CN109161212A - 制备低温沥青改性剂和改性低温沥青的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备低温沥青改性剂和改性低温沥青的方法，其中，低温沥青改性剂的成分中含有环烷油、棉籽油、正十二烷基硫醇、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒、丁苯橡胶颗粒（或SBS颗粒）、乙基纤维素、明胶、二月桂酸二丁基锡、环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G；本发明的有益技术效果是：提出了一种制备低温沥青改性剂和改性低温沥青的方法，由本发明方案得到的改性低温沥青，其生产和施工过程的降温效果明显，能有效降低碳排放量，在零下20℃环境下仍可施工，能有效缩短工期。

Description

制备低温沥青改性剂和改性低温沥青的方法

技术领域

本发明涉及一种改性沥青制作技术，尤其涉及一种制备低温沥青改性剂和改性低温沥青的方法。

背景技术

现有热拌沥青的生产温度和施工温度都较高，是公路工程建设过程中的主要碳排放源；为了降低公路工程建设过程中的碳排放，一种有效手段就是降低沥青的生产温度和施工温度，因此，有必要对低温沥青进行研究。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种制备低温沥青改性剂的方法，其创新在于：所述方法包括：

1)将环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇混合，在60℃条件下搅拌均匀，得到产物A；然后将产物A、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒(TPU)、聚乙烯颗粒和B组分混合，在110～145℃条件下搅拌150～300分钟，得到产物C；

产物C中，环烷油的质量份数为28～35份、棉籽油的质量份数为45～55份、正十二烷基硫醇的质量份数为2～5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的质量份数为6～10份、聚乙烯颗粒的质量份数为3～7份、B组分的质量份数为0.5～2.5份；

所述B组分为丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒(SBS：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)；

2)将产物C、乙基纤维素和明胶混合，在110～145℃条件下搅拌15～45分钟，得到产物D；

产物D中，产物C的质量份数为89～95份、乙基纤维素2～5份、明胶3～4份；

3)使产物D自然降温至55～75℃，降温过程中持续搅拌；然后向产物D中加入二月桂酸二丁基锡，高速搅拌5～8分钟，继续向产物D中加入环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G，在50～65℃条件下高速搅拌15～45min，得到产物E；

产物E中，产物D的质量份数为85～95、二月桂酸二丁基锡的质量份数为0.3～1.2份、环氧树脂的质量份数为3～8份、环氧树脂固化剂的质量份数为1～2份、交联剂G的质量份数为0.5～1.5份；

4)采用胶体磨对产物E进行研磨，得到低温沥青改性剂。

前述方案中的各种物质在本发明中所起的作用如下：

环烷油具有性质稳定、闪点较高、安全无毒、无腐蚀性的特点，对人体、环境、设备无不良影响；在本发明中，环烷油的作用主要体现为两方面，一方面，环烷油作为热塑性橡胶(丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒)和热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的软化剂和溶剂，使热塑性橡胶和热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒可以与其余成分相溶，另一方面，环烷油是基质沥青的优质表面活性剂，而且环烷油具有芳香烃的部分性质，与基质沥青溶性较好，能有效改善基质沥青分子间的作用力，降低基质沥青粘(稠)度，在降低沥青生产、使用温度方面，有较好的改善效果。

棉籽油是一种植物油，安全无毒、高闪点；在本发明中，棉籽油作为基质沥青的表面润滑剂和表面活性剂，能降低基质沥青的使用、作业温度，同时，棉籽油还作为高分子聚合物材料(即丁苯橡胶颗粒、SBS颗粒、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒和聚乙烯颗粒)的软化剂，棉籽油中富含的硬脂酸等成分可促进高分子聚合物软化，并改善其相溶性。

正十二烷基硫醇在本发明中作为黏度调节剂使用，用于改善高分子聚合物材料和基质沥青的黏度，增加他们的流动性，起到降低沥青生产温度和使用温度的效果。

热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒，也叫TPU，是优良的高分子聚合物，无毒无害、易加工，有良好的低温性能，弹性好，耐腐蚀，耐候性良好，具有一定的机械强度，在本发明中，TPU能有效提高和改善基质沥青的强度和低温性能，提高沥青混凝土的耐磨性能和物理强度(即提高抗冷冻性能、耐气候性能和抗车辙能力)，TPU良好的回弹性还能有效降低汽车在沥青路面上行驶的噪音。

