CN112094504A - 高掺量橡塑复合胶粉改性沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，主要由以下重量份的原料制成：15～40份橡塑复合胶粉、100～200份基质沥青；橡塑复合胶粉由70～90份废旧轮胎橡胶粉和10～30份废旧塑料通过双螺杆挤出机制成。据此，发明人还建立了相应制备方法。研究表明，本发明以高掺量的橡塑复合胶粉为主，配以少量材料为辅助的高掺量橡塑复合胶粉改性沥青具有良好的高低温性能、施工稳定性、弹性恢复性能以及存储稳定性；而且工艺简操作易，可连续大量生产制备。此外，广泛推广本发明能够大量吸纳废旧轮胎胶粉以及废旧塑料，为社会环境带来巨大的生态及经济效益。

Description

高掺量橡塑复合胶粉改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于改性沥青技术领域，尤其涉及一种高掺量橡塑复合胶粉改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着社会工业化生活的不断进步，一方面相当数量的工业化产品给社会民众带来巨大的便利，另一方面也衍生出数量巨大的固体废弃物，这给生态环境带来了巨大压力，废旧轮胎数量和废旧塑料就是典型的年产量大、自然界难以降解、对环境危害较大的固体废弃物。随着社会不断进步，人们普遍意识到这些固体废弃物的危害，逐渐开始寻找其再生循环利用之道，道路改性沥青就提供了一个很好的利用平台。相关研究表明，废旧轮胎制成的胶粉、废旧塑料制成的PE改性剂颗粒都可以作为改性剂对道路石油沥青进行改性。然而，单独使用其中一种进行改性均存在局限，如仅使用废旧塑料进行沥青改性，虽可改善其高温性能，但低温性能受到较大影响；而仅使用废旧轮胎胶粉进行沥青改性，虽可改善其低温性能，但其高温性能、粘度等方面会受影响，尤其是在掺量较高的情况下更为明显。为此，人们开始尝试将废旧轮胎胶粉、废旧塑料混合使用，以期优势互补。
从工艺上来说，现阶段针对废旧轮胎胶粉、废旧塑料的最具工业化应用前景是采用双螺杆挤出机进行混炼，双螺杆挤出机提供的“热力+机械力”作用，能够使废旧塑料在熔融温度下与废旧轮胎胶粉进行充分融合，而废旧轮胎胶粉在“热力+机械力”作用下可以将胶粉剪切至更小目数，使其在沥青中更好分散。而且，由于废旧轮胎胶粉其表面本身是硫化的大分子固定结构，在双螺杆挤出机作用下能够恢复部分生胶功能，使其在沥青中具备更好的溶解性能，对改性沥青的性能有很好的提升作用。
尽管双螺杆挤出机制备橡塑复合胶粉有一定效果，但是较高掺量下的应用显现诸多问题。180℃旋转粘度通常用来表征橡胶类改性沥青的施工性能，从施工经验来说，一般在2.5pa·s以下才能保证其施工性能，而高掺量的情况下其180℃旋转粘度较高，施工性能差，而且易离析、低温性能较差。为避免此种情况，大多双螺杆挤出工艺制备的橡塑复合胶粉都采用了较低掺量。如中国专利“一种高温耐储存的废橡胶粉改性沥青的制备方法”(专利号201010126676.7公开日2010.08.18)采用双螺杆挤出机进行橡胶、塑料的共混，并制备相应的橡塑复合改性沥青，但是改性沥青中橡塑复合胶粉的掺量较少(3％～10％)，仍是以橡胶粉为主，没有能充分发挥橡塑复合胶粉的性能优势；中国专利“一种具有低温性能的沥青改性剂剂改性沥青”(专利号201310388313.4公开日2014.01.22)将聚乙烯、废橡胶粉、生物基填料、润滑剂、抗氧剂和色粉按比例搅拌均匀后也采用双螺杆挤出机进行挤出造粒使用，不仅材料复杂、而且在沥青中掺量也很少，每100份沥青中只有1～2份。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高掺量橡塑复合胶粉改性沥青及其制备方法，所得橡塑复合胶粉改性沥青产品具有良好的高低温稳定性、施工和易性以及存储稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，主要由以下重量份的原料制成：15～40份橡塑复合胶粉、100～200份基质沥青；橡塑复合胶粉由70～90份废旧轮胎橡胶粉和10～30份废旧塑料通过双螺杆挤出机制成。
