CN109705365B - 一种环保型复合改性沥青的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型复合改性沥青的制备方法，包括速溶胶母粒制备、速溶胶母液制备和速溶胶母液与SBS共交联发育三个步骤，步骤一：速溶胶母粒制备：将轮胎胶粉经过多阶螺杆连续脱硫工艺脱硫，然后螺杆挤出，造粒，得到速溶胶母粒；步骤二：速溶胶母液制备：将速溶胶母粒和基质沥青按32/68‑65/35的质量比例混合，浸泡发育，然后在高速剪切设备剪切得到速溶胶母液；步骤三：共交联发育：将速溶胶母液和SBS改性剂混合，然后往混合物中加入共交联稳定剂，经搅拌发育后得到环保型复合改性沥青成品。本发明的制备方法可大量消耗废旧轮胎，环保性极好，而且制备出的成品兼具高低温性能，中温耐疲劳性能好，降噪性和耐紫外线强度也好，微变形，硬度更大。

Description

一种环保型复合改性沥青的制备方法

技术领域

本发明属于沥青材料改性领域，尤其是涉及一种环保型复合改性沥青的制备方法。

背景技术

随着社会的迅速发展，交通流量的迅猛增长和极端气候的出现，不仅使现有道路沥青路面出现龟裂、车辙、老化等问题，寿命大大降低，更是难以满足重载交通路面、钢桥面以及排水型沥青路面等高等级路面的铺装使用。通过添加高含量SBS改性剂促使沥青具备高性能化虽是行之有效的途径，但高含量SBS改性沥青具有不稳定、难加工且成本高昂，同时SBS和相容剂之间仅仅是一种物理作用，作用力弱，使得储存过程中SBS颗粒容易聚集，导致沥青产生离析现象，如何制备可以服役于高等级路面且价格低廉的沥青已成为备受关注的课题。

废旧轮胎被称为“黑色污染”，是国际上公认的工业有害固废物，具有很强的耐热、耐老化与抗降解性，其回收处理一直是世界难题。目前全球每年产生15亿条废轮胎，并且逐年增长，如何处理“黑色污染”已得到全球关注。

橡胶是一种高弹性聚合物材料，在沥青中加入橡胶粉最早始于美国，其他国家也先后对此进行研究，研究发现将橡胶粉与沥青之间的作用不是化学反应，而是芳香油吸附到橡胶粉的聚合物链段中，橡胶粉并没有溶解于沥青，而是由于在高温下橡胶粉吸附了基质沥青中的油发生溶胀，胶粉微粒大小的变化和凝胶结构的形成减小了橡胶微粒和沥青组分间的距离，增加了沥青体系粘度。通过将橡胶粉加入沥青显著改善了沥青的性能，不仅有良好的温度敏感性，同时抗老化性能优于其他沥青，更兼具弹性等优异路用性能。这样做不仅提高了沥青的路用性能，而且解决了环境污染的问题，同时也降低了沥青的生产成本。但是由于胶粉中含有硫，导致橡胶沥青的生产和摊铺过程会产生有毒气体，同时存在橡胶剪切温度高，耗能较大导致碳排放增大的问题，不利于环保。

CN108641382公开了一种快速制备高溶解性胶粉改性沥青的方法，该方法首先将沥青与胶粉放在高温高压的密闭环境下，胶粉会发育和溶胀，制成胶粉浓度为2n的胶粉改性沥青，而后再加入一定质量的基质沥青，使得最终的胶粉掺量为n，并在相同条件下高速剪切一段时间，最终得到高溶解性胶粉改性沥青。该方法制备方法工艺的时效高，但依旧无法避免老化，同时掺加的胶粉含量较低，使得生产的沥青成本较高。

CN102181163A使用胶粉在沥青中长时间剪切的复合改性沥青的的方法，进而致被热储存稳定的复合改性沥青，但该工艺加工过程较长，成本较高，污染较大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种界面粘结性好、相态稳定、耐老化性能好、高低温性能优良兼具环保性的环保型复合改性沥青的制备方法。

为制得该环保型复合改性沥青，本发明经过多种尝试，最终确定制备该环保型复合改性沥青的方法，先利用多阶连续绿色脱硫技术将废旧橡胶脱硫造粒得到速溶胶母粒，再将速溶胶母粒与基质沥青浸泡预溶胀，通过短时间的胶体磨共混剪切得到速溶胶母液，最后加入聚合物剪切共混发育即可得到环保型复合改性沥青。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种环保型复合改性沥青的制备方法，包括速溶胶母粒制备、速溶胶母液制备和速溶胶母液与SBS共交联发育三个步骤，具体为：