聚乙烯颗粒是优良的高分子聚合物，分子量大，分子链长，机械强度高，本发明将其加入基质沥青中，可有效提高沥青混凝土的高温稳定性(即抗车辙能力)。

丁苯橡胶颗粒和SBS颗粒都是热性橡胶，丁苯橡胶颗粒的低温性能较好，SBS颗粒在低温区域和高温区域的性能则比较平衡，具体实施时，建议优先采用丁苯橡胶颗粒，丁苯橡胶颗粒可显著提高基质沥青的强度(包括：热稳定度、动稳定度)和低温性能(低温抗冻)，提高沥青混凝土的耐磨性，耐候性。

乙基纤维素在本发明中作为分散剂使用，乙基纤维素能促进高分子聚合物在液相中的均匀分布，保证液相稳定，在基质沥青中，乙基纤维素可调整其黏度，以保证改性沥青适应各种不同集料级配(如AC，SMA，OGFC等级配)的要求。

明胶为天然高分子材料，主要为无机盐和蛋白质，环保、安全、无害，在本发明中，明胶作为稳定剂、分散剂、增稠剂使用，在基质沥青中，因明胶中无机盐的存在，可以改善集料表面与基础沥青的粘接性能，提高沥青膜在集料表面的附着力，增强沥青的抗剥落性能；同时，因为明胶可缓慢吸收环境中的水分产生微量的体积弹性膨胀，进而改变沥青混凝土的间隙，提高其密实度。

二月桂酸二丁基锡，即DBTL，在本发明中主要起催化(固化)作用，二月桂酸二丁基锡可促进基质沥青中的胶质和芳香组份中类似聚氨脂树脂物质的聚合反应，增加分子链长度，增加分子量，提高沥青膜的强度；基质沥青中的胶质主要是沥青中的树脂混合物成分。

环氧树脂在本发明中作增粘剂使用，环氧树脂种类繁多，本发明优选E44或E128；环氧树脂在固化剂作用下固化后可大幅提高基质沥青的粘接能力和沥青膜的强度，进而提高沥青混凝土的质量。

环氧树脂固化剂是促进环氧树脂交联反应(固化)的催化剂，具体实施时，可将T31作为优选。

交联剂G是二甲基丙烯酸乙二醇脂的简称，在本发明中，交联剂G与环氧树脂固化剂一起，作为环氧树脂的复合胶联剂，提高和改善环氧树脂固化效果，此外，交联剂G还作为光固化环氧树脂的稀释剂。

基于前述方案，本发明还提出了一种制作改性低温沥青的方法，其创新在于：所述方法包括：

将低温沥青改性剂和基质沥青混合，在110～150℃条件下高速搅拌30～90分钟，即得改性低温沥青；改性低温沥青中，低温沥青改性剂的质量份数为4～10份、基质沥青的质量份数为100份；

所述低温沥青改性剂由如下方法制得：

1)将环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇混合，在60℃条件下搅拌均匀，得到产物A；然后将产物A、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分混合，在110～145℃条件下搅拌150～300分钟，得到产物C；

产物C中，环烷油的质量份数为28～35份、棉籽油的质量份数为45～55份、正十二烷基硫醇的质量份数为2～5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的质量份数为6～10份、聚乙烯颗粒的质量份数为3～7份、B组分的质量份数为0.5～2.5份；

所述B组分为丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒；

2)将产物C、乙基纤维素和明胶混合，在110～145℃条件下搅拌15～45分钟，得到产物D；

产物D中，产物C的质量份数为89～95份、乙基纤维素2～5份、明胶3～4份；

3)使产物D自然降温至55～75℃，降温过程中持续搅拌；然后向产物D中加入二月桂酸二丁基锡，高速搅拌5～8分钟，继续向产物D中加入环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G，在50～65℃条件下高速搅拌15～45min，得到产物E；

产物E中，产物D的质量份数为85～95、二月桂酸二丁基锡的质量份数为0.3～1.2份、环氧树脂的质量份数为3～8份、环氧树脂固化剂的质量份数为1～2份、交联剂G的质量份数为0.5～1.5份；

4)采用胶体磨对产物E进行研磨，得到低温沥青改性剂。

本发明的有益技术效果是：提出了一种制备低温沥青改性剂和改性低温沥青的方法，由本发明方案得到的改性低温沥青，其生产和施工过程的降温效果明显，能有效降低碳排放量，在零下20℃环境下仍可施工，能有效缩短工期。

