CN108976831A - 一种耐高温的双sbs复合改性沥青及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温的双SBS复合改性沥青及其制备工艺，双SBS复合改性沥青由基质沥青，稳定剂，两种SBS改性剂组成。由于不同的SBS自身性质存在差异，单一种类SBS的改性效果差别较大，将两种SBS对基质沥青进行复合改性后可以更好发挥不同种类SBS的优点，同时在一定程度上降低成本。本发明制备得的双SBS复合改性沥青具有良好的耐高温性、延展性和抗老化性能，在处于长期高温气候的城市具有广阔的应用前景。

Description

一种耐高温的双SBS复合改性沥青及其制备工艺

技术领域

本发明涉及沥青材料领域，更具体地说是涉及一种耐高温的双SBS复合改性沥青及其制备工艺。

背景技术

现代交通具有轴载重、通量大、轮胎内压高等特点，对路面材料的性能有更高的要求，目前在特殊路段采用的国产优质重交通沥青或进口沥青，仍不能满足性能需求。

一些受海洋季风气候影响的城市具有降雨丰富、日照强烈、空气潮湿、长期高温的气候特点，加上道路设计水平、交通渠化、车辆载重及施工质量等原因的影响，加剧了沥青材料的路面车辙、水损害等早期破坏。多数路面进行大规模罩面维修的时间在设计使用年限之内，直接或间接造成大量的经济损失。例如地处热带北缘的海南省，年平均气温较高，最冷的一、二月温度仍达16℃～21℃，全省各地区每年月累计降雨量呈正态分布，为潮湿多雨地区。海南省的夏季，路面经过长时间日照，最高温度超过60℃，沥青面层内部同样有较高的温度分布，这对沥青胶结料的高温稳定性提出了较高的技术要求。同时，降水量大、日照充沛的气候特点，对沥青胶结料的粘附性能和抗老化性能的影响较大。

常规的沥青及沥青混合料已不能满足目前交通和气候环境的需要，对沥青进行改性成为重交通道路车辆流动引起的路面车辙和龟裂现象的解决对策。研制改性沥青，可以提高路面抵抗车辙和推挤变形的能力，对延长路面使用寿命具有重大意义。

SBS聚合物是一种热塑性弹性体。从结构上分为线型和星型两种类型。SBS的微观两相分离结构使其在常温下具有橡胶弹性,在高温下又能像塑料那样熔融流动,即具有橡胶和塑料的双重特性。SBS通过聚苯乙烯链段的聚集形成一种三维结构,分散在沥青中,聚苯乙烯链段赋予材料足够的强度,中间嵌段聚丁二烯又使共聚物具有特别好的弹性,从而有效地改善沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、混合料的稳定性、耐老化性等。

因此，综上所述，结合沥青路面结构内部温度的分布特点，对沥青性能指标进行选型分析，并进行相应改性沥青制备研究，针对长期高温气候的城市，提高沥青的路用性能已成为解决路面质量问题的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是研发一种适用于长期高温环境的双SBS复合改性沥青及其制备工艺。该工艺制备的双SBS复合改性沥青具有良好的耐高温性、延展性和抗老化性，其综合路用性能适于长期高温的环境。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种耐高温的双SBS复合改性沥青，所述双SBS复合改性沥青由基质沥青，稳定剂，两种SBS改性剂组成；

以基质沥青质量百分数计：所述改性剂的掺量为4-5％；

以改性剂质量百分数计：所述稳定剂的掺量为3-5％；

优选的，所述改性剂包括两种及以上的SBS。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果在于：合适的改性剂、稳定剂的质量比能够提高复合改性沥青的耐高温性。不同的SBS自身性质存在差异，单一种类SBS的改性效果差别较大，将两种SBS对基质沥青进行复合改性后可以更好发挥不同种类SBS的优点，同时在一定程度上降低成本。

优选的，所述的SBS包括星型SBS和线型SBS，所述星型SBS包括但不限于独山子石化T161B、LG化学411，所述线型SBS包括但不限于李长荣化工3501、独山子石化T6302H、巴陵石化YH791H。

优选的，所述星型SBS和线型SBS之间的用量比为2.5-3.5:1。

优选的，所述星型SBS和线型SBS之间的用量比为3:1。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果在于：选用合适的星型SBS和线型SBS之间的用量比能达到沥青性能与经济上的平衡，降低生产成本，提高路用性能。

