CN109852080A

CN109852080A - 一种抗车辙沥青改性剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109852080A
Application number: CN201811555957.7A
Authority: CN
Inventors: 张哲�; 郑君; 陈秀秀
Original assignee: QINGDAO KEKAIDA RUBBER PLASTIC CO Ltd
Current assignee: QINGDAO KEKAIDA RUBBER PLASTIC CO Ltd
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明提出了一种抗车辙沥青改性剂及其制备方法和应用，抗车辙沥青改性剂由以下重量份的组分制备而成：POK树脂50～90份、金刚玉10～50份、相容剂0～50份、有机填料0～25份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。制备方法包括：偶联剂与金刚玉、有机填料混合得到物料1；将POK、马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯、抗氧剂混合得到物料2；将物料2、物料1挤出造粒，干燥后得到抗车辙沥青改性剂。本发明还提供了一种抗车辙沥青混合料，采用上述的上述的抗车辙沥青改性剂制备得到。本发明抗车辙改性剂能显著提高沥青混合料的模量，用于道路的承重层能显著提高沥青混合料的动态模量，从而提高道路的抗车辙能力，防止沥青路面产生永久变形。

Description

一种抗车辙沥青改性剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及沥青改性剂领域，特别涉及一种抗车辙沥青改性剂及其制备方法和应用。

背景技术

沥青路面以其优良的使用性能，作为高等级公路的主要结构类型已被广泛应用。随着交通载荷的日益增加和气候条件的影响，沥青面层在车辆的反复碾压作用下产生粘性流动和永久变形，形成车辙。现代路面车辙是路面周期性评价及路面养护中的一个重要指标。路面车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期。

目前主流的解决方案是采用聚乙烯、聚丙烯等热塑性塑料作为主要成分，来提高沥青混合料的模量，再添加少量的热塑性弹性体或回收轮胎粉等改善沥青混合料的低温韧性，但这种方法虽然对低温抗裂性能的改善有用，但提高增韧部分材料的含量则会使混合料的长期回弹性、稳定性、抗老化降解性和高低温性能下降，从而使高温抗车辙性能大幅下滑。

发明内容

本发明提出一种抗车辙沥青改性剂及其制备方法和应用，采用POK(聚酮) /金刚玉配方体系，替代原来的聚烯烃碳酸钙体系，长期回弹性、稳定性、抗老化降解性和高低温性能更优秀。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一方面提出了一种抗车辙沥青改性剂，由以下重量份的组分制备而成：由以下重量份的组分制备而成：POK树脂50～90份、金刚玉10～50份、相容剂0～50份、有机填料0～25份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。

在上述方案的基础上，所述POK树脂的数均分子量为5万～16万，热变形温度为210～215℃。

在上述方案的基础上，所述金刚玉是金刚玉粉，目数为200～400目。

在上述方案的基础上，所述相容剂是马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯MI＝5～20g/10min，数均分子量为0.5万～2.5万。

在上述方案的基础上，所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯中马来酸酐占总重量的5％～15％，聚丙烯/聚乙烯占总重量的85～95％。

在上述方案的基础上，所述偶联剂为硅烷偶联剂或锆酸酯偶联剂。

在上述方案的基础上，所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比1:1.2:1 组成。

本发明另一方面提出了抗车辙沥青改性剂的制备方法，步骤如下：

步骤一，偶联剂与金刚玉、有机填料在高速混合机混合20min，转速 200～400rpm，得到物料1；

步骤二，将POK、马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯、抗氧剂在高速混合机中混合均匀，高速混合机转速为200～400rpm，时间为5min，得到物料2；

步骤三，将步骤二中物料2从主喂料口，步骤一物料1从侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为220～240℃，螺杆转速为200～600rpm，采用水冷切粒，将所得粒料经过80℃、4h干燥后，得到抗车辙沥青改性剂。

