CN106751960A - 抗车辙改性剂、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种抗车辙改性剂，由包括以如下重量份数计的成分制备：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。本发明实施例还提供了一种抗车辙改性剂的制备方法和在沥青中的应用。本发明实施例的抗车辙改性剂具有较高的强度和韧性，与沥青混合后，不仅提高沥青混合料的强度，还能大幅改善沥青混合料的韧性，提高沥青混合料的高温抗车辙性、低温抗开裂性和耐疲劳性能。

Description

抗车辙改性剂、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及抗车辙改性剂技术领域，特别是涉及一种抗车辙改性剂、制备方法及其应用。
背景技术
沥青路面以其优良的使用性能，作为高等级公路的主要结构类型已被广泛应用。但近年来，随着交通载荷的日益增加和气候条件的影响，沥青路面正经受严峻考验，尤其是在夏季高温，沥青面层在车辆的反复碾压作用下产生粘性流动和永久变形，形成车辙。车辙病害作为我国沥青路面主要的破坏形式之一，不但影响行车舒适性和安全性，还会进一步诱发其它病害，严重缩短路面的使用寿命。
针对沥青路面的车辙病害，欧洲学者开发了沥青混合料专用的抗车辙改性剂，比较典型的是法国的PR抗车辙剂，显著提高了热拌沥青混合料的高温抗车辙能力，而且操作工艺简单，便于施工，在多个国家得到推广应用。我国对车辙的研究起步较晚，但经过学者的不断探索，也形成了多种耐高温性能优良的抗车辙剂产品。
目前市面上大多抗车辙剂产品均采用聚乙烯、聚丙烯等热塑性塑料作为主要成分，来提高沥青混合料的模量，再添加少量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、丁苯橡胶(SBR)等改善沥青混合料的低温韧性，但这种方法往往只对混合料高温性能的提高有效，而对低温抗裂性能的改善作用很小，甚至会降低低温性能。另一方面，如果提高增韧部分材料的含量则会使混合料的高温抗车辙性能大幅下降。因此，如何从增韧的角度出发，同时改善沥青混合料的高低温性能，是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种抗车辙改性剂，以解决现有技术中的抗车辙改性剂无法从增韧的角度出发，同时改善沥青混合料的高低温性能的问题。
本发明实施例的另一目的在于提供一种抗车辙改性剂的制备方法，以解决现有技术中的制备方法制备的抗车辙改性剂无法从增韧的角度出发，同时改善沥青混合料的高低温性能的问题。
本发明实施例的又一目的在于提供一种抗车辙改性剂在沥青中的应用，以解决现有技术中的抗车辙改性剂在用于沥青中时无法从增韧的角度出发，同时改善沥青混合料的高低温性能的问题。
本发明实施例的技术方案如下：
一种抗车辙改性剂，由包括以如下重量份数计的成分制备：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。
进一步，所述聚烯烃回收料包括如下的至少一种：低密度聚乙烯回收料、高密度聚乙烯回收料、线型低密度聚乙烯回收料、聚丙烯回收料、乙烯-醋酸乙烯共聚物回收料。
进一步：所述轮胎橡胶粉的目数为30～80目。
进一步，所述增韧改性剂包括如下的至少两种：氯化聚乙烯、乙烯辛烯共聚物、乙丙橡胶、尼龙-6、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙烯酸酯类共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
进一步：所述无机填料包括如下的至少一种：超细碳酸钙、滑石粉、硬质陶土、纳米蒙脱土、玻璃微珠。
进一步：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
进一步：所述抗氧剂包括：受阻酚类抗氧剂和辅助抗氧剂，所述受阻酚类抗氧剂和所述辅助抗氧剂的质量比为1:1～1:3。
一种抗车辙改性剂的制备方法，包括：称量原料，所述原料包括以如下重量份数计的成分：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份；将所述原料混合均匀得到第一混合料；将所述第一混合料熔融混炼后挤出，经过冷却和干燥，得到所述抗车辙改性剂。
进一步：所述混合均匀得到第一混合料的混合温度为50～100℃；和/或者，采用双螺杆挤出机进行所述熔融混炼和所述挤出的过程，所述双螺杆挤出机的机筒温度为160℃～220℃，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500r/min。
