CN111961344B - 一种高黏沥青改性剂、高黏改性沥青及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高黏沥青改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为40～60份，增黏树脂为25～33份，物理软化剂为11～19份，防老剂为2～6份，增容剂为0.5～1.5份，润滑剂为0.3～0.7份，原料的重量份数之和为100份；所述的主剂由有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶制成。本发明所用到的主剂是有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶按2:0.2:1的重量比混合，主剂在沥青内部溶胀、交联之后形成纤细且均匀的三维交联网络结构，与沥青之间的界面模糊，可大幅提高沥青的弹性和抗变形性能，并改善离析。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，涉及高黏沥青改性剂，具体涉及一种高黏沥青改性剂及由该改性剂制备高黏改性沥青的方法。
背景技术
排水沥青路面由于具有排水、降噪、抗滑以及雨天行车安全性高等优良的服务功能，是实现“海绵城市”及“品质工程”的理想路面类型。排水沥青路面由于其大空隙率(18～25％)的结构特点，导致其高渗透性而长时间暴露在水中，加剧了水损害的发生，一方面降低沥青与集料间的黏结作用，另一方面在行车荷载作用下，对路面结构产生冲刷作用，更易出现脱落、掉粒等病害。其次，排水路面构造深度大，集料在表面裸露，在荷载作用下，如果沥青黏结力不足或沥青膜厚度不足，易导致路面出现早期病害，尤其我国重载交通的特点，将加剧路面使用功能的降低。相比于密级配沥青路面，排水沥青路面与外界热、氧、光等环境因素接触更多，沥青更易发生老化从而导致其路用性能的降低，缩短使用年限。在多因素耦合作用下，对排水沥青混合料中的沥青结合料要求更为严苛，所采用的结合料必须对骨料有耐久的握裹力，较高的黏着力，较强的抗剥落性，并且能以较厚的沥青膜包覆骨料，从而保证排水沥青混合料的抗飞散性能、耐候性、耐水性及重交通道路上应用时的抗塑性变形能力。国内外大量的工程实践表明，沥青结合料的性能对排水沥青路面的重量和耐久性具有决定性的作用，考虑到排水沥青路面的耐久性和功能持续性，宜使用高黏度改性沥青。高黏改性剂可增强沥青的绝对黏度，提高沥青与集料之间的黏结性能，对高黏改性沥青具有重要影响。
我国对高黏改性沥青的研究、应用较晚，大都借鉴参考日本及美国技术方法，其中高黏改性剂也多依赖进口，高昂的成本成为影响我国排水沥青路面推广使用的关键因素。因此，我国当前排水沥青路面发展的首要问题是研制出具有自主知识产权且满足其路用性能的高黏沥青改性剂。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高黏沥青改性剂及由该改性剂制备高黏改性沥青的方法，解决现有技术中沥青黏度不足的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种高黏沥青改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为40～60份，增黏树脂为25～33份，物理软化剂为11～19份，防老剂为2～6份，增容剂为0.5～1.5份，润滑剂为0.3～0.7份，原料的重量份数之和为100份；
所述的主剂由有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶制成。
本发明还具有如下技术特征：
所述的主剂由有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶按2:0.2:1的重量比制成。
优选的，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为40份，增黏树脂为33份，物理软化剂为19份，防老剂为6份，增容剂为1.5份，润滑剂为0.5份。
具体的，所述的增黏树脂由聚酮树脂、酚醛树脂、松香季戊四醇酯和烷基酚醛树脂按1:2.5:1:1.5的重量比混合组成；
所述的物理软化剂由己二酸二乙酯、聚己二酸酯、柠檬酸脂肪酸甘油酯按2:1.5:1的重量比混合组成；
所述的防老剂由N-苯基-N′-环己烷对苯二胺与6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉按1:1的重量比混合制成；或由N-苯基-N′-异丙基对苯二胺与N-苯基-β-萘胺按1:2的重量比混合制成；
