CN108929514A - 一种生物基高粘沥青混合料改性剂及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明一种生物基高粘沥青混合料改性剂，其各组成成份wt％为：弹性体50～90％、生物基填料0～8％、加工油0～30％、硫化剂0～6％、润滑剂3％、抗氧剂0.5％。本发明应用造纸黑液中制备的生物基填料，与热塑性弹性体、加工油助剂等制备的高粘改性剂，即可以用于高粘沥青的改性，同时又是一种干法“外掺剂”、用于高粘沥青混合料的改性。

Description

一种生物基高粘沥青混合料改性剂及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及高粘混合料改性剂技术领域，尤其涉及一种生物基高粘沥青混合料改性剂及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，国内各城市在雨季或遭遇强暴雨袭，都面临城市内涝，“城市内涝”不但影响人民群众的日常生活，甚至危害到人民群众的生命、财产、安全等。“海绵城市”概念是指城市新型雨洪管理，指城市在适应环境变化和面对雨水自然灾害等方面具有良好的“弹性”。OGFC做为透水路面，具有高孔隙率的特点，雨水可通过OGFC内部特有结构进行“吸水”和“渗水”排出，随城市车辆的增加，OGFC的推广力度越来越大，路用性能要求越来越高。

造纸黑工业制造纸浆主要是使用各种木材和草本植物为原料，产生大量的造纸黑夜，造成环境污染。目前处理造纸黒液大部分是将造纸黑液浓缩后与发电厂的煤粉混合焚烧，产生白泥，造成二次污染。但是造纸黑液中存在大量木质素纤维被抛弃，实为一种再生资源的浪费。

目前国内专利都集中在高粘改性剂的研发，限于应用于改性沥青中，是一种“湿法”工艺，如申请号为“201210049354.6”的专利公开了一种高粘度改性剂及制备方法，通过热塑性弹性体，高苯乙烯等制备高粘度改性剂，制备加工工艺复杂，仅仅应用于沥青的高粘度改性；另如申请号为“200910063309.4”的专利公开了一种高粘度高弹性改性剂的制备方法，是通过热塑性弹性体、石油树脂、活化橡胶粉、增塑剂等制备高粘度高弹性改性剂，是用于沥青的高粘度高弹性的改性，不适用沥青混合料的改性。

因此，有必要进行研究开发，以解决现有高粘混合料改性剂制备加工工艺复杂且不适用沥青混合料改性的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物基高粘沥青混合料改性剂及其制备方法、应用，应用造纸黑液中制备的生物基填料，与热塑性弹性体、加工油助剂等制备的高粘改性剂，即可以用于高粘沥青和高粘沥青混合料的改性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种生物基高粘沥青混合料改性剂，其各组成成份wt％为：弹性体50～90％、生物基填料0～8％、加工油0～30％、硫化剂0～6％、润滑剂3％、抗氧剂0.5％。

进一步地，所述弹性体为共聚物A与共聚物B按照(8～12:)：(4～1)的比例制成的共混物，所述共聚物A为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或丁苯橡胶，所述共聚物B为乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

进一步地，所述生物基填料是由造纸黑液通过加酸析出黑液中的木质素纤维经球磨、干燥及表面改性剂进行表面改性制备得到。

进一步地，所述加工油为糠醛抽出油与白矿油的共混物，所述糠醛抽出油与白矿油的共混比例为1：1。

进一步地，所述硫化剂为对苯醌二肟、聚叔丁基苯酚二硫化物、单质硫中的一种或一种以上共混物。

进一步地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或一种以上共混物。

进一步地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和双(2，4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯的共混物。

一种生物基高粘沥青混合料改性剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、混料：将白矿油与加热到80～100℃的糠醛抽出油混拌均匀得到加工油，接着加入弹性体，然后投入生物基填料、硫化剂、润滑剂、抗氧剂进行共混搅拌，搅拌时间为2～3min，搅拌速度为600～1000r/min，得到均匀共混物a；