步骤一：速溶胶母粒制备：将轮胎胶粉经过多阶螺杆连续脱硫工艺脱硫，然后螺杆挤出，造粒，得到速溶胶母粒；

步骤二：速溶胶母液制备：将步骤一得到的速溶胶母粒和基质沥青按32/68-65/35的质量比例混合，让速溶胶母粒在160-170℃的温度下在基质沥青中浸泡发育0.5-1.5小时，然后在高速剪切设备剪切15-30min，使胶粉微纳分散，得到速溶胶母液；

步骤三：共交联发育：将步骤二得到的速溶胶母液和SBS改性剂按92/8-96/4的质量比例混合，然后在高速剪切机上剪切30-60分钟，得到混合物，然后往混合物中加入共交联稳定剂，经搅拌发育后得到环保型复合改性沥青成品。

作为优选，所述步骤一中，所使用的轮胎胶粉为40-60目的子午胎粉或斜交胎粉。胶粉脱硫小分子裂解产生物过多、有氧情况下高温氧化物过多会造成产品气味大及有害物较高，断硫不充分就需要沥青改性加工温度升高，胶粉粒径越小，这种情况越能有效缓解，但高于60目的胶粉成本较高，故优选该范围。

作为优选，所述步骤一中，速溶胶母粒制备的具体过程是：将轮胎胶粉加入活化室，活化室温度200-250℃，物料在活化室停留时间20-30min，然后进入隔氧密闭的螺杆挤出机，螺杆中段辅热250-300℃，螺杆后段以降温夹套冷却物料，通过力化学断硫活化得到速溶胶块，然后通过造粒机得到速溶胶母粒。

作为优选，所述步骤二中，所述的基质沥青符合交通部JTG F40-2004要求。

作为优选，所述步骤二中，浸泡发育时间为1小时。

作为优选，所述步骤二中，浸泡发育的温度为160℃。

作为优选，所述步骤三中，加入的交联稳定剂占成品质量的0.1-5％。

作为优选，所述步骤三中，加入的交联稳定剂为硫磺类交联稳定剂、环氧橡胶类交联稳定剂中的一种或多种的混合物。

作为优选，所述步骤三中，所述SBS改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比为20/80、30/70或40/60。

作为优选，所述步骤三中，速溶胶母液和SBS改性剂在高速剪切机上剪切时，控制剪切速率为3000-4000r/min，温度控制在160-180℃。

作为优选，所述步骤三中，搅拌发育时间为1-3小时，搅拌速度为200～300r/min。

作为优选，所述步骤二中，高速剪切设备为胶体磨。

本发明的有益效果是：

本发明的制备方法使得可以在复合改性沥青中大大提高轮胎胶粉的掺量，可大量消耗废旧轮胎，也节约成本，生产过程中环保性极好，而且制备出的成品性能优异，兼具高低温性能，中温耐疲劳性能好，降噪性和耐紫外线强度也好，微变形，硬度更大，可做到在沥青混合料较薄时即可达到硬度要求，故因此可减薄路面，进而减少基质沥青和石料用量，节约混合料成本，另外，该制备方法制备的环保型复合改性沥青，因为沥青内良好的相容性，其拌和、摊铺使用温度可以降到170-180℃，能大大降低耗能，减少有害烟气排放，尤其具备如下几个方面的优点：

1.本发明利用多阶螺杆连续绿色脱硫技术制造速溶胶母粒，相较于传统的胶粉脱硫水洗而言，减少水污染，同时尾气易于集中处理；

2.本发明通过多阶螺杆连续绿色脱硫技术将废旧轮胎胶粉制成速溶胶母粒，速溶胶母粒能快速、均匀地溶胀分散到沥青中，很好的提高了其与沥青的相容性，使得在后续工艺剪切和沥青混合料拌合时，可以降低温度，减少剪切或拌合过程中的有害烟气排放；

3.本发明将由废旧轮胎胶粉制成的速溶胶母粒与SBS改性剂在共交联稳定剂的作用下进行再交联，形成了胶粉与SBS的双网格改性，解决了废胶粉改性沥青在生产过程中存在体系粘度大、流动性差、胶粉难以在沥青中分散、导致难以发挥胶粉的优良性能等问题。

4.本发明通过选用合适的微纳分散技术和共交联稳定剂，使沥青、胶粉与SBS融为一体，解决了胶粉与沥青相容性不好的问题，同时也显著改善沥青稳定性差的问题。

5.由于原油沥青和集料骨料都是资源型材料，加上中国国内大环境对环保的重视，现有原材料品质已经逐渐呈现劣质化的趋势；有赖于环保型复合改性沥青出色粘结性、中温耐疲劳性能以及高低温兼顾的卓越性能，在全寿命服役期间能更好地减少横向疲劳裂缝、缓解高温车辙、杜绝早期路面病害，直接减少了对SBS改性剂的依赖，增强了对各类型基质沥青和石料的适用性。