所述的增容剂为三乙基四胺；
所述的润滑剂由硬脂酸锌和油酰胺按1:0.5的重量比混合制成。
本发明还保护一种高黏沥青改性剂的制备方法，该方法采用如上所述的高黏沥青改性剂的配方。
具体的，该方法包括以下步骤：
步骤一，称取主剂，加入物理软化剂混匀，形成混合物A；
步骤二，称取增黏树脂、防老剂、增容剂和润滑剂，混合均匀，同混合物A一起加入密炼机在160℃、转速50r/min条件下密炼15min，得到密炼产物；
步骤三，将密炼产物加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到所述的高黏沥青改性剂；其中，所述的双螺杆挤出机的加料段、压缩段和挤出段温度分别为130℃、130℃和120℃，螺杆长径比为24:1。
本发明还保护一种高黏改性沥青，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为85～88份，高黏沥青改性剂为12～15份，原料的重量份数之和为100份；
所述的高黏沥青改性剂采用如上所述的高黏沥青改性剂。
本发明还保护一种高黏改性沥青的制备方法，该方法采用如上所述的高黏改性沥青的配方。
具体的，该方法的具体过程为：称量基质沥青置于容器中，加热至160±5℃；称取高黏沥青改性剂，加入到加热后的沥青中并搅拌均匀；使用剪切机按照3000r/min速率对沥青剪切25min，剪切过程中温度维持在170±10℃；剪切完成后，将沥青置于170±10℃中发育20min，制得高黏改性沥青。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明所用到的主剂是由有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶按2:0.2:1的重量比混合，主剂在沥青内部溶胀、交联之后形成纤细且均匀的三维交联网络结构，与沥青之间的界面模糊，可大幅提高沥青的弹性和抗变形性能，并改善离析。
(Ⅱ)经过大量的研究和试验，结果表明，将本发明生产的高黏沥青改性剂应用于高黏改性沥青(基质沥青选用SK 90#沥青)的制备，当改性剂掺量为12％时，其60℃动力黏度得以大幅提升，可达50000Pa·s以上，沥青的软化点接近或大于90℃，5℃延度接近40cm。此外，制备的高黏改性沥青的抗老化性能、抗水损害性能、存储稳定性、高低温流变性能、与石料的黏附性等均得以提升。
(Ⅲ)本发明所用到的增黏树脂由聚酮树脂、酚醛树脂、松香季戊四醇酯和烷基酚醛树脂按重量比1:2.5:1:1.5混合组成，同主剂混合后，能够活化主剂的聚合物链，使得主剂分子发生迁移和链缠结的可能性增大，从而有效发挥各种树脂的增黏作用，大幅提升改性沥青的黏度，提高沥青与集料之间的黏结性能。
(Ⅳ)本发明所制备的高黏沥青改性剂，制备工艺简单，仅需混合-密炼-挤出-造粒工艺即可得到。
附图说明
图1为实施例5的高黏改性沥青的放大400倍的荧光显微照片。
图2为对比例4的高黏改性沥青的放大400倍的荧光显微照片。
图3为对比例5的高黏改性沥青的放大400倍的荧光显微照片。
图4为对比例6的高黏改性沥青的放大400倍的荧光显微照片。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明所采用的原料均为现有技术中市售的已知产品，作为本发明的优选条件，原料规格如下：
基质沥青的型号为SK-90#沥青。
有机硅弹性体的型号为TPSIV 5300-70A；具体参数如下：密度0.95g/cm3，螺旋线流动长度28cm，熔融流动指数MFI(10kg/190℃)10.5g/10min，压缩形变27％；有机硅弹性体的数均分子量范围为15～20万；
乙二醇双丙烯酸酯为四(乙二醇)双丙烯酸酯或二(乙二醇)双丙烯酸酯；
聚氨酯类橡胶为Elastollan S85A和Elastollan B95A的混合物，按重量比1:1混合。Elastollan S85A具体参数如下：密度1.23g/cm3，肖氏硬度85，抗撕裂强度70N/mm，摩擦损耗35mm3；Elastollan S85A的数均分子量范围为18～25万；
Elastollan B95A具体参数如下：密度1.22g/cm3，肖氏硬度96，抗撕裂强度100N/mm，摩擦损耗30mm3；Elastollan B95A的数均分子量范围为12～16万；
聚酮树脂的型号为CT120，软化点为110～130℃；聚酮树脂的数均分子量范围为1150～1250；
