CN111675913A - 一种抗老化sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗老化SBS改性沥青及其制备方法,包括以下重量组分:75~88份沥青质、3~8份SBS改性剂、2.2~3份磺化油、0.5~1份多聚磷酸、0.2~0.5份稳定剂、0~0.2份抗剥落剂、3~7份填料。本发明通过沥青中组分和工艺的设置,单一组分、单一工序的作用和多组分、多工序之间的配合,使得沥青的高温抗车辙性能、低温抗开裂性能提高,温度敏感性降低,在高低温下仍具有较好的强度和韧性,拌合性能较好,同时提高沥青与道路基层间的黏附性能,在沥青铺筑破乳后,能够提高沥青的疏水性能,持续促进沥青的聚集,防止空隙的增大,能够有效提高沥青的抗老化能力,适合广泛推广与使用。
Description
技术领域
本发明涉及沥青领域,具体是一种抗老化SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
沥青为高黏度有机液体,是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物,沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料,在道路工程中沥青是应用广泛的路面结构胶结材料,与不同组分的矿质材料配合可制得不同结构的沥青路面,其具有良好的力学性能,铺筑的路面平整无缝且有一定的粗糙度,振动小,噪声低,行车舒适,耐磨好,无强烈反光,有利于行车安全,在现代公路及道路中,交通流量和行驶频度迅速增长,货运车的轴重不断增加,普遍实行分车道单向行驶,易受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境因素的作用而发生物性变化,需要进一步提高路面在低温下的抗开裂能力,高温下的抗车辙能力,改善路面的耐磨性、抗老化性能,延长使用寿命。因此,我们提出一种抗老化SBS改性沥青及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗老化SBS改性沥青及其制备方法,以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种抗老化SBS改性沥青及其制备方法,包括以下重量组分:75~88份沥青质、3~8份SBS改性剂、2.2~3份磺化油、0.5~1份多聚磷酸、0.2~0.8份稳定剂、3~7份填料。
在上述技术方案中,SBS改性剂具有良好的变形自恢复性及裂缝自愈性,能够提高沥青的耐高温和低温能力,同时提高沥青强度和弹性,多聚磷酸能够沥青中成分的分散度,提高沥青的高温性能、抗老化能力和存储稳定性,且不影响沥青的低温性能,与SBS改性剂间的相容性好,磺化油为在结构和性质上具有二重性,可作为乳化剂使用,提高沥青的平整度,促进沥青聚集,提高沥青强度,且无需调节pH值,无需其他成分配合使用避免成分失效,减少成分组成,防止对沥青造成伤害。
作为本发明的一种优选实施方式,所述稳定剂为改性聚乙烯醇。
在上述技术方案中,稳定剂能够稳定乳化剂的乳化效果,避免乳化剂乳化失效,在一定程度上能够减少乳化剂的用量,有机稳定剂能够提高分散于沥青质中的介质的粘度,抑制沥青质的运动,且稳定剂溶解于水中,能够增加水相的密度,减小沥青质与水相之间的密度差,缓解沥青质在水相中的沉降,达到乳化沥青存储稳定性、改善沥青混合料相容性的目的,提高沥青的生产质量。
作为本发明的一种优选实施方式,所述填料为:2~3份炭黑、0.2~0.4份矿粉。
作为本发明的一种优选实施方式,所述矿粉包括火山岩、页岩、电石、花岗岩、砂岩。
在上述技术方案中,炭黑弥散于沥青中,能够吸附自由基,阻碍的沥青质老化进程,且能够阻止紫外线进入,减少光对沥青质的老化作用,对沥青的高温性能、低温性能和感温性亦有改善,矿粉能够提高沥青的软化点,从而提高沥青的高温稳定性,在磺化油等作用下,保持与沥青间的内聚力,防止水分浸入而造成遇水剥落损坏。
一种抗老化SBS改性沥青的制备方法,包括以下步骤:
1)取填料中的炭黑和矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡30~50min,过滤得到润湿的填料;
2)取磺化油溶于纯水,制得磺化油溶液,取多聚磷酸加入纯水并加热至95~100℃,搅拌均匀,加入步骤1)中得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
3)取沥青质加热至170~180℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为2500~3000rpm,剪切时间为15~25min;
加入SBS改性剂,于170~180℃温度下溶胀10~15min,然后进行剪切,剪切速率为7000~8000rpm,剪切时间为15~25min;
然后加入稳定剂,继续剪切20~35min,剪切后于160~175℃温度下发育1~2h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为2500~3000rpm;