6.该环保型复合改性沥青的拌和、摊铺使用温度为170-180℃，与传统橡胶沥青(加热温度：180-190℃)相比更低，摊铺压实工艺更简单，基本能延续使用SBS改性沥青的施工条件与工艺，施工和易性好，前后场能耗更低；据“江苏源远检测科技有限公司”实际监测发现，该环保型复合改性沥青的生产和使用过程的有毒有害气体的排放降低85％，粗略统计核算发现，该环保型复合沥青低温环保化生产工艺降低总碳排放26％，不仅大幅降低成本，同时能够循环利用大量废旧橡胶，经济效益巨大，值得推广。

具体实施方式

一种环保型复合改性沥青的制备方法，包括速溶胶母粒制备、速溶胶母液制备和速溶胶母液与SBS共交联发育三个步骤，具体为：

步骤一：速溶胶母粒制备：将轮胎胶粉经过多阶螺杆连续脱硫工艺脱硫，然后螺杆挤出，造粒，得到速溶胶母粒；

步骤二：速溶胶母液制备：将步骤一得到的速溶胶母粒和基质沥青按32/68-65/35的质量比例混合，让速溶胶母粒在160-170℃的温度下在基质沥青中浸泡发育0.5-1.5小时，然后在高速剪切设备剪切15-30min，使胶粉微纳分散，得到速溶胶母液；

步骤三：共交联发育：将步骤二得到的速溶胶母液和SBS改性剂按92/8-96/4的质量比例混合，然后在高速剪切机上剪切30-60分钟，得到混合物，然后往混合物中加入共交联稳定剂，经搅拌发育后得到环保型复合改性沥青成品。

所述步骤一中，所使用的轮胎胶粉为40-60目的子午胎粉或斜交胎粉。胶粉脱硫小分子裂解产生物过多、有氧情况下高温氧化物过多会造成产品气味大及有害物较高，断硫不充分就需要沥青改性加工温度升高，胶粉粒径越小，这种情况越能有效缓解，但高于60目的胶粉成本较高，故优选该范围。

所述步骤一中，速溶胶母粒制备的具体过程是：将轮胎胶粉加入活化室，活化室温度200-250℃，物料在活化室停留时间20-30min，然后进入隔氧密闭的螺杆挤出机，螺杆中段辅热250-300℃，螺杆后段以降温夹套冷却物料，通过力化学断硫活化得到速溶胶块，然后通过造粒机得到速溶胶母粒。

所述步骤二中，所述的基质沥青符合交通部JTG F40-2004要求。

所述步骤二中，浸泡发育时间为1小时。

所述步骤二中，浸泡发育的温度为160℃。

所述步骤三中，加入的交联稳定剂占成品质量的0.1-5％。

所述步骤三中，加入的交联稳定剂为硫磺类交联稳定剂、环氧橡胶类交联稳定剂中的一种或多种的混合物。

所述步骤三中，所述SBS改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比为20/80、30/70或40/60。

所述步骤三中，速溶胶母液和SBS改性剂在高速剪切机上剪切时，控制剪切速率为3000-4000r/min，温度控制在160-180℃。

所述步骤三中，搅拌发育时间为1-3小时，搅拌速度为200～300r/min。

所述步骤二中，高速剪切设备为胶体磨。

实施例1

(1)将30质量份速溶胶母粒，70质量份的AH70#基质沥青、在预发育罐中混合均匀，溶胀发育1h，溶胀发育温度160℃。

(2)通过高速剪切机将步骤(1)中的混合物高速剪切15min，得到速溶胶母液。

(3)将步骤(2)得到的速溶胶母液和SBS改性剂按96/4的质量比例混合，SBS改性剂为购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)，在高速剪切机上剪切30min，剪切速率为3000r/min，温度控制在170℃。

(4)加入0.5％wt(以产品总质量计)的硫磺类交联稳定剂作为共交联稳定剂，搅拌60min，经充分搅拌发育即制备得到一种环保型复合改性沥青，编号1。

实施例2

(1)将40质量份速溶胶母粒，60质量份的AH70#基质沥青、在预发育罐中混合均匀，溶胀发育1h，溶胀发育温度160℃。

(2)通过高速剪切机将步骤(1)中的混合物高速剪切25min，得到速溶胶母液。

(3)将步骤(2)得到的速溶胶母液和SBS改性剂按96/4的质量比例混合，SBS改性剂为购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)，在高速剪切机上剪切30min，剪切速率为3500r/min，温度控制在170℃。

