CN109694587A - 一种sbr复合改性沥青及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SBR复合改性沥青及制备方法。该SBR复合改性沥青，按重量份计，包括沥青88~100份、SBR改性剂6~12份；所述SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土4~8份、硫磺3~8份、石油树脂10~16份、丁苯橡胶15~25份。经改性后的SBR沥青其高低温性能、抗老化性能均得以明显增强。

Description

一种SBR复合改性沥青及制备方法

技术领域

本发明涉及沥青技术领域，更具体地说，本发明涉及一种SBR复合改性沥青及制备方法。

背景技术

沥青具有黏性和弹性，其表现为流动性和抗流动性。高温下黏性占主导地位，沥青易流动；低温下，弹性占主导地位，沥青表现出抗流动性。这些特性表现为用沥青铺设的路面，在夏天高温季节，重载荷作用下易出现车辙，在冬天寒冷季节，易出现温缩裂缝，这主要是由于沥青在高温条件下抗拉强度较低，而低温条件下脆性大、柔韧性差。因此对沥青进行改性，从而改善沥青的高低温性能和抗老化性能显得尤为的重要。丁苯橡胶（SBR）粉作为一种常见的道路沥青改性剂，可以极大的改善沥青的低温性能，被广泛的应用于我国北方严寒地区。但是SBR改性沥青高温性能和抗老化性能不佳，这使SBR改性沥青的应用范围受到限制。

为了解决这个问题，有研究者通过硫磺的交联作用可以制得高温性能较好的SBR/硫磺复合改性沥青，但是SBR/硫磺复合改性沥青的热稳定性、抗老化性能和低温性能较差，使得SBR/硫磺复合改性沥青未得到大范围的推广应用。CN201810164122公开了一种通过在SBR改性沥青中添加SBS改性剂和纳米ZnO，使得改性后的沥青能兼具两种改性沥青的性能优点，具备高温抗变形性能好和低温抗裂性能强的特点，但对抗老化性能改善不佳，同时也增加了改性沥青的价格成本。为了解决这个问题，提供一种新的SBR复合改性沥青及制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种SBR复合改性沥青及其制备方法，在实现改性的同时解决现有改性沥青高温性能和抗老化性能不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种SBR复合改性沥青，按重量份计，包括沥青88~100份、SBR改性剂6~12份；

所述SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土4~8份、硫磺3~8份、石油树脂10~16份、丁苯橡胶15~25份。

优选的，所述的SBR复合改性沥青，按重量份计，包括沥青89~92份、SBR改性剂8~10份；所述SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土3~6份、硫磺4~6份、石油树脂12~15份、丁苯橡胶18~22份。

优选的，所述的SBR复合改性沥青，按重量份计，包括沥青90份、SBR改性剂10份；所述SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土6份、硫磺5份、石油树脂14份、丁苯橡胶22份。

优选的，所述沥青为基质沥青，进一步优选地，所述沥青为石油基质沥青。

优选的，所述丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶SBR。

优选的，所述蒙脱土至少为钙基蒙脱土或氢基蒙脱土或钠基蒙脱土或有机蒙脱土中的一种。

进一步地，所述蒙脱土为有机蒙脱土。

优选的，所述有机蒙脱土的粒径为20-60nm。

优选的，所述有机蒙脱土粒径为35nm。

优选的，所述石油树脂至少为C5石油树脂或C9石油树脂中的一种。

进一步地，所述石油树脂为C9石油树脂。

优选的，所述的硫磺为工业硫磺。

上述SBR复合改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

S1：将蒙脱土、硫磺、石油树脂、丁苯橡胶按比例混合，分散均匀，得到SBR改性剂，备用；

将沥青加热到150℃~170℃，搅拌，备用；

S2：将S1中SBR改性剂加入到所述沥青中高速剪切后，得到SBR改性沥青。

经过高速剪切作用，SBR改性剂均匀分布在基质沥青中，SBR颗粒以弹性微粒的形式填充于基质沥青后，形成了非均相的稳定体系。由于硫磺的交联作用，SBR橡胶粉的交联密度增大，SBR和硫磺在沥青中形成了如海绵状的弹性网状结构大分子，使得SBR改性沥青的软化点和粘度增大。而C9石油树脂中含有大量的不饱和键，在硫桥的作用下SBR分子与C9石油树脂分子之间发生了化学交联反应，形成了一种稳定的空间网状结构，该结构的形成使得沥青分子在高温状态下的移动受阻，从而使其软化点和粘度增大，针入度下降，进一步的提高沥青的高低温性能。

蒙脱土的添加会提升SBR/硫磺/石油树脂改性沥青的性能，提高其抗老化的能力，主要是蒙脱土片层在其中是呈现插层态或者剥离态的结构，当C9石油树脂与SBR、硫磺在沥青相中发生化学反应形成新的聚合物三维交联网状结构时，蒙脱土对这一过程还有促进作用，同时有机蒙脱土的亲油性较好，再加上剥离态的微观结构，使得新的聚合物与沥青的相容性和分散性得到改善。SBR改性沥青的老化机理比较复杂，有沥青四组份相互转变的老化过程，也有SBR被热氧或者紫外老化的过程，而蒙脱土的加入使这一过程更为复杂。紫外/氧老化对沥青的损害要比热氧老化严重，因为沥青相中吸收紫外线的辐射能量，有些组份会处于激发态，此时反应活性很大，被氧化能力大大增强。沥青中的各组分在两种老化过程中，都会被逐渐氧化为单一组份，而SBR改性剂的加入，会让这一过程大大加快。蒙脱土可以明显让沥青的老化能力变强，使沥青老化速度减缓，层状硅酸盐的片层结构会在沥青中分散开来，阻碍氧化基团的扩散和有害物质在沥青中的渗透，保护沥青相和新的聚合物分子链段，保持聚合物分子链段的柔性，使得沥青不会被氧化变硬，进一步的提高改性沥青的抗老化性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、经SBR改性剂改性后的沥青形成有机三维网络结构，交联密度增大，使得高温性能和粘性得以增强；

