CN109181324B - 一种兼顾高低温性能的改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于沥青改性技术领域，具体涉及一种兼顾高低温性能的改性沥青及其制备方法。本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青主要由改性微晶白云母、轮胎橡胶粉、石油沥青、聚酯纤维、氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物、交联剂、增韧剂和相容剂制成。本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青可以保证其具有良好高低温性能的同时，还可极大的提高存储稳定性，同时还具备流动性好和抗疲劳性能优异的优点。
Description
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种兼顾高低温性能的改性沥青及其制备方法。
背景技术
微晶白云母是一种新型的非金属矿物资源，不仅具有白云母含量高、白度好、活性大、易改性、耐酸碱、防腐蚀、热膨胀系数小、耐候性强、悬浮平整性好、防紫外线和抗老化等优点。同时微晶白云母的云母片还具有韧性、弹性、抗拉、抗压和强度等物理性能好且廉价的特性，是一种理想的道路沥青改性剂。但微晶白云母矿物粉与橡胶粉直接混合会出现复合材料界面粘结力小，相容性较差等缺陷。
橡胶沥青，是指质量分数为15％以上的轮胎橡胶粉通过高温剪切和拌合与沥青发生溶胀反应所得的胶结材料，相较现今使用的聚合物改性沥青更具成本优势，因而在道路养护工程中得到很大程度的推广。但因沥青胶结材料的高温性能和抗疲劳性能难以兼顾，单一橡胶粉改性沥青的低温抗裂性、流动性和存储稳定性较差，现有技术中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)/橡胶粉复合改性沥青的性能虽能有一定程度的提升，但仍存在生产工艺复杂、性价比低、疲劳性能和存储稳定性不足的问题，尚未大面积使用。
目前，我国道路工程行业制订了一系列针对改性沥青的技术指南和行业标准，如《公路改性沥青路面施工技术规范》、《聚合物改性道路沥青》、《重交通道路石油沥青》、《废胎胶粉沥青及沥青混合料设计施工技术指南》和《橡胶沥青》等。随着道路荷载不断增加，研究高性能改性沥青材料已成为行业发展的走向，而如何在保证沥青胶结料高低温性能的同时提升存储稳定性，已成为沥青路面病害处治和预防性养护技术的研究重点。
橡胶沥青作为一种非均质的固液两相材料，其延展性能远不如单相的沥青，单相自由沥青的大变形能力和橡胶颗粒的低流变能力本身存在矛盾，当前橡胶沥青的复合改性侧重促进胶粉在沥青中的溶胀发育从而吸收沥青中轻质组分，进而提高沥青稠度，同时胶粉颗粒固体核心的存在又使沥青具有良好的弹性特征，因而高温性能得以改善，但弹性性能的提高并不能有效增加沥青在低温下的延展性能。
聚合物改性沥青则侧重于形成空间凝胶网络，在低温条件下虽能在提供较高延展性的同时还能保证高温性能，但SBS改性沥青在储存和运输过程中需要保持160-180℃的温度，因而SBS改性沥青在储存和运输过程中易发生离析，热稳定性和抗老化性也易降低，从而导致SBS改性沥青的质量不易控制。
中国专利CN103059591A公开了一种SBS+橡胶粉复合改性沥青及其制备方法，所述SBS+橡胶粉复合改性沥青由稳定剂、活化剂、橡胶粉、SBS、丁苯橡胶填充油和基质沥青制备而得，具有溶胀充分、降低噪音效果明显、施工工艺合理、能耗较低、复合改性沥青性能优良的优点。
中国专利CN104693817A公开了一种可稳定储存的复合废胶粉粒子改性沥青及其制备方法，通过对低目数的胶粉进行深度脱硫降解得高脱硫度再生胶，然后再利用掺加了高目数胶粉和高脱硫度再生胶及少量的交联剂制备复合废胶粉粒子，再与基质沥青混合制得改性沥青。这种复合废胶粉粒子改性沥青方案的优点在于，高脱硫度再生胶中的线性大分子均匀裹附于胶粉表面，同时利用交联剂的微交联作用，在沥青中相互缠结，形成稳定的胶粉-沥青网状结构，从而达到制备稳定存储的胶粉改性沥青的目的。
但由于现今常用的橡胶改性沥青和聚合物改性沥青都存在易离析的缺陷，且工厂生产的沥青在发育罐中存放时间越长，沥青上下部间的性能差异越大，复合改性效果无法得到有效保障，即使采用上述的专利技术，通过复合废胶粉粒子、或者通过制备胶粉/SBS改性沥青，其存储稳定性、高温延展性和低温抗裂性能之间仍然无法做到很好的兼顾。因此研究出一种能兼顾存储稳定性、高温延展性和低温抗裂性能的改性沥青具有非常重大的意义。
发明内容
为了克服现有技术中沥青存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能兼顾高低温性能的改性沥青及其制备方法，以解决上述技术问题。
本发明提供了一种改性微晶白云母，其由微晶白云母15-20份、γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.8-2.0份、乙醇9-10.8份和水组成，所述微晶白云母的粒径为400目-800目；其制备方法为：
将微晶白云母、γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇加入到密闭式混炼机中，在温度为110～120℃且转速为2000转/分钟的条件下搅拌50min，冷却，即得。
本发明还提供了一种兼顾高低温性能的改性沥青，主要由以下重量份数的原料制成：