酚醛树脂的型号为SP-1068，软化点为90～110℃；酚醛树脂的数均分子量范围为500～1000；
烷基酚醛树脂的型号为TKM-M80，软化点为-80～100℃；烷基酚醛树脂数均分子量范围为600～1000；
己二酸二乙酯为型号为TP95的己二酸二(丁氧基乙氧基)乙酯；
聚己二酸酯的型号为Paraplex A-8000；聚己二酸酯的数均分子量范围为1000～2500；
柠檬酸脂肪酸甘油酯的型号为伊格特/DEDB。
日本高黏改性剂TPS，具体参数如下：淡黄色颗粒状，密度0.98g/cm3，灰分0.2％，熔融流动指数MFI(10kg/190℃)7.2g/10min，300％定伸拉力0.3MPa，伸长率1284％；
某国产高黏改性剂，淡黄色颗粒状，密度0.94g/cm3，灰分0.5％，熔融流动指数MFI(10kg/190℃)6.9g/10min，300％定伸拉力0.3MPa，伸长率1256％。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种高黏沥青改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为40份，增黏树脂为33份，物理软化剂为19份，防老剂为6份，增容剂为1.5份，润滑剂为0.5份。
其中：
所述的主剂由有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶按2:0.2:1的重量比制成。
所述的增黏树脂由聚酮树脂、酚醛树脂、松香季戊四醇酯和烷基酚醛树脂按1:2.5:1:1.5的重量比混合组成；
所述的物理软化剂由己二酸二乙酯、聚己二酸酯、柠檬酸脂肪酸甘油酯按2:1.5:1的重量比混合组成；
所述的防老剂由N-苯基-N′-环己烷对苯二胺与6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉按1:1的重量比混合制成；或由N-苯基-N′-异丙基对苯二胺与N-苯基-β-萘胺按1:2的重量比混合制成；
所述的增容剂为三乙基四胺；
所述的润滑剂由硬脂酸锌和油酰胺按1:0.5的重量比混合制成。
本实施例的高黏沥青改性剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，称取主剂，加入物理软化剂混匀，形成混合物A；
步骤二，称取增黏树脂、防老剂、增容剂和润滑剂，混合均匀，同混合物A一起加入密炼机在160℃、转速50r/min条件下密炼15min，得到密炼产物；
步骤三，将密炼产物加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到所述的高黏沥青改性剂；其中，所述的双螺杆挤出机的加料段、压缩段和挤出段温度分别为130℃、130℃和120℃，螺杆长径比为24:1。
实施例2：
本实施例给出一种高黏沥青改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为50份，增黏树脂为30份，物理软化剂为15份，防老剂为4份，增容剂为0.5份，润滑剂为0.5份。
具体的，主剂、增黏树脂、物理软化剂、防老剂、增容剂和润滑剂的原料配比和制备方法均与实施例1相同。
本实施例的高黏沥青改性剂的制备方法与实施例1中的高黏沥青改性剂的制备方法相同。
实施例3：
本实施例给出一种高黏沥青改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为55份，增黏树脂为25份，物理软化剂为15份，防老剂为4份，增容剂为0.7份，润滑剂为0.3份。
具体的，主剂、增黏树脂、物理软化剂、防老剂、增容剂和润滑剂的原料配比和制备方法均与实施例1相同。
本实施例的高黏沥青改性剂的制备方法与实施例1中的高黏沥青改性剂的制备方法相同。
实施例4：
本实施例给出一种高黏沥青改性剂，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为60份，增黏树脂为25份，物理软化剂为11份，防老剂为2份，增容剂为1.3份，润滑剂为0.7份。
具体的，主剂、增黏树脂、物理软化剂、防老剂、增容剂和润滑剂的原料配比和制备方法均与实施例1相同。
本实施例的高黏沥青改性剂的制备方法与实施例1中的高黏沥青改性剂的制备方法相同。
实施例5：
本实施例给出一种高粘改性沥青，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏沥青改性剂为12份。
