CN112266522B - 一种直投式废旧塑料沥青改性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂，以质量份数计，其原料包括以下组分：LDPE再生料49～69份；高流动性低密度聚乙烯30～50份；抗氧化剂1份。还公开了其制备方法，包括以下步骤：(1)将LDPE再生料、高流动性低密度聚乙烯以及抗氧化剂按照质量份数配比在60℃以下混合，搅拌后得到共混物料；(2)将共混物料挤出造粒，粒径尺寸≤3mm，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。本发明改性剂可直接投入沥青混合料内参与混合料拌和，在混合料高温剪切分散作用下，速熔在基质沥青当中，达到微米级分散，从而解决以LDPE为主的湿法废旧塑料改性沥青所存在的储存稳定性问题并提升沥青混合料的高温抗车辙能力。

Description

一种直投式废旧塑料沥青改性剂及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青改性剂制备技术领域，特别涉及一种直投式废旧塑料沥青改性剂及其制备方法。
背景技术
随着塑料的广泛应用，大量废旧塑料也随之产生。废旧塑料处理问题和环境污染问题逐渐成为人们关注的焦点。由于以LDPE为主的废旧塑料不仅产量大而且多以包装片材为主，助剂填充剂添加较少，回收造粒后成分相对单一。因此在废旧塑料回收领域广受瞩目。此外，由于LDPE支化程度高，其内部同时存在长支链和短支链，部分长支链甚至比主链还长，而且它的长短支链并不规整。这大大的降低了LDPE的结晶度和熔融温度，同时LDPE具有较宽的分子量分布，因而LDPE同沥青具有较好的共混性能和相容性。因此在沥青改性加工领域也备受关注。
随着改性沥青技术在我国的广泛应用，LDPE类改性沥青也被应用于我国道路工程建设领域。目前改性沥青的加工手段有两类，一是在工厂集中生产后配送到公路施工工地现场使用；二是将移动式生产设备搬到公路施工生产现场进行生产。LDPE类改性沥青只能采用第二种手段，因为PE类塑料是一种非极性的结晶型聚合物，由于其分子排布十分紧密，分子链的结构非常规整，使得PE分子间存在很强的相互作用，这使得分散以后的PE微粒容易在分子间力的作用下聚集到一起。当颗粒聚集到一定程度时，由于PE与沥青存在密度上的差异，使得PE颗粒会漂浮在基质沥青表面。这不仅使废旧塑料改性沥青的性能变差，还给改性沥青的生产加工与路面施工带来不便，进而对路面质量造成严重的影响。
对于这类改性沥青的现场生产而言，需要在现场设置改性剂剪切分散设备、胶体磨、高速剪切机和沥青储罐等设备，这些设备价格昂贵，同时还需要额外的建设费用与运营管理费用以及检测费用。因而只适合一些较大规模的道路工程，对于一些中小规模的项目比如道路养护施工，重载路口改造等工程，在没有成品化改性沥青的情况下现场施工成本较高。
综上所述，湿法PE类改性沥青储存稳定性极差，无法适应工厂化生产，只能通过现场设备进行剪切分散，现拌现用，该方法成本高，工序复杂，并不适用于一些中小规模项目。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直投式废旧塑料沥青改性剂及其制备方法，在免去现场改性设备的同时解决LDPE类废旧塑料改性沥青的储存稳定性问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种直投式废旧塑料沥青改性剂，以质量份数计，其原料包括以下组分：
LDPE再生料49～69份；高流动性低密度聚乙烯30～50份；抗氧化剂1～2份。
进一步，LDPE再生料的灰分小于等于0.5％；熔融指数大于1g/10min(190℃,2.16kg)；拉伸强度大于12.0Mpa；断裂伸长率大于500％；密度为(0.935～0.945)g/cm3。
进一步，高流动性低密度聚乙烯的熔融指数大于50g/10min(190℃，2.16kg)。
进一步，抗氧化剂采用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
本发明公开了所述的直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将LDPE再生料、高流动性低密度聚乙烯以及抗氧化剂按照质量份数配比在60℃以下混合，搅拌后得到共混物料；
(2)将共混物料挤出造粒，粒径尺寸≤3mm，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
