CN109897393A - 一种sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SBS改性沥青及其制备方法，按重量份计，包括SBS颗粒2~11份、稳定剂4~15份、沥青90~100份；所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）3~8份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）10~20份、硫磺（S）50~70份、有机蒙脱土（OMMT）800~950份。经改性后的SBS改性沥青其高温性能、抗老化性能、储存稳定性均得以明显增强。

Description

一种SBS改性沥青及其制备方法

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SBS改性沥青及制备方法。

背景技术

近十几年来，我国公路建设事业取得了迅猛发展，截至2018年末全国公路总里程达486万公里，居世界第一。与水泥路面相比，沥青路面由于表面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪音低、耐磨、不扬尘易清洗、施工期短、养护维修简便等优点，使其得到了广泛的应用。随着我国经济的发展，道路交通量逐年增加，车辆轴载也越来越重，对路用沥青的性能要求也越来越高，现有基质沥青已难以满足高等级公路建设需要。

为了提高沥青材料的性能，改性沥青应运而生。目前，聚合物改性沥青是最常见的改性沥青，根据改性剂种类的不同，主要有三种类型：橡胶类改性沥青、热塑性弹性体改性沥青、树脂类改性沥青三种。其中，SBS等是目前各国使用最多的改性剂之一。

SBS既具有橡胶的弹性性质，又有树脂的热塑性性质，因而具有弹性好、抗拉强度高、低温变形性能好等优点，可提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性。SBS的良好改性性能使得SBS改性沥青成为国内外应用最为广泛的改性沥青。目前生产SBS改性沥青常用的方法是机械共混法，但由于SBS与基质沥青的相容性差，导致其极易发生离析，与基质沥青难以形成稳定的均相体系，即表现为制备的SBS改性沥青稳定性差，从而严重影响了沥青整体的改性效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种SBS改性沥青及其制备方法，在实现改性的同时解决现有SBS改性沥青稳定性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种SBS改性沥青，按重量份计，包括SBS颗粒2~11份、稳定剂4~15份、沥青90~100份；

所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）3~8份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）10~20份、硫磺（S）50~70份、有机蒙脱土（OMMT）800~950份。

优选的，所述的SBS改性沥青，按重量份计，包括SBS颗粒3~8份、稳定剂4~7份、沥青96~100份；所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）3~6份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）14~18份、硫磺（S）55~65份、有机蒙脱土（OMMT）870~920份。

优选的，所述的SBS改性沥青，按重量份计，包括SBS颗粒4份、稳定剂4份、沥青100份；所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、有机蒙脱土（OMMT）900份。

优选的，所述沥青为基质沥青，进一步地，所述沥青为石油基质沥青。

优选的，所述SBS颗粒为线型SBS颗粒和星型SBS颗粒中的至少一种。

进一步地，所述纳米氧化锌的粒径为20-60nm；

优选的，所述纳米氧化锌粒径为36nm。

如上SBS改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

S1、将沥青加热到160℃~180℃，获得沥青浆料，搅拌，备用；

S2、按配比，将SBS颗粒加入到所述沥青浆料中，搅拌均匀；再以3000 r/min ~5000r/min的速率高速剪切，剪切时间为20 ~50 min，得到混合物；

S3、将配好的稳定剂放入混合物中搅拌并发育2 ~4h，得到SBS改性沥青。

硫磺在一定条件下会发生分解反应产生自由基，硫磺自由基具有很强的氧化性，与SBS 改性沥青聚合物混合后，在一定温度、时间条件下夺取聚合物链段上的氢原子，以硫化氢气体的形式从聚合物体系中排出。同时，许多自由基在SBS聚合物失去氢原子的链段处产生，聚合物中相邻两端自由基耦合形成交联化学键，使得SBS改性沥青聚合物从二维结构渐变为三维网状结构，聚合物中分子链间整体性能提升，故而粘度增加，使SBS改性沥青稳定性得到提升。而二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）是一种最常用的硫化促进剂，通常与硫磺、氧化锌等一起与橡胶发生交联反应，TMTD首先与ZnO作用生成 XSZnSX，其后与S发生反应生成XSSaZnSbSX，其最终与SBS发生交联反应。在SBS改性沥青中，SBS一般是以微米级的微小颗粒分散悬浮于沥青中，SBS粒子越小，表面自由能越高，加入纳米ZnO后，SBS颗粒会被吸附，SBS微小颗粒表面的自由能降低，聚集被抑制，提高了SBS与沥青界面的结合能力。纳米ZnO的加入一方面对SBS改性沥青产生明显增粘倾向，提高其高温存储稳定性；另一方面做为硫化反应活性剂，可以提高硫化反应速度与效率，从而改善稳定剂的使用效果。

当因硫化反应使SBS改性沥青聚合物从二维结构渐变为三维网状结构时，由于有机蒙脱土表面有很多活性官能团，它的添加对这一过程有促进作用。通常，SBS颗粒会被沥青中的油份所溶胀，使得密度差异变大，当有机蒙脱土加入时，这一密度差异减小，在合适的有机蒙脱土含量下，沉降（或）上升速率为零，因而改性沥青体系存储稳定性能得到改善。随着溶胀的进行，混合物密度慢慢减少，与沥青密度相当。这就表明有机蒙脱土的加入使得SBS体系密度向沥青密度靠近，故而改性沥青系统达到了稳态。另外，有机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SBS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）SBS改性沥青聚合物形成稳定的均相体系，不会发生离析分层，便于储存和运输；