步骤二、挤出造粒：将均匀共混物a塑化、剪切、熔融形成均一熔体，然后进行拉条、水槽浸水冷却、打水器甩水、吹风机吹干、切粒机切粒，得到生物基高粘沥青混合料改性剂；

步骤三、产品测试：测试生物基高粘沥青混合料改性剂的熔融指数，评估产品的流动性和分散性。

一种生物基高粘沥青混合料改性剂在制备高粘沥青和高粘沥青混合料中的应用。

相较于现有技术，本发明应用造纸黑液中制备的生物基填料，与热塑性弹性体、加工油助剂等制备的高粘改性剂，即可以用于高粘沥青的改性，同时又是一种干法“外掺剂”、用于高粘沥青混合料的改性；另外，使用本发明产品制备的高粘沥青和高粘沥青混合料，具有高强度、抗车辙性能好、抗水损害等优点；同时，本发明产品使用简单，是一种节能环保低碳产品。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

本发明提供一种生物基高粘沥青混合料改性剂，其组成成份wt％为：弹性体50～90％、生物基填料0～8％、加工油0～30％、硫化剂0～6％、润滑剂3％、抗氧剂0.5％；在本实施例中，提供如表1所述成分组成的生物基高粘沥青混合料改性剂(表中成份均为百分比)：

表1：生物基高粘沥青混合料改性剂实施例

序号	弹性体	生物基填料	加工油	硫化剂	润滑剂	抗氧剂	合计
								实施例1	71.5	0	20	5	3	0.5	100
实施例2	73.5	3	20	0	3	0.5	100
								实施例3	86.5	5	0	5	3	0.5	100
实施例4	53.5	8	30	5	3	0.5	100
								实施例5	69.5	5	20	5	3	0.5	100

具体地，所述弹性体为共聚物A与共聚物B按照(8～12:)：(4～1)的比例制成的共混物，在本实施例中，共聚物A与共聚物B的比例为10:2；所述共聚物A为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或丁苯橡胶，共聚物B为乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，在本实施例中，共聚物A为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，共聚物B为乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物，所述乙烯-丁烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物的邵A硬度为50～70。

具体地，所述生物基填料是由造纸黑液通过加酸析出黑液中的木质素纤维、再经球磨、干燥及表面改性剂进行表面改性制备得到，所述生物基填料表面具有憎水性能，所述生物基填料的目数为80～200目。

具体地，所述加工油为糠醛抽出油与15#白矿油的共混物，其共混比例为1：1；所述糠醛抽出油芳香烃含量＞80％、在100℃时运动粘度为25～50mm²/s，所述15#白矿油在40℃时运动粘度为13.5～16.5mm²/s；所述加工油用于弹性体充油，方便加工成型，同时可以提高产品的耐低温性能。

具体地，所述硫化剂为对苯醌二肟、聚叔丁基苯酚二硫化物、单质硫中的一种或一种以上共混物；在本实施例中，所述硫化剂为聚叔丁基苯酚二硫化物，所述聚叔丁基苯酚二硫化物硫含量为25～35％、软化点为95～115℃。所述硫化剂用于促进热塑性弹性体的交联，形成网状结构，提高产品弹性，同时增加了粘度。

具体地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或一种以上共混物；在本实施例中，所述润滑剂为聚乙烯蜡，所述聚乙烯蜡的分子量1000～2500、熔点为95～120℃。所述润滑剂起到外润滑作用，降低熔体粘度，有利于产品的加工性及使用过程中分散性。

具体地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和双(2，4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯的共混物，其共混比例为1:2。所述抗氧剂用于提高改性剂的耐热老化，同时增加耐热加工性。

本发明还提供一种生物基高粘沥青混合料改性剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、混料：将15#白矿油与加热到80～100℃的糠醛抽出油混拌均匀得到加工油，按照上述重量比加入弹性体材料充油，然后投入生物基填料、硫化剂、润滑剂、抗氧剂进行共混搅拌，搅拌时间为2～3min，搅拌速度为600～1000r/min，得到均匀共混物a；

步骤二、挤出造粒：将均匀共混物a通过双螺杆挤出机塑化、剪切、熔融形成均一熔体，然后通过双螺杆挤出机的挤出口模拉条、水槽浸水冷却、打水器甩水、吹风机吹干、切粒机切粒，得到颗粒状产品，所述双螺杆挤出机挤出温度为110～150℃、真空度为-0.1～-0.04MPa、螺杆转速为250～450r/min；

步骤三、产品测试：测试颗粒状产品的熔融指数，评估产品的流动性和分散性，具体测试数据如表2所示；

表2：生物基高粘沥青混合料改性剂测试数据

性能指标	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						熔指(g/10min)	5.32	4.35	-	6.09	4.57