进一步，步骤(1)中，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为5min。
进一步，步骤(2)中，挤出采用双螺杆挤出机，温度按7区设施，从喂料段到机头温度分别为：一区温控：90℃；二区温控：125℃；三区温控：150℃；四区温控：165℃；五区温控：175℃；六区温控：180℃；机头温控：170℃。
进一步，每区的温度波动范围±2℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂及其制备方法，由LDPE再生料、高流动性低密度聚乙烯及抗氧化剂制备得到，原料价格低廉，可废物再利用，节能环保；考虑到聚乙烯从加工到使用过程中都要经过高温与物理剪切作用，在氧气和高温的作用下会发生自由基链式反应也就是热氧老化，老化前期为降解反应但后期主要为交联反应，伴随反应时间的增加，PE的流动速率和拉伸性能会有所降低，因此原料中加入了抗氧化剂；高流动性低密度聚乙烯与LDPE再生料极性相同，双方具有极佳的相容性，二者共混可以不需要相容剂的参与。因此高流动性低密度聚乙烯中大量宽分布的小分子在高温剪切分散作用下，于大分子的废旧塑料中达到分散混合与分布混合。由于二者极好的相容性使得这些宽分布的小分子成为大分子废旧塑料的内润滑剂，一方面使大分子LDPE解缠，另一方面减少了废旧塑料中LDPE分子之间的摩擦。这使得大分子的废旧塑料在高温下吸热快，流动性好从而在集料的高温剪切分散作用下达到速熔分散的效果。由于相当部分的废旧塑料在沥青中达到了微米级的分散，并以海-岛相的形式存在沥青中。这有效地阻碍了沥青在高温下的流动，从而提升了沥青混合料高温抗车辙的能力。本发明制备的直投式废旧塑料沥青改性剂与沥青混合，不需要必须在现场混合，不需要高速剪切机或胶体磨的参与，节约成本，易于加工生产与质量控制，使得廉价且高温抗变形能力优异的废旧塑料改性沥青能应用到更多的地区。
进一步，抗氧化剂采用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，主要用在聚烯烃加工领域，比较通用且价格最便宜。
附图说明
图1为本发明实施例1～5造出的粒子的图片；
图2为扫描电镜的图片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开的一种直投式废旧塑料沥青改性剂，以质量份数计，其原料包括以下组分：LDPE再生料49～69份；高流动性低密度聚乙烯30～50份；抗氧化剂1～2份。
优选的采用高流动性低密度聚乙烯作为速熔分散剂，是因为高流动性低密度聚乙烯具有较高的熔体流动速率，其熔体流动速率普遍能够达到20g/10min以上。另外虽然高流动性聚乙烯类材料出现的时间较晚，属于较新的石化产品。但随着薄壁注射成型的制品如智能手机、掌上电脑、mp4播放器等的增多，目前也逐渐成为一种常用的材料。起初只有美国、日韩、西欧等国生产，但近年来随着国内石化企业相继开始研发和投产，它在价格上逐渐变得与LDPE的新料差不多，远低于EVA、SBS等常见沥青改性用的材料。同时高流动性低密度聚乙烯与LDPE再生料同属聚乙烯类材料，二者极性相同，双方具有极佳的相容性。二者共混可以不需要相容剂的参与。因此高流动性低密度聚乙烯中大量宽分布的小分子在双螺杆挤出机的高温剪切分散作用下，于大分子的废旧塑料中达到分散混合与分布混合。由于二者极好的相容性使得这些宽分布的小分子成为大分子废旧塑料的内润滑剂，一方面使废旧塑料中的大分子LDPE解缠，另一方面减少了废旧塑料中LDPE分子之间的摩擦。这使得大分子的废旧塑料在高温下吸热快，流动性好从而在集料的高温剪切分散作用下达到速熔分散的效果。由于相当部分的废旧塑料在沥青中达到了微米级的分散，并以海-岛相的形式存在沥青中。这有效地阻碍了沥青在高温下的流动，从而提升了沥青混合料高温抗车辙的能力。
考虑到聚乙烯类材料从加工到使用过程中都要经过高温与物理剪切作用，在氧气和高温的作用下会发生自由基链式反应也就是热氧老化，老化前期为降解反应但后期主要为交联反应。伴随反应时间的增加，PE的流动速率和拉伸性能会有所降低，需要加入抗氧化剂。抗氧化剂优选四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
LDPE再生料作为废旧塑料，在透光性，气味，色泽等方面不如新料，难以得到广泛的回收利用，因而价格低廉。聚乙烯本身价格和LDPE新料相当，远低于现有主流的沥青改性剂。因此直投式废旧塑料沥青改性剂价格低廉，在消耗大量废旧塑料的同时兼具较高的经济性。
