CN105482476B - 一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青的方法 - Google Patents

一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青的方法，包括以下步骤：制备黏土悬浮液；制备粘土悬浮液和丁苯胶乳混合液；将混合液喷雾干燥制备粘土/丁苯胶粉末作为沥青改性剂；改性剂和基质沥青按一定比例混合，经高速剪切机剪切后得到纳米粘土/丁苯橡胶复合改性沥青。本发明的制备方法工艺简单，成本低廉。同时制备的复合改性沥青具有优良的高低温性能和抗老化性能，提高了复合改性沥青的贮存稳定性。

Description

一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青的 方法
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，涉及一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青。
背景技术
近年来我国公路事业迅猛发展，沥青作为主要路面材料被广泛应用。但普通基质沥青路面中起粘结作用的沥青是一种粘弹性材料,相对分子量较低且分布较宽,低温易变脆,高温易发粘、流淌,并且耐老化差,所以导致沥青路面容易产生如车辙、开裂和老化等现象。对沥青进行改性能够提高沥青的高、低温性能,延长路面使用寿命。因而改性沥青成为高等级公路的主要路用材料。
在现有的改性沥青制备方法中，有丁苯橡胶改性沥青和粘土改性沥青。丁苯橡胶能够改善沥青的低温性能(王长安，吴育良，许凯丁二烯一苯乙烯共聚物改性沥青的研究进展[J].合成橡胶工业2006，1(29)：71-75)，但对于提高沥青的高温稳定性效果不明显，同时丁苯橡胶和沥青基体之间相对分子质量、化学结构和组成均存在很大的差别，长期贮存容易发生出现离析分层现象。并且丁苯橡胶在沥青使用过程中容易发生老化降解，使得沥青路面的使用性能降低，使用寿命缩短。粘土改性沥青可以明显提升沥青路面的高温性能、抗老化性(唐新德，贺忠国，尹文军，等，纳米蒙脱土/SBS改性沥青及其改性机理[J]石油沥青，2008，22(6)：10-13)，但粘土片层会限制沥青低温下的位移，使低温延度降低，使得沥青的低温性能受损。
本发明的沥青改性剂是利用喷雾干燥的方式制备，此制备方式避免了絮凝剂的使用，同时在干燥制粉的过程中无需倾倒含有絮凝剂的残液，从而保护环境，降低成本。本发明利用喷雾干燥制备的粘土/丁苯橡胶复合材料粉末，粒径小，只有33～100μm，可有效解决絮凝后烘干的复合材料板结成块的问题，更易于分散在沥青中。在丁苯胶乳中，丁苯橡胶是以胶乳微粒的形态存在，分子链段较短。经过喷雾干燥后，丁苯橡胶分子链段得到伸长，链段在沥青中缠绕形成网络结构并吸收沥青组分溶胀，从而改善沥青的力学性能。粘土片层在丁苯橡胶链段中可能以剥离型或插层型的形态存在，由于黏土片层强度大，比表面积高，可增强沥青的高温性能。
发明内容
本发明公开了一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青，包括以下步骤：制备黏土悬浮液；制备粘土悬浮液和丁苯胶乳混合液；将混合液喷雾干燥制备粘土/丁苯胶粉末作为沥青改性剂；改性剂和基质沥青按一定比例混合，经高速剪切机剪切后得到纳米粘土/丁苯橡胶复合改性沥青。本发明的制备方法工艺简单，成本低廉。同时制备的复合改性沥青具有优良的高低温性能和抗老化性能，提高了复合改性沥青的贮存稳定性。
一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青，其特征在于：
(1)将粘土按照5～25％的质量浓度配制成水溶液，在搅拌机转速为300～800r/min的条件下搅拌180～240min，得到粘土悬浮液；
(2)将粘土悬浮液和质量浓度为20～40％丁苯胶乳混合，搅拌均匀得到混合液，其中粘土质量是丁苯橡乳干胶质量的60～100％；
(3)将(2)中的混合液经过喷雾干燥制备粘土/丁苯橡胶粉末作为沥青改性剂；
(4)将基质沥青加热到160～200℃，再将上述粘土橡胶粉末加入到沥青中，按粘土橡胶粉末质量是沥青质量的2～20％，搅拌15～30min，然后在剪切机2000～6000r/min的条件下剪切60～120min，得到纳米粘土/丁苯橡胶复合改性沥青。
进一步，粘土选自绿土、蒙脱土、累托石、滑石粉、贝得石、水辉石、硅石、多水高岭土，以及上述黏土的混合。
