CN113278210A - 一种改性沥青混合料用橡塑合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公路沥青技术领域，具体涉及一种改性沥青混合料用橡塑合金，包括回收塑料颗粒5‑20份、改性胶粉55‑70份、橡胶油9‑15份、无机填料5‑7份、微胶囊壁材单体3‑7份、引发剂0.5‑1.5份以及抗静电剂0.5‑1.5份。本发明中通过将橡塑合金进行微胶囊化，降低了其对基质沥青中油份和树脂的吸收，提高了橡塑合金的流动性，降低了体系的动力粘度，降低橡塑改性沥青混合料的混拌温度，节省了能源且降低了有害气体的排放。本发明中主要的合成原料来源于废旧高分子材料，不仅可以得到综合性能较好的改性沥青混合料，还可以实现废旧材料的循环再利用，减少环境污染。

Description

一种改性沥青混合料用橡塑合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及公路沥青技术领域，具体涉及一种改性沥青混合料用橡塑合金及其制备方法。

背景技术

目前鉴于能源危机和环境污染问题，废旧高分子材料的回收利用得到了人们的广泛关注，其中废旧橡塑材料在公路沥青改性中取得了较好的效果。但是在废旧橡塑材料对沥青进行改性过程中，由于黏度较大、流动性差等问题会导致沥青混合料混拌不均匀、使用性能较差等现象，影响正常使用。为了改善沥青混合料体系黏度，通常需要提升改性沥青的混拌温度，这样又会增加热能消耗，同时也增加了改性沥青有毒气体的排放，造成环境污染且容易造成沥青老化。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明的目的在于提供一种改性沥青混合料用橡塑合金，通过对合成的橡塑合金进行微胶囊化，降低了其对基质沥青中油份和树脂吸收，提高了橡塑合金的流动性，降低了整体体系的动力粘度，橡胶沥青制备温度低，节省能源，降低了烟气排放。同时本发明提供了其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金，主要由以下重量份原料制备而成：

回收塑料颗粒5-20份、改性胶粉55-70份、橡胶油9-15份、无机填料5-7份、微胶囊壁材单体3-7份、引发剂0.5-1.5份以及抗静电剂0.5-1.5份。

具体地，本发明中所选用回收塑料为聚乙烯PE和聚丙烯PP，在实际生产生活中来源最丰富的的废旧塑料原料，价格便宜，强度较高；所选胶粉为符合公路改性的硫化橡胶粉，原料来源广泛；同时所选用的废旧塑料颗粒和改性胶粉粒径较小，在基质沥青中易于分散。

橡塑合金微胶囊化在硫化床中完成，经过喷入微胶囊壁材单体，将混合料润湿均匀后加入引发剂，交联固化的过程快速完成，反应时间短，连续化反应，生产效率高；其中所形成微胶囊膜为热固性膜，玻璃化转变温度高，在制备沥青混合料时融化速度慢，隔离效果好，大大降低了橡塑合金对基质沥青中油分的吸收，使橡塑合金改性沥青具有高流动性和较低的粘度，在实际使用时还具有易混拌、易铺装等优点。

此外由于橡塑合金与基质沥青混合过程中降低了其对基质沥青中的油分的吸收，使其在基质沥青中具有良好的分散性，所制备的橡塑合金具有流动性好，粘度低，储存性好的优点，易于铺装路面。同时，回收塑料和胶粉吸收橡胶油后适度溶胀，具有较高的抗冲击性、回弹性和抗剪切能力。

本发明在制备过程中将橡塑合金微胶囊化的优势在于：

1、橡塑合金改性沥青粘度大的主要原因是橡塑合金掺加量比较大，胶粉会大量吸收基质沥青中的轻组分，从而导致沥青混合料粘度增大。微胶囊化后对橡塑合金进行一定的隔离，降低了胶粉的吸油速度和吸油量，基质沥青中仍然保有足够的轻组分，粘度较低。

