CN111349345A - 一种硫化天然橡胶改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑物道路类技术领域，具体涉及一种硫化天然橡胶改性沥青及其制备方法。该改性沥青是由基质沥青、天然橡胶、硫化剂和促进剂制成。先将天然橡胶通过高速旋转剪切均匀地分散在基质沥青中，再向其中加入硫化剂、促进剂，使天然橡胶在沥青中硫化、交联，形成网络结构，来获得高性能的改性沥青。经过改性后，沥青的软化点、5℃延度、135℃旋转粘度显著提升、针入度降低，并出现明显的弹性恢复性能。可见本发明提供的天然橡胶改性沥青有良好的高低温性能，是一种有效的沥青改性方法，适于推广应用。

Description

一种硫化天然橡胶改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑物道路类技术领域，涉及到道路工程中改性沥青的有关问题，具体涉及一种硫化天然橡胶改性沥青及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的迅猛发展，交通重载化日趋严重，路面病害问题也日渐凸显。为应对路面病害，延长道路的使用寿命，向沥青中添加改性剂是当前的主流做法，而常见的沥青改性剂有SBS、废旧胶粉、丁苯胶乳等。

目前，由于天然橡胶价格持续低迷，马来西亚、泰国等天然橡胶生产国都有将天然橡胶用于沥青改性的强烈愿望，期望借此来扩大天然橡胶的消费市场。马来西亚在天然橡胶改性沥青方面已经取得了一些成果，而我国对此还鲜有研究。2019年12月20日，海南天然橡胶产业集团股份有限公司与马来西亚橡胶局在马来西亚吉隆坡就天然橡胶改性沥青道路合作进行了洽谈并签订了合作备忘录。马来西亚橡胶局将把天然橡胶改性沥青专利无偿独家授权于海南橡胶，并由海南橡胶在中国市场进行应用推广。双方将共同研发适用于中国各地区不同气候和路况的多种天然橡胶改性沥青道路，计划在2020年在海南落地建成中国第一条天然橡胶改性沥青示范路。可见，天然橡胶作为一种可再生资源，用作沥青的改性剂，应用前景广阔。但是当前天然橡胶改性沥青面临着成本、技术等问题，在我国推广使用，还需要大量的试验验证。

发明内容

本发明提供了一种新型的硫化天然橡胶改性沥青及其制备方法，由基质沥青、天然橡胶、硫化剂和促进剂制成。改性后的沥青较基质沥青，软化点、5℃延度、135℃旋转粘度提升，针入度降低，沥青的高低温性能均得到提高，是一种高性能的改性沥青。

本发明的技术方案是：

一种硫化天然橡胶改性沥青，主要由基质沥青、天然橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸、四甲基二硫代秋兰姆(TMTD)6个组分组成；其中，天然橡胶与基质沥青的混合物称为天然橡胶沥青混合物，天然橡胶的质量分数为1.5％～3％；天然橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸和TMTD的质量比为100：(5～20)：(3～6)：(1～3)：(1～3)。

优选的，天然橡胶沥青混合物中，天然橡胶质量分数为2％～2.5％。

优选的，天然橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸和TMTD的质量比为100：(10～15)：(4～5)：(2～3)：(2～3)。

所述的基质沥青为70#或90#沥青。

所述的天然橡胶为未硫化的天然橡胶生胶(标准胶)。

一种硫化天然橡胶改性沥青的制备方法如下：

(1)将基质沥青加热至140～160℃使其熔化，然后加入天然橡胶屑搅拌后继续放入140～160℃烘箱中溶胀1～2h；其中，天然橡胶的质量分数为1.5％～3％。

(2)将步骤(1)得到的混合物在温度150～160℃、转速4000～6000rpm的条件下旋转剪切1～1.5h，使天然橡胶均匀地分散在基质沥青中，获得天然橡胶沥青混合物。

(3)继续向步骤(2)得到的天然橡胶沥青混合物中，依据混合物中天然橡胶含量并按照硫化配方加入硫磺、氧化锌、硬脂酸、TMTD，并以温度150～160℃、转速4000～6000rpm的条件继续旋转剪切15～30min；硫化配方中，各物质与天然橡胶的质量比为：

天然橡胶：硫磺：氧化锌：硬脂酸：TMTD＝100：(5～20)：(3～6)：(1～3)：(1～3)。

(4)将步骤(3)得到的混合物放入140～160℃的环境下继续保温1～2h，使橡胶在沥青中完成硫化反应，充分交联，并消除旋转剪切过程中产生的气泡，最终获得硫化天然橡胶改性沥青。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种新型的硫化天然橡胶改性沥青，可将天然橡胶应用于道路沥青改性中。改性后，沥青的软化点、5℃延度、135℃旋转粘度得到显著提升，针入度下降，高低温性能提高。另外，改性沥青出现明显的弹性恢复性能，弹性回复率可达到65％。

