CN109810521B - 一种高胶沥青母料及其低温环保化生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高胶沥青母料及其低温环保化生产工艺,原料包含以下组分及重量百分比含量：硫化胶粉：10～50；解构剂：5～15；基质沥青：40～80；所述高胶沥青母料为先将硫化胶粉在解构剂中脱硫降解、然后再加入基质沥青一起共混获得的均质共混物。利用本发明的高胶沥青母料，可有效解决后续沥青产品生产过程中气味大、排放不达标等问题；也可避免常规的在200℃以上高温下、经过长时间剪切使硫化胶粉降解到沥青中来获得改性沥青的生产方法而带来的沥青和胶粉性能均下降的问题，缩短了生产周期，节约了成本，且硫化胶粉中原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加，在后续加工过程中有利于胶粉和沥青之间的物质交换，提高了相容性和稳定性。

Description

一种高胶沥青母料及其低温环保化生产工艺
技术领域
本发明涉及沥青材料改进领域，尤其是涉及一种高胶沥青母料及其低温环保化生产工艺。
背景技术
随着现代交通流量的迅猛增长，以及极端气候频现，对改性沥青提出了更高的要求；尤其是重载交通路面、钢桥面铺装和排水型沥青路面等高等级路面要求使用高性能改性沥青。其中，添加高含量SBS是实现改性沥青高性能化的有效途径，而高含量SBS改性沥青存在难稳定、难加工和成本高等问题。橡胶沥青具有优异的抗裂性，且能减轻废旧轮胎黑色污染，但工艺复杂、性能不稳定且加工时会释放有害气体。
将SBS和胶粉二者结合起来的高粘度复合改性沥青技术，既降低了高粘度改性沥青的成本又综合了橡胶沥青的性能，是将来高性能改性沥青的发展方向。SBS/胶粉复合改性沥青已有大量的研究，但因一般胶粉因为脱硫成本高而未脱硫降解，颗粒较粗，致使在沥青中易沉降和改性沥青的粘度过高，由于SBS本身粘度也很高，故会限制SBS掺量，因此无法达到高粘度改性沥青的性能要求。
专利CN 105802263 A首次提出了高胶沥青的概念，高胶沥青又名“基于超细化嵌入嫁接技术的高胶改性沥青”，是指改性沥青中橡胶含量大于10％，兼具高粘度改性沥青的高低温性能和橡胶沥青的抗开裂、耐老化性能的高性能改性沥青。高胶沥青的面世既降低了高粘度改性沥青成本又简化了橡胶沥青的工艺。显著提高了改性沥青的性能，特别适用于交通量繁重的排水性铺装如交叉口、寒冷区域、钢桥面板等，具有良好的骨料粘结性、抗流动性和耐候性；而且减少环境压力，有利于橡胶资源合理利用，更有利于公路建设事业的发展。但是，该专利是一种能制备高胶沥青的干式粒子及使用该粒子制备高胶沥青的相关技术，其母液(母料)的制备工艺属于干式工艺，存在着制造成本高、缺乏适应工业化一体式大生产的天然缺陷。
中国专利CN 1441005A公开了一种脱硫胶粉生产改性沥青的生产技术。但是使用脱硫胶粉存在着材料成本高，每吨脱硫成本高达上千元，大生产投料困难等缺点，而且还有脱硫胶粉在储存过程中由于门尼反弹会重新聚合、以致后续使用时难以分散的问题，故在生产过程中不具有实用性。
中国专利CN 101104739A针对CN 1441005A提出了一种通过高温剪切达到胶粉脱硫热对接生产改性沥青的生产技术。但是在185℃～250℃的情况下进行胶粉脱硫势必导致大量刺激性气味的释放，对环境的影响不言而喻；且长时间高温会加剧基质沥青的老化，影响改性沥青的整体性能。
发明内容
本发明所述的“高胶沥青母料”旨在解决高胶沥青传统生产工艺中剪切温度高、气味大、环境排放指标不达标等问题，同时解决了在高粘复合改性沥青领域因一般胶粉因脱硫成本高而未脱硫降解，颗粒较粗，导致在沥青中易沉降、改性沥青高温粘度过高，限制SBS掺量的问题；并做到在工艺和装备上实现产品的环保化、稳定化、高性能化和低成本化生产。
硫化橡胶即胶粉具有稳定的三维网络结构，未经处理，不溶于溶剂。橡胶沥青制备中沥青与硫化橡胶的相互作用造成橡胶的网络结构的破坏，但相互作用程度受橡胶类型的影响，一般地，天然橡胶比合成橡胶更容易降解。硫化橡胶在沥青中的降解速度受橡胶粒径、类型、加工温度等因素的影响。硫化胶粉成分复杂，降解速度有所不同，因此造成了橡胶沥青工艺参数不易控制、加工过程环境二次污染严重、施工难度大等诸多问题。
为了克服这些问题，本发明通过胶粉低温溶胀脱硫预处理使胶粉的三维网络结构破坏以达到在热沥青中快速降解、分散的目的。溶胀的橡胶颗粒发生脱硫降解，S-S键的部分断裂使原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加，更利于后续剪切过程促进胶粉和沥青之间的物质交换，增强了二者的相容性，提高了稳定性。