备注：实施例3中不含加工油，不能成型加工，故没有熔指(熔融指数)测试数据。

本发明还提供所述生物基高粘沥青混合料改性剂在制备高粘沥青和高粘沥青混合料中的应用。

具体地，所述本发明生物基高粘沥青混合料改性剂在制备高粘沥青中的具体应用制备工艺如下：按照重量比称取92％基质沥青和8％所述生物基高粘沥青混合料改性剂，将基质沥青缓慢升温至175±5℃，将所述生物基高粘沥青混合料改性剂加入基质沥青中溶胀3～5min、且温度保持175±5℃，采用高速乳化剪切机剪切得到高粘沥青，所述剪切速度为4000～5000r/min、剪切时间为10min、温度控制在175±5℃，最后对高粘沥青进行制模测试，测试数据如表3所示。

表3：高粘沥青测试数据

从表3可以看出，生物基填料对沥青粘韧性及60°动力粘度具有促进作用，但是对延度有影响；加工油对沥青的延度有促进作用，但是对针入度和软化点有影响；由于硫化剂交联作用，使得对高粘沥青整体性能都有提高。

具体地，所述本发明生物基高粘沥青混合料改性剂在制备高粘沥青混合料中的具体应用制备工艺如下：按照重量比称取集料100份、基质沥青4.7份、所述生物基高粘沥青混合料改性剂0.4份，所述集料为石料或矿粉，在180～190℃下烘料4～6H，所述基质沥青在150～160摄氏度下烘1～2H；将所述生物基高粘沥青混合料改性剂与集料干拌100～150s，然后喷入基质沥青湿拌100～150s，再加入矿粉混拌80～120s得到高粘沥青混合料，最后对高粘沥青混合料进行制模测试，测试数据如表4所示。

表4：高粘沥青混合料测试数据：

性能指标	规范要求	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							马歇尔稳定度(KN)	≥0.5	8.64	9.32	-	11.32	10.03
浸水残留稳定度(％)	≥85	91.7	88.7	-	84.3	93.5
							冻融劈裂强度比(％)	≥80	89.8	83.5	-	85.9	90.6
车辙动稳定度(次/mm)	≥5000	6874	5783	-	6344	7329

从表4可以看出，生物基填料对马歇尔稳定度具有促进作用，而加工油对高粘沥青混合料的加工性有促进作用，硫化剂对浸水残留稳定度和车撤动稳定度具有很好的促进作用，在加上润滑剂和抗氧剂的作用，高粘沥青混合料的整体性能都有所提高。

本发明专利应用造纸黑液制备的生物基填料，与热塑性弹性体、加工油助剂等制备的高粘改性剂，即可以用于高粘沥青的改性，同时又是一种干法“外掺剂”、用于高粘沥青混合料的改性。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所属生物基高粘沥青混合料改性剂各组成成份wt％为：弹性体50～90％、生物基填料0～8％、加工油0～30％、硫化剂0～6％、润滑剂3％、抗氧剂0.5％。

2.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所述弹性体为共聚物A与共聚物B按照(8～12:)：(4～1)的比例制成的共混物，所述共聚物A为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或丁苯橡胶，所述共聚物B为乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

3.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所述生物基填料是由造纸黑液通过加酸析出黑液中的木质素纤维经球磨、干燥及表面改性剂进行表面改性制备得到。

4.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所述加工油为糠醛抽出油与白矿油的共混物，所述糠醛抽出油与白矿油的共混比例为1：1。

5.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所述硫化剂为对苯醌二肟、聚叔丁基苯酚二硫化物、单质硫中的一种或一种以上共混物。

6.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或一种以上共混物。

7.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和双(2，4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯的共混物。

8.根据权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、混料：将白矿油与加热到80～100℃的糠醛抽出油混拌均匀得到加工油，接着加入弹性体，然后投入生物基填料、硫化剂、润滑剂、抗氧剂进行共混搅拌，搅拌时间为2～3min，搅拌速度为600～1000r/min，得到均匀共混物a；

步骤二、挤出造粒：将均匀共混物a塑化、剪切、熔融形成均一熔体，然后进行拉条、水槽浸水冷却、打水器甩水、吹风机吹干、切粒机切粒，得到生物基高粘沥青混合料改性剂；

步骤三、产品测试：测试生物基高粘沥青混合料改性剂的熔融指数，评估产品的流动性和分散性。

9.如权利要求1所述的生物基高粘沥青混合料改性剂在制备高粘沥青和高粘沥青混合料中的应用。