上述高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，主要由以下重量份的原料制成：橡塑复合胶粉20～40份、基质沥青100～200份、1～15份糠醛抽出油、1～10份SBS、1～25份SBR，1～10份降粘剂、1～10份的稳定剂。
废旧轮胎橡胶粉为30～80目，废旧塑料为高密度聚乙烯HDPE，基质沥青为70#基质沥青，糠醛抽出油中芳烃含量80％～86％，SBS为YH-791型，SBR为SHGR-JZ型，降粘剂为sasobit，稳定剂为硫磺。
上述高掺量橡塑复合胶粉改性沥青的制备方法，将基质沥青加热至熔融状态，然后加入糠醛抽出油、SBS及SBR，进行普通搅拌，然后加入橡塑复合胶粉及降粘剂利用高速剪切机进行高速剪切，最后加入稳定剂，继续普通搅拌，即得橡塑复合改性沥青。
普通搅拌或高速剪切在165℃～185℃条件下持续0.5～1.5h；高速剪切的转速为3000～5000rad/min。
橡塑复合胶粉通过双螺杆挤出机制成，其主机加热温度130～220℃，主机转速为100～400rad/s，喂料速度为10～50hz。
针对目前橡塑复合改性沥青存在的掺量较低、施工性和稳定性差等问题，发明人从橡塑复合胶粉设计、制备以及橡塑复合胶粉改性沥青制备等多方面入手，成功研制了一种高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，主要由以下重量份的原料制成：15～40份橡塑复合胶粉、100～200份基质沥青；橡塑复合胶粉由70～90份废旧轮胎橡胶粉和10～30份废旧塑料通过双螺杆挤出机制成。其中，HDPE颗粒对沥青的高温性能能起到更好的改善作用；糠醛抽出油包含的轻质组分能促进橡塑复合胶粉、SBS、SBR、降粘剂等在沥青中的溶解，能更好的的进行分散；SBS本身能很好的改善沥青的高低温性能，SBR能很好的改善沥青的低温性能，降粘剂能够整体降低沥青的粘度，保证其具有良好的施工性能。大量的橡塑复合胶粉与少量的糠醛抽出油、SBS、SBR、降粘剂加入基质沥青后，在充分溶胀作用后，同时经历搅拌、高速剪切作用后，大量的橡塑复合胶粉能够形成主要的空间网络，而少量的SBS、SBR及稳定剂能够复合填充其中，使其更稳定，形成了丰富、稳定的空间网络结构，能够给性能带来巨大的提升。
据此，发明人还建立了相应制备方法。由于没有专门的橡塑复合改性沥青的规范，所以本发明研究结合了《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对SBS I-D的技术指标要求，《橡胶沥青路面施工技术规范》(DB45/T 1098-2014)以及相关橡胶改性沥青的施工经验进行。研究表明，本发明以高掺量的橡塑复合胶粉为主，配以少量材料为辅助的高掺量橡塑复合胶粉改性沥青具有良好的高低温性能、施工稳定性、弹性恢复性能以及存储稳定性；而且工艺简操作易，可连续大量生产制备。此外，广泛推广本发明能够大量吸纳废旧轮胎胶粉以及废旧塑料，为社会环境带来巨大的生态及经济效益。
具体实施方式
为进一步阐释本发明如何实施，以下通过实例进行说明。其中，所用原料主要如下：
基质沥青为壳牌70#基质沥青。
废轮胎橡胶粉为为广西交科新材料科技有限责任公司生产的30～80目橡胶粉，不含有目测可见的木屑、金属、砂砾、玻璃和污物等杂质，其物理化学指标符合《硫化橡胶粉》(GB/T 19208-2008)要求。
废旧塑料为中石化茂名分公司产高密度聚乙烯HDPE颗粒，其分子中支链少，结晶度达到85％～90％，密度达到0.941～0.965g/cm3。
糠醛抽出油为山东泰畅石化科技有限公司生产，其含油分较多，芳烃含量80％～86％。
SBS为YH-791型，SBR为SHGR-JZ型号，降粘剂采用sasobit，稳定剂为硫磺。
一、橡塑复合胶粉的制备研究