通过高胶沥青母料衰减工艺，将高胶沥青母料衰减降粘，以达到粘度的改变为后续添加剂的高掺量提供可能性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高胶沥青母料，原料包含以下组分及重量百分比含量：
硫化胶粉：15～40；解构剂：5～15；基质沥青：45～80；
所述高胶沥青母料为先将硫化胶粉在解构剂中脱硫降解、然后再加入基质沥青一起共混获得的均质共混物。
作为优选，原料包含以下组分及重量百分比含量：硫化胶粉：15～40；解构剂：5～15；基质沥青：45～80。
作为优选，所述硫化胶粉在解构剂中脱硫降解具体是硫化胶粉和解构剂在预发育罐中保持温度为130～150℃进行低温发育来实现脱硫降解，所述的再加入基质沥青一起共混获得均质共混物中的共混具体是经胶体磨剪切达到共混获得均质共混物。
由于轿车轮胎胶粉含有长度为20～500μm、直径5～10μm的纤维，在沥青中难以分散，而断面宽度为900～1200in的载重车钢丝轮胎胶粉不存在此类尺寸不规则的纤维，而且载重车钢丝轮胎胶粉成分以天然橡胶为主，在高胶沥青母料中容易降解，而以合成橡胶为主的小车胎较难降解，溶胶含量低，因此本发明的硫化胶粉优选为载重车钢丝胎胶粉，作为优选，所述的硫化胶粉为30～100目的载重车钢丝胎胶粉，制法优选为由常温研磨法。之所以选择30～100目，是因为目数太小太粗糙，目数太大成本太高；更优地，所述硫化胶粉为40目卡车胎胶粉。
一般的解构剂因为和橡胶有着良好的相容性、亲和性，故为橡胶生产混炼过程中让橡胶相容性好、使其好加工，用解构剂作为软化剂。本专利发明人基于长期的生产经验和化工知识推导，并通过多次试验验证，发现解构剂能有效浸润胶粉的结构，使S-S键的部分断裂，胶粉中原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加，故本发明选择使用解构剂来预处理胶粉使其能低温溶胀降解脱硫。
作为优选，所述的解构剂为其中不饱和烃类含量大于60％的油类中的一种或多种。
作为优选，所述的解构剂为糠醛抽出油、芳烃油、页岩油、橡胶填充油中的一种或多种。更优地，所述的解构剂为糠醛抽出油，其芳烃含量％＞70。
作为优选，所述的基质沥青符合交通部JTG F40-2004要求。
本发明的另一目的是提供上述高胶沥青母料的低温环保化生产工艺，该工艺包含以下步骤：
(1)按比例将硫化胶粉、解构剂在预发育罐中混合均匀进行脱硫降解，保持温度为130～150℃,降解发育时间为3～6h；作为优选，控制降解时间为3～5h。通过硫化胶粉和解构剂的低温混合发育，使S-S键的部分断裂，原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加。
(2)待步骤(1)中降解发育结束后，按比例向预发育罐泵入基质沥青混合后，通过输送装置将预发育罐中的物料输送至反应釜，然后通过胶体磨进行剪切共混，控制剪切温度为160～180℃；作为优选，控制剪切的温度为160～170℃。
(3)将步骤(2)中经过剪切共混得到的混合物送入衰减罐，待135℃目标黏度为1～2Pa·s，得到高胶沥青母料成品。
在低温罐中发育时，需要保持整个发育罐内低速搅拌扰动，让解构剂充分浸润到橡胶分子结构中，故作为优选，所述步骤(1)中，在预发育罐中混合时，保持搅拌速率为20-40r/min。更优地，搅拌速率为30r/min。
更优地，所述降解发育时间的具体控制为罐内物料无流动性为止。
作为优选，所述步骤(2)中，通过胶体磨进行剪切共混时，控制剪切时间为30min～2h。更优地，控制剪切时间为60min。
作为优选，所述步骤(2)中的输送装置为螺杆泵。
作为优选，步骤(1)中，选取所述的硫化胶粉在和解构剂共混发育时的重量百分比为硫化胶粉和解构剂的比例为70/30。
作为优选，所述步骤(2)中，所述高胶沥青母料中，脱硫胶粉和基质沥青的重量百分比30/70。
所述的的衰减发育罐保持持续搅拌，高胶沥青母料在衰减罐中进行降粘发育，随着加工条件增强，针入度大幅增大，软化点持续降低，粘度大幅下降。粘度的改变为后续添加剂的高掺量提供了可能性。
作为优选，所述步骤(3)中，送入衰减罐的时间为3～5天。
与现有技术相比，本发明的主要技术创新如下：
1、通过低温降解脱硫技术，实现了改性沥青中胶粉的环保使用，解决轮胎胶粉在沥青中难降解的问题，而且能够大幅缩短改性沥青生产周期、降低沥青的老化、节约生产成本、减少环境污染；避免了常规的在200℃以上高温下、经过长时间剪切使硫化胶粉降解到沥青中来获得改性沥青的生产方法而带来的沥青和胶粉性能均下降的问题；
