CN109206927A - 一种沥青改性复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种沥青改性复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沥青改性复合材料及其制备方法和应用。所述沥青改性复合材料包含活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物和软化剂。根据本发明的沥青改性复合材料与基质沥青具有良好的相容性，可用于制备改性沥青。采用根据本发明的沥青改性复合材料制备的改性沥青具有良好的储存稳定性以及延性。

Description

一种沥青改性复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于改性沥青技术领域。具体地，本发明涉及一种沥青改性复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
沥青混凝土是世界上用量最大的建筑材料之一，随着高速公路的快速发展，交通量的不断增大，车辆性能的不断提高，车速的不断增大，对铺路用沥青的需求量和性能要求也越来越高。性能要求主要体现在针入度、软化点和延性。
沥青主要由天然沥青、石油沥青、煤沥青和页岩沥青，其中石油沥青是用量比较大的一类。石油沥青在路用性质上具有较好的自愈性和低温变形能力，但是高温稳定性差，高温储存后延性会显著下降，达不到使用要求。
目前，一般采用掺加橡胶、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂或者采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善。
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、粉末丁苯橡胶(PSBR)、磨细的轮胎橡胶(GTR)例如轮胎橡胶粉被广泛地用作沥青改性剂。
美国专利US4145322公开了一种制备SBS改性沥青的方法。中国专利CN1287133A公开了一种采用SBR和SBS复合改性沥青的方法。中国专利申请CN101481504A公开了一种用纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青的方法。CN102027070B公开了用轮胎橡胶粉改性沥青的方法。
然而，SBS的粘度高、施工温度高(180℃左右)，而PSBR与沥青的相容性差，在高温储存时表现出相分离并且高温储存后延性显著下降。此外，它们的成本都比较高。GTR虽然具有良好的抗老化能力、在高温和低温下的性能好且成本低，但由于GTR与沥青之间的相容性差，它表现出差的延性，因此与SBS和/或PSBR改性的沥青材料相比，GTR改性沥青不能用于对延性要求高的道路上。
因此，本领域中仍需要以成本有效的方式对沥青改性以满足储存稳定性特别是高温储存稳定性以及延性要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沥青改性材料，从而实现以成本有效的方式对沥青改性以满足储存稳定性特别是高温储存稳定性以及延性要求。
本发明所要解决的问题通过以下技术方案得以解决：
根据本发明的第一方面，提供一种沥青改性复合材料，其特征在于，其包含活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂，其中活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂质量比为25-52：15-39：20-36。
根据本发明的第二方面，提供一种制备上述沥青改性复合材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、活化剂和软化剂以及任选的相容剂混合以得到混合物；和
ii)将混合物螺杆挤出以获得沥青改性复合材料。
根据本发明的第三方面，提供一种改性沥青，其特征在于，其包含基质沥青和上述沥青改性复合材料。
根据本发明的沥青改性复合材料与基质沥青具有良好的相容性，可用于制备改性沥青。采用根据本发明的沥青改性复合材料制备的改性沥青具有良好的储存稳定性以及延性。
在下文中，将更全面地体现本发明的其它方面以及更进一步的目的、特征和优点。
具体实施方案
下面对本发明技术方案进行详细描述。
根据本发明的第一方面，提供一种沥青改性复合材料，其特征在于，其包含活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂，其中活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂质量比为25-52：15-39：20-36。
优选活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂质量比为35-45：18-30：25-35。
本文中所用的术语“活化的轮胎橡胶胶粉”是指经过脱硫处理的轮胎橡胶胶粉。更进一步地，所述轮胎橡胶为选自以下的一种或更多种：包括天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶和氯丁橡胶等，胶粉粒径范围为60-100目，生胶含量在40-70％重量。