改性微晶白云母10-20份、轮胎橡胶粉5-15份、石油沥青65-85份、聚酯纤维0.7-1.2份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物2-8份、交联剂0.2-0.8份、增韧剂0.5-1.0份、相容剂0.5-1.0份。
优选地，本发明所述的一种兼顾高低温性能的改性沥青，主要由以下重量份数的原料制成：
改性微晶白云母15份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、交联剂0.5份、增韧剂0.8份、相容剂0.8份。
另外，本发明还提供了一种兼顾高低温性能的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
a、将改性微晶白云母、轮胎橡胶粉、石油沥青和聚酯纤维混合，在温度为220℃，高速剪切机转速为2500-3000转/分钟的条件下进行剪切，直至轮胎橡胶粉粉末粒度为30-40目，得复合改性沥青；
b、将步骤a制备得到的复合改性沥青、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、交联剂、增韧剂和相容剂加入搅拌机中，在温度为180-200℃且转速为2000转/分钟的条件下搅拌120分钟，即得。
进一步地，所述交联剂为蒙脱土。
进一步地，所述增韧剂为N-苯基马来酰亚胺化合物。
进一步地，所述相容剂为马来酸酐。
进一步地，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)为线型。
本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青具有可以在保持改性沥青高温性能和低温性能的同时，降低橡胶粉的掺量，极大提高改性沥青的存储稳定性和抗老化能力。本发明采用自制的改性微晶白云母作为橡胶、塑料等材料的填充料，通常应用在高聚物改性中，是一种良好的复合增强剂，可以作为胶粉-沥青非均匀固液两项体系中的填料，由于高流动性的沥青分子和低流变的橡胶颗粒在受到外界应力时会发生众多的错位，改性微晶白云母在体系中充当障碍物和缓冲介质的作用，提供错位所需要克服的阻力，使得胶粉-沥青界面接触更加均匀，大幅提升胶粉、沥青质、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)之间的相容性，促使固液两相体系整体流变性能提升，不易产生离析，存储稳定性极大增加。
蒙脱土作为交联剂的加入，使该复合改性沥青在交联反应时形成稳定的网状结构。当前直接将马来酸酐(MAH)和N-苯基马来酰亚胺加入沥青复合改性的工艺较为少见，适量的的马来酸酐(MAH)可以与SEBS发生接枝反应，受马来酸酐极性的影响，SEBS和胶粉-沥青体系中的极性平衡会受到破坏而形成更加稳定的凝胶网络，提升改性沥青的软化点和感温性；N-苯基马来酰亚胺中的官能团可以改变胶粉表面的带电特性，强化胶粒的亲油疏水性，胶粉的分散状态更加均匀，复合改性沥青各相间的稳定性提升，相容性进一步增加，胶粉的高粘弹性和SEBS优异的延展性得以共存。
本发明提供的改性微晶白云母可使得胶粉-沥青界面接触更加均匀，进而大幅的提升胶粉、石油沥青、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物之间的相容性，促使固液两相体系整体流变性能和存储稳定性极大的提高。
本发明提供的交联剂的加入，可使本发明中复合改性沥青在交联反应时形成稳定的网状结构，从而提高本发明提供的微晶白云母/胶粉复合改性沥青的稳定性，此外，其还具有提高改性沥青软化点和降低改性沥青离析率的作用。
本发明提供的马来酸酐可与N-苯基马来酰亚胺发生接枝反应，从而破坏N-苯基马来酰亚胺和胶粉-沥青体系中的极性平衡进而形成更加稳定的凝胶网络，所形成的凝胶网络可提升改性沥青的软化点和感温性能。
本发明提供的N-苯基马来酰亚胺中的官能团可以改变胶粉表面的带电特性，强化胶粒的亲油疏水性，使胶粉的分散更加均匀，还能使复合改性沥青各相间的稳定性和相容性进一步提升，从而使得胶粉的高粘弹性和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物优异的延展性得以共存。
与现有技术相比，本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青具有以下优势：
(1)本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青，不仅可以在保持优异的高温和低温性能的同时，降低橡胶粉的参量，节约沥青制造成本，还能极大的提高改性沥青的存储稳定性和抗老化性能，且具备流动性好和抗疲劳性优异的优点；
(2)本发明提供的改性微晶白云母在胶粉-沥青质胶结体系中，可解决界面粘聚力和胶粉颗粒在沥青中分散不均匀的缺陷，可使胶粉-沥青界面接触更加均匀，进而大幅的提升胶粉、石油沥青、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物之间的相容性，促使固液两相体系整体流变性能和存储稳定性极大的提高，其作为功能性填料的同时，又可以赋予改性沥青优良的存储稳定性，具有广阔的前景；
(3)本发明提供的马来酸酐和N-苯基马来酰亚胺相互作用可显著提升本发明的改性沥青的软化点；
(4)本发明提供的交联剂具有提高改性沥青的软化点和降低沥青离析率的作用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1、改性微晶白云母
改性微晶白云母是由以下重量份数的原料制备而成：