采用上述方法制备的抗车辙沥青改性剂，用于制备抗车辙沥青混合料，具体地，所抗车辙沥青中抗车辙沥青改性剂和基质沥青的质量比为1:10。

本发明的有益效果是：

本发明抗车辙改性剂是由多种高分子聚合物合金化而成的材料，可以直接投入拌和锅生产高模量沥青混合料，能显著提高沥青混合料的模量，用于道路的承重层能显著提高沥青混合料的动态模量，从而提高道路的抗车辙能力，防止沥青路面产生永久变形。

本发明中所选择的脂肪族聚酮(POK)含有芳烃、烷基等高分子聚合物，具有较强的机械强度和良好的弹性，与沥青的溶解性很好，可以与沥青充分混合，提高沥青的弹性和耐热性等。金刚玉是一种用于修筑高速公路路面、飞机跑道、体育场地等的耐磨材料，用于提高沥青路面的耐磨和刚性，增加抗车辙能力；马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯是一种高分子合金材料相容剂，提高不同基体树脂间的界面相容性，充分发挥各组分的性能。有机填料的加入是增加改性剂的韧性，使抗车辙改性剂在提高模量的同时兼顾柔韧性。偶联剂的加入进一步提高了材料的粘合性、弹性，最终使材料形成一种抗车辙改性剂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

优选地，抗车辙沥青改性剂由以下重量份的组分制备而成：POK树脂55～ 65份、金刚玉10～15份、相容剂5～15份、有机填料10～20份、偶联剂0.5～1 份和抗氧剂0.2～0.5份。

POK具有优异的抗冲击性能和卓越的耐摩擦性能；金刚玉用于提高沥青路面的耐磨和刚性。两者并用克服了金刚玉在车辆长久碾压时容易脱落的问题，增加道路的耐用性；对于提高沥青的整体抗车辙性能互相补充，同时又赋予道路一定的弹性，提高了抗裂纹性能。

具体地，POK为由一氧化碳、烯烃(乙烯、丙烯)合成的新型绿色聚合物材料，也称为聚酮或脂肪族聚酮。马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯为马来酸酐接枝聚丙烯或马来酸酐接枝聚乙烯，为嵌段共聚物。有机填料是热塑性弹性体粉，例如橡胶粉，硅胶粉等，经高速磨粉机磨制而成，目数在200～1500目。优选目数为400～500目。

在上述方案的基础上，所述POK树脂的数均分子量为5万～16万，压力0.45MPa时热变形温度为210～215℃。此分子量范围内POK的粘度与其他可熔融组分相近，在挤出过程中能够更好分散成均匀相，有利于提高整体材料的性能。POK具有高热变形温度性能，在提高沥青的耐热性方面有重要贡献，耐热性的提高赋予理清路面在夏季高温时同样具有很好的抗车辙性。

在上述方案的基础上，所述相容剂是马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯MI＝5～20g/10min，数均分子量为0.5万～2.5万。优选所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯MI＝5～15g/10min。此分子量范围和MI的选择有利于与POK在挤出过程中能够更好分散成均匀相，有利于提高整体材料的性能。

在上述方案的基础上，所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯中马来酸酐占总重量的5％～15％，聚丙烯/聚乙烯占总重量的85～95％。如此，使马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯的接枝率适当，使相容剂在其作用材料中充分发挥桥接作用。

在上述方案的基础上，所述偶联剂为硅烷偶联剂或锆酸酯偶联剂，其纯度＞99.5％。

采用上述方法制备的抗车辙沥青改性剂，用于制备抗车辙沥青混合料，具体地，所抗车辙沥青混合料中抗车辙沥青改性剂和基质沥青的质量比为1:10。

除了改性剂和基质沥青外，抗车辙沥青混合料中还可以包含集料，集料采用现有的沥青混合料集料即可。

下述实施例中M-PP、M-PE分别为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯。

实施例1

①偶联剂0.5份与有机填料10份在高速混合机混合20min，转速400rpm，得到物料1；

②将POK 50份、金刚玉40份、M-PE 10份、抗氧剂0.5份在高速混合机中混合均匀，转速为300rpm，时间为5min，得到物料2；

③将步骤②中物料2从主喂料口，步骤①物料1从侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为220～240℃，螺杆转速为200～600rpm，采用水冷切粒，将所得粒料经过80℃、4h干燥后，得到抗车辙改性剂。