2、橡塑合金由于颗粒表面粗燥，搅拌时会增加流动阻力，微胶囊处理后表面形成比较均匀、硬度较高的交联聚合物层，降低了颗粒间的摩擦力，提高了流动性。

3、微胶囊壁材成膜反应为自由基引发的自由基聚合反应，反应活性高，成膜速率快，形成热固性膜层。丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯乙烯类单体的自由基聚合形成膜的过程中会产生一定的收缩效应，硬度比较大，从而提高了橡塑合金的抗冲击性和抗剪切能力。

在上述技术方案基础上，所述回收塑料颗粒为回收的低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种，颗粒粒径为80-140目。

在上述技术方案基础上，所述改性胶粉为C1或C2硫化橡胶粉，粒径为60-120目，改性胶粉技术指标符合《硫化橡胶粉GB/T19208-2008》。

在上述技术方案基础上，所述橡胶油为环烷基橡胶油、芳烃基橡胶油中的一种或两种，其中环烷基橡胶油运动粘度在100℃测试下大于10mm²/s，芳香基橡胶油运动粘度在100℃测试下大于30mm²/s。

在上述技术方案基础上，所述无机填料为重质碳酸钙、滑石粉、氧化铝中的一种或多种，无机填料粒径大于1000目。通过加入高细度的无机填料，与橡塑合金混拌均匀，使充油后的橡塑合金与基质沥青比重接近，不易产生离析，沥青改性料储存性好。

在上述技术方案基础上，所述微胶囊壁材单体主要包括：甲基丙烯酸甲酯30-50％、苯乙烯40-60％以及苯二乙烯10％。

具体地，第一种原料为含C1-C4的直链和含有侧链的脂肪醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、丙烯酸环己醇酯、甲基丙烯酸环己醇酯；C1-C4烷基，C1-C4烷氧基取代的苯酚的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、苯甲醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯苯乙醇的丙酸酯或甲基丙烯酸酯；其中优选丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸苯甲醇酯、甲基丙烯酸苯甲醇酯、丙烯酸苯酚酯或甲基丙烯酸苯酚酯，第一种原料占微胶囊壁材单体30-50％。

第二种原料为苯乙烯、a-甲基苯乙烯、1-乙烯基柰或2-乙烯基萘，其中优选苯乙烯或1-乙烯基萘，第二种原料占微胶囊壁材单体的40-60％。

第三种原料为C1-C6烷基二醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、1，4-环己二甲醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、1，2-环己二甲醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或二乙烯基苯，其中优选乙二醇丙烯酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯、丙二醇丙烯酸酯、丙二醇甲基丙烯酸酯或二乙烯基苯，第三种原料占微胶囊壁材单体的10％。

在上述技术方案基础上，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈或偶氮二环己基甲腈中的一种。

在上述技术方案基础上，所述抗静电剂为甘油一硬脂酸酯、乙氧基月桂酰胺、抗静电剂TM、抗静电剂SN或巴斯夫液体抗静电剂Basionics LQ01中的一种。通过加入抗静电剂，可提高上述橡塑合金的表面润湿性，可以释放静电，降低电荷堆积密度，提高生产便利性和安全性能。

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将回收塑料颗粒、改性胶粉、无机填料按比例加入高混机中混合均匀，在温度为80-100℃下加入橡胶油，在转速为4000-8000rpm的条件下混合20-35min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入微胶囊壁材单体，混合均匀；然后喷入引发剂的四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40度氮气进行交联反应15-25min；鼓入80度氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入抗静电剂，在转速为5000-7000rpm下混拌均匀后得到最终产物。

具体地，步骤二中引发剂与四氢呋喃的配比为1/9；然后鼓入40℃氮气发生反应即由引发剂分解产生自由基引发壁材单体之间的自由基反应形成微胶囊壁材聚合物。上述鼓入40℃氮气的作用是：一方面可以置换氧气，因为交联反应为自由基反应，无氧条件下更有利于反应的进行；另一方面可以将反应维持在一定的反应温度。