2）SBS改性沥青体系因有机蒙脱土的加入，使得高温性能和抗老化性能提高；

3）硫化反应使SBS改性沥青聚合物从二维结构渐变为三维网状结构，形成三维网络结构，使得改性沥青有更好的粘度。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

本实施例中，SBS改性沥青的制备方法如下：

1）按重量份，分别称取线性SBS颗粒4份、稳定剂4份、石油基质沥青100份；所述稳定剂，按重量份计，包括：36nm纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、有机蒙脱土（OMMT）900份；

2）将石油基质沥青加热到170℃，并在慢速搅拌（40r/min）状态下保温等待下一工序；

3）将称取的SBS颗粒加入到石油基质沥青，先慢速搅拌（40r/min）7min，再进行高速剪切，剪切速度为4000r/min，剪切时间为40min，得到混合物A；

4）将称取的稳定剂加入到混合物A中，慢速搅拌（40r/min）并发育3.5h，冷却后得到SBS改性沥青。

对比例1

本对比例中， SBS改性沥青的制备方法如下：

1）按重量份，分别称取线性SBS颗粒4份、稳定剂4份、石油基质沥青100份；所述稳定剂，按重量份计，包括：36nm纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份；

2）将石油基质沥青加热到170℃，并在慢速搅拌（40r/min）状态下保温等待下一工序；

3）将称取的SBS颗粒加入到石油基质沥青，先慢速搅拌（40r/min）7min，再进行高速剪切，剪切速度为4000r/min，剪切时间为40min，得到混合物A；

4）将称取的稳定剂加入到混合物A中，慢速搅拌（40r/min）并发育3.5h，冷却后得到SBS改性沥青。

对比例2

本对比例中， SBS改性沥青的制备方法如下：

1）按重量份，分别称取线性SBS颗粒4份、稳定剂4份、石油基质沥青100份；所述稳定剂，按重量份计，包括：36nm纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、有机蒙脱土（OMMT）900份；

2）将石油基质沥青加热到170℃，并在慢速搅拌（40r/min）状态下保温等待下一工序；

3）将称取的SBS颗粒加入到石油基质沥青，先慢速搅拌（40r/min）7min，再进行高速剪切，剪切速度为4000r/min，剪切时间为40min，得到混合物A；

4）将称取的稳定剂加入到混合物A中，慢速搅拌（40r/min）并发育3.5h，冷却后得到SBS改性沥青。

将上述实施例1、对比例1、对比例2制备好的改性沥青和未改性的SBS沥青按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0661-2011聚合物改性沥青离析试验，测得上、下层软化点差值来对其稳定性进行判定，具体数据如表1所示。

表1 沥青离析试验情况对比

通过实验结果表明实施例1中的SBS改性沥青性能得到了明显的增强，同时没有发生明显的离析分层，对比例1中由于没有加入有机蒙脱土使得SBS在沥青中分散不均匀，有离析分层的现象，稳定性较差，对比例2中因缺少硫磺，没有发生硫化反应，只有有机蒙脱土的作用，还是有明显的离析分层，同时高温性能提升，延度有所下降。通过对比，硫磺、有机蒙脱土等组分缺一不可，具备协同作用，使得沥青的性能有显著的提升，并且SBS改性沥青的稳定性良好。

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 (10)

1.一种SBS改性沥青，按重量份计，包括SBS颗粒2~11份、稳定剂4~15份、沥青90~100份；

所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）3~8份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）10~20份、硫磺（S）50~70份、有机蒙脱土（OMMT）800~950份。

2.根据权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于，按重量份计，包括SBS颗粒3~8份、稳定剂4~7份、沥青96~100份；

所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）3~6份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）14~18份、硫磺（S）55~65份、有机蒙脱土（OMMT）870~920份。

3.根据权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于，按重量份计，包括SBS颗粒4份、稳定剂4份、沥青100份；

所述稳定剂，按重量份计，包括：纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、有机蒙脱土（OMMT）900份。

4.根据权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于，所述沥青为基质沥青，优选地，所述沥青为石油基质沥青。

5.根据权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于，所述SBS颗粒为线型SBS颗粒和星型SBS颗粒中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的SBS改性沥青，其特征在于，所述纳米氧化锌的粒径为20-60nm。

7.如权利要求1-6任一项的SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将沥青加热到160℃~180℃，获得沥青浆料，搅拌，备用；

S2、按配比，将SBS颗粒加入到所述沥青浆料中，搅拌均匀；再以3000 r/min ~5000r/min的速率高速剪切，剪切时间为20~50 min，得到混合物；

S3、将配好的稳定剂放入混合物中搅拌并发育2~4h，得到SBS改性沥青。

8.根据权利要求7所述的SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，S1中，搅拌速率为30-60r/min。

9.根据权利要求7所述的SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，S2中，将SBS颗粒加入到所述沥青浆料中后，先以30-60r/min的速率搅拌5-9min，再以3000r/min~5000r/min的速率高速剪切，剪切时间为20~50 min。

10.根据权利要求7所述的改性沥青的制备方法，其特征在于，S3中，搅拌速率为30-60r/min，发育时间为2~4h。