CN111978748B - 一种废弃电池绿色环保新型复配改性沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废弃电池绿色环保新型复配改性沥青及其制备方法，所述改性沥青包括A、B和C三种组分，所述A、B、C三种组分的质量比为2.5:1:24；所述A组分包括质量组分为8～14份的环糊精聚合物和0.3～0.9份的聚苯乙烯；B组分为硫酸钾或硫酸铝；C组分包括质量组分为75～125份的基质沥青、2～11份的废弃电池粉末和1～4份的促进剂。本发明采用的原料价格低廉，生产工艺简单，施工简便易行，效果明显，将废弃碱性锌锰电池变废为宝，实现二次利用。本发明制备的改性沥青具有优异的耐高温性能，并且热储存稳定性良好，尤其适用于高温潮湿及受高强度的紫外线辐射影响的道路地区，具有推广应用的价值。

Description

一种废弃电池绿色环保新型复配改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种道路工程材料，具体是一种废弃电池绿色环保新型复配改性沥青及其制备方法。
背景技术
近年来我国经济急速发展，电池的使用量也在逐年上升，随之而来的就是废弃电池的回收和利用问题。废弃电池对环境的影响十分巨大，科学调查表明，一颗普通电池弃入大自然后，可以污染60万升水，相当于一个人一生的用水量。而废弃电池中蕴含丰富的矿产资源，3000吨废电池回收价值相当于国家开发两个中型矿山的费用，更何况这些都是不可再生的一次性资源。2019年我国累计电池消费量约为80亿只，其中70％是锌锰干电池，报废量高达17万吨，而实际拆解回收量不足1万吨，废弃电池的回收利用将成为我国环境保护的重点
在我国，沥青路面的热稳定性能无法满足路面性能需求是长期困扰道路工程建设的一个大问题。特别是在低纬度地区，受炎热气候与高强度的紫外线辐射的影响，普通沥青道路随着使用年限的增加而发生性能劣化，造成车辙、龟裂、坑槽等路面损害问题，严重威胁道路安全。已有研究发现，特种金属改性剂的加入可提高基质沥青的高温及感温性能与储存稳定性。因此，利用废弃电池提取的特种金属改性剂作为沥青改性剂使用，一方面可以降低成本，充分利用废弃电池材料，实现废弃资源回收利用，利于环境保护；另一方面可以提高基质沥青的高温稳定性与储存稳定性。
关于沥青性能强化，目前国内外应用最为广泛的是SBS改性沥青，虽与基质沥青相比，高温动稳定度提高，车辙深度明显降低，但由于SBS与沥青之间的密度、分子量、粘度、极性及溶解度参数等性质差别较大，随温度升高，SBS改性沥青与基质沥青的稳定度都急剧下降，70℃时SBS改性沥青的稳定度同45℃时相比下降了70％，远达不到道路使用标准。目前国内外以非金属物质提高沥青性能为主导，但已有一些特种金属改性剂作为沥青改性剂的应用，国外已利用ZnO与某种过渡金属对沥青进行改性，提高其低温稳定性等性能，但此方法未能提高改性沥青的高温稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的废弃电池回收再利用率低造成的资源浪费及其导致的环境污染问题，以及普通沥青路面由于高温稳定性差而引起的车辙、龟裂、坑槽等路面损害问题,提供一种废弃电池绿色环保新型复配改性沥青及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种废弃电池绿色环保新型复配改性沥青，包括A、B和C三种组分，所述A、B、C三种组分的质量比为2.5:1:24；所述A组分包括质量组分为8～14份的环糊精聚合物和0.3～0.9份的聚苯乙烯；B组分为硫酸钾或硫酸铝；C组分包括质量组分为75～125份的基质沥青、2～11份的废弃电池粉末和1～4份的促进剂。
优选地，所述基质沥青为重交沥青AH-70。
优选地，所述废弃电池粉末为废弃碱性锌锰电池中的固体粉末。
优选地，所述促进剂为苯甲醇、脂肪胺、苯酚中的一种或两种以上混合。
所述的废弃电池绿色环保新型复配改性沥青，包括以下步骤的方法制备得到：
