CN113462173A - 一种掺入胶粉的改性沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种掺入胶粉的改性沥青及其制备方法，属于沥青改性技术领域。该掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青50‑65份，胶粉30‑40份，碳酸钙/海泡石复合物3‑6份，稳定剂1‑2份。上述改性沥青的制备方法，包括以下步骤：按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170‑180℃；将胶粉与温度在170‑180℃的沥青混合；之后继续加入稳定剂，并在170‑180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物，并在170‑180℃下继续搅拌，之后剪切得到改性沥青。该改性沥青降低了烟气排放的同时，提高了胶粉的掺入量。

Description

一种掺入胶粉的改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青改性技术领域，具体涉及一种掺入胶粉的改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着我国汽车工业的迅速发展，产生的废旧轮胎也大幅增加。大量的废旧轮胎不仅很难降解，同时含有害物质，这种固体废弃物会形成严重的黑色污染，环保压力也会越来越大。因此，废橡胶的回收再利用日益受到人们的关注。随着研发的深入开展，技术人员通过回收废旧轮胎并将其制备成胶粉去改性沥青日益成为研究热点。
但是，胶粉改性沥青应用中也存在以下问题：一是掺量问题，现有技术应用的胶粉改性沥青的胶粉掺量一般在20％左右，这对大量的胶粉消耗是十分有限的。中国专利CN109486226A“一种存储性能稳定的橡胶沥青及其制备方法”通过使用50-80目胶粉、发泡剂、环氧树脂以及固化剂混合物等按一定比例加入到沥青中制备出了具有良好存储稳定性、性能优异的沥青产品，但其胶粉掺量不高，只有常规的20％左右；二是环保问题，虽然胶粉改性沥青可以消耗大量的废弃轮胎，但废橡胶在高温生产改性沥青和加工过程中会释放出大量的有害烟气，不仅危害人体健康，同时也给环境带来了极大的挑战。另外现有技术中通过胶粉改性沥青，但并未考虑高掺量胶粉改性沥青带来的大量烟气排放问题，因此，有必要研制出一种既能够减少烟气排放又有高掺量胶粉的改性沥青。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种掺入胶粉的改性沥青及其制备方法，解决现有技术中烟气排放量大且胶粉掺入量较低的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种掺入胶粉的改性沥青及其制备方法。
本发明提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青50-65份，胶粉30-40份，碳酸钙/海泡石复合物3-6份，稳定剂1-2份。
进一步地，还包括改性二氧化硅1-3份。
进一步地，所述稳定剂为食用油。
进一步地，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，之后在80-90℃下烘干即可。
进一步地，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为5-7:1。
进一步地，所述改性二氧化硅由以下步骤制得：
将二氧化硅与壳聚糖混合，之后搅拌干燥制得。
进一步地，所述二氧化硅与所述壳聚糖的质量比为(1-2):(0.2-0.4)。
本发明还提出一种上述改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入稳定剂，并在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物，并在170-180℃下继续搅拌，之后剪切得到改性沥青。
进一步地，在所述剪切之前还包括继续加入改性二氧化硅并搅拌均匀。
进一步地，将所述胶粉与温度在170-180℃的所述沥青混合之前还包括活化所述胶粉：将胶粉烘干，之后在300-350W的微波功率下活化2-3min得到活化后的胶粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：30-40份的胶粉掺入沥青中，在1-2份稳定剂的作用下提高胶粉与沥青的相容性，另外掺入的3-6份碳酸钙/海泡石复合物因为复合物为多孔结构可以高效吸附烟气，从而减少烟气排放，另外，海泡石质量轻容易浮在改性沥青的表面难以与沥青均匀混合，从而不利于高效吸附胶粉与沥青混合产生的烟气，形成的碳酸钙/海泡石复合物因为复合了碳酸钙，在提高该复合物孔隙数量的基础上提高了碳酸钙/海泡石复合物在改性沥青中的混合均匀度，从而有利于碳酸钙/海泡石复合物吸附沥青和胶粉产生的烟气，烟气排放量低至20.21mg/m3，而且胶粉的掺入量可以高达35％以上。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青50-65份，胶粉30-40份，碳酸钙/海泡石复合物3-6份，稳定剂1-2份；进一步地，所述稳定剂为食用油；所述食用油优选为菜籽油、玉米油和花生油中的一种或者多种。
进一步地，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌2-3小时，之后在80-90℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为5-7:1。
进一步地，在某些优选的实施例中，还包括改性二氧化硅1-3份。改性二氧化硅能够进一步提高改性沥青在较高温度时的强度，避免沥青较高温度下软化。
进一步地，所述改性二氧化硅由以下步骤制得：将二氧化硅与壳聚糖混合，之后搅拌干燥制得；其中，所述二氧化硅与所述壳聚糖的质量比为(1-2):(0.2-0.4)；所述胶粉目数为40～80目。由壳聚糖改性的二氧化硅，壳聚糖能够包覆二氧化硅，由二氧化硅为壳聚糖提供载体，使得壳聚糖在沥青中分布均匀的同时还能够提高沥青的强度，而且壳聚糖具有较高的粘度，能够提高各组分之间的粘结力，避免出现开裂的问题。
本具体实施方式还提出一种上述改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于55-60℃恒温干燥箱中脱水30-40min至烘干，之后放入微波活化装置中，在300-350W的微波功率下活化2-3min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入稳定剂在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后剪切35-55min得到改性沥青；其中剪切的速度为5000-6000r/min。加入胶粉的过程要分批次进行，使胶粉和沥青充分反应。