其中，高黏沥青改性剂采用实施例1中的高黏沥青改性剂。
本实施例的高黏改性沥青的制备方法，该方法的具体过程为：称量基质沥青置于容器中，加热至160±5℃；称取高黏沥青改性剂，加入到加热后的沥青中并搅拌均匀；使用剪切机按照3000r/min速率对沥青剪切25min，剪切过程中温度维持在170±10℃；剪切完成后，将沥青置于170±10℃中发育20min，制得高黏改性沥青。
本实施例的性能测试结果参见表1。
实施例6：
本实施例给出一种高粘改性沥青，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏沥青改性剂为12份。
其中，高黏沥青改性剂采用实施例2中的高黏沥青改性剂。
本实施例的高黏改性沥青的制备方法与实施例5的高黏改性沥青的制备方法相同。
本实施例的性能测试结果参见表1。
实施例7：
本实施例给出一种高粘改性沥青，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏沥青改性剂为12份。
其中，高黏沥青改性剂采用实施例3中的高黏沥青改性剂。
本实施例的高黏改性沥青的制备方法与实施例5的高黏改性沥青的制备方法相同。
本实施例的性能测试结果参见表1。
实施例8：
本实施例给出一种高粘改性沥青，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏沥青改性剂为12份。
其中，高黏沥青改性剂采用实施例4中的高黏沥青改性剂。
本实施例的高黏改性沥青的制备方法与实施例5的高黏改性沥青的制备方法相同。
本实施例的性能测试结果参见表1。
实施例9：
本实施例给出一种高粘改性沥青，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为85份，高黏沥青改性剂为15份。
其中，高黏沥青改性剂采用实施例1中的高黏沥青改性剂。
本实施例的高黏改性沥青的制备方法与实施例5的高黏改性沥青的制备方法相同。
本实施例的性能测试结果参见表1。
对比例1：
本对比例给出一种沥青改性剂，该沥青改性剂的配方与实施例1中的高黏沥青改性剂的配方基本相同，区别仅仅在于主剂不同。
本对比例中的主剂为有机硅弹性体。
本对比例的沥青改性剂的制备方法与实施例1的高黏沥青改性剂的配方基本相同。
对比例2：
本对比例给出一种沥青改性剂，该沥青改性剂的配方与实施例1中的高黏沥青改性剂的配方基本相同，区别仅仅在于主剂不同。
本对比例中的主剂为有机硅弹性体和聚氨酯橡胶按2:1的重量比的混合物。
本对比例的沥青改性剂的制备方法与实施例1的高黏沥青改性剂的配方基本相同。
对比例3：
本对比例给出一种沥青改性剂，该沥青改性剂的配方与实施例1中的高黏沥青改性剂的配方基本相同，区别仅仅在于主剂不同。
本对比例中的主剂为有机硅弹性体和乙二醇双丙烯酸酯按2:0.2的重量比的混合物。
本对比例的沥青改性剂的制备方法与实施例1的高黏沥青改性剂的配方基本相同。
对比例4：
本对比例给出一种改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏改性剂为12份。
具体的，沥青改性剂采用对比例1中的沥青改性剂。
本对比例的改性沥青制备方法与实施例5的高黏改性沥青制备方法基本相同。
本对比例的性能测试结果参见表2。
对比例5：
本对比例给出一种改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏改性剂为12份。
具体的，沥青改性剂采用对比例2中的沥青改性剂。
本对比例的改性沥青制备方法与实施例5的高黏改性沥青制备方法基本相同。
本对比例的性能测试结果参见表2。
对比例6：
本对比例给出一种改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为88份，高黏改性剂为12份。
具体的，沥青改性剂采用对比例3中的沥青改性剂。
本对比例的改性沥青制备方法与实施例5的高黏改性沥青制备方法基本相同。
本对比例的性能测试结果参见表2。
对比例7：
本对比例给出一种改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为88份，沥青改性剂为12份。
具体的，沥青改性剂为日本高黏改性剂TPS。
本对比例的改性沥青制备方法与实施例5的高黏改性沥青的制备方法基本相同。
本对比例的性能测试结果参见表2。
对比例8：
本对比例给出一种改性沥青，由以下原料制成：基质沥青为88份，沥青改性剂为12份。