实施例2

①偶联剂0.5份与有机填料5份在高速混合机混合20min，转速200rpm，得到物料1；

②将POK 65份、金刚玉25份、M-PE 5份、抗氧剂0.5份在高速混合机中混合均匀，转速为300rpm，时间为5min，得到物料2；

实施例3

②将POK 80份、金刚玉10份、M-PE 5份、抗氧剂0.5份在高速混合机中混合均匀，转速为300rpm，时间为5min，得到物料2；

实施例4

②将POK 85份、金刚玉5份、M-PE 5份，抗氧剂0.5份在高速混合机中混合均匀，转速为300rpm，时间为5min，得到物料2；

对比例1

②将POM(聚缩醛)85份、金刚玉5份、M-PE 5份，抗氧剂0.5份在高速混合机中混合均匀，转速为300rpm，时间为5min，得到物料2；

对比例2

②将POK 85份、金刚玉5份、M-SBR(马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯橡胶) 5份，抗氧剂0.5份在高速混合机中混合均匀，转速为300rpm，时间为5min，得到物料2；

抗车辙改性剂测试方法和结果如下：

实验室制备沥青混合料，将集料(10000g)投入到180℃的拌合锅中干拌15 秒，然后加入抗车辙改性剂(50g，0.5％)拌合60秒，再加入70#基质沥青(500g) 拌合90秒，得到沥青混合料。抗车辙改性剂分别为实施例1～4，对比例1～2制备所得，结果如下表所示：

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的测试方法，分别对上述制备的沥青混合料进行相关的性能测试。

根据以上试验数据可知，实施例1～4所制备的抗车辙改性剂在力学性能、耐水损害、高低温性能方面均有优良的性能，尤其是高模量性能，具有很好的抗车辙性能，具有广阔的应用前景。对比例1和2，采用其他组分替换了POK 和马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯，沥青混合料的性能受到不同程度的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗车辙沥青改性剂，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成：POK树脂50～90份、金刚玉10～50份、相容剂0～50份、有机填料0～25份、偶联剂0.5～2份和抗氧剂0.1～1份。

2.根据权利要求1所述的抗车辙沥青改性剂，其特征在于，所述POK树脂的数均分子量为5万～16万，热变形温度为210～215℃。

3.根据权利要求1所述的抗车辙沥青改性剂，其特征在于，所述金刚玉是金刚玉粉，目数为200～400目。

4.根据权利要求1所述的抗车辙沥青改性剂，其特征在于，所述相容剂是马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯MI＝5～20g/10min，数均分子量为0.5万～2.5万。

5.根据权利要求4所述的抗车辙沥青改性剂，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚丙烯/聚乙烯中马来酸酐占总重量的5％～15％，聚丙烯/聚乙烯占总重量的85～95％。

6.根据权利要求1所述的抗车辙沥青改性剂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或锆酸酯偶联剂。

7.根据权利要求1所述的抗车辙沥青改性剂，其特征在于，所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比1:1.2:1组成。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的抗车辙沥青改性剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一，偶联剂与金刚玉、有机填料在高速混合机混合20min，转速200～400rpm，得到物料1；

9.一种权利要求8所述的方法制备的抗车辙沥青改性剂，用于制备抗车辙沥青混合料。

10.一种抗车辙沥青混合料，其特征在于，使用了权利要求9所述的抗车辙沥青改性剂；具体地，所抗车辙沥青混合料中抗车辙沥青改性剂和基质沥青的质量比为1:10。