微晶白云母18份(600目)、γ―氨丙基三乙氧基硅烷1.5份、乙醇10份(88.9wt％)；
制备方法如下：
将微晶白云母、γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇加入到密闭式混炼机中，在温度为115℃且转速为2000转/分钟的条件下搅拌50min，冷却，即得。
实施例2、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母10份、轮胎橡胶粉5份、石油沥青65份、聚酯纤维0.7份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物2份、蒙脱土0.2份、N-苯基马来酰亚胺化合物0.5份、马来酸酐0.5份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法如下：
a、将改性微晶白云母、轮胎橡胶粉、石油沥青和聚酯纤维混合，在温度为220℃，高速剪切机转速为3000转/分钟的条件下进行剪切，直至轮胎橡胶粉粉末粒度为30-40目，得复合改性沥青；
b、将步骤a制备得到的复合改性沥青与氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、交联剂、N-苯基马来酰亚胺化合物和马来酸酐加入搅拌机中，在温度为180℃且转速为2000转/分钟的条件下搅拌120分钟，即得。
实施例3、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母15份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份、N-苯基马来酰亚胺化合物0.8份、马来酸酐0.8份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
实施例4、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母20份、轮胎橡胶粉15份、石油沥青85份、聚酯纤维1.2份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物8份、蒙脱土0.8份、N-苯基马来酰亚胺化合物1.0份、马来酸酐1.0份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
对比例1、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母9份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份、N-苯基马来酰亚胺化合物0.8份、马来酸酐0.8份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
对比例2、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母21份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份、N-苯基马来酰亚胺化合物0.8份、马来酸酐0.8份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
对比例3、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母15份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份、马来酸酐0.8份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
对比例4、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母15份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份、N-苯基马来酰亚胺化合物0.8份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
对比例5、一种兼顾高低温性能的改性沥青
所述兼顾高低温性能的改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
改性微晶白云母15份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份；所述改性微晶白云母为实施例1制备所得；
制备方法与实施例2类似。
对比例6、普通橡胶沥青
所述普通橡胶沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
轮胎橡胶粉20份、石油沥青75份、聚酯纤维1份、蒙脱土0.5份；
制备方法如下：
将轮胎橡胶粉、石油沥青和聚酯纤维，在220℃的温度下，采用高速剪切机以3000转/分钟的速度剪切30分钟，得沥青初步混合物；随后向沥青初步混合物中加入蒙脱土，使用搅拌机在180℃下以2000转/分钟匀速搅拌120分钟，即得。
对比例7、橡胶粉/氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复合改性沥青
所述橡胶粉/氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复合改性沥青是由以下重量份数的原料制备而成：