以及，一种上述的抗车辙改性剂在沥青中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明实施例的抗车辙改性剂，采用增韧改性剂可提高抗车辙改性剂的刚性和韧性，当该抗车辙改性剂收到拉伸力的作用时，作为分散相粒子的增韧改性剂与作为基体的聚烯烃回收料和轮胎橡胶粉的模量和泊松比之间的差别，在两相界面上产生了一种较高的静压强，在基体与分散相界面粘结良好的前提下，这种高静压强使分散相易于屈服而产生冷拉伸和塑性变形，进而发生脆-韧转变，吸收大量的冲击能，提高抗车辙改性剂的韧性；而当体系的相容性较差时，分散相与基体之间存在较为明显的相界面，甚至在分散相粒子周围存在空穴，受冲击时，界面易脱粒而形成微小的新空穴，这些微穴易吸收能量或引发银纹吸收能量，从而也可提高抗车辙改性剂的韧性，因此能够达到增韧增强的目的。
2、本发明实施例的抗车辙改性剂的制备方法简单，便于生产应用，可制备出具有高韧性和高强度的抗车辙改性剂。
3、本发明实施例的抗车辙改性剂与沥青混合后，一部分与沥青发生物理溶胀，另一部分则与沥青发生化学反应，不仅提高沥青混合料的强度，还能大幅改善沥青混合料的韧性，提高沥青混合料的高温抗车辙性、低温抗开裂性和耐疲劳性能。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例作进一步详细的说明。
本发明公开了一种抗车辙改性剂。该抗车辙改性剂由包括以如下重量份数计的成分制备：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。
优选的，该抗车辙改性剂由包括以如下重量份数计的成分制备：聚烯烃回收料45～75份、轮胎橡胶粉10～25份、增韧改性剂20～40份、无机填料0～3份、偶联剂0.5～1份和抗氧剂0.1～0.5份。
优选的，聚烯烃回收料包括如下的至少一种：低密度聚乙烯回收料、高密度聚乙烯回收料、线型低密度聚乙烯回收料、聚丙烯回收料、乙烯-醋酸乙烯共聚物回收料。更优选的，聚烯烃回收料的熔融指数为1～10g/10min。该熔融指数的聚烯烃回收料能改善挤出成型工艺，而且使塑化更均匀。
优选的，轮胎橡胶粉的目数为30～80目，若目数小于30目，则会影响胶粉在聚合物中的分散和产品的表观质量；若目数大于80目，则会相应的增加成本。因此，选择上述轮胎橡胶粉的目数，能在保证轮胎橡胶粉在聚合物中的分散和产品的表观质量的基础上节约成本。
优选的，增韧改性剂包括如下的至少两种：氯化聚乙烯、乙烯辛烯共聚物、乙丙橡胶、尼龙-6、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙烯酸酯类共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。通过至少两种增韧改性剂的配合，可以使得该增韧改性剂既能起到有机刚性粒子的作用，又能起到弹性体复合增韧的作用。
优选的，无机填料包括如下的至少一种：超细碳酸钙、滑石粉、硬质陶土、纳米蒙脱土、玻璃微珠。
优选的，偶联剂为钛酸酯偶联剂。
优选的，抗氧剂包括：受阻酚类抗氧剂和辅助抗氧剂。更优选的，受阻酚类抗氧剂和辅助抗氧剂的质量比为1:1～1:3。
本发明实施例采用上述成分制备抗车辙改性剂，其中，增韧改性剂可提高抗车辙改性剂的刚性和韧性，当该抗车辙改性剂收到拉伸力的作用时，作为分散相粒子的增韧改性剂与作为基体的聚烯烃回收料和轮胎橡胶粉的模量和泊松比之间的差别，在两相界面上产生了一种较高的静压强，在基体与分散相界面粘结良好的前提下，这种高静压强使分散相易于屈服而产生冷拉伸和塑性变形，进而发生脆-韧转变，吸收大量的冲击能，提高抗车辙改性剂的韧性；而当体系的相容性较差时，分散相与基体之间存在较为明显的相界面，甚至在分散相粒子周围存在空穴，受冲击时，界面易脱粒而形成微小的新空穴，这些微穴易吸收能量或引发银纹吸收能量，从而也可提高抗车辙改性剂的韧性，因此能够达到增韧增强的目的。
本发明实施例还公开了一种抗车辙改性剂的制备方法。该方法具体包括如下的步骤：
步骤S10：称量原料。
其中，原料包括以如下重量份数计的成分：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。
步骤S20：将原料混合均匀得到第一混合料。
优选的，步骤S20的混合温度为50～100℃。该混合温度有利于共混物的均匀分散。该混合的过程可以在高速混合机中进行。更优选的，将原料在高速混合机中搅拌5～10min，以便将原料混合均匀。
步骤S30：将第一混合料熔融混炼后挤出，经过冷却和干燥，得到抗车辙改性剂。
该步骤可采用双螺杆挤出机。优选的，双螺杆挤出机的机筒温度为160℃～220℃，该温度有利于共混物在挤出机的加料段、压缩段和熔融段能够更好地混炼塑化，又不至于使聚合物发生老化降解。双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500r/min，该转速有利于提高挤出成型的生产效率。
综上，本发明实施例的抗车辙改性剂的制备方法简单，便于生产应用，可制备出具有高韧性和高强度的抗车辙改性剂。
