CN109439000B - 一种化学反应性复合改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学反应性复合改性沥青及其制备方法，所述化学反应性复合改性沥青包括以下重量份组分：70号基质沥青或110号基质沥青100重量份，SEBS‑GMA改性剂3‑6重量份，多聚磷酸0.5‑1重量份，马来酸二辛酯1‑4重量份。本发明的有益效果是，有效提高了沥青的高温抗永久变形，低温抗裂性能，同时解决了传统聚合物改性沥青抗疲劳性能低，抗老化性不明显的缺陷，大大提高了沥青路面的使用寿命，降低了工程综合成本。

Description

一种化学反应性复合改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及道沥青的制备技术领域，具体涉及一种化学反应性复合改性沥青及其制备方法。

背景技术

随着我国综合国力和交通运输的快速发展，公路交通量日趋增长，车辆随之重载化和大型化，常规沥青路面已难以满足特重交通公路和高等级公路的使用要求。为了提高沥青路面的抗永久变形、抗车辙等病害能力，以SBS改性剂为主的聚合物改性沥青在国内外到了广泛应用。尽管如此，在实际使用过程中，SBS等聚合物改性沥青仍出现了储存稳定性差、易离析、抗疲劳性能差，抗老化性能不明显等缺陷。究其原因，主要是因为聚合物与沥青进行的熔融改性是一种物理改性，聚合物分子与沥青组分之间无法形成一种稳定的化学键。在日常车辆和气候的持续影响破坏下，聚合物与沥青发生分离甚至分解，减弱了沥青路面的抗疲劳和抗老化性能。

以SBS为例，SBS是一种具有不饱和键的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。在合适的加工工艺作用下，SBS吸附沥青中的轻质油分，从而充分溶胀发育形成共混体系的空间网状结构。然而，在大气热氧和紫外线的作用下，SBS的不饱和键可以发生裂解，与沥青分离，网格结构破裂，进而对沥青改善性能变弱甚至消失。

CN104559232 B提供了一种化学改性硬质沥青及其制备方法，该产品以多聚磷酸为主要化学改性剂，利用丁苯橡胶(SBR)和抽出油制备增延剂母液，随后加入表明活性剂，最终制备一种硬质沥青提高了沥青的高低温性能，但该产品添加改性剂种类过多，制备工艺较为复杂，极大的增加了制备成本。

CN 105111755 A提供了一种化学改性沥青胶结料及其制备方法，该产品采用美国杜邦杜邦公司生产的RET沥青改性剂和多聚磷酸对沥青进行改性，制备了一种生产工艺简单，生产成本相对较低且热储存稳定性好的优质改性沥青，但采用主改性剂为进口产品，不利于保护我国自主产权，发挥我国自主产品的优异性能。此外，该产品未对沥青的疲劳性能进行改善，不能提高沥青的长期使用性能，进而抵抗车辆与温度的长期破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学反应性复合改性沥青，解决SBS等聚合物改性沥青稳定性差、易离析、抗疲劳性能弱，抗老化性能差的问题。

此外，本发明还提供上述化学反应性复合改性沥青的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种化学反应性复合改性沥青，包括以下重量份组分：

70号基质沥青或110号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂3-6重量份，多聚磷酸0.5-1重量份，马来酸二辛酯1-4重量份。

一种化学反应性复合改性沥青，由以下重量份组分组成：

70号基质沥青或110号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂3-6重量份，多聚磷酸0.5-1重量份，马来酸二辛酯1-4重量份。

本发明所述SEBS-GMA改性剂为接枝高活性官能团GMA的SEBS，本发明所述SEBS-GMA改性剂和多聚磷酸作为复合改性沥青的化学改性剂，化学反应性改性沥青可以利用改性剂中的活性官能团与沥青质发生化学交联反应，生成一种稳定的化学键，同时利用SEBS中的饱和键赋予沥青以优异的抗紫外线和抗大气氧化性能，从而在根本上改变了沥青的基本性能，在改善沥青的高温稳定性，低温抗裂性的基础上，提高沥青的抗疲劳性能和抗老化性能，从而提高沥青的综合性能。