实施例1
本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将89份LDPE再生料、10份高流动性低密度聚乙烯以及1份抗氧化剂按照质量份数配比在投入高速混合料机中混合，搅拌后得到共混物料；
高速混料机的工作参数为500rpm，混合时间为5min，混合温度在60℃以下。
(2)将共混物料投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
实施例2
本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将79份LDPE再生料、20份高流动性低密度聚乙烯以及1份抗氧化剂按照质量份数配比在投入高速混合料机中混合，搅拌后得到共混物料；
高速混料机的工作参数为500rpm，混合时间为5min，混合温度在60℃以下。
(2)将共混物料投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
实施例3
本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将69份LDPE再生料、30份高流动性低密度聚乙烯以及1份抗氧化剂按照质量份数配比在投入高速混合料机中混合，搅拌后得到共混物料；
高速混料机的工作参数为500rpm，混合时间为5min，混合温度在60℃以下。
(2)将共混物料投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
实施例4
本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将59份LDPE再生料、40份高流动性低密度聚乙烯以及1份抗氧化剂按照质量份数配比在投入高速混合料机中混合，搅拌后得到共混物料；
高速混料机的工作参数为500rpm，混合时间为5min，混合温度在60℃以下。
(2)将共混物料投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
实施例5
本发明公开了一种直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将49份LDPE再生料、50份高流动性低密度聚乙烯以及2份抗氧化剂按照质量份数配比在投入高速混合料机中混合，搅拌后得到共混物料；
高速混料机的工作参数为500rpm，混合时间为5min，混合温度在60℃以下。
(2)将共混物料投入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
实施例1～5所采用的双螺杆挤出机的温度按7区设施，从喂料段到机头温度分别为：一区温控：90℃；二区温控：125℃；三区温控：150℃；四区温控：165℃；五区温控：175℃；六区温控：180℃；机头温控：170℃。温度波动范围±2℃。双螺杆挤出机共混造粒后的粒径尺寸控制在3mm以内，如图1所示。
对比例
同实施例1，其不同之处在于原料配比为：LDPE再生料99份；高流动性低密度聚乙烯0份；抗氧化剂1份。
采用熔融指数仪器测定实施例1～5制备的直投式废旧塑料沥青改性剂熔融指数，熔融指数测试仪采用深圳市尊翔科技有限公司生产的，型号为RZ-400B。实施例1～5及对比例制备的直投式废旧塑料沥青改性剂性能如表1所示。
表1熔融性能相关参数
使用实施例1-5、对比例1制备沥青混合料，混合料的集配按照沥青材料气候分区选择AC-13型集配，油石比按马歇尔设计法取4.5，基质沥青为SK-90号沥青。改性剂掺量分别取沥青质量的8％。
使用实施例3～5和对比例1制备的改性剂来制作沥青混合料，在沥青混合料中分散情况如表1所示，具体试验方法如下：
1)先将基质沥青和集料各加热至规定的温度，得到热基质沥青和热集料；
2)再将直投式废旧塑料改性剂和热集料混合搅拌60秒；
3)之后加入热基质沥青拌和90秒，最后加入矿粉拌和90秒。
省去了PE类改性沥青加工时所用的高速剪切机，胶体磨，沥青储罐等设备，将改性沥青加工与沥青混合料生产两大工序合二为一，即减少了投入又节能减排。
湿法PE类改性沥青储存稳定性极差，无法适应工厂化生产只能通过现场设备进行剪切分散，现拌现用，该方法成本高，工序复杂，并不适用于一些中小规模项目。而直投式PE改性沥青可以直接解决改性剂储存稳定性问题，同时有效的降低成产成本。