2.硫化胶粉中原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加，在后续加工过程(高胶沥青、胶粉/SBS复合改性沥青、橡胶沥青生产中)中有利于胶粉和沥青之间的物质交换，增强了二者的相容性，提高了成品的稳定性；
3.高胶沥青母料衰减工艺保证了母料的小粒径、低粘度，为后续添加剂如SBS的高掺量提供了可能性。
4.利用该高胶沥青母料来生产的高胶，其耐老化性能较好：一是高胶沥青膜较厚，老化主要发生在沥青膜表面，因而可以减缓老化；二是胶粉中炭黑对紫外线的阻隔作用；在橡胶中，炭黑是有效的紫外光屏蔽剂，可以提高橡胶耐紫外老化的能力，本发明中因为胶粉中的炭黑通过解构和热剪切，更多地从胶粉中脱出来了，故其量变大，耐紫外老化好。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
图1为解构剂对硫化胶粉进行脱硫降解之前的图像；
图2为解构剂对硫化胶粉进行脱硫降解之后的图像。
具体实施方式
首先，关于解构剂能有效浸润胶粉的结构，使S-S键的部分断裂，硫化胶粉中原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加，对比附图1和2可以看出：在图1中，黑色块为硫化胶粉所在，其粒径很大，尺寸很不均匀，大颗粒多，体系基体颜色较亮，而在图2中，随着解构剂对硫化胶粉的预溶胀，胶粉粒径更小，尺寸更均匀，微米级颗粒更多，体系基体颜色变黑，说明脱硫胶粉中S-S键发生了断裂，部分炭黑发生了迁移，故说明解构剂能有效浸润胶粉的结构，使S-S键的部分断裂，硫化胶粉中原有的交联大分子网状结构变的更小，形成少量链状物且体系溶胶含量增加。
下面结合具体实施例对本发明的高胶沥青母料在后续加工过程中有利于胶粉和沥青之间的物质交换，增强了二者的相容性、提高了成品的稳定性进行详细说明。
实施例1
(1)将50质量份30目的900in车胎硫化胶粉、10质量份的糠醛抽出油、在预发育罐中混合均匀，降解发育5h。
(2)向预发育罐泵加入40质量份的购自S-Oil的双龙70#A级基质沥青，通过螺杆泵将预发育罐物料输送至反应釜，通过型号为SYJZM02-30/0.2型的均质胶体磨进行剪切共混2小时，然后将混合物送入衰减罐3-5天，待135℃目标黏度为1～2Pa·s，得到高胶沥青母料。
(3)将8质量份高胶沥青母料和9质量份购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为12万)通过胶体磨与80质量份道路石油沥青共混，温度保持在160℃至SBS完成溶胀。
(4)加入3质量份的过氧化二异丙苯作为交联剂，在成品罐搅拌60min，经充分搅拌发育即制备得到一种高性能改性沥青，编号1。
实施例2
(1)将10质量份100目的1000in车胎硫化胶粉、10质量份的芳烃油、在预发育罐中混合均匀，降解发育3h。
(2)向预发育罐泵加入80质量份的购自S-Oil的双龙70#A级基质沥青，通过螺杆泵将预发育罐物料输送至反应釜，通过型号为SYJZM02-30/0.2型的均质胶体磨进行剪切共混2小时，然后将混合物送入衰减罐3-5天，待135℃目标黏度为1～2Pa·s，得到高胶沥青母料。
(3)将32质量份高胶沥青母料和1质量份购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)通过胶体磨与66.8质量份道路石油沥青共混，温度保持在190℃至SBS完成溶胀。
(4)加入0.2质量份的SAG-002R作为交联剂，在成品罐搅拌60min，经充分搅拌发育即制备得到一种高性能改性沥青，编号2。
实施例3
(1)将25质量份80目的1100in车胎硫化胶粉、5质量份的页岩油、在预发育罐中混合均匀，降解发育3h。
(2)向预发育罐泵加入70质量份的购自S-Oil的双龙70#A级基质沥青，通过螺杆泵将预发育罐物料输送至反应釜，通过型号为SYJZM02-30/0.2型的均质的胶体磨进行剪切共混1小时，然后将混合物送入衰减罐3-5天，待135℃目标黏度为1～2Pa·s，得到高胶沥青母料。
(3)将15质量份高胶沥青母料和5质量份购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)通过胶体磨与78.5质量份道路石油沥青共混，温度保持在190℃至SBS完成溶胀。
(4)加入1.5质量份的Elvaloy AM作为交联剂，在成品罐搅拌60min，经充分搅拌发育即制备得到一种高性能改性沥青，编号3。
实施例4
