CN110003669A - 一种复合tb胶粉改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种复合tb胶粉改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合TB胶粉改性沥青及其制备方法，该复合TB胶粉改性沥青不仅通过对橡胶粉的接枝活化使得到的改性橡胶粉与TB胶粉沥青具有优异相容性，既不会降低TB胶粉沥青的储存稳定性，又能显著提高TB胶粉沥青的耐高温性能；同时，还将复合TB胶粉改性沥青在特定条件下进行静置发育，使改性橡胶粉与TB胶粉沥青之间形成微交联结构，从而进一步提高TB胶粉沥青的耐高温性能；该制备方法制备得到的复合TB胶粉改性沥青具有优异的耐高温性能和储存稳定性，对复合TB胶粉改性沥青的大规模应用具有积极作用。

Description

一种复合TB胶粉改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青改性领域，具体涉及一种复合TB胶粉改性沥青及其制备方法。
背景技术
近年来由于石油价格的迅速增长以及废旧轮胎橡胶所带来的环境压力，使得废橡胶粉改性沥青在道路中的应用受到广泛关注。将废旧轮胎磨碎制成橡胶粉应用到沥青当中，不仅能有效解决废旧轮胎造成的环境污染问题，并且能有效提高沥青的高低温性能、抗老化和抗疲劳性能，从而提高路面的柔韧性，减少反射性裂缝、车辙的产生，降低噪音等；同时，由于轮胎胶粉源于回收料，因此废橡胶粉改性沥青具有相对于SBS改性沥青较好的成本优势。这些为轮胎胶粉作为环境友好、性能优良的新一代道路用沥青改性材料奠定基础。但是由于橡胶粉与基质沥青在分子结构、密度以及极性上相差较大，属于热力学不相容体系，因此，采用常规方法制备出的橡胶粉改性沥青储存稳定性差，严重制约了橡胶粉改性沥青的快速发展和广泛应用。因此，人们采用多种方法对橡胶粉或者沥青进行了改性处理，并对复合方法进行了优化，如：专利CN101805524A、CN101831188A、CN103589176A、CN103911009A等，上述方法对两者相容性的改善效果显著，橡胶粉改性沥青的综合性能也得到了较大程度的提升，对橡胶粉改性沥青的快速发展和广泛应用具有了积极作用。
TB胶粉沥青（Terminal Blend胶粉改性沥青）是近年来发展起来的一种新型改性沥青，与传统橡胶粉改性沥青不同的是，TB胶粉沥青制备使用更细的橡胶粉，在高温、长时间、高速剪切的条件下，橡胶粉在基质沥青中发生脱硫与裂解反应，然后与基质沥青相容形成均相体系，具有很好的储存稳定性。在TB胶粉沥青的制备过程中，由于大量胶粉在基质沥青中发生了完全降解，致使TB胶粉沥青虽然耐低温性能优异，但耐高温性能却大大降低，从而导致TB胶粉沥青难以单独大规模使用，严重限制了TB胶粉沥青的生产和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现今TB胶粉沥青高温性能差的缺陷，提出了一种复合TB胶粉改性沥青的制备方法，该复合TB胶粉改性沥青不仅通过对橡胶粉的接枝活化使得到的改性橡胶粉与TB胶粉沥青具有优异相容性，既不会降低TB胶粉沥青的储存稳定性，又能显著提高TB胶粉沥青的耐高温性能；同时，还将复合TB胶粉改性沥青在特定条件下进行静置发育，使改性橡胶粉与TB胶粉沥青之间形成微交联结构，从而进一步提高TB胶粉沥青的耐高温性能；该制备方法制备得到的复合TB胶粉改性沥青具有优异的耐高温性能和储存稳定性，对复合TB胶粉改性沥青的大规模应用具有积极作用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种复合TB胶粉改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
（1）预处理: 将橡胶粉用辐射功率为450-700W的微波辐射处理30-600s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将预处理橡胶粉分散在含有改性剂的水溶液中后，加入引发剂，在50-70℃的温度下反应1-3h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的TB胶粉沥青中加入接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在160-200℃的温度下进行剪切处理30-90分钟，然后在150-180℃温度中静置发育0.5-3h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
其中，优选的，步骤（1）中所述的橡胶粉细度为40-80目；橡胶粉细度越小，粉碎成本越高，对TB胶粉沥青的耐高温改善效果越差，橡胶粉细度越大，橡胶粉对TB胶粉沥青的耐高温改善效果越好，但与TB胶粉沥青相容性越差，对TB胶粉沥青的稳定性影响越大；最优选的，所述的橡胶粉细度为60目。