附图说明

图1是不同橡胶掺量沥青软化点随硫磺掺量的变化图(固定硫化配方中氧化锌5份、硬脂酸2份、TMTD2份)。

图2是不同橡胶掺量沥青5℃延度随硫磺掺量的变化图(固定硫化配方中氧化锌5份、硬脂酸2份、TMTD2份)。

图3是不同橡胶掺量沥青135℃旋转黏度随硫磺掺量的变化图(固定硫化配方中氧化锌5份、硬脂酸2份、TMTD2份)。

图4是弹性恢复试验数据图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1

天然橡胶占基质沥青质量分数为2％，硫化配方为：天然橡胶100份、硫磺10份、氧化锌5份、硬脂酸2份、TMTD2份。

具体制备方法如下：

取196g 90#基质沥青，145℃加热融化后，加入4g天然橡胶碎屑，适当搅拌后放入145℃烘箱溶胀发育1h；取出上述混合物在160℃的温度、4000rpm的转速下高速旋转剪切1h，得到橡胶均匀分散在沥青中的天然橡胶沥青混合物；向该混合物中按照硫化配方加入硫磺0.4g、氧化锌0.2g、硬脂酸0.08g、TMTD0.08g，继续按上述条件高速旋转剪切15min；然后取出放入145℃烘箱中保温1h，得到该配方下的硫化天然橡胶改性沥青。

实施例2

天然橡胶占基质沥青质量分数为2.5％，硫化配方为：天然橡胶100份、硫磺5份、氧化锌5份、硬脂酸2份、TMTD2份。

具体制备方法如下：

取195g 90#基质沥青，160℃加热融化后，加入5g天然橡胶碎屑，适当搅拌后放入160℃烘箱溶胀发育1.5h；取出上述混合物在150℃的温度、6000rpm的转速下高速旋转剪切1.5h，得到橡胶均匀分散在沥青中的天然橡胶沥青混合物；向该混合物中按照硫化配方加入硫磺0.25g、氧化锌0.25g、硬脂酸0.1g、TMTD 0.1g，继续按上述条件高速旋转剪切30min；然后取出放入160℃烘箱中保温2h，得到该配方下的硫化天然橡胶改性沥青。

实施例3

天然橡胶占基质沥青质量分数为2.5％，硫化配方为：天然橡胶100份、硫磺10份、氧化锌5份、硬脂酸2份、TMTD2份。

具体制备方法如下：

取195g 90#基质沥青，140℃加热融化后，加入5g天然橡胶碎屑，适当搅拌后放入140℃烘箱溶胀发育1h；取出上述混合物在140℃的温度、5000rpm的转速下高速旋转剪切1.2h，得到橡胶均匀分散在沥青中的天然橡胶沥青混合物；向该混合物中按照硫化配方加入硫磺0.5g、氧化锌0.25g、硬脂酸0.1g、TMTD 0.1g，继续按上述条件高速旋转剪切20min；然后取出放入140℃烘箱中保温1.5h，得到该配方下的硫化天然橡胶改性沥青。

上述3种实施方案的硫化天然橡胶改性沥青的基本指标如下表1所示。

表1不同配方改性沥青基本指标

结合上表可知，采用该工艺制得的硫化天然橡胶改性沥青可以大幅度提高沥青的性能，可推广应用。

Claims (4)

1.一种硫化天然橡胶改性沥青，其特征在于，主要由基质沥青、天然橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸、四甲基二硫代秋兰姆TMTD组成；其中，天然橡胶与基质沥青的混合物称为天然橡胶沥青混合物，天然橡胶的质量分数为1.5％～3％；天然橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸和TMTD的质量比为100：(5～20)：(3～6)：(1～3)：(1～3)。

2.根据权利要求1所述的一种硫化天然橡胶改性沥青，其特征在于，

天然橡胶沥青混合物中，天然橡胶质量分数为2％～2.5％；

天然橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸和TMTD的质量比为100：(10～15)：(4～5)：(2～3)：(2～3)。

3.根据权利要求1或2所述的一种硫化天然橡胶改性沥青，其特征在于，

所述的基质沥青为70#或90#沥青；

所述的天然橡胶为未硫化的天然橡胶生胶。

4.一种硫化天然橡胶改性沥青的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)将基质沥青加热至140～160℃使其熔化，然后加入天然橡胶屑搅拌后继续放入140～160℃烘箱中溶胀1～2h；其中，天然橡胶的质量分数为1.5％～3％；

(2)将步骤(1)得到的混合物在温度150～160℃、转速4000～6000rpm的条件下旋转剪切1～1.5h，使天然橡胶均匀地分散在基质沥青中，获得天然橡胶沥青混合物；

(3)继续向步骤(2)得到的天然橡胶沥青混合物中，依据混合物中天然橡胶含量并按照硫化配方加入硫磺、氧化锌、硬脂酸、TMTD，并以温度150～160℃、转速4000～6000rpm的条件继续旋转剪切15～30min；

硫化配方中，各物质与天然橡胶的质量比为：

天然橡胶：硫磺：氧化锌：硬脂酸：TMTD＝100：(5～20)：(3～6)：(1～3)：(1～3)；

(4)将步骤(3)得到的混合物放入140～160℃的环境下继续保温1～2h，使橡胶在沥青中完成硫化反应，充分交联，并消除旋转剪切过程中产生的气泡，最终获得硫化天然橡胶改性沥青。

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