为考察橡塑复合胶粉制备工艺对橡塑复合改性沥青产品的影响，发明人在拟定橡塑复合胶粉配比(废旧轮胎橡胶粉70～90份与废旧塑料10～30份)的基础上，对双螺杆挤出机制备橡塑复合胶粉的工艺条件参数进行了研究。
经过调研发现，双螺杆挤出机的机械械参数影响较大的主要是主机加热温度、主机转速以及喂料速度三个方面，通过设计一个三因素三水平(表1)的正交试验，并通过将制备的胶粉制作改性沥青(参照前述配方及工艺)并检测其宏观指标(三大指标、弹性恢复、存储稳定性、180℃旋转粘度)，以此来确定合适的机械参数。
表1正交因素水平表
Figure BDA0002670306810000041
分别取不同指标下的R值(极值)进行分析，可依次判断A、B、C三个因素对该指标影响，R值越大则代表该因素影响越大，而K1、K2、K3分别代表每个不同水平值的影响程度，其值越大表示其影响程度越大。依据对每个指标下的影响程度综合、平衡组合，可得到一个对所有性能综合最佳的机械参数建议值。
表2正交试验结果分析
Figure BDA0002670306810000042
通过对各个指标下的正交试验的结果进行分析，通过综合比选后可得出双螺杆挤出机的最佳机械参数为主机温度130～220℃，主机转速100～400rad/s，喂料速度10～50hz，挤出后制得的橡塑复合胶粉用于本发明可获得性能良好的橡塑复合改性沥青。
二、橡塑复合改性沥青的制备研究
实施例1
步骤1：取85份废旧轮胎橡胶粉以及15份HDPE混合均匀后倒入双螺杆挤出机的喂料仓，采用160℃的主机温度，主机转速为200rad/min，喂料速度20hz的参数进行挤出，得到橡塑复合胶粉，并经过造粒设备制成颗粒。掺15
步骤2：取500份70#基质沥青加热至熔融状态，加入20份糠醛抽出油，10份SBS改性剂，10份SBR改性剂，以500rad/min转速普通搅拌0.5h，再加入75份橡塑复合胶粉及7.5份sasobit，采用5000rad/min高速剪切机剪切1h。最后加入10份硫磺稳定剂，继续以500rad/min转速普通搅拌0.5h得到橡塑复合改性沥青。整个加工温度维持在180℃～190℃。
实施例2
步骤1：取85份废旧轮胎橡胶粉以及15份HDPE混合均匀后倒入双螺杆挤出机的喂料仓，采用160℃的主机温度，主机转速为200rad/min，喂料速度20hz的参数进行挤出，得到橡塑复合胶粉，并经过造粒设备制成颗粒。
步骤2：取500份70#基质沥青加热至熔融状态，加入20份糠醛抽出油，10份SBS改性剂，10份SBR改性剂，以500rad/min转速普通搅拌0.5h，再加入150份橡塑复合胶粉及7.5份sasobit，采用5000rad/min高速剪切机剪切1h。最后加入10份硫磺稳定剂，继续以500rad/min转速普通搅拌0.5h得到橡塑复合改性沥青。整个加工温度维持在180℃～190℃。
实施例3
步骤1同实施例1步骤1。
步骤2：取500份70#基质沥青加热至熔融状态，加入20份糠醛抽出油，10份SBS改性剂，10份SBR改性剂，以500rad/min转速普通搅拌0.5h，再加入200份橡塑复合胶粉及7.5份sasobit，采用5000rad/min高速剪切机剪切1h。最后加入10份硫磺稳定剂，继续以500rad/min转速普通搅拌0.5h得到橡塑复合改性沥青。整个加工温度维持在180℃～190℃。
实施例1、实施例2、实施例3主要是专利保护范围内的各典型橡塑复合胶粉掺量制备的改性沥青，各实施例制备完成后，进行针入度、软化点、延度、180℃旋转粘度以及存储稳定性试验，其具体结果见表3。
对比例1
步骤1同实施例1步骤1。
步骤2：取500份70#基质沥青加热至熔融状态，加入20份糠醛抽出油，10份SBS改性剂，10份SBR改性剂，以500rad/min转速普通搅拌0.5h，再加入225份橡塑复合胶粉及7.5份sasobit，采用5000rad/min高速剪切机剪切1h。最后加入10份硫磺稳定剂，继续以500rad/min转速普通搅拌0.5h得到橡塑复合改性沥青。整个加工温度维持在180℃～190℃。