优选的，所述基质沥青为泰普克70#基质沥青。

本发明还提供了一种耐高温的双SBS复合改性沥青，所述双SBS复合改性沥青由基质沥青，稳定剂，改性剂组成，所述改性剂为独山子T161B星型SBS和LCY3501线型SBS，所述的稳定剂为HMD-1稳定剂；

以基质沥青质量百分数计：所述独山子T161B星型SBS的掺量为3.15％，所述LCY3501线型SBS的掺量为1.05％；

以改性剂质量百分数计：所述HMD-1稳定剂的掺量为3.75％。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果在于：星型SBS掺量在4％左右时性能与生产成本比较平衡，而达到相同效果线型SBS掺量需大于4％。选用本方案中固定掺量的SBS改性剂和稳定剂，可以增强溶胀作用，完成SBS改性剂与沥青的良好相容，达到提高复合改性沥青综合性能的目的。

本发明还公开了一种耐高温的双SBS复合改性沥青的制备方法，具体步骤包括如下：

(1)加热基质沥青；

(2)将星型SBS和线性SBS同时加入到步骤(1)的沥青中，搅拌溶胀；

(3)将溶胀后的沥青在高温条件下连续剪切45min，在剪切到30min时加入稳定剂；

(4)将步骤(3)混合后的沥青搅拌发育；

(5)将步骤(4)发育后的沥青静置保温，发育2-3h后获得一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

优选的，所述步骤(1)的预热温度为160～180℃。

优选的，所述步骤(2)的搅拌速度为400-500r/min。

优选的，所述步骤(2)的溶胀时间为20-30min。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果在于：合适的搅拌速度和溶胀时间可以提升SBS改性剂和沥青的相容性。

优选的，所述步骤(3)的剪切速度为3500-5000r/min。

优选的，所述步骤(3)的温度为180-190℃。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果在于：选择合适的剪切速度和温度解决粒子的大团聚，降低沥青的粘度，帮助SBS在沥青中的扩散和改性。

优选的，所述步骤(4)的搅拌速度为400-500r/min。

优选的，所述步骤(4)的发育时间为1-1.5h。

通过采用上述优选方案，本发明的有益效果在于：在发育阶段，选用合适的搅拌速度和发育时间，有利于SBS改性剂与沥青中的油分和沥青质充分接触，并形成稳定结构的共混物。

优选的，所述步骤(5)中静置温度为165-175℃。

经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明通过室内试验分析结果并结合实际改性沥青生产经验，以优选出的泰普克70#基质沥青、稳定剂和两种SBS改性剂为试验原材料，制备出了一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

综上所述，本发明公开的制备工艺具有成本低廉等优点。本发明制备出的一种耐高温的双SBS复合改性沥青具有良好的耐高温性、延展性和抗老化性能，在处于长期高温气候的城市具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实施例1利用高速剪切仪制备双SBS复合改性沥青的示意图；

图中：1—高速剪切仪，2—温度计，3—搪瓷杯，4—沥青试样，5—电炉。

具体实施方式

本发明为了对比所制备复合改性沥青的性能优劣，还制备了另一种适应长期高温环境的单一改性沥青，具体制备方案如下：

一种单一SBS改性沥青由泰普克70#基质沥青、独山子T161B星型SBS改性剂和稳定剂组成；

以基质沥青质量百分数计：所述改性剂的掺量为4.1％；

以改性剂质量百分数计：所述稳定剂的掺量为3.75％。

一种双SBS复合改性沥青由泰普克70#基质沥青、独山子T161B星型SBS改性剂、LCY3501线型SBS改性剂和稳定剂组成；

以基质沥青质量百分数计：所述两种改性剂的掺量组合见下表1；

以改性剂质量百分数计：所述稳定剂的掺量为3.75％、5％。

共进行3*3*2＝18组试验。试验结果的数据包括针入度、软化点、延度、粘度以及RTFOT老化等几项沥青常规指标，根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关技术要求和选型指标的分析结果，对各配比进行分析，选出一组最佳的复合改性方案。

表1独山子T161B星型SBS改性剂与LCY3501线型SBS改性剂复合改性方案

根据所确定的海南省沥青性能指标选型，分析对比18种初试配比沥青的针入度、软化点、粘度、RTFOT残留物延度等主要指标的变化情况，总结发现以下规律：

针入度、针入度指数PI、软化点、延度分析中，由于线型SBS在空间结构上与星型SBS的较大区别，导致了它们对沥青改性效果的较大差异，单一改性和复合改性也同样体现了这种差异性。当独山子T161B星型SBS改性剂与LCY3501线型SBS改性剂比值为1:1时，改性沥青软化点为78℃左右，当比值增大为3:1时，软化点提高超过10℃。针入度随着SBS总掺量增加而降低，延度则随着LCY3501线型SBS改性剂所占比例减小而降低。总体比较，当SBS总掺量为4.2％，独山子T161B星型SBS改性剂与LCY3501线型SBS改性剂比值为3:1时，改性沥青高温性能表现最好且不会造成SBS浪费。