所述软化剂为选自以下的一种或更多种：松焦油、煤焦油、环烷油、妥尔油、糠醛抽出油、芳烃油、松香、古马隆、石油树脂。
芳烃油通常芳烃含量>＝80％；闪点>200℃。
所述沥青改性复合材料还可以包含相容剂，所述相容剂选自聚醚多元醇和端羟基丁二烯。
所述相容剂的量为0-10％重量，以所述沥青改性复合材料的重量计。
所述沥青改性复合材料可以呈颗粒的形式。
根据本发明的第二方面，提供一种制备上述沥青改性复合材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、活化剂和软化剂以及任选的相容剂混合以得到混合物；和
ii)将混合物螺杆挤出以获得沥青改性复合材料。
所述轮胎橡胶如上文中针对沥青改性复合材料所定义。
所述活化剂为选自以下的一种或更多种：苯基二硫化物、多烷基苯酚硫化物类(例如橡胶活化剂420和450)、苯硫酚、十八烷基胺和抗氧剂类(例如防老剂RD和4020)。
橡胶活化剂420主要成分为4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)或2,2'-硫代双(6-叔丁基对甲酚。
橡胶活化剂450主要成分为2-叔丁基-4,4‘-甲基间苯二酚多硫化合物复合物。
防老剂RD主要成分为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体。
防老剂4020主要成分为N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对苯二胺。
优选地，在步骤i)中加入相容剂以改善相容性。
所述步骤i)可在本领域中常用的混合机，例如高速混合机、低速混合机中进行。所述混合可以在室温至40℃进行1-4分钟，优选2-3分钟以获得均匀混合物。
所述步骤ii)可在本领域中常用的螺杆挤出机，优选双螺杆挤出机中进行。控制双螺杆不同区段的温度在150℃-230℃之间，优选170-190℃；控制螺杆转速在200-550rpm左右。
在步骤ii)中，混合物在挤出机中的停留时间为60s-120s，优选为70-100s。
根据本发明的制备沥青改性复合材料的方法还任选在步骤ii)之后包括以下步骤步骤：
iii)将所得沥青改性复合材料粒化以获得希望的形状。
根据本发明的第三方面，提供一种改性沥青，其特征在于，其包含基质沥青和上述沥青改性复合材料。
所述沥青改性复合材料的量为1-5重量份，优选2-4重量份，更优选2-3重量份，以100重量份改性沥青为基准。
所述基质沥青为本领域中常用的基质沥青，例如石油沥青，如50#沥青。
优选地，可以用软化剂替代部分沥青改性复合材料以降低成本和进一步改善沥青改性复合材料与基质沥青的相容性。
因此，在一个实施方案中，除了所述沥青改性复合材料中所含的软化剂以外，所述改性沥青还包含选自以下的一种或更多种另外的软化剂：松焦油、煤焦油、环烷油、妥尔油、糠醛抽出油、芳烃油、松香、古马隆、石油树脂。
所述另外的软化剂的量为0.5-3重量份，优选1-2.5重量份，更优选1.5-2重量份，以100重量份改性沥青为基准。
在所述改性沥青中，所述另外的软化剂的量可为所述另外的软化剂与所述沥青改性复合材料的总重量10％-65％。
根据本发明的改性沥青可通过任选先将沥青改性复合材料干燥以除去水分，然后按照比例与基质沥青混合来获得。所述混合通常在有搅拌和剪切的混合器中进行，混合时间为1-2小时，混合温度为160-180℃，混合速度为3000-4000rpm/min。
本申请中所述的“包含”和“包括”涵盖还包含或包括未明确提及的其它要素的情形以及由所提及的要素组成的情形。
实施例
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以使本领域技术人员能够充分地了解本发明的目的、特征和效果。应该理解一些实施例仅为示意性的，不构成对本发明范围的限定。
实施例中所用的部分原料：
SBS原料：韩国进口的LG501或者岳阳石化的1301-1。
废旧轮胎胶粉：市售的80目胶粉，主要成分是天然橡胶。
活化剂：450，主要成分为2-叔丁基-4,4‘-甲基间苯二酚多硫化合物复合物。
软化剂：芳烃油，芳烃含量>＝80％；闪点>200℃。
实施例1
将38重量份废旧轮胎橡胶胶粉、25重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、2重量份活化剂和35重量份软化剂在高速混合机中在室温下混合2分钟以得到均匀混合物，将所得混合物加入同向双螺杆挤出机(螺杆直径为27mm的Leistritz实验机)中，挤出机的各区温度为150/170/170/170/170/170/170/170/180。挤出温度为170℃。经过螺杆挤出后切粒，得到沥青改性复合材料。
实施例2
将43重量份废旧轮胎橡胶胶粉、30重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、2重量份活化剂和25重量份软化剂在高速混合机中在室温下混合2分钟以得到均匀混合物，将所得混合物加入同向双螺杆挤出机(螺杆直径为27mm的实验机)中，挤出机的各区温度为150/170/170/170/170/170/170/170/180。挤出温度为170℃。经过螺杆挤出后切粒，得到沥青改性复合材料。
实施例3
