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化钙的混合物。

2.根据权利要求1所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述SBS为颗粒材料，其粒径为1-10μm。

3.根据权利要求1或2所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述SBS为线型嵌段共聚物。

4.根据权利要求3所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述SBS中苯乙烯与丁二烯的嵌段比为(31-39):69。

5.根据权利要求1所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述膨润土的颗粒粒径为1-10μm。

6.根据权利要求1所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为25-30wt％。

7.根据权利要求1所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述稳定剂中马来酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化钙的质量比为(8-10):(1-3):(4-6)。

8.根据权利要求1或7所述的耐低温改性沥青，其特征在于：所述马来酸酐接枝共聚物为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯中的一种。

9.一种耐低温改性沥青的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将原料基质沥青预热后，加入膨润土和芳烃油进行充分混匀，得到混合料；

2)溶胀：在混合料中加入SBS、环氧硬脂酸辛酯、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，在170-190℃的温度下，搅拌50-70min；

3)剪切：加入稳定剂，搅拌均匀后以5000-6500rpm的速度进行剪切，剪切时间为1-2小时，得到剪切料；

4)发育：控制剪切料的温度为140-160℃，搅拌2-4小时，完成沥青发育，得到耐低温改性沥青。