CN109320978A

CN109320978A - 一种沥青混合料改性剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109320978A
Application number: CN201811113152.7A
Authority: CN
Inventors: 张文才; 郝晓刚; 丰功吉; 马德崇; 刘俊权; 张巨功; 赵艳
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2019-02-12

Abstract

本发明公开了一种沥青混合料改性剂及其制备方法，该沥青混合料改性剂由废旧聚乙烯、废旧聚丙烯、增韧剂、引发剂、改性剂、抗老化剂、填料、颜料制备而成。本发明采用共混、接枝、增韧等改性技术，将工农业及生活回收废旧PE、PP及其他改性剂、填料等按一定比例混合均匀制成黑色固体颗粒，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%在拌和站与沥青、矿料在一定温度与拌和时间等工艺条件下搅拌混匀即可摊铺，可大幅度提高沥青路面的抗车辙能，同时对抗水损、低温性能均有明显改善。采用本发明改性技术，在降低成本的同时，可以大幅度提高沥青混合料的高温稳定性，打破国外技术垄断，积极响应国家废旧材料资源循环利用等方面具有深远的意义。

Description

一种沥青混合料改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青混合料改性剂及其制备方法，属于沥青混合料改性领域。

背景技术

随着交通量的增长、轴载的加重以及交通的渠化，沥青路面车辙是高速公路早期最主要的破坏现象。车辙是沥青路面的一种损坏形式，表现为沥青路面轮迹带范围内路面的下凹，有时伴随轮迹带边缘的隆起，这种现象主要是由于路面沥青混合料被压密和剪切变形所致，并且通常发生在面层。与开裂、水损坏相比，车辙不但会严重影响路面的服务水平，显著降低路面的使用寿命，而且维修很困难。因此，各国都将防止车辙问题作为沥青路面的病害中最迫切需要解决的问题。

目前国内外所采取的防治车辙问题的主要途径有两种，即对沥青的改性和对沥青混合料的改性。在沥青混合料中外掺各种抗车辙剂或采用SMA、LSAM、ATPB等结构层应用较为广泛，性价比较高。迄今为止，研究最多的外掺剂有废旧橡胶、纤维、废旧塑料、硅藻土等。相比而言，废旧塑料在道路抗车辙性能方面应用较多，通常采用干拌工艺加入混合料中。

国内外文献报道主要集中在单一的废旧PE或与其他原材料进行复配加工成抗车辙剂，对沥青混合料改性，这种抗车辙剂易导致低温性能、水损等混合料性能缺陷，而且抗车辙性能不欠佳。

随着包装业、塑料工业的发展导致大量废弃物的产生已经引起国际社会的广泛关注，人民日益增长的生活水平的提升与国内环保高压态势持续跟进，以及道路交通材料的日益短缺，交通量逐年增多、重载交通导致的沥青路面车辙问题日益突出，需要寻求新的原材料来部分代替或改善上述缺陷，PE、PP等原材料改性后的抗车辙剂满足经济性与环保性的要求，势必成为首选。

发明内容

本发明旨在提供一种沥青混合料改性剂及其制备方法，通过对废旧PE、PP共混接枝改性，充分利用PE、PP材料及增韧剂、抗老化剂等各自的优势制得的沥青改性剂，抗车辙性能大大提高。

本发明所得沥青混合料改性剂的动稳定度可达11000～13000次/mm，同时低温抗裂性能明显改善，抗水损能力进一步提高，冻融霹雳残留强度85～93%。实际应用中按沥青混合料总质量的0.3～0.5%在拌合站直接投放，与传统改性剂添加设备相比，不需要额外投资设备费用，添加工艺简单，省时、省力，同时最大限度地利用工农业及生活回收废旧PE、PP具有深远的现实意义。该改性剂成本价5500～6500元/吨，与国外进口车辙剂相比具有很强的价格优势（德国PR价格23000～25000元/吨），各项技术指标满足工程应用，经济与社会效益可观。

本发明提供了一种沥青混合料改性剂，包括以下重量份数的组分：

废旧聚乙烯：65～75份；

废旧聚丙烯：15～25份；

增韧剂：2～6份；

引发剂：0.1～0.6份；

改性剂：1～2份；

抗老化剂：0.1～0.4份；

填料：5～20份；

颜料：0.1～0.3份。

上述方案中，所述废旧聚乙烯为从工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯中的一种、两种或三种。

上述方案中，所述废旧聚丙烯为从工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯中的一种、两种或三种。

上述方案中，所述增韧剂为低分聚酰胺、聚硫橡胶中的一种。

上述方案中，所述引发剂为过氧化二叔丁基、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种。

上述方案中，所述改性剂为马来酸酐、2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、六氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4甲基咪唑中的一种。

上述方案中，所述抗老化剂为4，6-二叔丁基间甲酚和间甲酚、2,6-二叔丁基混合酚、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种。