(4)加入0.6％wt(以产品总质量计)的环氧橡胶类交联稳定剂作为共交联稳定剂，搅拌120min，经充分搅拌发育即制备得到一种环保型复合改性沥青，编号2。

实施例3

(1)将50质量份速溶胶母粒，50质量份的AH70#基质沥青、在预发育罐中混合均匀，溶胀发育1h，溶胀发育温度160℃。

(2)通过高速剪切机将步骤(1)中的混合物高速剪切30min，得到速溶胶母液。

(3)将步骤(2)得到的速溶胶母液和SBS改性剂按96/4的质量比例混合，SBS改性剂为购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)，在高速剪切机上剪切60min，剪切速率为4000r/min，温度控制在180℃。

(4)加入0.8％wt(以产品总质量计)的硫磺类交联稳定剂和环氧橡胶类交联稳定剂作为共交联稳定剂，搅拌180min，经充分搅拌发育即制备得到一种环保型复合改性沥青，编号3。

对比例1

将SBS改性剂，SBS改性剂为购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)，通过高速剪切加入到沥青中，然后加入一定比例的稳定剂和相容剂，制备得到SBS改性沥青(4.5wt％SBS)，编号4。

对比例2

胶粉在200-210℃下，与沥青一起高速剪切2-4h，使胶粉在沥青中脱硫降解共混均匀，之后加入一定质量分数的稳定剂和相容剂，制备得到橡胶沥青(20wt％胶粉)，编号5。

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011，对实施例1-3和对比例1-2制备的改性沥青进行测试，结果如下。

表1改性沥青性能对比表

从上表可以看出，通过比较五组数据可知，编号1-3的5℃延度平均数值和编号4相近，略高于编号5，可知环保型复合改性沥青的5℃延度的与SBS改性沥青相近，略高于橡胶沥青，编号1-3的老化后5℃延度平均数值高于编号4、5，可知环保型复合改性沥青的老化后5℃延度要高于SBS改性沥青与橡胶沥青，说明环保化复合改性沥青的塑性较好；同时老化后延度基本不变，说明环保化复合改性沥青的耐老化性强于SBS改性沥青；环保化复合改性沥青60℃粘度高于SBS改性沥青与橡胶沥青，体现了环保化复合改性沥青粘结力好；离析反应了沥青的稳定性，通过比较五组数据，编号1-3的数值低于编号5，和编号4相近，说明环保化复合改性沥青的稳定性与SBS改性沥青相近，比橡胶沥青好；脆点反应了沥青的低温性能，通过比较可知，编号1-3的脆点低于编号4、5，可知环保化复合改性沥青的低温性能优于SBS改性沥青与橡胶沥青。由上述数据可以很好证明，利用速溶胶母粒与沥青浸泡发育溶胀剪切后再加入SBS剪切最后加入共交联改性剂可以有效的提高环保型复合改性沥青的路用性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种环保型复合改性沥青的制备方法，其特征在于：包括速溶胶母粒制备、速溶胶母液制备和速溶胶母液与SBS共交联发育三个步骤，具体为：

步骤一：速溶胶母粒制备：将轮胎胶粉经过多阶螺杆连续脱硫工艺脱硫，然后螺杆挤出，造粒，得到速溶胶母粒；

步骤二：速溶胶母液制备：将步骤一得到的速溶胶母粒和基质沥青按32/68-65/35的质量比例混合，让速溶胶母粒在160-170℃的温度下在基质沥青中浸泡发育0.5-1.5小时，然后在高速剪切设备剪切15-30min，使胶粉微纳分散，得到速溶胶母液；

步骤三：共交联发育：将步骤二得到的速溶胶母液和SBS改性剂按92/8-96/4的质量比例混合，然后在高速剪切机上剪切30-60分钟，得到混合物，然后往混合物中加入共交联稳定剂，经搅拌发育后得到环保型复合改性沥青成品；

所述步骤一中，速溶胶母粒制备的具体过程是：将轮胎胶粉加入活化室，活化室温度200-250℃，物料在活化室停留时间20-30min，然后进入隔氧密闭的螺杆挤出机，螺杆中段辅热250-300℃，螺杆后段以降温夹套冷却物料，通过力化学断硫活化得到速溶胶块，然后通过造粒机得到速溶胶母粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所使用的轮胎胶粉为40-60目的子午胎粉或斜交胎粉。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述的基质沥青符合交通部JTG F40-2004要求。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，浸泡发育时间为1小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，浸泡发育的温度为160℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，加入的交联稳定剂为硫磺类交联稳定剂、环氧橡胶类交联稳定剂中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述SBS改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，嵌段比为20/80、30/70或40/60。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，速溶胶母液和SBS改性剂在高速剪切机上剪切时，控制剪切速率为3000-4000r/min，温度控制在160-180℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，搅拌发育时间为1-3小时，搅拌速度为200～300r/min。