2、经SBR改性后的沥青具有更好的相容性和抗低温性能，同时抗车辙的能力增强；

3、改性后的沥青增强了反射紫外线的能力，达到抗紫外老化和热氧老化的效果，有效的增强沥青的抗老化性能。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例中，SBR复合改性沥青制备方法的技术方案是：

SBR复合改性沥青，按重量份计，包括石油基质沥青90份、SBR改性剂10份；

其中SBR改性剂为：粒径为35nm有机蒙脱土6份、工业硫磺5份、C9石油树脂14份、粉末丁苯橡胶22份。

SBR复合改性沥青料制备方法如下：

S1：将有机蒙脱土、工业硫磺、C9石油树脂、粉末丁苯橡胶按比例称好，充分混合，使之分散均匀后备用；将石油基质沥青加热到160℃，并在慢速搅拌40r/min状态下保温，备用；

S2：将称好的SBR改性剂加入到石油基质沥青中先慢速搅拌2min，再进行高速剪切，剪切速度为4000r/min，剪切时间为40min，至此得到SBR改性沥青。

实施例2

本实施例中，SBR复合改性沥青制备方法的技术方案是：

SBR复合改性沥青，按重量份计，包括石油基质沥青88份、SBR改性剂12份；

其中SBR改性剂为：粒径为35nm有机蒙脱土5份、工业硫磺4份、C9石油树脂12份、粉末丁苯橡胶22份。

SBR复合改性沥青料制备方法如下：

S1：将有机蒙脱土、工业硫磺、C9石油树脂、粉末丁苯橡胶按比例称好，充分混合，使之分散均匀后备用；将石油基质沥青加热到160℃，并在慢速搅拌40r/min状态下保温，备用；

S2步骤同上述实施例1。

对比例1

本对比例中，改性沥青制备方法的技术方案是：

改性沥青，按重量份计，包括石油基质沥青90份、改性剂10份；

其中改性剂为：工业硫磺5份、C9石油树脂14份、粉末丁苯橡胶22份；

制备方法同实施例1。

对比例2

一种改性沥青制备方法的技术方案是：

改性沥青，按重量份计，包括石油基质沥青90份、改性剂10份；

其中改性剂为：粒径为35nm有机蒙脱土6份、工业硫磺5份、粉末丁苯橡胶22份；

制备方法同实施例1。

我国现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2017）中采用残留针入度比和低温残留延度两项指标评价沥青抗老化性能。分别对SBR沥青、实施例和对比例中改性沥青进行测试，测试结果如下表1：

表1 测试结果

结果表明SBR复合改性沥青高低温性能和抗老化性能得到了提高。通过对比例1和对比例2说明单一的有机蒙脱土或者石油树脂与SBR/硫磺结合对沥青的改性效果并不理想，而两者协同与SBR/硫磺结合改性沥青能更好的增强其性能。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种SBR复合改性沥青，其特征在于，按重量份计，包括沥青88~100份、SBR改性剂6~12份；

所述SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土4~8份、硫磺3~8份、石油树脂10~16份、丁苯橡胶15~25份。

2.根据权利要求1所述的SBR复合改性沥青，其特征在于，按重量份计，包括沥青89~92份、SBR改性剂8~10份；

所述SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土3~6份、硫磺4~6份、石油树脂12~15份、丁苯橡胶18~22份。

3.根据权利要求1所述的SBR复合改性沥青，其特征在于，按重量份计，包括沥青90份，SBR改性剂10份；

所述的SBR改性剂，按重量份计，包括：蒙脱土6份、硫磺5份、石油树脂14份、丁苯橡胶22份。

4.根据权利要求1所述的SBR复合改性沥青，其特征在于，所述蒙脱土至少为钙基蒙脱土或氢基蒙脱土或钠基蒙脱土或有机蒙脱土中的一种。

5.根据权利要求1所述的SBR复合改性沥青，其特征在于，所述石油树脂至少为C5石油树脂或C9石油树脂中的一种。

6.根据权利要求1所述的SBR复合改性沥青，其特征在于，所述丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶SBR。

7.根据权利要求1所述的SBR复合改性沥青，其特征在于，所述硫磺为工业硫磺。

8.如权利要求1-7任一项所述的SBR复合改性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将蒙脱土、硫磺、石油树脂、丁苯橡胶按比例混合，分散均匀，得到SBR改性剂，备用；

将沥青加热到150℃~170℃，搅拌，备用；

S2：将S1中SBR改性剂加入到所述沥青中高速剪切后，得到SBR改性沥青。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S1中搅拌速率为30-60r/min；S2中，先以30-60r/min的速率搅拌2-3min，再进行高速剪切，剪切速度为3000-8000r/min，其剪切时间为20-60min。