进一步，所用沥青为：70号、90号、100号沥青，以及上述沥青的混合。
进一步，喷雾干燥所得粘土/丁苯橡胶粉末粉末粒径为：33～100μm。
本发明制备的粘土/丁苯橡胶中的丁苯橡胶由于应力集中作用激发了大量银纹与剪切带可以极大的提升沥青的低温延展性，但由于丁苯橡胶和沥青相容性较差，所以使之与蒙脱土复合。一定量的粘土可以改善丁苯橡胶和沥青之间的密度差，并且喷雾干燥制得的复合材料，黏土片层可能是以剥离型和插层型的结构穿插于丁苯橡胶链段中，黏土片层本身可以吸附沥青组分，因而提高了改性剂和沥青之间的相互作用，从而提高改性沥青的贮存稳定性。分散的蒙脱土片层还具有气体隔绝性，在沥青高温情况下可以隔绝空气中的氧气对沥青组分的氧化作用，从而提高沥青的抗老化性能，使其具有更优异的路用性能。
本发明相比现有技术的优点为：
(1)本发明选用喷雾干燥后的粘土/丁苯橡胶作为沥青的改性剂，制备过程中无絮凝剂的使用，所以成本低廉。
(2)制备过程中不会倾倒含有絮凝剂的残液，对环境友好。
(3)制备的沥青改性剂粒径小，易于分散，干燥后不会板结成块。
(4)本发明制备的沥青改性剂可以使改性沥青的贮存稳定性以及抗老化性能得到提高。
(5)本发明得到的改性沥青具有高延度和高软化点的特点，各方面性能达到交通部产品规范要求。
(6)本发明制备工艺简单，易于实现连续性生产，有利于改性沥青的推广应用。
具体实施方式
实施例1
取60g蒙脱土，加入1140g水，300r/min的搅拌速度下搅拌180min得到固含量为5％的粘土悬浮液，取1200g固含量为5％粘土悬浮液加入到500g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到160g粒径为33μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取160g粘土/丁苯橡胶粉末与8000g的70号石油沥青在160℃混合15min，然后在2000r/min的剪切机中剪切60min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
实施例2
取100g高岭土，加入300g水，800r/min的搅拌速度下搅拌240min得到固含量为25％的粘土悬浮液，取400g固含量为25％粘土悬浮液加入到250g质量分数为40％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到200g粒径为100μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取200g粘土/丁苯橡胶粉末与1000g的100号石油沥青在200℃混合30min，然后在6000r/min的剪切机中剪切120min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
实施例3
取70g硅石，加入630g水，300r/min的搅拌速度下搅拌100min得到固含量为10％的粘土悬浮液，取700g固含量为10％粘土悬浮液加入到500g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到170g粒径为39μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取170g粘土/丁苯橡胶粉末与3400g的90号石油沥青在165℃混合15min，然后在3000r/min的剪切机中剪切60min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
实施例4
取80g蒙脱土，加入720g水，400r/min的搅拌速度下搅拌195min得到固含量为10％的粘土悬浮液，取800g固含量为10％粘土悬浮液加入到500g质量分数为20％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到180g粒径为47μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取180g粘土/丁苯橡胶粉末与2571g的70号石油沥青在170℃混合15min，然后在3500/min的剪切机中剪切75min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
实施例5