S1.A组分的制备：将环糊精聚合物和水混合均匀，再加入聚苯乙烯，在研磨机中充分研磨混合1～3h，反应物逐渐粘稠成糊状，干燥即得稳定的包容物；所述环糊精聚合物与水的质量比为1:1～5；
S2.C组分的制备：将基质沥青加热至流动状态，将废弃电池粉末掺加到基质沥青中，在恒温155～165℃条件下以2000～7000r/min的剪切速度高速剪切搅拌20～30min，加热至160～170℃，添加促进剂得到C组分；
S3.将A、B、C组分混合均匀，以2000～7000r/min的剪切速度高速剪切搅拌30～60min，剪切完成后再以1000～3000r/min低速搅拌10～20min除去气泡，随后160～180℃溶胀发育30～60min，即得所述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的改性沥青具有优异的耐高温性能，并且热储存稳定性良好，可以满足长时间存放的需要。本发明的改性沥青尤其适用于高温潮湿及受高强度的紫外线辐射影响的道路地区，具有推广应用的价值。
(2)本发明采用的原料价格低廉，生产工艺简单，施工简便易行，效果明显，将废弃碱性锌锰电池变废为宝，实现二次利用。
具体实施方式
以下实施例采用的废弃电池粉末为废弃碱性锌锰电池中的固体粉末，其中Mn的化合物占52.186％、Zn占0.501％、C占47.109％，其它占0.204％。
实施例1
废弃电池绿色环保新型复配改性沥青由以下质量份数的组分构成：
A组分：环糊精聚合物8份和聚苯乙烯0.3份；
B组分：硫酸钾；
C组分：重交沥青AH-70 75份、废弃电池粉末2份和苯甲醇1份；
A、B、C三种组分的质量比为2.5:1:24。
上述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青的制备方法如下：
S1.A组分的制备：将环糊精聚合物与水混合均匀(环糊精聚合物与水的质量比为1:1)，再加入聚苯乙烯，在研磨机中充分研磨混合1h，反应物逐渐粘稠成糊状，干燥即得稳定的包容物；
S2.C组分的制备：将重交沥青AH-70加热至流动状态，将废弃电池粉末掺加到重交沥青AH-70中，在恒温155℃条件下利用高速剪切机以2000r/min的剪切速度进行高速剪切搅拌20min，加热至160℃，添加苯甲醇，得到C组分；
S3.将A、B、C组分混合均匀，转移到高速剪切机中，以2000r/min的剪切速度高速剪切搅拌30min，剪切完成后再以1000r/min低速搅拌10min除去气泡，随后放置烘箱中160℃溶胀发育30min，即得所述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青。
实施例2
废弃电池绿色环保新型复配改性沥青由以下质量份数的组分构成：
A组分：环糊精聚合物11份和聚苯乙烯0.6份；
B组分：硫酸钾；
C组分：重交沥青AH-70 100份、废弃电池粉末6份和苯甲醇2份；
A、B、C三种组分的质量比为2.5:1:24。
上述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青的制备方法如下：
S1.A组分的制备：将环糊精聚合物与水混合均匀(环糊精聚合物与水的质量比为1:3)，再加入聚苯乙烯，在研磨机中充分研磨混合2h，反应物逐渐粘稠成糊状，干燥即得稳定的包容物；、
S2.C组分的制备：将重交沥青AH-70加热至流动状态，将废弃电池粉末掺加到重交沥青AH-70中，在恒温160℃条件下利用高速剪切机以5000r/min的剪切速度进行高速剪切搅拌25min，加热至165℃，添加苯甲醇，得到C组分；
S3.将A、B、C组分混合均匀，转移到高速剪切机中，以5000r/min的剪切速度高速剪切搅拌45min，剪切完成后再以2000r/min低速搅拌15min除去气泡，随后放置烘箱中165℃溶胀发育45min，即得所述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青。