具体的，沥青改性剂为某国产高黏改性剂。
本对比例的改性沥青制备方法与实施例5的高黏改性沥青的制备方法基本相同。
本对比例的性能测试结果参见表2。
性能测试：
根据JTG E20-2011、JT/T 860.2-2013和JTG 5142-2019现行规范对所制备的高黏改性沥青或改性沥青进行性能测试分析。结果如表1和表2。
表1实施例5至9的高黏改性沥青性能测试数据
表2对比例4至8的改性沥青的性能测试数据
从表1和表2的对比可知，从实施例和对比例的测试结果可以看出，实施例5～9的综合性能远远超过对比例4～8，说明由本发明所述的高黏沥青改性剂制备的高黏改性沥青性能优越。实施例5～9的各项性能均很好，并且各项指标均满足“排水沥青路面设计与施工指导规范”对排水沥青路面用高黏改性沥青的要求。同时，由本发明所述的高黏沥青改性剂制备的高黏改性沥青具有优异的高低温性能，且存储稳定性良好，可用于排水沥青路面的施工，应用前景广阔。
图1至图4为实施例5、对比例4、对比例5和对比例6放大400倍的荧光显微照片。由图可以明显看出，相较于对比例4～6，实施例5中的高黏改性剂在沥青中发生了溶胀、交联作用，因此能很好地提高沥青的动力黏度，实际应用效果也更佳。
Claims (7)
1.一种高黏沥青改性剂，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为40～60份，增黏树脂为25～33份，物理软化剂为11～19份，防老剂为2～6份，增容剂为0.5～1.5份，润滑剂为0.3～0.7份，原料的重量份数之和为100份；
所述的主剂由有机硅类弹性体、乙二醇双丙烯酸酯和聚氨酯类橡胶按2:0.2:1的重量比制成；
所述的增黏树脂由聚酮树脂、酚醛树脂、松香季戊四醇酯和烷基酚醛树脂按1:2.5:1:1.5的重量比混合组成；
所述的物理软化剂由己二酸二乙酯、聚己二酸酯、柠檬酸脂肪酸甘油酯按2:1.5:1的重量比混合组成；
所述的防老剂由N-苯基-N′-环己烷对苯二胺与6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉按1:1的重量比混合制成；或由N-苯基-N′-异丙基对苯二胺与N-苯基-β-萘胺按1:2的重量比混合制成；
所述的增容剂为三乙基四胺；
所述的润滑剂由硬脂酸锌和油酰胺按1:0.5的重量比混合制成。
2.如权利要求1所述的高黏沥青改性剂，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：主剂为40份，增黏树脂为33份，物理软化剂为19份，防老剂为6份，增容剂为1.5份，润滑剂为0.5份。
3.一种高黏沥青改性剂的制备方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至2任一权利要求所述的高黏沥青改性剂的配方。
4.如权利要求3所述的高黏沥青改性剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，称取主剂，加入物理软化剂混匀，形成混合物A；
步骤二，称取增黏树脂、防老剂、增容剂和润滑剂，混合均匀，同混合物A一起加入密炼机在160℃、转速50r/min条件下密炼15min，得到密炼产物；
步骤三，将密炼产物加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，得到所述的高黏沥青改性剂；其中，所述的双螺杆挤出机的加料段、压缩段和挤出段温度分别为130℃、130℃和120℃，螺杆长径比为24:1。
5.一种高黏改性沥青，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：基质沥青为85～88份，高黏沥青改性剂为12～15份，原料的重量份数之和为100份；
所述的高黏沥青改性剂采用如权利要求1至2任一权利要求所述的高黏沥青改性剂。
6.一种高黏改性沥青的制备方法，其特征在于，该方法采用如权利要求5所述的高粘改性沥青的配方。
7.如权利要求6所述的高黏改性沥青的制备方法，其特征在于，该方法的具体过程为：称量基质沥青置于容器中，加热至160±5℃；称取高黏沥青改性剂，加入到加热后的沥青中并搅拌均匀；使用剪切机按照3000r/min速率对沥青剪切25min，剪切过程中温度维持在170±10℃；剪切完成后，将沥青置于170±10℃中发育20min，制得高黏改性沥青。
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