其中，步骤（1）中通过预处理对橡胶粉进行降解处理，橡胶粉中的硫交联键断裂，生成接枝自由基，有利于橡胶粉的接枝改性；上述预处理方法处理橡胶粉后，其分子链段长度适中，橡胶粉表面活性基团多，接枝后与沥青的相容性好，且对TB胶粉沥青的耐高温性能改善效果显著。通过对橡胶粉的预处理，能使橡胶粉表面的橡胶分子链断裂降解，形成含有更多活性基团的橡胶链段，而橡胶链段越长，与沥青复合后，对TB胶粉沥青耐高温性能的改善效果越好，但橡胶链段越长，橡胶链段上的活性基团暴露越少，与改性剂和引发剂的接触概率越低，改性剂与橡胶粉的接枝数量减少，改性橡胶粉上的碱性基团数量降低，与沥青的相容性变差；通过上优选的预处理方法，得到的预处理橡胶粉表面的橡胶链段长度合理，得到的复合TB胶粉改性沥青耐高温性能和储存稳定性最好。其中，用苯乙烯浸泡抽提，能除去橡胶粉中的增塑剂和抗老化剂，使橡胶分子链的活性更高，有利于橡胶粉的改性处理和对TB胶粉沥青的复合改性。
其中，步骤（2）中通过该接枝改性处理方法能将更多的碱性基团接枝在橡胶粉表面，与TB胶粉沥青的相容性更好。
其中，步骤（2）中所述的改性剂为含有不饱和键和碱性基团的有机物；改性剂中的不饱和键在引发剂的作用下与橡胶粉表面的活性基团键接，从而对橡胶粉进行接枝改性，而碱性基团能与TB胶粉沥青中的酸性基团键接，从而显著改善橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性，使橡胶粉能在TB胶粉沥青中长时间稳定存在；
优选的，所述的碱性基团为季胺碱、仲胺、伯胺、叔胺、氨、芳香胺、酰胺中的一种或多种；优选的碱性基团与TB胶粉沥青中的活性基团键接能力更好，接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性更好。
最优选的，所述的改性剂为丙烯酰胺、N, N二甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种；优选的改性剂在预处理橡胶粉上的接枝数量大，与TB胶粉沥青中的活性基团键接能力好，得到接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性好，对TB胶粉沥青的耐高温性能改善效果显著。
其中，步骤（2）中所述的引发剂为有机过氧化物、无机过氧化物或偶氮类化合物中一种或多种；所述的引发剂能引发改性剂接枝在橡胶粉上，从而对橡胶粉进行改性处理，改善橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性。
优选的，所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二已丁腈中的一种或多种；优选的引发剂引发接枝效果更好，得到的改性橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性更好。
其中，优选的，步骤（2）中预处理橡胶粉、改性剂和引发剂的质量之比为1-10︰1︰0.03-0.3；改性剂和引发剂的用量与预处理橡胶粉的接枝能力有关，其接枝能力越强，则加入的改性剂和引发剂用量越大，接枝的改性剂数量越多，接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的键接能力越好，与TB胶粉沥青的相容性越好，但橡胶粉的接枝能力越强，则需要暴露的活性基团越多，分子链越短，从而导致接枝橡胶粉对TB胶粉沥青的耐热性改善效果越差；进一步优选的，所述预处理橡胶粉、改性剂和引发剂的质量之比为2-8︰1︰0.07；最优选的，所述预处理橡胶粉、改性剂和引发剂的质量之比为5︰1︰0.07；优选的质量比，得到的复合TB胶粉改性沥青耐热性能更好。
其中，步骤（3）中通过该复合改性处理方法，能使接枝橡胶粉上的碱性基团与TB胶粉沥青中的酸性基团发生反应，在较短时间将接枝橡胶粉与TB胶粉沥青进行复合，并使接枝橡胶粉与TB胶粉沥青形成微交联结构，提高TB胶粉改性沥青的高温性能，同时，也不会由于橡胶粉和TB胶粉沥青在分子结构、密度以及极性上的较大差别而导致改性沥青离析和储存稳定性降低。
其中，优选的，步骤（3）中，接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的质量之比为1︰5-25；接枝橡胶粉用量过大，会导致复合改性沥青的粘度太高，不利于实际施工，接枝橡胶粉用量太少，对TB胶粉沥青的耐高温改善效果不显著，在该范围内，复合TB胶粉改性沥青的综合性能更好；进一步优选的，接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的质量之比为1︰10-20；最优选的，接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的质量之比为1︰15。
为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种复合TB胶粉改性沥青，所述复合TB胶粉改性沥青是通过上述制备方法制备得到的；该复合TB胶粉改性沥青综合性能好，耐热性能和储存稳定性优异，对TB胶粉沥青的大规模应用和废旧轮胎的回收利用具有积极作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明复合TB胶粉改性沥青的制备方法，通过控制橡胶粉的降解程度，从而使得到的接枝橡胶粉与TB胶粉沥青具有优异相容性的同时，又能显著提高TB胶粉沥青的耐高温性能。
2、本发明复合TB胶粉改性沥青的制备方法，对橡胶粉进行接枝改性， 使橡胶粉分子链中带有碱性基团，能与TB胶粉沥青中的酸性基团发生反应，并在不添加交联剂的情况下，使接枝橡胶粉与沥青之间形成微交联结构，从而在显著改善TB胶粉改性沥青高温性能的同时，不降低其储存稳定性。
3、本发明复合TB胶粉改性沥青的制备方法简单、可靠，适合复合TB胶粉改性沥青的大规模应用。