4)预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至45~60℃,并加入乳化机中,搅拌20~30s,取步骤3)中得到的改性沥青质B加热至140~155℃,并缓慢加入乳化机中,乳化2~5min,然后置于50~70℃温度的恒温箱中,搅拌20~30min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
在上述技术方案中,沥青质与SBS改性剂剪切生成改性沥青质B,混合液A中的多聚磷酸能够抑制改性沥青质B的团聚,提高改性沥青质B在沥青中的分散度,分散的改性沥青质B之间能够形成稳定的空间结构,同时多聚磷酸作为质子酸能够调节混合液A的pH值,促进磺化油的活化,乳化沥青质,生成的乳化沥青于恒温箱中适当搅拌,能够防止其中的水分蒸发过快而结皮,避免影响成品中的水油比,沥青在与道路基层中集料接触后,磺化油与集料中的离子进行交换,亲水基与离子结合,疏水基打破集料中的结合水与集料间的引力,促进集料中结合水的释放,产生细微发泡,能够促进沥青对集料的裹覆,提高沥青在低温下的拌合性,减少道路铺筑时的环境限制,使得沥青与集料之间、沥青与沥青之间的吸引力提高,同时完成对乳化沥青的破乳,在机械压力下,沥青与道路之间的黏结紧密,提高沥青与道路基层间的黏结性,沥青的压实度和强度、抗车辙能力提高,沥青的防水能力提高,且不会随着时间的推移而削弱,持续促进沥青的聚集,防止空隙的增大,能够有效提高沥青的抗老化能力。
作为本发明的一种优选实施方式,所述步骤3)中的SBS改性剂的制备方法为:取SBS于70~90℃温度下干燥9~11h,取EMA于45~55℃温度下干燥1~3h,混合后挤出造粒。
在上述技术方案中,将苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)与乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)接枝制得的SBS改性剂,在与沥青质剪切后,能够提高沥青的韧性和抗冲击能力,降低缺口敏感性,延长沥青使用寿命。
作为本发明的一种优选实施方式,所述步骤3)中的稳定剂中改性聚乙烯醇的制备方法为:取聚乙烯醇加入纯水,加热至70~90℃,加入硫酸铝,搅拌1~3h,冷却至室温。
在上述技术方案中,将铝离子引入聚乙烯醇的分子链上,制备得到改性聚乙烯醇,其耐水性能有明显提高,提高所制沥青的耐水性,延长沥青使用寿命。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明的抗老化SBS改性沥青及其制备方法,通过沥青中组分和工艺的设置,单一组分、单一工序的作用和多组分、多工序之间的配合,使得沥青的高温抗车辙性能、低温抗开裂性能提高,温度敏感性降低,在高低温下仍具有较好的强度和韧性,拌合性能较好,同时提高沥青与道路基层间的黏附性能,在沥青铺筑破乳后,能够提高沥青的疏水性能,持续促进沥青的聚集,防止空隙的增大,能够有效提高沥青的抗老化能力。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
取苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)于70℃温度下干燥9h,取乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)于45℃温度下干燥1h,混合后挤出造粒,制得SBS改性剂;取聚乙烯醇加入纯水,加热至70℃,加入硫酸铝,搅拌1h,冷却至室温,制得有机稳定剂改性聚乙烯醇;
取填料中的2份炭黑和0.2份矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡30min,过滤得到润湿的填料;取2.2份磺化油溶于纯水,制得磺化油溶液,取0.5份多聚磷酸加入纯水并加热至95℃,搅拌均匀,加入上一步骤得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
取75份沥青质加热至170℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为2500rpm,剪切时间为15min;加入3份SBS改性剂,于170℃温度下溶胀10min,然后进行剪切,剪切速率为7000rpm,剪切时间为15min;然后加入0.2份改性聚乙烯醇,继续剪切20min,剪切后于160℃温度下发育1h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为2500rpm;
预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至45℃,并加入乳化机中,搅拌20s,取上一步骤得到的改性沥青质B加热至140℃,并缓慢加入乳化机中,乳化2min,然后置于50℃温度的恒温箱中,搅拌20min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
实施例2
取SBS于80℃温度下干燥10h,取EMA于50℃温度下干燥2h,混合后挤出造粒,制得SBS改性剂;取聚乙烯醇加入纯水,加热至80℃,加入硫酸铝,搅拌2h,冷却至室温,制得有机稳定剂改性聚乙烯醇;