拌和完毕后按照《沥青与沥青混合料实验规程》制备相关试验用试件。混合料实验拌和、成型温度如表2所示：
表2直投式废旧塑料改性沥青混合料室内试验拌和、成型温度
项目 单位 控制要求
矿料加热 ℃ 185～195
沥青加热 ℃ 150～160
沥青混合料拌和 ℃ 175～185
混合料试件成型 ℃ 165～175
测试实施例3～5和对比例制备的混合料，其路用性能如表3所示：
表3AC-13混合料质量性能
从表3可明显得到，实施例3～5制备的直投式废旧塑料沥青改性剂可以用来与沥青混合，混合料性能优良，能够极大的提升沥青路面的高温抗变形能力和水稳定性，适用于夏季温度较高的重载交通路段。
如图2所示的扫描电镜图片，表面经过处理后废旧塑料可以在沥青中达到微米级分散，从而形成多个刚性微元体，阻碍沥青在高温下的流动，提高沥青路面的高温抗变形能力；相当部分的废旧塑料在沥青中达到了微米级的分散，并以海-岛相的形式存在沥青中。
以LDPE再生料为主的废旧塑料进行直投化改性，使其能够在混合料高温剪切分散作用下，于沥青当中达到微米级分散，从而阻碍沥青在高温下的流动，提高路面在高温重载作用下抗变形能力。不同于LDPE类抗车辙剂或高模量剂，直投式废旧塑料沥青改性剂主要作用于沥青层面而不是混合料层面。因为普通废旧塑料受服役期间的光氧老化和加工期间的热氧老化作用，物理力学性能下降，直投后在混合料层面的改性效果不佳，因而需要直投化处理使其作用与沥青层面以达到类似湿法改性的效果。此外直投式废旧塑料改性沥青不同于传统工厂化加工的改性沥青，由于改性剂直接投入到混合料中分散，避免了传统LDPE改性沥青储存为稳定性极差而导致的离析问题。
显然本发明的上述实施例只是为清楚的说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式做出穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动，仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种直投式废旧塑料沥青改性剂，其特征在于，以质量份数计，其原料包括以下组分：
LDPE再生料49-69份；高流动性低密度聚乙烯30-50份；抗氧化剂1-2份；
高流动性低密度聚乙烯在190℃加热和2.16kg加荷的测试条件下，熔融指数大于50g/10min；
LDPE再生料的灰分小于等于0.5%；LDPE再生料在190℃加热和2.16kg加荷的测试条件下，熔融指数大于1g/10min；拉伸强度大于12.0Mpa；断裂伸长率大于500%；密度为0.935-0.945g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种直投式废旧塑料沥青改性剂，其特征在于，抗氧化剂采用四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。
3.权利要求1或2所述的直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将LDPE再生料、高流动性低密度聚乙烯以及抗氧化剂按照质量份数配比在60℃以下混合，搅拌后得到共混物料；
（2）将共混物料挤出造粒，粒径尺寸≤3mm，得到直投式废旧塑料沥青改性剂。
4.根据权利要求3所述的直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为5min。
5.根据权利要求3所述的直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，挤出采用双螺杆挤出机，温度按7区设施，从喂料段到机头温度分别为：一区温控：90℃；二区温控：125℃；三区温控：150℃；四区温控：165℃；五区温控：175℃；六区温控：180℃；机头温控：170℃。
6.根据权利要求3所述的直投式废旧塑料沥青改性剂的制备方法，其特征在于，每区的温度波动范围±2℃。
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直投式改性沥青混合料的拌合工艺研究;刘宁等;《筑路机械与施工机械化》;20200710(第07期);第28-31页 *

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CN112266522A (zh) 2021-01-26

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