CN113088095B - 低温成型聚合物改性沥青及其制备方法 - Google Patents

低温成型聚合物改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温成型聚合物改性沥青及其制备方法，本发明由基质沥青、SBS弹性体聚合物、预处理剂混合制成。预处理剂为苯乙烯‑甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(以下均称为苯乙烯‑GMA共聚物)与C9石油树脂的混合物。使用预处理剂来对SBS弹性体聚合物进行预处理，使SBS溶胀。从而使SBS与沥青混溶改性时，体系拥有更好的分散性、相容性、稳定性，最终提高聚合物改性沥青的相关性能。本发明的聚合物改性沥青各项性能指标均满足检测标准要求，成型温度由原170～200℃降低至130～160℃，降低40℃左右，解决了现有SBS聚合物改性沥青生产中存在的相容性差、成型温度高，沥青烟排放量大等各项问题。

Description

低温成型聚合物改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青材料技术领域，具体涉及一种低温成型聚合物改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国建筑行业和公路行业的高速发展，沥青的性能品质也需要随之得到提高。因其优良的性能品质，SBS(苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物)改性沥青是国内外应用最成功且应用最多的高聚物改性沥青，目前占全球沥青需求量61％之多。与传统的基质沥青相比，SBS改性沥青具有弹性好，延伸率大；温度稳定性，高低温性能好；耐候性，耐疲劳性能优异等特点。
SBS改性沥青是SBS聚合物改性剂在基质沥青完成分散、溶胀和发育的过程，SBS与基质沥青的相容性及其在沥青中的分散稳定性是聚合物改性沥青优异性能得到发挥的重要因素，但是由于SBS与沥青在相对分子质量、溶解度参数、化学结构等多方面存在着差异，属于热力学不相容体系，使其很难在沥青中充分溶胀和均匀分散，导致所制备的SBS改性沥青在高温储存和运输过程中容易发生相分离，解决的方法有：提高成型温度和时间、提高剪切速度、添加不同成分的相容剂，使得SBS在沥青基体中充分溶胀发育，然而提高成型温度和时间一方面导致大量VOC气体的排放造成环境污染，同时能耗大，另一方面会造成沥青中轻质组分向沥青质转变而老化失效，因此降低沥青成型温度，使得SBS改性剂在较低温度下能够分散在基质沥青中，且与沥青的相容性良好，此外具有良好的分散稳定性，不从基质沥青中离析出，符合当前绿色、环保、节能的发展理念。目前，现有技术生产改性沥青的加热温度一般在180～200℃，甚至有沥青防水材料企业将成型温度提高至220℃以上，不仅沥青会出现焦化、降解等现象，甚至会发生火灾等安全事故，因此，需要开发一种低温成型聚合物改性沥青及其制备方法。
中国专利公开了一种申请号为201210572836.X带有亲和基团的SBS改性沥青，此发明提供的亲和基团添加剂可以打破现有的SBS改性剂与沥青之间的平衡，阻止SBS自身的聚集，提高SBS改性沥青的总体性能，改善相容性。此实验使用的助溶剂为环烷基基础油，虽然这种助溶剂与橡胶增速互溶性好且低温性能优异。但是环烷基基础油资源较少，储量只占世界已探明石油储量的2.2％，属稀缺资源。并且此方法并未解决沥青的成型温度过高的问题，依然造成大量污染物排放和燃料消耗。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种分散性、相容性、稳定性好，成型温度低，绿色、环保、节能的低温成型聚合物改性沥青及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种低温成型聚合物改性沥青及其制备方法，其特征在于：由基质沥青、SBS弹性体聚合物、预处理剂混合制成。所述预处理剂为苯乙烯-GMA共聚物与C9石油树脂的混合物，分为以下两个步骤：
S1.预处理：将3-5份苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物与C9石油树脂90-100℃充分混合的得到预处理剂，升温至140-160℃，将6-12份SBS改性剂置于预处理剂中充分搅拌混合均匀，同时高速剪切，所述剪切速度为3000-4000r/min，剪切时间为1h，得SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物；
S2.沥青改性：将90-100份基质沥青加热至140-160℃，取上述SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物，加入6-12份增塑剂、15-20份填料置于基质沥青中混合均匀，同时高度剪切，所述剪切速度为6000-8000r/min，剪切时间为1h，后维持温度充分发育，发育时间为2h，得SBS改性沥青。
本发明先将SBS与苯乙烯-GMA聚合物、C9石油树脂充分混合进行预处理，使SBS充分溶胀而且接枝活性基团，从而使SBS用于沥青改性时，与沥青相容性好，提高改性沥青质量，并大幅度降低SBS改性沥青成型温度，降低VOC气体的排放、节约能耗。
使用所述经过SBS预处理的SBS改性剂制备改性沥青，选用符合JB/T12161-2015标准的改性沥青成套设备，按造作规程和工艺指标，设定个生产单元操作温度低于160℃，即能以现有技术制备达到标准的改性沥青。
第二方面，本发明提供一种通过上述方法制得得到的聚合物改性沥青，其特征在于：以质量份计包括以下组分：
Figure GDA0003838561090000021
所述的聚合物改性沥青，其特征在于：所述基质沥青指标：开口闪点≥260℃；软化点46～57℃；针入度80～100(0.1mm)；蜡含量≤2％；25℃延度≥100cm；溶解度≥99％；
SBS橡胶指标：类型：线性；嵌段比：苯乙烯/丁二烯＝3/7；拉伸强度≥20MPa；断裂伸长率≥700％
所述苯乙烯-GMA共聚物可优先选用下述结构式的苯乙烯-GMA共聚物。
Figure GDA0003838561090000031
其中，m＝5.8～19，n＝19～83.6(分子式)苯环