为得到综合性能明显得到改善的改性沥青，申请人首先根据各改性剂单因素对70号基质沥青或110号基质沥青的影响，确定了采用SEBS-GMA、多聚磷酸(PPA)及马来酸二辛酯(DOM)作为改性剂并确定各改性剂的优选范围。然后选取10℃延度、软化点、针入度指数、60℃动力黏度为评价指标，通过响应曲面与灰色关联度相结合的数学方法确定几种改性剂的最佳用量，并对其进行性能验证，从而确定了本专利中改性沥青的优选配方，实现化学改性的目标。

本发明通过在70号基质沥青或110号基质沥青中添加SEBS-GMA改性剂和多聚磷酸作为复合改性沥青的化学改性剂，再辅以增延剂马来酸二辛酯，生成稳定的化学键，解决了SBS等聚合物改性沥青稳定性差、易离析的问题，不仅具有传统SBS改性沥青优异的高低温性能，同时还具有抗疲劳，抗老化等综合性能。

进一步地，由以下重量份组分组成：

110号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂5.5重量份，多聚磷酸0.65重量份，马来酸二辛酯1.6重量份。

一种化学反应性复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)、将770号基质沥青或110号基质沥青加热至可充分流动状态，然后向70号基质沥青或110号基质沥青中添加SEBS-GMA改性剂，搅拌使SEBS-GMA改性剂均匀分散形成混合物料；

2)、将步骤1)获得的混合物料放入180℃的烘箱中进行干燥预热1h；

3)、采用高速剪切乳化拌合机剪切1h；

4)、向混合物料中同时添加多聚磷酸和马来酸二辛酯，搅拌5～10min；

5)、将混合物料置于180℃的恒温箱中反应2h，得到化学反应性复合改性沥青。

进一步地，剪切的条件为剪切速率为5000r/min、剪切温度为170℃。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过在70号基质沥青或110号基质沥青中添加SEBS-GMA改性剂和多聚磷酸作为复合改性沥青的化学改性剂，再辅以增延剂马来酸二辛酯，生成稳定的化学键，解决了SBS等聚合物改性沥青稳定性差、易离析的问题，不仅具有传统SBS改性沥青优异的高低温性能，同时还具有抗疲劳，抗老化的性能，大大提高了沥青路面的使用寿命，降低了工程综合成本和长期养护成本。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种化学反应性复合改性沥青，由以下重量份组分组成：

70号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂3重量份，多聚磷酸0.5重量份，马来酸二辛酯1重量份。

实施例2：

一种化学反应性复合改性沥青，由以下重量份组分组成：

70号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂6重量份，多聚磷酸1重量份，马来酸二辛酯4重量份。

实施例3：

一种化学反应性复合改性沥青，由以下重量份组分组成：

110号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂5.5重量份，多聚磷酸0.65重量份，马来酸二辛酯1.6重量份。

一种如实施例1-3任一项所述化学反应性复合改性沥青的制备方法，包括以下步骤：

1)、将70号基质沥青或110号基质沥青加热至可充分流动状态，然后向70号基质沥青或110号基质沥青中添加SEBS-GMA改性剂，搅拌使SEBS-GMA改性剂均匀分散形成混合物料；

2)、将步骤1)获得的混合物料放入180℃的烘箱中进行干燥预热1h；

3)、采用高速剪切乳化拌合机剪切1h，剪切的条件为剪切速率为5000r/min、剪切温度为170℃；

4)、向混合物料中同时添加多聚磷酸和马来酸二辛酯，搅拌5～10min；

5)、将混合物料置于180℃的恒温箱中反应2h，得到化学反应性复合改性沥青。

对比例1：

一种70号基质沥青；

对比例2：

一种改性沥青，由以下原料组成：70号基质沥青100重量份，SBS改性剂7重量份。

制备方法包括以下步骤：

1)将70号基质沥青加热到160℃左右至可充分流动状态，在70号基质沥青缓慢添加预定组分的SBS改性剂，在添加的过程中用玻璃棒手动不断搅拌至SBS改性剂在70号基质沥青中分散均匀；