具体实施方式

一种制备低温沥青改性剂的方法，其创新在于：所述方法包括：

1)将环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇混合，在60℃条件下搅拌均匀，得到产物A；然后将产物A、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分混合，在110～145℃条件下搅拌150～300分钟，得到产物C；

产物C中，环烷油的质量份数为28～35份、棉籽油的质量份数为45～55份、正十二烷基硫醇的质量份数为2～5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的质量份数为6～10份、聚乙烯颗粒的质量份数为3～7份、B组分的质量份数为0.5～2.5份；

所述B组分为丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒；

2)将产物C、乙基纤维素和明胶混合，在110～145℃条件下搅拌15～45分钟，得到产物D；

产物D中，产物C的质量份数为89～95份、乙基纤维素2～5份、明胶3～4份；

3)使产物D自然降温至55～75℃，降温过程中持续搅拌；然后向产物D中加入二月桂酸二丁基锡，高速搅拌5～8分钟，继续向产物D中加入环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G，在50～65℃条件下高速搅拌15～45min，得到产物E；

产物E中，产物D的质量份数为85～95、二月桂酸二丁基锡的质量份数为0.3～1.2份、环氧树脂的质量份数为3～8份、环氧树脂固化剂的质量份数为1～2份、交联剂G的质量份数为0.5～1.5份；

4)采用胶体磨对产物E进行研磨，得到低温沥青改性剂。

组分中，环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇均为液相，故先在60℃条件将三者混合，以便得到均匀的混合液体；加入热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分后升温，可以提高热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分的溶解度，同时，110～145℃也是正十二烷基硫醇的较佳工作温度；随后加入乙基纤维素对低温沥青改性剂的黏度进行调节，使低温沥青改性剂可以适应不同集料级配要求(实验表明，低温沥青改性剂的黏度大小与乙基纤维素的用量存在正相关性)，与乙基纤维素同时加入的明胶，可以改善基质沥青的粘附性，使基质沥青对不同石料都实现较好的粘附；随后的自然降温是为了防止后续组分加入后交联反应快速完成，提高反应的可控性；

一种制作改性低温沥青的方法，其创新在于：所述方法包括：

将低温沥青改性剂和基质沥青混合，在110～150℃条件下高速搅拌30～90分钟，即得改性低温沥青；改性低温沥青中，低温沥青改性剂的质量份数为4～10份、基质沥青的质量份数为100份；

所述低温沥青改性剂由如下方法制得：

1)将环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇混合，在60℃条件下搅拌均匀，得到产物A；然后将产物A、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分混合，在110～145℃条件下搅拌150～300分钟，得到产物C；

产物C中，环烷油的质量份数为28～35份、棉籽油的质量份数为45～55份、正十二烷基硫醇的质量份数为2～5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的质量份数为6～10份、聚乙烯颗粒的质量份数为3～7份、B组分的质量份数为0.5～2.5份；

所述B组分为丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒；

2)将产物C、乙基纤维素和明胶混合，在110～145℃条件下搅拌15～45分钟，得到产物D；

产物D中，产物C的质量份数为89～95份、乙基纤维素2～5份、明胶3～4份；

3)使产物D自然降温至55～75℃，降温过程中持续搅拌；然后向产物D中加入二月桂酸二丁基锡，高速搅拌5～8分钟，继续向产物D中加入环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G，在50～65℃条件下高速搅拌15～45min，得到产物E；

产物E中，产物D的质量份数为85～95、二月桂酸二丁基锡的质量份数为0.3～1.2份、环氧树脂的质量份数为3～8份、环氧树脂固化剂的质量份数为1～2份、交联剂G的质量份数为0.5～1.5份；

4)采用胶体磨对产物E进行研磨，得到低温沥青改性剂。

按本发明方案制得的低温沥青改性剂的理化技术指标如下表所示：

技术指标	分析结果	分析方法
			闪点(开口)，℃	232	GB/T 261
密度(20℃)，kg/m<sup>3</sup>	987.9	SH/T 0657
			运动粘度(100℃)，mm<sup>2</sup>/s	361.7	GB/T 265
灰分，％	0.047	GB/T 508
			分子量	605	SH/T 0583
机械杂质，％	0.46	GB/T 511

本发明的改性低温沥青与现有的70#重交沥青和SBS改性沥青三者的技术参数对比如表1、2、3所示：

表1，生产控制温度比较

	70#重交沥青	SBS改性沥青	改性低温沥青
				加热温度，℃	155-165	160-165	105-120
保温温度，℃	130-140	145-150	90-105