本发明实施例还公开了一种上述的抗车辙改性剂在沥青中的应用。该应用为将抗车辙改性剂加入到沥青中得到沥青混合料。
具体的，先将集料在180℃干拌15s，然后加入本发明实施例的抗车辙剂拌合60秒，再加入基质沥青拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
本发明实施例的抗车辙改性剂与沥青混合后，一部分与沥青发生物理溶胀，另一部分则与沥青发生化学反应，不仅提高沥青混合料的强度，还能大幅改善沥青混合料的韧性，提高沥青混合料的高温抗车辙性、低温抗开裂性和耐疲劳性能。
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
将高密度聚乙烯回收料50份，轮胎橡胶粉(40目)10份，氯化聚乙烯25份，苯乙烯-丙烯腈共聚物12份，滑石粉3份，钛酸酯偶联剂(TMC-201)0.5份，抗氧剂(1010)0.2份，抗氧剂(168)0.3份在高速混合机中在50℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机桶温度为160℃，螺杆转速为180r/min，得到抗车辙改性剂1#。
实施例2
将聚丙烯回收料45份，轮胎橡胶粉(40目)12份，聚甲基丙烯酸甲酯8份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物30份，超细碳酸钙3份，钛酸酯偶联剂(TMC-201)0.5份，抗氧剂(1076)0.2份，抗氧剂(168)0.3份在高速混合机中在60℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机桶温度为200℃，螺杆转速为400r/min，得到抗车辙改性剂2#。
实施例3
将线型低密度聚乙烯回收料55份，轮胎橡胶粉(40目)10份，丙烯酸酯类共聚物10份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物25份，钛酸酯偶联剂(TMC-201)0.5份，抗氧剂(1076)0.2份，抗氧剂(168)0.3份在高速混合机中在70℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机桶温度为170℃，螺杆转速为300r/min，得到抗车辙改性剂3#。
实施例4
将高密度聚乙烯回收料50份，轮胎橡胶粉(40目)12份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物25份，氯化聚乙烯10份，超细碳酸钙3份，钛酸酯偶联剂(TMC-201)0.5份，抗氧剂(1076)0.2份，抗氧剂(168)0.3份在高速混合机中在80℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机桶温度为190℃，螺杆转速为200r/min，得到抗车辙改性剂4#。
实施例5
将聚丙烯回收料40份，轮胎橡胶粉(30目)30份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物15份，聚甲基丙烯酸甲酯5份，玻璃微珠5份，钛酸酯偶联剂(TMC-201)2份，抗氧剂(1076)0.05份，抗氧剂(168)0.05份在高速混合机中在50℃高速搅拌5min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机桶温度为220℃，螺杆转速为100r/min，得到抗车辙改性剂5#。
实施例6
将聚丙烯回收料80份，轮胎橡胶粉(80目)20份，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物20份，乙丙橡胶30份，纳米蒙脱土1份，钛酸酯偶联剂(TMC-201)1份，抗氧剂(1076)0.25份，抗氧剂(168)0.75份在高速混合机中在100℃高速搅拌8min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机桶温度为220℃，螺杆转速为500r/min，得到抗车辙改性剂6#。
采用上述抗车辙改性剂在实验室制备沥青混合料，所用矿料级配如表1所示。
表1矿料级配表
实施例7实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，再加入矿粉拌合90秒，得到基质沥青混合料。本实施例中不加入本发明的抗车辙改性剂。
实施例8实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，然后加入1#抗车辙剂(37.5g)拌合60秒，再加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