4、本发明复合TB胶粉改性沥青兼具优异的高温性能和储存稳定性，对橡胶粉改性沥青的大规模应用具有积极作用。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，为了便于实验效果的对比，TB胶粉沥青与接枝橡胶粉的用量比值为10︰1；但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
（1）预处理: 将60目的橡胶粉用辐射功率为550W的微波辐射处理300s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将50g的预处理橡胶粉分散在含有10g的丙烯酰胺的500ml的水溶液中后，加入0.7g的过硫酸钾，在60℃的温度下反应2h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在180℃的温度下进行剪切处理60分钟，然后在165℃温度中静置发育1.5h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
实施例2：
（1）预处理: 将80目的橡胶粉用辐射功率为700W的微波辐射处理30s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将50g的预处理橡胶粉分散在含有50g的N, N二甲基丙烯酰胺的1000mL水溶液中后，加入1.5g的过氧化苯甲酰，在70℃的温度下反应1h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在160℃的温度下进行剪切处理90分钟，然后在180℃温度中静置发育0.5h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
实施例3：
（1）预处理: 将40目的橡胶粉用辐射功率为450W的微波辐射处理600s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将50g预处理橡胶粉分散在含有5g羟甲基丙烯酰胺的500mL水溶液中后，加入1.5g偶氮二已丁腈，在50℃的温度下反应3h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在200℃的温度下进行剪切处理30分钟，然后在150℃温度中静置发育3h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
对比例1：
复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g的60目普通橡胶粉，混合后用剪切乳化机在200℃的温度下进行剪切处理30分钟，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
对比例2：
（1）接枝改性：将50g的60目橡胶粉分散在含有10g的丙烯酰胺的500ml的水溶液中后，加入0.7g的过硫酸钾，在60℃的温度下反应2h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（2）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在180℃的温度下进行剪切处理60分钟，然后在165℃温度中静置发育1.5h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
对比例3：
（1）预处理: 将60目的橡胶粉用辐射功率为800W的微波辐射处理500s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将50g的预处理橡胶粉分散在含有10g的丙烯酰胺的500ml的水溶液中后，加入0.7g的过硫酸钾，在60℃的温度下反应2h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在180℃的温度下进行剪切处理60分钟，然后在165℃温度中静置发育1.5h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
对比例4：
（1）预处理: 将60目的橡胶粉用辐射功率为350W的微波辐射处理20s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将50g的预处理橡胶粉分散在含有10g的丙烯酰胺的500ml的水溶液中后，加入0.7g的过硫酸钾，在60℃的温度下反应2h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在180℃的温度下进行剪切处理60分钟，然后在165℃温度中静置发育1.5h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
对比例5：
（1）预处理: 将60目的橡胶粉用辐射功率为550W的微波辐射处理300s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g预处理橡胶粉，混合后用剪切乳化机在180℃的温度下进行剪切处理60分钟，然后在165℃温度中静置发育1.5h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