取填料中的2.5份炭黑和0.3份矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡40min,过滤得到润湿的填料;取2.6份磺化油溶于纯水,制得磺化油溶液,取0.7份多聚磷酸加入纯水并加热至97℃,搅拌均匀,加入上一步骤得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
取81份沥青质加热至175℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为2750rpm,剪切时间为20min;加入5份SBS改性剂,于175℃温度下溶胀12min,然后进行剪切,剪切速率为7500rpm,剪切时间为20min;然后加入0.3份改性聚乙烯醇,继续剪切27min,剪切后于167℃温度下发育1.5h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为2750rpm;
预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至52℃,并加入乳化机中,搅拌25s,取上一步骤得到的改性沥青质B加热至147℃,并缓慢加入乳化机中,乳化3min,然后置于60℃温度的恒温箱中,搅拌25min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
实施例3
取SBS于90℃温度下干燥11h,取EMA于55℃温度下干燥3h,混合后挤出造粒,制得SBS改性剂;取聚乙烯醇加入纯水,加热至90℃,加入硫酸铝,搅拌3h,冷却至室温,制得有机稳定剂改性聚乙烯醇;
取填料中的3份炭黑和0.4份矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡50min,过滤得到润湿的填料;取3份磺化油溶于纯水,制得磺化油溶液,取1份多聚磷酸加入纯水并加热至100℃,搅拌均匀,加入上一步骤得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
取88份沥青质加热至180℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为3000rpm,剪切时间为25min;加入8份SBS改性剂,于180℃温度下溶胀15min,然后进行剪切,剪切速率为8000rpm,剪切时间为25min;然后加入0.5份改性聚乙烯醇,继续剪切35min,剪切后于175℃温度下发育2h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为3000rpm;
预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至60℃,并加入乳化机中,搅拌30s,取上一步骤得到的改性沥青质B加热至155℃,并缓慢加入乳化机中,乳化5min,然后置于70℃温度的恒温箱中,搅拌30min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
对比例1
取SBS于80℃温度下干燥10h,取EMA于50℃温度下干燥2h,混合后挤出造粒,制得SBS改性剂;取聚乙烯醇加入纯水,加热至80℃,加入硫酸铝,搅拌2h,冷却至室温,制得有机稳定剂改性聚乙烯醇;
取填料中的2.5份炭黑和0.3份矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡40min,过滤得到润湿的填料;取2.6份十二烷基磺酸钠加入纯水,加入上一步骤得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
取81份沥青质加热至175℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为2750rpm,剪切时间为20min;加入5份SBS改性剂,于175℃温度下溶胀12min,然后进行剪切,剪切速率为7500rpm,剪切时间为20min;然后加入0.3份有机稳定剂和0.25份无机稳定剂,其中有机稳定剂为改性聚乙烯醇,无机稳定剂为硅酸钠和氯化铬,继续剪切27min,剪切后于167℃温度下发育1.5h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为2750rpm;
预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至52℃,并加入乳化机中,搅拌25s,取上一步骤得到的改性沥青质B加热至147℃,并缓慢加入乳化机中,乳化3min,然后置于60℃温度的恒温箱中,搅拌25min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
对比例2
取填料中的2.5份炭黑和0.3份矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡40min,过滤得到润湿的填料;取2.6份磺化油溶于纯水,制得磺化油溶液,取0.7份多聚磷酸加入纯水并加热至97℃,搅拌均匀,加入上一步骤得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