该实施例为对比项，主要是橡塑复合胶粉掺量不同的对比，对比例1超出橡塑复合胶粉的最佳范围，可以明显看出其粘度增大、存储稳定性降低，延度降低、针入度变大、软化点升高，这说明橡塑复合胶粉掺量超出最佳范围，其性能受到影响。
对比例2
步骤1同实施例1步骤1。
步骤2：取500份70#基质沥青加热至熔融状态，加入20份糠醛抽出油，10份SBS改性剂，10份SBR改性剂，以500rad/min转速普通搅拌0.5h，再加入150份常规普通废旧轮胎胶粉(30～80目)及7.5份sasobit，采用5000rad/min高速剪切机剪切1h。最后加入10份硫磺稳定剂，继续以500rad/min转速普通搅拌0.5h得到橡塑复合改性沥青。整个加工温度维持在180℃～190℃。
该实施例为对比项，主要是橡塑复合胶粉与普通常规绯鞠轮胎胶粉制备的沥青性能对比。可以看出，对比例2与实施例1相比，同等掺量条件下的常规胶粉沥青180℃旋转粘度较大，其施工性能较差，同时存储稳定性也不满足要求，整体性能不佳。另一面也说明，橡塑复合胶粉能够实现在高掺量条件下的性能稳定。
专利201010126676.7及专利201310388313.4分别为相类似的双螺杆挤出机制备的橡塑复合改性剂制备的改性沥青。虽然在某些指标上存在些许差异，但是实施例1在掺量上明显更高，能够消纳掉更多废旧胶粉和废旧塑料。
实施例1中的沥青整体高低温性能良好、施工性能好、稳定性良好，满足《橡胶沥青路面施工技术规范》(DB45/T 1098-2014)以及《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对SBS I-D的技术指标要求，
表3改性沥青性能对比
Figure BDA0002670306810000071

Claims (6)

1.一种高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，其特征在于主要由以下重量份的原料制成：15～40份橡塑复合胶粉、100～200份基质沥青；所述橡塑复合胶粉由70～90份废旧轮胎橡胶粉和10～30份废旧塑料通过双螺杆挤出机制成。
2.根据权利要求1所述的高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，其特征在于主要由以下重量份的原料制成：橡塑复合胶粉20～40份、基质沥青100～200份、1～20份糠醛抽出油、1～10份SBS、1～25份SBR，1～10份降粘剂、1～10份的稳定剂。
3.根据权利要求2所述的高掺量橡塑复合胶粉改性沥青，其特征在于：所述废旧轮胎橡胶粉为30～80目，废旧塑料为高密度聚乙烯HDPE，基质沥青为70#基质沥青，糠醛抽出油中芳烃含量80％～86％，SBS为YH-791型，SBR为SHGR-JZ型，降粘剂为sasobit，稳定剂为硫磺。
4.权利要求3所述高掺量橡塑复合胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：将基质沥青加热至熔融状态，然后加入糠醛抽出油、SBS及SBR，进行普通搅拌，然后加入橡塑复合胶粉及降粘剂利用高速剪切机进行高速剪切，最后加入稳定剂，继续普通搅拌，即得橡塑复合改性沥青。
5.根据权利要求4所述的高掺量橡塑复合胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于：所述普通搅拌或高速剪切在165℃～185℃条件下持续0.5～1.5h；所述高速剪切的转速为3000～5000rad/min。
6.根据权利要求4所述的高掺量橡塑复合胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于所述橡塑复合胶粉通过双螺杆挤出机制成，其主机加热温度130～220℃，主机转速为100～400rad/s，喂料速度为10～50hz。
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