对比例6：
（1）预处理: 将60目的橡胶粉用辐射功率为550W的微波辐射处理300s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将50g的预处理橡胶粉分散在含有10g的丙烯酰胺的500ml的水溶液中后，加入0.7g的过硫酸钾，在60℃的温度下反应2h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的500g TB胶粉沥青中加入50g接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在180℃的温度下进行剪切处理60分钟，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
性能测试
按照交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2001）分别对实施例1-3和对比例1-6制备得到的复合TB胶粉改性沥青进行性能试验，试验结果如下表：
编号 软化点（℃） 离析软化点差（℃）
实施例1 68.4 0.9
实施例2 67.8 1.1
实施例3 66.7 1.2
对比例1 60.8 5.6
对比例2 63.1 2.6
对比例3 63.6 0.8
对比例4 64.1 1.6
对比例5 62.3 2.1
对比例6 66.1 1.2
TB胶粉沥青 57.3 0.8
通过上述实验数据可知：实施例1-3中通过本发明方法制备得到的复合TB胶粉改性沥青，其与TB胶粉沥青相比，复合TB胶粉改性沥青的耐高温性能显著增加，存储稳定性影响小，对TB胶粉沥青的大规模应用和废旧轮胎的回收利用具有积极作用。而，对比例1中，直接将橡胶粉与TB胶粉沥青进行复合处理，橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性很差，虽然能一定程度的改善TB胶粉沥青的耐高温性能，但得到的复合TB胶粉改性沥青存储稳定性显著降低，不利于应用；对比例2中未对橡胶粉进行预处理，虽然对橡胶粉的接枝改性处理能一定程度的改善与TB胶粉沥青的相容性，但橡胶粉表面接枝的碱性基团少，与TB胶粉沥青的相容性差，得到的复合TB胶粉改性沥青存储稳定性和耐高温性能显著低于实施例1；对比例3中对橡胶粉的预处理过度，导致橡胶粉降解过度，虽然与TB胶粉沥青的相容性增加，复合TB胶粉改性沥青的存储稳定性优异，但对TB胶粉沥青的耐高温性能改善效果显著降低；对比例4中对橡胶粉的预处理未达到本发明的要求，虽然对TB胶粉沥青的耐高温性能改善效果有所提高，但与TB胶粉沥青的相容性降低；对比例5中未对橡胶粉进行接枝改性，橡胶粉与TB胶粉沥青的相容性显著降低，得到的复合TB胶粉改性沥青的耐高温性能和存储稳定性显著降低；对比例6中未进行静置发育处理，得到的复合TB胶粉改性沥青中未形成微交联结构，得到的复合TB胶粉改性沥青的耐高温性能和存储稳定性与实施例1相比，有较大幅度降低。

Claims (10)

1.一种复合TB胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理: 将橡胶粉用辐射功率为450-700W的微波辐射处理30-600s后，用苯乙烯浸泡抽提，过滤烘干后得到预处理橡胶粉；
（2）接枝改性：将预处理橡胶粉分散在含有改性剂的水溶液中后，加入引发剂，在50-70℃的温度下反应1-3h，反应完成后经过滤、干燥得到接枝橡胶粉；
（3）复合改性：在熔融的TB胶粉沥青中加入接枝橡胶粉，混合后用剪切乳化机在160-200℃的温度下进行剪切处理30-90分钟，然后在150-180℃温度中静置发育0.5-3h，冷却得到复合TB胶粉改性沥青。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的橡胶粉细度为40-80目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的改性剂为分子链中含有不饱和键和碱性基团的有机物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂中的碱性基团为季胺碱、仲胺、伯胺、叔胺、氨、芳香胺、酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的引发剂为有机过氧化物、无机过氧化物或偶氮类化合物中一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二已丁腈中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中预处理橡胶粉、改性剂和引发剂的质量之比为1-10︰1︰0.03-0.3。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预处理橡胶粉、改性剂和引发剂的物质的量之比为2-8︰1︰0.07。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中接枝橡胶粉与TB胶粉沥青的质量之比为1︰5-25。
10.一种复合TB胶粉改性沥青，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到。
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