取81份沥青质加热至175℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为2750rpm,剪切时间为20min;加入5份SBS,于175℃温度下溶胀12min,然后进行剪切,剪切速率为7500rpm,剪切时间为20min;然后加入0.3份聚乙烯醇,继续剪切27min,剪切后于167℃温度下发育1.5h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为2750rpm;
预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至52℃,并加入乳化机中,搅拌25s,取上一步骤得到的改性沥青质B加热至147℃,并缓慢加入乳化机中,乳化3min,然后置于60℃温度的恒温箱中,搅拌25min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
实验
取实施例1-3、对比例1-2和普通沥青,分别对其抗老化性能实验前后的针入度、延度、软化点进行检测并记录检测结果;
其中针入度的实验条件为:在温度25℃、湿度85%下,以100g的标准针,经5秒贯入试样的深度值,单位为0.1mm;
延度的实验条件为:在25℃的水中,以5cm/min的形变速度将沥青试件拉断时的伸长值,单位为cm;
软化点的实验条件为:在25℃下,取沥青于标准铜环内,放置重量为3.5g,直径为9.5mm的铜球,浸入水中,以5℃/min的速度加热升温,使沥青软化下垂到25.4mm时的温度值,单位为℃;
老化实验的实验条件为:在60℃温度潮湿环境下处理2d,在强度为0.01J/cm2紫外灯下照射85min,施压5d,取老化实验后的针入度、延度、软化点为抗老化性能的指标。
根据上表中的数据,可以清楚得到以下结论:
实施例1-3、对比例1-2和普通沥青形成对比,检测结果可知,与实施例1-3相比,对比例1更换了乳化剂及稳定剂,对比例2未对SBS和稳定剂做改性处理,老化前实施例1-3中的针入度、延度、软化点均有明显的提高,且实施例1-3、对比例1-2和普通沥青的针入度、延度在老化后均有不同程度上的减低,软化点上升,但对比例1、对比例2和普通沥青的针入度、延度、软化点数值变化较实施例1-3更明显,且变化率由大到小依次为:普通沥青、对比例1中的沥青、对比例2中的沥青,这充分说明了对乳化剂、稳定剂的选择,SBS和稳定剂的改性提高了沥青的抗老化能力,本发明实现了对沥青抗老化性能的提高,效果稳定,具有较高实用性。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (7)
1.一种抗老化SBS改性沥青,其特征在于,包括以下重量组分:75~88份沥青质、3~8份SBS改性剂、2.2~3份磺化油、0.5~1份多聚磷酸、0.2~0.5份稳定剂、3~7份填料。
2.根据权利要求1所述的一种抗老化SBS改性沥青,其特征在于:所述稳定剂为改性聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的一种抗老化SBS改性沥青,其特征在于:所述填料包括以下重量组分:2~3份炭黑、0.2~0.4份矿粉。
4.根据权利要求3所述的一种抗老化SBS改性沥青,其特征在于:所述矿粉包括火山岩、页岩、电石、花岗岩、砂岩。
5.一种抗老化SBS改性沥青的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)取填料中的炭黑和矿粉置于纯水中,搅拌分散后浸泡30~50min,过滤得到润湿的填料;
2)取磺化油溶于纯水,制得磺化油溶液,取多聚磷酸加入纯水并加热至95~100℃,搅拌均匀,加入步骤1)中得到润湿的填料,搅拌均匀,制备得到混合液A;
3)取沥青质加热至170~180℃,利用胶体磨进行剪切,剪切速率为2500~3000rpm,剪切时间为15~25min;
加入SBS改性剂,于170~180℃温度下溶胀10~15min,然后进行剪切,剪切速率为7000~8000rpm,剪切时间为15~25min;
然后加入稳定剂,继续剪切20~35min,剪切后于160~175℃温度下发育1~2h,制备得到改性沥青质B,其中剪切速率为2500~3000rpm;
4)预热乳化机,加入纯水,取混合液A加热至45~60℃,并加入乳化机中,搅拌20~30s,取步骤3)中得到的改性沥青质B加热至140~155℃,并缓慢加入乳化机中,乳化2~5min,然后置于50~70℃温度的恒温箱中,搅拌20~30min,最后搅拌并冷却至室温,制备得到成品。
6.根据权利要求5所述的一种抗老化SBS改性沥青的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的SBS改性剂的制备方法为:取SBS于70~90℃温度下干燥9~11h,取EMA于45~55℃温度下干燥1~3h,混合后挤出造粒。
7.根据权利要求5所述的一种抗老化SBS改性沥青的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的稳定剂中改性聚乙烯醇的制备方法为:取聚乙烯醇加入纯水,加热至70~90℃,加入硫酸铝,搅拌1~3h,冷却至室温。
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