选择这种结构的苯乙烯-GMA共聚物的优点在于：1.能精确控制苯乙烯和GMA的比例。2.聚合物分子量低，只有7000，这样保证预处理过后的SBS在沥青改性过程中具有活动性，可以提高SBS在沥青中的相容性。
所述经过SBS预处理的SBS改性剂制备改性沥青，选用符合JB/T12161-2015标准的改性沥青成套设备，按造作规程和工艺指标，设定个生产单元操作温度低于160℃，即可以现有技术制备达到标准的改性沥青。
本发明的有益效果及优点如下：
1、采用苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物和C9石油树脂对SBS聚合物改性剂进行预处理，使得SBS在较低温度下(130℃～160℃)能够更快速的溶解在基质沥青里达到改性的目的，从而使得成型温度更低，不仅大大降低SBS改性沥青生产中的能耗，而且减少了沥青烟等VOC污染物的排放，该方法绿色、环保、节能，此外避免沥青因高温改性造成的热降解老化以及安全问题；
2、苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中有苯乙烯链段，与SBS中的PS链段有着更好的相容性，且共聚物的环氧基团可与沥青基质的羧基、酸酐、羟基等活性基团反应，形成良好的化学键合作用，因此在物理溶胀的基础上引入化学改性机理，增加了SBS与沥青基体之间的相容性，改善沥青的耐高低温性能，使得改性沥青体系更为稳定，避免了离析现象的发生。
3、C9石油树脂中含有与沥青饱和分相容的C链和与芳香分相容的苯环，同时还有不饱和双键，与苯乙烯-GMA具备良好的相容性，双组份协同通过物理和化学作用与基质沥青产生良好的结合力，促进了SBS改性剂在基质沥青中的溶胀及化学键合作用，因此进一步提高了体系的相容性及稳定性。
附图说明
图1为本发明中苯乙烯-GMA共聚物化学结构式。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本发明低成型温度聚合物改性沥青及其制备方法，制备步骤如下：
S1.预处理：将3份苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物与3份C9石油树脂100℃充分混合的得到预处理剂，升温至160℃，将6份SBS改性剂置于预处理剂中充分搅拌混合均匀，同时高速剪切，所述剪切速度为3500r/min，剪切时间为1h，得SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物；
S2.沥青改性：将52份基质沥青加热至160℃，取上述SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物，加入10份增塑剂、18份填料，置于基质沥青中混合均匀，同时高度剪切，所述剪切速度为7000r/min，剪切时间为1h，后维持温度充分发育，发育时间为2h，得SBS改性沥青。
实施例2
本发明低成型温度聚合物改性沥青及其制备方法，制备步骤如下：
S1.预处理：将4份苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物与4份C9石油树脂95℃充分混合的得到预处理剂，升温至150℃，将8份SBS改性剂置于预处理剂中充分搅拌混合均匀，同时高速剪切，所述剪切速度为4000r/min，剪切时间为1h，得SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物；
S2.沥青改性：将55份基质沥青加热至150℃，取上述SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物，加入9份增塑剂、22份填料，置于基质沥青中混合均匀，同时高度剪切，所述剪切速度为6600r/min，剪切时间为1h，后维持温度充分发育，发育时间为2h，得SBS改性沥青。
实施例3
本发明低成型温度聚合物改性沥青及其制备方法，制备步骤如下：
S1.预处理：将5份苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物与5份C9石油树脂100℃充分混合的得到预处理剂，升温至140℃，将10份SBS改性剂置于预处理剂中充分搅拌混合均匀，同时高速剪切，所述剪切速度为3700r/min，剪切时间为1h，得SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物；
S2.沥青改性：将50份基质沥青加热至140℃，取上述SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物，加入11份增塑剂、19份填料，置于基质沥青中混合均匀，同时高度剪切，所述剪切速度为8000r/min，剪切时间为1h，后维持温度充分发育，发育时间为2h，得SBS改性沥青。
实施例4
本发明低成型温度聚合物改性沥青及其制备方法，制备步骤如下：
S1.预处理：将4份苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物与4份C9石油树脂100℃充分混合的得到预处理剂，升温至160℃，将7份SBS改性剂置于预处理剂中充分搅拌混合均匀，同时高速剪切，所述剪切速度为3000r/min，剪切时间为1h，得SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物；
S2.沥青改性：将48份基质沥青加热至150℃，取上述SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物，加入12份增塑剂、20份填料，置于基质沥青中混合均匀，同时高度剪切，所述剪切速度为7500r/min，剪切时间为1h，后维持温度充分发育，发育时间为2h，得SBS改性沥青。
参照标准GB/T 4509-2010沥青针入度测定法，标准GB/T 4507-2014沥青软化点测定法(环球法)以及标准GB/T 4508-2010沥青延度测定法、SH/T 0740-2003聚合物改性沥青离析试验法、SH/T 0654-1998石油沥青运动粘度测定法，测得数据如下表1
表1
Figure GDA0003838561090000061
由表1中可见，本发明具有良好的粘性、优异的塑性、温度敏感性、热存储稳定性能优异，是一种良好的聚合物改性沥青。