(1)将40质量份80目的1200in车胎硫化胶粉、15质量份的橡胶填充油、在预发育罐中混合均匀，降解发育3h。
(2)向预发育罐泵加入45质量份的购自S-Oil的双龙70#A级基质沥青，通过螺杆泵将预发育罐物料输送至反应釜，通过型号为SYJZM02-30/0.2型的均质的胶体磨进行剪切共混1小时，然后将混合物送入衰减罐3-5天，待135℃目标黏度为1～2Pa·s，得到高胶沥青母料。
(3)将30质量份高胶沥青母料和8质量份购自岳阳石化的星型SBS(质均分子量为30万)通过胶体磨与60质量份道路石油沥青共混，温度保持在190℃至SBS完成溶胀。
(4)加入2质量份的硫磺粉SAG-002R作为交联剂，在成品罐搅拌60min，经充分搅拌发育即制备得到一种高性能改性沥青，编号4。
性能测试
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1-4制备的改性沥青进行测试，结果如下。
Figure GDA0002782715890000091
由实施例1-4的测试结果可以看出，使用本发明的高胶沥青母料来生产出的高性能改性沥青，其各方面性能都非常好，符合并远远超过生产要求，并基于其生产的配方和工艺的好处，适用于解决高胶沥青传统生产工艺中剪切温度高、气味大、环境排放指标不达标等问题，并适用于同时解决在高粘复合改性沥青领域因一般胶粉因脱硫成本高而未脱硫降解、颗粒较粗、导致在沥青中易沉降、改性沥青高温粘度过高、限制SBS掺量的问题；并做到在工艺和装备上实现产品的环保化、稳定化、高性能化和低成本化生产。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案,因此,尽管本说明书参照上述的各种实施例对本发明已进行了详细的说明,但是,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案以及改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种高胶沥青母料，其特征在于，原料包含以下组分及重量百分比含量：
硫化胶粉：10～50；解构剂：5～15；基质沥青：40～80；
所述高胶沥青母料为先将硫化胶粉在解构剂中脱硫降解、然后再加入基质沥青一起共混获得的均质共混物；
所述的解构剂为其中不饱和烃类含量大于60％的油类中的一种或多种；
硫化胶粉在解构剂中脱硫降解时，降解发育温度为130～150℃,降解发育时间为3～6h。
2.根据权利要求1所述的高胶沥青母料，其特征在于，原料包含以下组分及重量百分比含量：硫化胶粉：15～40；解构剂：5～15；基质沥青：45～80。
3.根据权利要求1所述的高胶沥青母料，其特征在于，所述硫化胶粉在解构剂中脱硫降解具体是硫化胶粉和解构剂在预发育罐中保持温度为130～150℃进行低温发育来实现脱硫降解，所述的再加入基质沥青一起共混获得均质共混物中的共混具体是经胶体磨剪切达到共混获得均质共混物。
4.根据权利要求1所述的高胶沥青母料，其特征在于，所述的硫化胶粉为30～100目的载重车钢丝胎胶粉。
5.根据权利要求1所述的高胶沥青母料，其特征在于，所述的基质沥青符合交通部JTGF40-2004要求。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的高胶沥青母料的低温环保化生产工艺，其特征在于，该工艺包含以下步骤：
(1)按比例将硫化胶粉、解构剂在预发育罐中混合均匀进行脱硫降解，保持温度为130～150℃,降解发育时间为3～6h；
(2)待步骤(1)中降解发育结束后，按比例向预发育罐泵入基质沥青混合后，通过输送装置将预发育罐中的物料输送至反应釜，然后通过胶体磨进行剪切共混，控制剪切温度为160～180℃；
(3)将步骤(2)中经过剪切共混得到的混合物送入衰减罐，待135℃目标黏度为1～2Pa·s，得到高胶沥青母料成品。
7.根据权利要求6所述的低温环保化生产工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，在预发育罐中混合时，保持搅拌速率为20～40r/min。
8.根据权利要求7所述的低温环保化生产工艺，其特征在于，所述降解发育时间的具体控制为罐内物料无流动性为止。
9.根据权利要求6所述的低温环保化生产工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，通过胶体磨进行剪切共混时，控制剪切时间为30min～2h。
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