粘度与RTFOT老化分析中，星型SBS分子在稳定剂作用下相比线型SBS分子更容易与沥青组分发生交联反应形成空间网状结构，使得改性沥青具有更大的粘度。试验结果也表明，独山子T161B星型SBS改性剂所占比例越高，改性沥青粘度更大，高温性能更好。沥青的抗老化性能也表现出相似的规律，随着独山子T161B星型SBS改性剂用量增多，质量变化越小，针入度比越大。

通过上述对比分析，鉴于海南省高温期长的特点，选择高温性能更好的改性沥青十分有必要，因此确定独山子T161B星型SBS改性剂与LCY3501线型SBS改性剂比值为3:1，根据性能不过剩的原则确定SBS总掺量为4.2％，稳定剂掺量为SBS掺量的3.75％。

综上所述，一种适用于海南高温特点的双SBS复合改性沥青的制备方案，其特征在于包括3.15％独山子T161B星型SBS改性剂+1.05％LCY3501线型SBS改性剂+3.75％稳定剂+泰普克70#基质沥青。

在技术性能方面，单一SBS改性的方案A和双SBS复合改性的方案B的沥青技术性能指标对比如表2。由表2可知，双SBS复合改性方案B的技术指标均满足规范要求，且都远高于规范要求下限，对比分析得出，方案B的针入度、软化点指标均略优于方案A，高温性能良好。并且方案B对沥青的延展性改善效果较好，5℃延度与RTFOT残留物延度均大于方案A，质量损失与针入度比和方案A一致，方案B抗老化性能好于方案A。

表2方案A与方案B改性沥青性能指标对比

在经济成本方面，根据本发明涉及原材料的当前市场上的大致价格计算(表3)，双SBS复合改性方案每吨改性沥青所需的生产成本为：

而单一改性方案每吨改性沥青所需的生产成本为：

通过对两种方案的经济性进行对比分析得出，方案B更具优势。

表3主要原材料成本

工程应用中多以一种SBS对沥青进行改性且已具备丰富的研究及实践成果，而针对海南高温特点的双SBS复合改性沥青的应用仍然较少，不同的SBS自身性质存在差异，改性效果差别较大，将两种SBS对基质沥青进行复合改性后可以更好发挥各自优点并在一定程度上降低成本。室内试验和工程实践均表明该双SBS复合改性沥青高温性能，延展性与抗老化性能均可良好适应海南省的长高温期气候特点，较单一改性沥青经济优势明显，可以在海南地区大规模推广使用。

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种耐高温的双SBS复合改性沥青及其制备工艺，采用的技术方案如下：

实施例1：

(1)首先制备沥青试样4，取适量泰普克70#基质沥青置于175℃烘箱环境中，待泰普克70#基质沥青达到流动液体状态后，称取500g基质沥青于搪瓷杯3中；

(2)同时将质量为15.8g的独山子T161B星型SBS改性剂和5.3g的LCY3501线型SBS改性剂加入到步骤(1)的基质沥青中，采用搅拌装置在400r/min下溶胀20min；

(3)启动高速剪切仪1，利用电炉5对搪瓷杯3中的沥青试样4进行加热，加热过程中根据温度计2指示温度将沥青试样4的温度控制在185℃，设置剪切速度为4500r/min的条件下连续剪切45min，其中，在剪切30min时加入质量为0.82g的国内生产的HMD-1型稳定剂；

(4)将沥青试样4在400r/min的条件下搅拌发育1h；

(5)将步骤(4)发育后的沥青，放入170℃烘箱中静止保温，发育2h，获得一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

实施例2：

(1)首先制备沥青试样，取适量泰普克70#基质沥青置于160℃烘箱环境中，待泰普克70#基质沥青达到流动液体状态后，称取500g基质沥青于搪瓷杯中；

(2)同时将质量为16.7g的独山子T161B星型SBS改性剂和5.8g的LCY3501线型SBS改性剂加入到步骤(1)的基质沥青中，采用搅拌装置在450r/min下溶胀25min；