Claims (1)

1.一种低温成型聚合物改性沥青的制备方法，其特征在于：由基质沥青、SBS弹性体聚合物、预处理剂混合制成；所述预处理剂为苯乙烯-GMA共聚物与C9石油树脂的混合物，包括如下步骤：
S1.预处理：将3-5份苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物与C9石油树脂90-100℃充分混合的得到预处理剂，升温至140-160℃，将6-12份SBS改性剂置于预处理剂中充分搅拌混合均匀，同时高速剪切，所述剪切速度为3000-4000r/min，剪切时间为1h，得SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物；
S2.沥青改性：将90-100份基质沥青加热至140-160℃，取上述SBS/苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/C9石油树脂混合物，加入6-12份增塑剂、15-20份填料置于基质沥青中混合均匀，同时高度剪切，所述剪切速度为6000-8000r/min，剪切时间为1h，后维持温度充分发育，发育时间为2h，得SBS改性沥青；
使用所述经过SBS预处理的SBS改性剂制备改性沥青，选用符合JB/T12161-2015标准的改性沥青成套设备，按造作规程和工艺指标，设定个生产单元操作温度低于160℃，即能以现有技术制备达到标准的改性沥青；
所述方法制备的低温成型聚合物改性沥青，以质量份计，包括以下组分：
(1)主材：90#重交沥青；45～55％；
(2)改性材料：SBS弹性体橡胶；6～12％；
(3)增塑剂；6～12％；
(4)苯乙烯-GMA聚合物； 3～5％；
(5)C9石油树脂；3～5％；
(6)填料；15～25％；
所述苯乙烯-GMA共聚物选用下述结构式的苯乙烯-GMA共聚物：
Figure FDA0003838561080000011
其中，上述分子式中，m＝5.8～19，n＝19～83.6；
(1)所述基质沥青指标：
开口闪点≥260℃；软化点46～57℃；针入度80～100(0.1mm)；蜡含量≤2％；25℃延度≥100cm；溶解度≥99％；
(2)所述SBS橡胶指标：
类型：线性；
嵌段比：苯乙烯/丁二烯＝3/7；拉伸强度≥20MPa；断裂伸长率≥700％。
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