在上述具体实施方式的基础上，在所述剪切之前还包括继续加入改性二氧化硅并搅拌均匀。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中使用的沥青原料的相关性能，如表1所示。
表1沥青原料的基本性能指标
Figure BDA0003121287860000051
下述实施例中，使用的胶粉为废胶粉，废胶粉的主要化学成分如表2所示。
表2废胶粉的主要化学成分
成分 橡胶烃 炭黑 灰分 丙酮提取物
质量百分比/％ 52.80 31.55 7.63 6.70
实施例1
本实施例提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青50份，胶粉40份，碳酸钙/海泡石复合物3份，菜籽油1份。
其中，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，搅拌2小时之后在80℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为6:1。
本实施例还包括上述掺入胶粉的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于60℃恒温干燥箱中脱水30min至烘干，之后放入微波活化装置中，在300W的微波功率下活化3min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入菜籽油在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后剪切40min得到改性沥青；其中剪切的速度为5000r/min。
实施例2
本实施例提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青60份，胶粉35份，碳酸钙/海泡石复合物6份，玉米油2份。
其中，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，搅拌3小时之后在90℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为7:1。
本实施例还包括上述掺入胶粉的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于55℃恒温干燥箱中脱水40min至烘干，之后放入微波活化装置中，在350W的微波功率下活化2min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入玉米油在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后剪切50min得到改性沥青；其中剪切的速度为6000r/min。
实施例3
本实施例提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青65份，胶粉30份，碳酸钙/海泡石复合物4份，花生油1份。
其中，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，搅拌2.5小时之后在80℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为6:1。
本实施例还包括上述掺入胶粉的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于55℃恒温干燥箱中脱水35min至烘干，之后放入微波活化装置中，在300W的微波功率下活化3min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入花生油在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后剪切55min得到改性沥青；其中剪切的速度为5500r/min。
实施例4
本实施例提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青50份，胶粉40份，碳酸钙/海泡石复合物3份，菜籽油1份，改性二氧化硅1份。
其中，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，搅拌2小时之后在85℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为5:1。
本实施例还包括上述掺入胶粉的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于60℃恒温干燥箱中脱水30min至烘干，之后放入微波活化装置中，在300W的微波功率下活化3min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入菜籽油在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后继续加入改性二氧化硅并搅拌均匀，之后剪切55min得到改性沥青；其中剪切的速度为5000r/min。
实施例5
本实施例提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青60份，胶粉35份，碳酸钙/海泡石复合物6份，玉米油2份，改性二氧化硅2份。
其中，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，搅拌3小时之后在80℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为6:1。
本实施例还包括上述掺入胶粉的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于60℃恒温干燥箱中脱水30min至烘干，之后放入微波活化装置中，在300W的微波功率下活化3min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入玉米油在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后继续加入改性二氧化硅并搅拌均匀，之后剪切40min得到改性沥青；其中剪切的速度为5000r/min。
实施例6
本实施例提出一种掺入胶粉的改性沥青，按照重量份数计算，包括沥青65份，胶粉30份，碳酸钙/海泡石复合物4份，花生油1份，改性二氧化硅3份。
其中，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，搅拌2.5小时之后在80℃下烘干即可；其中，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为6:1。