轮胎橡胶粉20份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、蒙脱土0.5份；
制备方法：
将轮胎橡胶粉、石油沥青和聚酯纤维，在220℃的温度下，采用高速剪切机以3000转/分钟的速度剪切30分钟，得沥青初步混合物；随后向沥青初步混合物中加入氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和蒙脱土，使用搅拌机在180℃下以2000转/分钟匀速搅拌120分钟，即得。
试验例一、兼顾高低温性能的改性沥青性能检测
(一)试验材料：实施例2-4、对比例1-5制备得到的兼顾高低温性能的改性沥青、对比例6制备得到的普通橡胶沥青、对比例7制备得到的橡胶粉/氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复合改性沥青。
(二)试验方法：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验。
(三)试验结果如表1所示：
表1实施例2-6和对比例1-7的性能结果对比
由表1可知，本发明实施例2-4制备得到的兼顾高低温性能的改性沥青各项性能指标，明显优于对比例6制备得到的普通橡胶沥青和对比例7制备得到的橡胶粉/氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复合改性沥青。说明使用本发明提供的兼顾高低温性能的改性沥青，其高温性能和低温性能均达到或超过普通橡胶沥青乃至橡胶粉/氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物复合改性沥青，在抗老化和存储稳定性上均有较大优势，充分证明了本发明制备的兼顾高低温性能的改性沥青具有优异的综合路用性能。
由实施例2-4和对比例1-2的各项性能指标可得，改性微晶白云母掺量范围不在10-20重量份内，其性能均有所下降，说明改性微晶白云母的掺量不能过高也不能过低，只有在适度范围内才具有较好的使用效果。
由实施例2-4和对比例3的各项性能指标可得，本发明提供的交联剂相较蒙脱土具有提高微晶白云母/胶粉复合改性沥青软化点和降低微晶白云母/胶粉复合改性沥青离析率的作用。
对比例3不含N-苯基马来酰亚胺，对比例4不含马来酸酐，对比例5不含N-苯基马来酰亚胺和马来酸酐。由实施例2-4和对比例3-5的各项性能指标可得，对比例3和对比例4在针入度与实施例2-4相差不大的前提下，其软化点有了明显的降低，离析率也大大的升高。而对比例5的针入度和软化点性能相较对比例3和对比例4差别不是特别大，说明本发明提供的N-苯基马来酰亚胺和马来酸酐能够相互作用，从而提高本发明提供的微晶白云母/胶粉复合改性沥青离的软化点和降低微晶白云母/胶粉复合改性沥青离析率的作用。
综上所述，本发明提供的微晶白云母/胶粉复合改性沥青很好的解决了普通沥青高低温性能不能兼具，且储存稳定性不佳的问题。
本行业的技术人员应该了解，上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种兼顾高低温性能的改性沥青，其特征在于，主要由以下重量份数的原料制成：改性微晶白云母10-20份、轮胎橡胶粉5-15份、石油沥青65-85份、聚酯纤维0.7-1.2份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物2-8份、交联剂0.2-0.8份、增韧剂0.5-1.0份、相容剂0.5-1.0份；
所述改性微晶白云母由微晶白云母18份、γ―氨丙基三乙氧基硅烷1.5份、乙醇10份和水组成；
其制备方法为：将微晶白云母、γ―氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇加入到密闭式混炼机中，在温度为115℃且转速为2000转/分钟的条件下搅拌50min，冷却，即得；
所述交联剂为蒙脱土；所述增韧剂为N-苯基马来酰亚胺化合物。
2.如权利要求1所述的一种兼顾高低温性能的改性沥青，其特征在于，其特征在于，主要由以下重量份数的原料制成：改性微晶白云母15份、轮胎橡胶粉10份、石油沥青70份、聚酯纤维1份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物4份、交联剂0.5份、增韧剂0.8份、相容剂0.8份。
3.如权利要求1所述的一种兼顾高低温性能的改性沥青，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐。
4.如权利要求1所述的一种兼顾高低温性能的改性沥青，其特征在于，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)为线型。
5.如权利要求1-4任一所述的一种兼顾高低温性能的改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将改性微晶白云母、轮胎橡胶粉、石油沥青和聚酯纤维混合，在温度为220℃，高速剪切机转速为2500-3000转/分钟的条件下进行剪切，直至轮胎橡胶粉粉末粒度为30-40目，得复合改性沥青；
b、将步骤a制备得到的复合改性沥青、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、交联剂、增韧剂和相容剂加入搅拌机中，在温度为180-200℃且转速为2000转/分钟的条件下搅拌120分钟，即得。
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