上述方案中，所述填料为325～400目重质碳酸钙粉、325～400目的高岭土、325～400目的粉煤灰粉中的一种。

上述方案中，所述颜料为炭黑、色母中的一种。

本发明提供了上述沥青混合料改性剂的制备方法，采用共混、接枝、增韧改性技术，将工农业及生活回收废旧PE、PP及其他改性剂、填料按比例混合均匀制成黑色固体颗粒。

进一步地，所述的沥青混合料改性剂的制备方法包括以下步骤：按配方称取各组份，将工废旧聚乙烯、废旧聚丙烯、增韧剂、引发剂、改性剂、抗老化剂、填料、颜料按此顺序（第一二两种原材料也可同时加入）依次加入高速混合机中进行混合，混合工艺为：低速750～1200r/min运行8～10min，高速1600～2000r/min运行3～6min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在190～220℃下挤出直径为2～4min的柱状产品并经常温经循环水冷却后，依次经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

本发明提供了上述沥青混合料改性剂的使用方法，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%称取沥青混合料改性剂，在拌和站与沥青、矿料（按照普通沥青混合料中的“粗集料、细集料和矿粉”指标）搅拌混匀即可摊铺，可大幅度提高沥青路面的抗车辙性能，同时对抗水损、低温性能均有明显改善。

上述沥青混合料改性剂拌合站添加工艺为干法生产，改性剂与加热到190℃的石料先干拌90s，然后加入沥青湿拌90s，再加入矿粉拌和90s即可。

本发明将工农业及生活回收废旧聚合物（PE、PP）、改性剂、填料等采用共混、接枝改性技术，开发出一种具有自主核心技术、性优价廉和自主品牌的环保资源型、高温抗车辙、低温抗裂以及抗水损性能等均具有优良稳定性能的沥青混合料改性剂。该发明一方面积极响应国家绿色低碳环保交通政策的号召，另一方面通过自主研发促进国家自有知识产权的提升，同时与国内外同类材料相比，具有优越的性价比等，势必在各个层面产生深远的影响。由此可见，该改性技术的研究和推广应用在我国具有更为深远的现实意义。

本发明的有益效果：

采用本发明改性技术，在降低成本的同时，可以大幅度提高沥青混合料的高温稳定性，打破国外技术垄断，积极响应国家废旧材料资源循环利用等方面具有深远的意义，具体有以下几方面：

（1）本发明沥青混合料改性剂，提高了沥青混合料的综合性能，延长了路面的使用寿命，提高了道路抗车辙能力，减少交通事故的发生，打破了国外的技术壁垒，提升了国产沥青改性剂的市场竞争力，提高了我国公路建养水平，具有积极重要的意义。

（2）本发明沥青混合料改性剂，所用主原材料为工农业及民用回收的废旧聚合物PE、PP，填料为粉煤灰等，是响应国家“资源回收利用、建设资源节约型社会”等环保产业政策，具有良好的社会及经济效益，应用前景广阔。

（3）本发明沥青混合料改性剂可广泛应用于新改建改性沥青路面、高等级公路的维修及重交通道路、车辆交汇区、机场跑道、公交车道、工业地面、集装箱堆放场地等特殊场地沥青路面工程，可提高沥青路面的使用功能，降低养护费用，具有较高的经济和社会效益，推广应用前景广阔。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

按各组份质量份配比，将65份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、15份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、3份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、15份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度11160次/mm、弯拉破坏应变2661με、残留强度比92.2%、劈裂抗拉强度4.26MPa。

实施例2：

按各组份质量份配比，将65份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、18份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、3份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、12份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度11180次/mm、弯拉破坏应变2612με、残留强度比92.0%、劈裂抗拉强度4.15MPa。

实施例3：

按各组份质量份配比，将65份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、20份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、3份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、10份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12010次/mm、弯拉破坏应变2634με、残留强度比91.8%、劈裂抗拉强度4.18MPa。

实施例4：

按各组份质量份配比，将65份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、21份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、2份的聚硫橡胶粉、0.6份的异丙苯过氧化氢、1份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.3份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、10份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12100次/mm、弯拉破坏应变2662με、残留强度比92.8%、劈裂抗拉强度4.37MPa。

实施例5：

按各组份质量份配比，将70份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、15份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、3份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、10份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12084次/mm、弯拉破坏应变2643με、残留强度比92.7%、劈裂抗拉强度4.13MPa。

实施例6：

按各组份质量份配比，将71份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、15份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、2份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、10份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12000次/mm、弯拉破坏应变2612με、残留强度比91.7%、劈裂抗拉强度4.01MPa。

实施例7：

按各组份质量份配比，将65份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、22份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、2份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、9份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12111次/mm、弯拉破坏应变2671με、残留强度比93.1%、劈裂抗拉强度4.22MPa。