实施例9实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，然后加入2#抗车辙剂(37.5g)拌合60秒，再加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
实施例10实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，然后加入3#抗车辙剂(37.5g)拌合60秒，再加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
实施例11实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，然后加入4#抗车辙剂(37.5g)拌合60秒，再加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
实施例12实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，然后加入5#抗车辙剂(37.5g)拌合60秒，再加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
实施例13实验室制备沥青混合料
将集料(12000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15秒，然后加入6#抗车辙剂(37.5g)拌合60秒，再加入70#基质沥青(504g)拌合90秒，最后加入矿粉拌合90秒，得到沥青混合料。
实施例14混合料性能测试
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的测试方法，分别对上述制备的沥青混合料进行相关的性能测试。
实施例7～13的混合料性能如表2所示。
表2实施例7～13的混合料性能
根据以上试验数据可知，实施例1～6所制备的抗车辙改性剂在马歇尔强度、耐水损害、高低温性能方面均有优良的性能，尤其是耐低温性能，具有广阔的应用前景。
以上对本发明的技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

Claims (10)

1.一种抗车辙改性剂，其特征在于，由包括以如下重量份数计的成分制备：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。
2.根据权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述聚烯烃回收料包括如下的至少一种：低密度聚乙烯回收料、高密度聚乙烯回收料、线型低密度聚乙烯回收料、聚丙烯回收料、乙烯-醋酸乙烯共聚物回收料。
3.根据权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于：所述轮胎橡胶粉的目数为30～80目。
4.根据权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于，所述增韧改性剂包括如下的至少两种：氯化聚乙烯、乙烯辛烯共聚物、乙丙橡胶、尼龙-6、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙烯酸酯类共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于：所述无机填料包括如下的至少一种：超细碳酸钙、滑石粉、硬质陶土、纳米蒙脱土、玻璃微珠。
6.根据权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求1所述的抗车辙改性剂，其特征在于：所述抗氧剂包括：受阻酚类抗氧剂和辅助抗氧剂，所述受阻酚类抗氧剂和所述辅助抗氧剂的质量比为1:1～1:3。
8.一种抗车辙改性剂的制备方法，其特征在于，包括：
称量原料，所述原料包括以如下重量份数计的成分：聚烯烃回收料40～80份、轮胎橡胶粉10～30份、增韧改性剂20～50份、无机填料0～5份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份；
将所述原料混合均匀得到第一混合料；
将所述第一混合料熔融混炼后挤出，经过冷却和干燥，得到所述抗车辙改性剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
所述混合均匀得到第一混合料的混合温度为50～100℃；和/或者，
采用双螺杆挤出机进行所述熔融混炼和所述挤出的过程，所述双螺杆挤出机的机筒温度为160℃～220℃，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500r/min。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的抗车辙改性剂在沥青中的应用。
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