将45重量份废旧轮胎橡胶胶粉、18重量份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、2重量份活化剂和35重量份软化剂在高速混合机中在室温下混合2分钟以得到均匀混合物，将所得混合物加入同向双螺杆挤出机(螺杆直径为27mm的实验机)中，挤出机的各区温度为150/170/170/170/170/170/170/170/180。挤出温度为170℃。经过螺杆挤出后切粒，得到沥青改性复合材料。
实施例4-7
按照表1所列配方将基质沥青、根据本发明制备的沥青改性复合材料和任选的软化剂在具有搅拌和剪切的混合机中混合以得到改性沥青，混合时间为2小时，混合温度为160-180℃，混合速度为4000rpm/min。
表1实施例4-7中所用原料
对比实施例1
将97重量份基质沥青和1.5重量份粉末丁苯橡胶(PSBR)和1.5重量份软化剂在具有搅拌和剪切的混合机中混合以得到改性沥青，混合时间为2小时，混合温度为160-180℃，混合速度为4000rpm/min。
对根据本发明所得的改性沥青的软化点、针入度、10℃下的延性、旋转薄膜烘箱(RTFOT)老化性能进行测试，并与基质沥青和国家标准以及用PSBR改性的改性沥青进行比较，结果见表2。用PSBR改性的沥青在改性沥青存放期间观察到了相分离现象，而用本发明的沥青改性复合材料没有观察到相分离，这说明本发明的沥青改性复合材料与基质沥青具有良好相容性。
表2沥青性能比较
以上结果表明，未改性的50#沥青，不符合国标要求，而且延度性能随着老化时间的延长迅速下降。根据本发明的沥青改性复合材料，在此混合物用量很少的情况下能很明显的提高沥青的老化后性能，尤其是延度指标提高明显并老化后下降缓慢，而且没有出现相离析的现象，满足国标的要求。这是由于此沥青改性复合材料与基质沥青有良好的相容性，因为活化的橡胶胶粉的交联结构已经被破坏，并产生了很多的活性基团，而且SBS在与胶粉一起共混挤出的过程中，与橡胶胶粉发生一些化学的键合和分子链的物理缠结，从而提高了橡胶胶粉和SBS的相容作用。同时在此过程中脱硫胶粉产生的活性基团也与沥青中的活性极性基团发生了复杂的化学物理作用，从而形成了相对稳定的结构，因此不会发生任何离析分层的现象，进而能提高沥青的储存稳定性，耐热老化性能。符合50#沥青的性能要求。
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (12)

1.一种沥青改性复合材料，其特征在于，其包含活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂，其中活化的轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和软化剂质量比为25-52：15-39：20-36。
2.根据权利要求1所述的沥青改性复合材料，其特征在于，所述沥青改性复合材料还包含相容剂，所述相容剂为选自聚醚多元醇和端羟基丁二烯的一种或更多种。
3.根据权利要求1所述的沥青改性复合材料，其特征在于，所述轮胎橡胶为选自以下的一种或更多种：天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶和氯丁橡胶。
4.根据权利要求1或2所述的沥青改性复合材料，其特征在于，所述软化剂为选自以下的一种或更多种：松焦油、煤焦油、环烷油、妥尔油、糠醛抽出油、芳烃油、松香、古马隆、石油树脂。
5.一种制备根据权利要求1-4中任一项所述的沥青改性复合材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)轮胎橡胶胶粉、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、活化剂和软化剂以及任选的相容剂混合以得到混合物；和
ii)将混合物螺杆挤出以获得沥青改性复合材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述活化剂为选自以下的一种或更多种：苯基二硫化物、多烷基苯酚硫化物类、苯硫酚、十八烷基胺和抗氧剂类。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述混合在室温至40℃进行1-4分钟以获得均匀混合物。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步骤ii)在双螺杆挤出机中进行，控制双螺杆不同区段的温度在150℃-230℃。
9.一种改性沥青，其特征在于，其包含基质沥青和根据权利要求1-4中任一项所述的沥青改性复合材料。
10.根据权利要求9所述的改性沥青，其特征在于，所述沥青改性复合材料的量为1-5重量份，以100重量份改性沥青为基准。
11.根据权利要求9或10所述的改性沥青，其特征在于，除了所述沥青改性复合材料中所含的软化剂以外，所述改性沥青还包含选自以下的一种或更多种另外的软化剂：松焦油、煤焦油、环烷油、妥尔油、糠醛抽出油、芳烃油、松香、古马隆、石油树脂。
12.根据权利要求11所述的改性沥青，其特征在于，所述另外的软化剂的量为0.5-3重量份，以100重量份改性沥青为基准。
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