2)采用高速剪切乳化拌合机在剪切速率5000r/min、剪切温度为170℃条件下剪切1h制得SBS改性沥青。

对比例3：

一种化学改性沥青，由以下原料组成：70号基质沥青100重量份，多聚磷酸改性剂0.5份。

对比例4：

一种化学改性沥青，由以下原料组成，70号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂5重量份。

对比例5：

本对比例基于实施例3，与实施例3的区别在于，SEBS-GMA改性剂2重量份，多聚磷酸0.5重量份，马来酸二辛酯1.5重量份。

对比例6：

本对比例基于实施例3，与实施例3的区别在于，SEBS-GMA改性剂为7重量份，多聚磷酸1.2重量份，马来酸二辛酯为4重量份。

将实施例1至实施例3，对比例1至对比例6制备的沥青进行常规针入度分级试验，实验结果如表1、表2所示：

表1

表2

由表1、表2可以看出：

1、在RTOFT老化前，通过本发明制得的化学反应性复合改性沥青高温软化点比基质沥青得到显著提高，比7％SBS改性沥青提高明显。

2、在RTOFT老化前，通过本发明制得的化学反应性复合改性沥青低温延度比基质沥青提高，与7％SBS改性沥青性能相当，说明化学反应性复合改性沥青具有优异的高低温性能。

3、通过与其他化学改性剂相比，通过本发明制得的化学反应性复合改性沥青具有较优的高低性能，综合性能更为协调均衡。

4、当组分的设置配比不在本发明所述范围内时，高温软化点或低温延度均低于本发明所述范围的配比，其中，实施例3的效果最佳。

综上，利用RTOFT模拟沥青初期热氧老化，采用针入度比评价沥青的抗老化性能。从表1、表2的数据可以看出，本发明所制备的化学反应性复合改性沥青在老化后均比基质沥青和SBS改性沥青具有优异的抗热老化性能，能够有效抵抗日常气候对沥青路面的不利影响。

将实施例1至实施例3，对比例1至对比例6制备的沥青进行PG分级试验，实验结果如表3-表5所示：

表3

表4

表5

由表3-表5的数据可以看出：

1、在同等温度下，化学反应性改性沥青和SBS改性沥青的高温抗车辙因子均比基质沥青具有较大的提高，同时化学反应性改性沥青的高温等级达到了95.35℃，比SBS改性沥青更高，采用本发明所述的化学改性剂比其它化学改性剂高，配比在本发明所述范围效果最佳。

2、经过RTOFT模拟沥青热氧老化后，基质沥青的高温等级保持不变，而SBS改性沥青稍有降低，而化学反应性改性沥青高温等级得到提高，这也反映出化学反应性改性沥青具有较高的抗老化性能，这主要原因是，SBS在热氧老化中的网格结构发生断裂，而化学反应性改性沥青由于具有较强的化学键，而保持稳定。

3、将RTOFT热氧老化后的沥青进行压力老化试验(PAV)以模拟沥青路面在使用过程中受到汽车荷载的作用，利用美国SHRP计划推荐的BBR试验评价沥青在使用过程中的低温抗裂性能，利用DSR中的疲劳因子G^**sinδ评价沥青的疲劳性能。从上表中可以看出本发明的化学反应性改性沥青在经过PAV老化后仍具有和SBS改性沥青相当的低温性能。就疲劳性能而言，经过PAV老化后，SBS改性沥青与基质沥青具有相似的疲劳等级，说明在经过长期荷载和气候作用后SBS改性沥青会发生降解，降低改性沥青的性能，而本发明化学反应性改性沥青具有比基质沥青和SBS改性沥青更高的疲劳等级，具有较长的使用寿命。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种化学反应性复合改性沥青，其特征在于，由以下重量份组分组成：

110号基质沥青100重量份，SEBS-GMA改性剂5.5重量份，多聚磷酸0.65重量份，马来酸二辛酯1.6重量份。

2.一种如权利要求1所述化学反应性复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将110号基质沥青加热至可充分流动状态，然后向110号基质沥青中添加SEBS-GMA改性剂，搅拌使SEBS-GMA改性剂均匀分散形成混合物料；

2)、将步骤1)获得的混合物料放入180℃的烘箱中进行干燥预热1h；

3)、采用高速剪切乳化拌合机剪切1h；

4)、向混合物料中同时添加多聚磷酸和马来酸二辛酯，搅拌5～10min；

5)、将混合物料置于180℃的恒温箱中反应2h，得到化学反应性复合改性沥青。

3.根据权利要求2所述化学反应性复合改性沥青的制备方法，其特征在于，剪切的条件为剪切速率为5000r/min、剪切温度为170℃。