(3)启动高速剪切仪，利用电炉对搪瓷杯中的沥青试样进行加热，加热过程中根据温度计指示温度将沥青试样的温度控制在180℃，设置剪切速度为3500r/min的条件下连续剪切45min，其中，在剪切30min时加入质量为0.86g的国内生产的HMD-1型稳定剂；

(4)将沥青试样在450r/min的条件下搅拌发育1h；

(5)将步骤(4)发育后的沥青，放入165℃烘箱中静止保温，发育2.5h，获得一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

实施例3：

(1)首先制备沥青试样，取适量泰普克70#基质沥青置于180℃烘箱环境中，待泰普克70#基质沥青达到流动液体状态后，称取500g基质沥青于搪瓷杯中；

(2)同时将质量为17.7g的独山子T161B星型SBS改性剂和5.9g的LCY3501线型SBS改性剂加入到步骤(1)的基质沥青中，采用搅拌装置在500r/min下溶胀30min；

(3)启动高速剪切仪，利用电炉对搪瓷杯中的沥青试样进行加热，加热过程中根据温度计指示温度将沥青试样的温度控制在190℃，设置剪切速度为5000r/min的条件下连续剪切45min，其中，在剪切30min时加入质量为0.89g的国内生产的HMD-1型稳定剂；

(4)将沥青试样在500r/min的条件下搅拌发育1.5h；

(5)将步骤(4)发育后的沥青，放入175℃烘箱中静止保温，发育3h，获得一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

实施例4：

(1)首先制备沥青试样，取适量泰普克70#基质沥青置于160℃烘箱环境中，待泰普克70#基质沥青达到流动液体状态后，称取500g基质沥青于搪瓷杯中；

(2)同时将质量为16.3g的独山子T161B星型SBS改性剂和5.4g的LCY3501线型SBS改性剂加入到步骤(1)的基质沥青中，采用搅拌装置在450r/min下溶胀25min；

(3)启动高速剪切仪，利用电炉对搪瓷杯中的沥青试样进行加热，加热过程中根据温度计指示温度将沥青试样的温度控制在190℃，设置剪切速度为5000r/min的条件下连续剪切45min，其中，在剪切30min时加入质量为0.81g的国内生产的HMD-1型稳定剂；

(4)将沥青试样在450r/min的条件下搅拌发育1.5h；

(5)将步骤(4)发育后的沥青，放入170℃烘箱中静止保温，发育2.5h，获得一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种耐高温的双SBS复合改性沥青，其特征在于，所述双SBS复合改性沥青由基质沥青，稳定剂，两种SBS改性剂组成；

以基质沥青质量百分数计：所述改性剂的掺量为4-5％；

以改性剂质量百分数计：所述稳定剂的掺量为3-5％；

所述改性剂包括两种及以上的SBS。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青，其特征在于，所述的SBS包括星型SBS和线型SBS，所述星型SBS包括但不限于独山子石化T161B、LG化学411，所述线型SBS包括但不限于李长荣化工3501、独山子石化T6302H、巴陵石化YH791H。

3.根据权利要求2所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青，其特征在于，所述星型SBS和线型SBS之间的用量比为2.5-3.5:1。

4.根据权利要求3所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青，其特征在于，所述星型SBS和线型SBS之间的用量比为3:1。

5.一种耐高温的双SBS复合改性沥青，其特征在于，所述双SBS复合改性沥青由基质沥青，稳定剂，改性剂组成，所述改性剂为独山子T161B星型SBS和LCY3501线型SBS，所述的稳定剂为HMD-1稳定剂；

以基质沥青质量百分数计：所述独山子T161B星型SBS的掺量为3.15％，所述LCY3501线型SBS为1.05％；

以改性剂质量百分数计：所述HMD-1稳定剂的掺量为3.75％。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青的制备工艺，其特征在于，具体步骤如下：

(1)加热基质沥青；

(2)将星型SBS和线型SBS同时加入到步骤(1)的沥青中，搅拌溶胀；

(3)将溶胀后的沥青在高温条件下连续剪切45min，在剪切到30min时加入稳定剂；

(4)将步骤(3)混合后的沥青搅拌发育；

(5)将步骤(4)发育后的沥青静置保温，发育2-3h后获得一种耐高温的双SBS复合改性沥青。

7.根据权利要求6所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)的搅拌速度为400-500r/min，溶胀时间为20-30min。

8.根据权利要求6所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的剪切速度为在3500-5000r/min，温度为180-190℃。

9.根据权利要求6所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中发育时间为1-1.5h。

10.根据权利要求6所述的一种耐高温的双SBS复合改性沥青的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中静置温度为165-175℃。