实施例3
废弃电池绿色环保新型复配改性沥青由以下质量份数的组分构成：
A组分：环糊精聚合物14份和聚苯乙烯0.9份；
B组分：硫酸铝
C组分：重交沥青AH-70 125份、废弃电池粉末11份和苯酚4份；
A、B、C三种组分的质量比为2.5:1:24。
上述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青的制备方法如下：
S1.A组分的制备：将环糊精聚合物与水混合均匀(环糊精聚合物与水的质量比为1:5)，再加入聚苯乙烯，在研磨机中充分研磨混合3h，反应物逐渐粘稠成糊状，干燥即得稳定的包容物；
S2.C组分的制备：将重交沥青AH-70加热至流动状态，将废弃电池粉末掺加到重交沥青AH-70中，在恒温165℃条件下利用高速剪切机以7000r/min的剪切速度进行高速剪切搅拌30min，加热至170℃，添加苯酚得到C组分；
S3.将A、B、C组分混合均匀，转移到高速剪切机中，以7000r/min的剪切速度高速剪切搅拌60min，剪切完成后再以3000r/min低速搅拌20min除去气泡，随后放置烘箱中180℃溶胀发育60min，即得所述废弃电池绿色环保新型复配改性沥青。
将实施例1、2、3制备得到的改性沥青进行各项指标检测，结果如表1、2、3所示：
表1粘度
Figure BDA0002653271720000041
表2沥青三大指标
Figure BDA0002653271720000042
表3马歇尔试验
Figure BDA0002653271720000043
表4 AH-70基质沥青基本性能
Figure BDA0002653271720000051
本发明的改性沥青的各项性能如上表1、2、3所示，与基质沥青的指标区间进行对比，可以看出，本发明制备的改性沥青具有优异的耐高温性能，并且热储存稳定性良好，可以满足长时间存放的需要。随着制备过程中废弃电池粉末添加量的增加，沥青的粘度和软化点都有一定提高，而针入度、延度则下降。针入度的下降表明了随着废弃电池粉末添加量的增加，在一定程度上提高了沥青的耐高温性能。延度是一个沥青低温时的性能参数，高延度意味着更好的耐低温性能，表2的数据表明了废弃电池粉末含量在5℃时对沥青的延度的影响，随着废弃电池粉末添加量的增加，较明显地降低了沥青延度。

Claims (3)

1.一种废弃电池绿色环保复配改性沥青，其特征在于：包括A、B和C三种组分，所述A、B、C三种组分的质量比为2.5:1:24；所述A组分包括质量组分为8～14份的环糊精聚合物和0.3～0.9份的聚苯乙烯；B组分为硫酸钾或硫酸铝；C组分包括质量组分为75～125份的基质沥青、2～11份的废弃电池粉末和1～4份的促进剂；
所述的废弃电池粉末为废弃碱性锌锰电池中的固体粉末；
所述的废弃电池绿色环保复配改性沥青，包括以下步骤的方法制备得到：
S1.A组分的制备：将环糊精聚合物和水混合均匀，再加入聚苯乙烯，在研磨机中充分研磨混合1～3h，反应物逐渐粘稠成糊状，干燥即得稳定的包容物；所述环糊精聚合物与水的质量比为1:1～5；
S2.C组分的制备：将基质沥青加热至流动状态，将废弃电池粉末掺加到基质沥青中，在恒温155～165℃条件下以2000～7000r/min的剪切速度高速剪切搅拌20～30min，加热至160～170℃，添加促进剂，得到C组分；
S3.将A、B、C组分混合均匀，以2000～7000r/min的剪切速度高速剪切搅拌30～60min，剪切完成后再以1000～3000r/min低速搅拌10～20min除去气泡，随后在160～180℃下溶胀发育30～60min，即得所述废弃电池绿色环保复配改性沥青。
2.根据权利要求1所述的废弃电池绿色环保复配改性沥青，其特征在于：所述基质沥青为重交沥青AH-70。
3.根据权利要求1所述的废弃电池绿色环保复配改性沥青，其特征在于：所述促进剂为苯甲醇、脂肪胺、苯酚中的一种或两种以上混合。
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