本发明提供的技术方案产生的有益效果在于：

1、本发明中通过将橡塑合金进行微胶囊化，降低了其对基质沥青中油份和树脂的吸收，提高了橡塑合金的流动性，降低了体系的动力粘度，降低橡塑改性沥青混合料的混拌温度，节省了能源且降低了有害气体的排放。

2、本发明中主要的合成原料来源于废旧高分子材料，不仅可以得到综合性能较好的改性沥青混合料，还可以实现废旧材料的循环再利用，减少环境污染。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。需要理解的是，如无特别说明，本发明中的各种原料均可以通过市售得到。

实施例1

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金，主要由以下重量份原料制备而成：

低密度聚乙烯5份、硫化橡胶粉70份、环烷基橡胶油15份、重质碳酸钙5份、微胶囊壁材单体3份、偶氮二异丁腈0.5份以及甘油一硬脂酸酯1.5份。

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将回收的5份低密度聚乙烯、70份硫化橡胶粉以及5份重质碳酸钙加入高混机中混合均匀，在温度为80℃下加入15份环烷基橡胶油，在转速为8000rpm的条件下混合30min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入3份微胶囊壁材单体，混合均匀；然后喷入0.5份偶氮二异丁腈四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40℃氮气进行交联反应15min；鼓入80℃氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入1.5份甘油一硬脂酸酯，在转速为5000rpm下混拌均匀后得到最终产物。

实施例2

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金，主要由以下重量份原料制备而成：

低密度聚乙烯10份、高密度聚乙烯10份、硫化橡胶粉55份、芳烃基橡胶油12份、氧化铝6份、微胶囊壁材单体5份、偶氮二异戊腈1份以及抗静电剂TM 1份。

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将回收的5份低密度聚乙烯、10份高密度聚乙烯、55份硫化橡胶粉以及6份氧化铝加入高混机中混合均匀，在温度为90℃下加入12份芳烃基橡胶油，在转速为7000rpm的条件下混合25min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入5份微胶囊壁材单体，混合均匀；然后喷入1份偶氮二异戊腈四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40℃氮气进行交联反应25min；鼓入80℃氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入1份抗静电剂TM，在转速为6000rpm下混拌均匀后得到最终产物。

实施例3

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金，主要由以下重量份原料制备而成：

低密度聚乙烯8份、聚丙烯4份、硫化橡胶粉63份、环烷基橡胶油4份、芳烃基橡胶油5份、滑石粉7份、微胶囊壁材单体7份、偶氮二环己基甲腈1.5份以及乙氧基月桂酰胺0.5份。

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将回收的8份低密度聚乙烯、4份聚丙烯、63份硫化橡胶粉以及7份滑石粉加入高混机中混合均匀，在温度为90℃下加入4份环烷基橡胶油以及5份芳烃基橡胶油，在转速为5000rpm的条件下混合35min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入7份微胶囊壁材单体，混合均匀；然后喷入1.5份偶氮二环己基甲腈四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40℃氮气进行交联反应20min；鼓入80℃氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入0.5份乙氧基月桂酰胺，在转速为7000rpm下混拌均匀后得到最终产物。

实施例4

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金，主要由以下重量份原料制备而成：

聚丙烯20份、硫化橡胶粉62份、环烷基橡胶油6份、芳烃基橡胶油3份、重质碳酸钙5份、微胶囊壁材单体3份、偶氮二环己基甲腈0.5份以及乙氧基月桂酰胺0.5份。

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将回收的20份聚丙烯、62份硫化橡胶粉以及5份重质碳酸钙加入高混机中混合均匀，在温度为100℃下加入6份环烷基橡胶油以及3份芳烃基橡胶油，在转速为6000rpm的条件下混合25min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入3份微胶囊壁材单体，混合均匀；然后喷入0.5份偶氮二环己基甲腈四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40℃氮气进行交联反应15min；鼓入80℃氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入0.5份乙氧基月桂酰胺，在转速为6000rpm下混拌均匀后得到最终产物。