本实施例还包括上述掺入胶粉的改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
将胶粉置于55℃恒温干燥箱中脱水40min至烘干，之后放入微波活化装置中，在350W的微波功率下活化2min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入花生油在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后继续加入改性二氧化硅并搅拌均匀，之后剪切50min得到改性沥青；其中剪切的速度为6000r/min。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：没有添加碳酸钙/海泡石复合物。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：取相应重量的海泡石和碳酸钙进行物理混合制得海泡石和碳酸钙的混合物，由该混合物取代碳酸钙/海泡石复合物制得改性沥青。
对比例3
本对比例与实施例4的区别在于：取相应重量的二氧化硅和壳聚糖取代改性二氧化硅分别添加至沥青中制得改性沥青；具体步骤如下：
将胶粉置于60℃恒温干燥箱中脱水30min至烘干，之后放入微波活化装置中，在300W的微波功率下活化3min得到活化后的胶粉；
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将活化后的胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入稳定剂在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物在170-180℃下继续搅拌，之后继续加入二氧化硅搅拌均匀，之后继续加入壳聚糖搅拌均匀，之后剪切55min得到改性沥青；其中剪切的速度为5000r/min。
将本发明实施例1-6制得的改性沥青与对比例1-3制得的沥青进行存储稳定性(离析实验)评价和烟气排放评价，其结果如表3和4所示。
表3不同废胶粉改性沥青的离析实验结果
Figure BDA0003121287860000101
从表3可以看出，本发明所制备的高掺量废胶粉改性沥青均具有良好的存储稳定性，离析实验结果均复合规范要求，而对比例1可能因为没有掺入碳酸钙/海泡石复合物而出现明显的离析。
将本发明实施例1-6制备的改性沥青、对比例1-3制得的改性沥青以及沥青原料取一定量进行烟气排放量评价实验，其结果见下表4。
表4不同改性沥青的烟气排放结果
沥青类型 烟气排放总量(mg/m<sup>3</sup>)
实施例1 20.21
实施例2 21.74
实施例3 22.59
实施例4 21..80
实施例5 22.14
实施例6 21.47
对比例1 295.53
对比例2 45.74
对比例3 23.80
沥青原料 140.76
从表4可以看出，实施例1-6制得的改性沥青的烟气排放总量较低，低至20.21mg/m3，而对比例1没有添加碳酸钙/海泡石复合物得到的改性沥青的烟气排放量高达295.53mg/m3，另外单独的碳酸钙和海泡石制得改性沥青的烟气排放总量也较高，有45.74mg/m3。可见本发明提出的改性沥青在各组分的配合下烟气排放量明显减少。
将本发明实施例1-6制得的改性沥青、对比例1-3制得的沥青及沥青原料按照标准T 0606-2011进行沥青软化点试验(环球法)，软化点温度如表5所示。
表5不同改性沥青的软化点温度
Figure BDA0003121287860000121
从表5可以看出，实施例1-3的改性沥青的软化点温度比对比例1-2以及沥青原料的要高，说明碳酸钙/海泡石复合物一定程度能够提高改性沥青的软化点，另外实施例4-6的改性沥青的软化点比实施例1-3的明显要高，说明改性二氧化硅能够提高改性沥青的软化点。
采用美国PE公司生产的型号为DSC8500的差示扫描量热仪，具有制样方便、测试迅速、温度范围宽、分辨率高等特点。测试温度范围为-80℃至100℃，升温速率为10℃/min。测试实施例1-6制得的改性沥青、对比例1-3制得的沥青及沥青原料的玻璃化转变温度Tg，结果如表6所示。
表6不同改性沥青的玻璃化转变温度
沥青类型 T<sub>g</sub>(℃)
实施例1 -20.4
实施例2 -21.7
实施例3 -20.8
实施例4 -30.7
实施例5 -31.8
实施例6 -32.9
对比例1 -11.8
对比例2 -12.7
对比例3 -24.6
沥青原料 -15.7
从表6可以看出，添加改性二氧化硅后的改性沥青的Tg温度更低，抵抗沥青路面低温开裂的能力更强。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种掺入胶粉的改性沥青，其特征在于，按照重量份数计算，包括沥青50-65份，胶粉30-40份，碳酸钙/海泡石复合物3-6份，稳定剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，还包括改性二氧化硅1-3份。
3.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述稳定剂为食用油。
4.根据权利要求1所述的改性沥青，其特征在于，所述碳酸钙/海泡石复合物由以下步骤制得：
将海泡石分散于水中，之后加入碳酸钙搅拌，之后在80-90℃下烘干即可。
5.根据权利要求4所述的改性沥青，其特征在于，所述碳酸钙与所述海泡石的质量比为5-7:1。
6.根据权利要求2所述的改性沥青，其特征在于，所述改性二氧化硅由以下步骤制得：
将二氧化硅与壳聚糖混合，之后搅拌干燥制得。
7.根据权利要求6所述的改性沥青，其特征在于，所述二氧化硅与所述壳聚糖的质量比为(1-2):(0.2-0.4)。
8.一种权利要求1-7任一项所述的改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照各组分配比，将沥青搅拌加热至170-180℃；将胶粉与温度在170-180℃的沥青混合；之后继续加入稳定剂，并在170-180℃下继续搅拌；之后继续加入碳酸钙/海泡石复合物，并在170-180℃下继续搅拌，之后剪切得到改性沥青。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述剪切之前还包括继续加入改性二氧化硅并搅拌均匀。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述胶粉与温度在170-180℃的所述沥青混合之前还包括活化所述胶粉：将胶粉烘干，之后在300-350W的微波功率下活化2-3min得到活化后的胶粉。
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