取90g硅石，加入510g水，500r/min的搅拌速度下搅拌205min得到固含量为15％的粘土悬浮液，取600g固含量为15％粘土悬浮液加入到300g质量分数为30％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到180g粒径为62μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取180g粘土/丁苯橡胶粉末与2571g的90号石油沥青在175℃混合30min，然后在4000r/min的剪切机中剪切90min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
实施例6
取100g高岭土，加入400g水，500r/min的搅拌速度下搅拌220min得到固含量为20％的粘土悬浮液，取500g固含量为20％粘土悬浮液加入到250g质量分数为40％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到200g粒径为79μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取200g粘土/丁苯橡胶粉末与1333g的100号石油沥青在185℃混合30min，然后在5000r/min的剪切机中剪切105min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
实施例7
取100g蒙脱土，加入300g水，600r/min的搅拌速度下搅拌230min得到固含量为25％的粘土悬浮液，取400g固含量为25％粘土悬浮液加入到250g质量分数为40％的丁苯胶乳中混合均匀得到混合液，经喷雾干燥得到180g粒径为81μm的粘土/丁苯橡胶粉末，取200g粘土/丁苯橡胶粉末与1333g的70号石油沥青在193℃混合30min，然后在6000r/min的剪切机中剪切120min，得到纳米粘土/丁苯橡胶改性沥青。
对比例1
取100g蒙脱土与1000g的70号石油沥青在185℃混合30min，然后在4500r/min的剪切机中剪切105min，得到蒙脱土改性沥青。
对比例2
取100g丁苯橡胶与1000g的70号石油沥青在185℃混合30min，然后在4500r/min的剪切机中剪切105min，得到丁苯橡胶改性沥青。
试验测试是按照交通部JTG E20-2011的测试方法进行测试。
1.沥青针入度试验方法 T0604-2011
2.沥青延度试验方法 T0605-2011
3.沥青软化点试验方法 T0606-2011
4.沥青旋转黏度试验方法 T0625-2011
5.沥青旋转薄膜加热试验方法 T0610-2011
6.聚合物改性沥青离析试验方法 T0661-2011
表1粘土/丁苯橡胶改性沥青的测试结果
表2对比例改性沥青测试结果
由表1和表2中可见，本发明实施例1～实施例7制备的粘土/丁苯橡胶改性沥青满足交通部JTG F40-2004的技术要求，在软化点、延度、粘度、贮存稳定性等关键指标表现出优异的性能，并且表现出优良的抗热老化性能，其经过旋转薄膜加热后残留物的实验数据也满足交通部JTG F40-2004的技术要求。

Claims (3)

1.一种喷雾干燥法制备纳米粘土/丁苯橡胶粉末改性沥青的方法，其特征在于：
(1)将粘土按照5～25％的质量浓度配制成水溶液，在搅拌机转速为300～800r/min的条件下搅拌180～240min，得到粘土悬浮液；
(2)将粘土悬浮液和质量浓度为20～40％丁苯胶乳混合，搅拌均匀得到混合液，其中粘土质量是丁苯胶 乳干胶质量的60～100％；
(3)将(2)中的混合液经过喷雾干燥制备粘土/丁苯橡胶粉末作为沥青改性剂；喷雾干燥所得粘土/丁苯橡胶粉末粉末粒径为：33～100μm；
(4)将基质沥青加热到160～200℃，再将上述粘土橡胶粉末加入到沥青中，按粘土橡胶粉末质量是沥青质量的2～20％，搅拌15～30min，然后在剪切机2000～6000r/min的条件下剪切60～120min，得到纳米粘土/丁苯橡胶复合改性沥青。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：粘土选自绿土、蒙脱土、累托石、滑石粉、贝得石、水辉石、硅石、多水高岭土，以及上述粘土的混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用沥青为：70号、90号、100号沥青，以及上述沥青的混合。
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