对比例1

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金，主要由以下重量份原料制备而成：

低密度聚乙烯5份、硫化橡胶粉70份、环烷基橡胶油15份、重质碳酸钙5份、苯乙烯3份、偶氮二异丁腈0.5份以及甘油一硬脂酸酯1.5份。

本发明提供了一种改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将回收的5份低密度聚乙烯、70份硫化橡胶粉以及5份重质碳酸钙加入高混机中混合均匀，在温度为90℃下加入15份环烷基橡胶油，在转速为8000rpm的条件下混合30min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入3份苯乙烯，混合均匀；然后喷入0.5份偶氮二异丁腈四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40℃氮气进行交联反应15min；鼓入80℃氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入1.5份甘油一硬脂酸酯，在转速为5000rpm下混拌均匀后得到最终产物。

对比例2

本对比例中选用市售的S-CAW橡塑合金沥青改性剂。

实验结果及性能分析

在1.2L带保温夹层不锈钢直筒型反应釜中，加入850g预热至170℃的齐鲁70#沥青，升温至170℃，再分别加入150g的实施例1～4、对比例1制备的橡塑合金以及对比例2中购买的市售橡塑合金，搅拌使其融化，在170℃以普通搅拌400rpm继续发育4h，分别制备成橡塑合金沥青混合料1-6，然后根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20—2011)标准对沥青混合料各项相关指标进行测试，测试结果如表1所述。

表1实施例1-4及对比例1-2的橡塑合金制备的沥青混合料测试结果

根据表1中由实施例1-4、对比例1-2的橡塑合金制备的沥青混合料的测试结果，混合料1-4与混合料6的数据对比可知，本发明在135℃运动粘度约低440％，175℃运动粘度约低490％，可以看出本发明中橡塑合金制备得到的沥青混合料粘度低，流动性更好，并且其弹性恢复能力以及韧性也明显优于对比例2。此外通过混合料1-4与混合料5的数据对比可知，微胶囊壁材单体是本发明配方中不可缺少的关键组分，与前述微胶囊壁材单体的优势相呼应。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，主要由以下重量份原料制备而成：

回收塑料颗粒5-20份、改性胶粉55-70份、橡胶油9-15份、无机填料5-7份、微胶囊壁材单体3-7份、引发剂0.5-1.5份以及抗静电剂0.5-1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述回收塑料颗粒为回收的低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种，颗粒粒径为80-140目。

3.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述改性胶粉为C1或C2硫化橡胶粉，粒径为60-120目，改性胶粉技术指标符合《硫化橡胶粉GB/T19208-2008》。

4.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述橡胶油为环烷基橡胶油、芳烃基橡胶油中的一种或两种，其中环烷基橡胶油运动粘度在100℃测试下大于10mm²/s，芳香基橡胶油运动粘度在100℃测试下大于30mm²/s。

5.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述无机填料为重质碳酸钙、滑石粉、氧化铝中的一种或多种，无机填料粒径大于1000目。

6.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述微胶囊壁材单体主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸甲酯30-50％、苯乙烯40-60％以及苯二乙烯10％。

7.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈或偶氮二环己基甲腈中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种改性沥青混合料用橡塑合金，其特征在于，所述抗静电剂为甘油一硬脂酸酯、乙氧基月桂酰胺、抗静电剂TM、抗静电剂SN或巴斯夫液体抗静电剂Basionics LQ01中的一种。

9.一种根据权利要求1至8任一项所述的改性沥青混合料用橡塑合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将回收塑料颗粒、改性胶粉、无机填料按比例加入高混机中混合均匀，在温度为80-100℃下加入橡胶油，在转速为4000-8000rpm的条件下混合20-35min；

步骤二，将步骤一中混拌均匀的物料加入流化床，喷入微胶囊壁材单体，混合均匀；然后喷入引发剂的四氢呋喃溶液，将混合料润湿均匀；鼓入40℃氮气进行交联反应15-25min；鼓入80℃氮气烘干后得到微胶囊化橡塑合金；

步骤三，将步骤二中微胶囊化后的橡塑合金加入高混机内，加入抗静电剂，在转速为5000-7000rpm下混拌均匀后得到最终产物。