表2、施工温度比较

	70#重交沥青	SBS改性沥青	改性低温沥青
				施工环境温度，℃	≥10	≥10	≥-20
矿料的加热温度，℃	155-175	180-195	120-140
				混合料拌和温度，℃	145-165	170-185	110-130
混合料摊铺温度，℃	135	160	100
				混合料碾压温度，℃	130	150	90

表3、质量技术指标比较

技术指标	70#重交沥青	SBS改性沥青	改性低温沥青
				延度，cm	100(15℃)	40(5℃)	≥150(15℃)
软化点，℃	43	50	43
				针入度25℃	60-80	80-100	70.5
马歇尔稳定度	11.05	15.01	14.83
				抗车辙	1127	2897	2623

通过比较，可以看出，本发明的改性低温沥青的生产和施工过程降温效果明显，节能减排，降低成本，沥青混合料质量优良，而且在零下20℃环境温度下可施工，可以有效拓展施工窗口期，缩短工期。

Claims (2)

1.一种制备低温沥青改性剂的方法，其特征在于：所述方法包括：

1)将环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇混合，在60℃条件下搅拌均匀，得到产物A；然后将产物A、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分混合，在110～145℃条件下搅拌150～300分钟，得到产物C；

产物C中，环烷油的质量份数为28～35份、棉籽油的质量份数为45～55份、正十二烷基硫醇的质量份数为2～5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的质量份数为6～10份、聚乙烯颗粒的质量份数为3～7份、B组分的质量份数为0.5～2.5份；

所述B组分为丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒；

2)将产物C、乙基纤维素和明胶混合，在110～145℃条件下搅拌15～45分钟，得到产物D；

产物D中，产物C的质量份数为89～95份、乙基纤维素2～5份、明胶3～4份；

3)使产物D自然降温至55～75℃，降温过程中持续搅拌；然后向产物D中加入二月桂酸二丁基锡，高速搅拌5～8分钟，继续向产物D中加入环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G，在50～65℃条件下高速搅拌15～45min，得到产物E；

产物E中，产物D的质量份数为85～95、二月桂酸二丁基锡的质量份数为0.3～1.2份、环氧树脂的质量份数为3～8份、环氧树脂固化剂的质量份数为1～2份、交联剂G的质量份数为0.5～1.5份；

4)采用胶体磨对产物E进行研磨，得到低温沥青改性剂。

2.一种制作改性低温沥青的方法，其特征在于：所述方法包括：

将低温沥青改性剂和基质沥青混合，在110～150℃条件下高速搅拌30～90分钟，即得改性低温沥青；改性低温沥青中，低温沥青改性剂的质量份数为4～10份、基质沥青的质量份数为100份；

所述低温沥青改性剂由如下方法制得：

1)将环烷油、棉籽油和正十二烷基硫醇混合，在60℃条件下搅拌均匀，得到产物A；然后将产物A、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒、聚乙烯颗粒和B组分混合，在110～145℃条件下搅拌150～300分钟，得到产物C；

产物C中，环烷油的质量份数为28～35份、棉籽油的质量份数为45～55份、正十二烷基硫醇的质量份数为2～5份、热塑性聚氨酯弹性体橡胶颗粒的质量份数为6～10份、聚乙烯颗粒的质量份数为3～7份、B组分的质量份数为0.5～2.5份；

所述B组分为丁苯橡胶颗粒或SBS颗粒；

2)将产物C、乙基纤维素和明胶混合，在110～145℃条件下搅拌15～45分钟，得到产物D；

产物D中，产物C的质量份数为89～95份、乙基纤维素2～5份、明胶3～4份；

3)使产物D自然降温至55～75℃，降温过程中持续搅拌；然后向产物D中加入二月桂酸二丁基锡，高速搅拌5～8分钟，继续向产物D中加入环氧树脂、环氧树脂固化剂和交联剂G，在50～65℃条件下高速搅拌15～45min，得到产物E；

产物E中，产物D的质量份数为85～95、二月桂酸二丁基锡的质量份数为0.3～1.2份、环氧树脂的质量份数为3～8份、环氧树脂固化剂的质量份数为1～2份、交联剂G的质量份数为0.5～1.5份；

4)采用胶体磨对产物E进行研磨，得到低温沥青改性剂。