实施例8：

按各组份质量份配比，将70份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、20份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、3份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、5份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12120次/mm、弯拉破坏应变2680με、残留强度比93.8%、劈裂抗拉强度4.54MPa。

实施例9：

按各组份质量份配比，将65份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯、25份的工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯、3份的聚硫橡胶粉、0.2份的异丙苯过氧化氢、1.5份的2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、0.2份的四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、5份的325～400目重质碳酸钙粉、0.1份的炭黑在高速混合机低速1000r/min运行10min，高速1800r/min运行5min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在200℃下挤出直径为5mm的柱状产品并进入常温经循环水冷却水槽后经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

按照我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）标准，按沥青混合料总质量的0.3～0.5%掺加本发明的改性剂后，所制备的沥青混合料试件动稳定度12160次/mm、弯拉破坏应变2685με、残留强度比94.2%、劈裂抗拉强度4.65MPa。

本实施例所得产品与现有技术中的产品相比，所得性能数据见表1所示。

表1 本发明改性剂与市场类似产品综合性能对比表

本发明提供的一种沥青混合料改性剂能有效提高路面的高低温性能，减少路面早起破坏，改善路面服务状况，延长路面使用寿命，提高了公路交通的安全性和舒适性，社会效益显著。避免了国内外类似产品施工质量难以保证，造成材料浪费，施工成本高，现场添加工艺复杂等一系列问题。

本发明主原材料为工农业及生活回收废旧聚乙、聚丙烯，材料来源广泛，且符合国家资源可持续回收利用及今后经济发展方式，具有良好的社会效益与经济效益，市场前景广阔。

本发明沥青混合料改性剂成本价5500～6500元/吨，与国内外同类产品相比具有较高的性价比，经实际应用得出：在不增加成本下，本发明改性剂沥青混合料比SBS改性的高温性能提高2倍，延长路面大中修周期50%以上，达到SBS改性沥青同指标下，改性成本可以降低40%，由此带来的经济与社会效益是无法估量的。

Claims

1.一种沥青混合料改性剂，其特征在于包括以下重量份数的组分：

废旧聚乙烯：65～75份；

废旧聚丙烯：15～25份；

增韧剂：2～6份；

引发剂：0.1～0.6份；

改性剂：1～2份；

抗老化剂：0.1～0.4份；

填料：5～20份；

颜料：0.1～0.3份。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料改性剂，其特征在于：所述废旧聚乙烯为从工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚乙烯中的一种、两种或三种；

所述废旧聚丙烯为从工业、农业、生活用品使用后回收的废旧聚丙烯中的一种、两种或三种。

3.根据权利要求1所述的沥青混合料改性剂，其特征在于：所述增韧剂为低分聚酰胺、聚硫橡胶中的一种；

所述引发剂为过氧化二叔丁基、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种；

所述改性剂为马来酸酐、2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷、六氢邻苯二甲酸酐、2-乙基-4甲基咪唑中的一种。

4.根据权利要求1所述的沥青混合料改性剂，其特征在于：所述抗老化剂为4，6-二叔丁基间甲酚和间甲酚、2,6-二叔丁基混合酚、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的沥青混合料改性剂，其特征在于：所述填料为325～400目重质碳酸钙粉、325～400目的高岭土、325～400目的粉煤灰粉中的一种；

所述颜料为炭黑、色母中的一种。

6.一种权利要求1~5任一项所述的沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：采用共混、接枝、增韧改性技术，将工农业及生活回收废旧PE、PP及其他改性剂、填料按比例混合均匀制成黑色固体颗粒。

7.根据权利要求6所述的沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按配方称取各组份，将工业废旧聚乙烯、废旧聚丙烯、增韧剂、引发剂、改性剂、抗老化剂、填料、颜料按此顺序依次加入高速混合机中进行混合，混合工艺为：低速750～1200r/min运行8～10min，高速1600～2000r/min运行3～6min，混合均匀后用单螺杆上料机提升进入双螺杆挤出机料仓，在190～220℃下挤出直径为2～4min的柱状产品并经常温经循环水冷却后，依次经吹干、烘烤、切粒、包装，即制得该沥青混合料改性剂。

8.一种权利要求1～5任一项所述的沥青混合料改性剂的使用方法，其特征在于：按沥青混合料总质量的0.3～0.5%称取沥青混合料改性剂，在拌和站与沥青、矿料搅拌混匀即可摊铺；

所述矿料包括粗集料、细集料和矿粉。

9.根据权利要求8所述的沥青混合料改性剂的使用方法，其特征在于：沥青混合料改性剂拌合站添加工艺为干法生产，改性剂与加热到190℃的粗、细集料先干拌90s，然后加入沥青湿拌90s，再加入矿粉拌和90s。