CN113667313A

CN113667313A - 一种分子密实型养护专用沥青及其制备方法

Info

Publication number: CN113667313A
Application number: CN202110944322.1A
Authority: CN
Inventors: 王庆妙; 邓庆忠; 金跃飞; 魏恺波; 沈彪; 章炯涛; 王志成; 孟珈贝
Original assignee: Asphalt Technology Branch Of Zhejiang Transportation Resources Investment Co Ltd
Current assignee: Asphalt Technology Branch Of Zhejiang Transportation Resources Investment Co Ltd
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2021-11-19

Abstract

本发明涉及沥青工艺技术领域，尤其涉及一种分子密实型养护专用沥青，按质量份数计，包括聚合物3～20份、交联剂0～0.5份、促进剂0～0.5份、石油沥青70～95份以及增溶剂0～10份。还涉及该沥青的制备方法。本发明针对养护专用沥青材料，采用分子级配设计的方法，制备密实型养护专用沥青，以降低氧气在沥青分子间的渗透性，提升改性沥青的抗老化能力，改善养护技术的实施效果，延长路面服役年限，工艺简单，制备方便。

Description

一种分子密实型养护专用沥青及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及沥青工艺技术领域，尤其涉及一种分子密实型养护专用沥青及其制备方法。

【背景技术】

近年来，随着中国交通运输业的蓬勃发展，公路建设处于快速发展阶段，公路总里程数已超过500万公里，高速公路里程数已超过16万公里。但很多已建成的公路在运营期间，由于行车荷载的作用、自然因素的影响，出现了裂缝、松散、剥落等病害，亟需对应的养护技术、养护材料，以延长路面的服役年限。

路面出现上述病害主要的原因在于沥青材料的老化，丧失了柔性形变能力；如何提升养护沥青材料的抗老化能力，延长路面的服役年限，降低公路的运营成本，已成为公路领域从业者的热点研究问题。沥青材料在铺筑形成沥青路面后，在氧气、紫外等自然条件的作用下，沥青分子会发生氧化、分解和缩合等反应，使沥青分子量逐渐增加、极性增强，进而逐渐丧失了柔性变形能力；在荷载、雨水、冻融等作用下，使路面易出现裂缝、松散、剥落等病害，降低路面服役年限。

目前，路面养护所采用的改性沥青以SBS改性沥青为主，采用剪切或研磨工艺，将SBS分散到基质沥青中，以改善基质沥青的力学性能。现有技术仅仅是将市售的聚合物与沥青混合，并没有考虑改性沥青分子间的密实型。

以现有技术制备的改性沥青存在以下不足：1、耐老化性能差，尤其是热氧老化；2、高温储存稳定性差，易发生相分离。

【发明内容】

本发明针对现有技术中，改性沥青抗热氧老化差的问题，提供一种分子密实型养护专用沥青及其制备方法，通过改性沥青分子级配设计，降低氧气在改性沥青中的渗透性，以改善沥青的抗老化能力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种分子密实型养护专用沥青，按质量份数计，包括聚合物3～20份、交联剂0～0.5份、促进剂0～0.5份、石油沥青70～95份以及增溶剂0～10份。

作为优选，该专用沥青，按质量份数计，包括聚合物10～15份、交联剂0.2～0.4份、促进剂0.2～0.4份、石油沥青80～85份以及增溶剂4～7份。

作为优选，所述聚合物为苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物(SBS)、天然橡胶、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丁二烯(PB)、聚苯乙烯(PS)中的一种或几种。

作为优选，所述交联剂为马来酸酐、硫化物、聚烯烃中的一种或几种。

作为优选，所述促进剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基、氧化锌、氧化镁中的一种或几种。

作为优选，所述石油沥青为下列牌号中的一种或几种：AH-30、AH-50、AH-70、AH-90、AH-110。

作为优选，所述增溶剂为石油馏分油、橡胶油或油浆，其中石油馏分油的初馏点≥250℃。

本发明还提供一种分子密实型养护专用沥青的制备方法，包括如下步骤：

S1.测定聚合物的分子量分布；

S2.调整不同分子量的聚合物含量，将聚合物按分子量大小进行分级处理，使不同分子量的聚合物形成近似正态分布；

S3.将石油沥青加热至170～180℃，并保温；

S4.将S2中按分子量大小分级的聚合物按照分子量由大到小的顺序，依次加入沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用，将聚合物分散均匀,待所有聚合物加入后，在170～180℃条件下恒温剪切20～40min；

S5.将交联剂和促进剂按比例加入上述混合物中，在170～180℃条件下恒温搅拌发育0.5～2h，即得分子密实型养护专用沥青；

S6.采用氧气透过率及沥青短期老化评价方法，评价分子密实型养护专用沥青的抗老化性能。

作为优选，所述聚合物分子量分布的测定方法为凝胶渗透色谱法、端基测定法、沸点升高法、冰点降低法、膜渗透压法或蒸汽压渗透法。

本发明的有益效果是：

1)改善沥青的抗热氧老化的性能；2)改善沥青的高温储存稳定性。

具体地，为了改善路面养护效果，降低养护成本，延长路面服役年限；本发明针对养护专用沥青材料，采用分子级配设计的方法，制备密实型养护专用沥青，以降低氧气在沥青分子间的渗透性，提升改性沥青的抗老化能力，改善养护技术的实施效果，延长路面服役年限。

【具体实施方式】

一种分子密实型养护专用沥青，按质量份数计包括聚合物3～20份、交联剂0～0.5份、促进剂0～0.5份、石油沥青70～95份以及增溶剂0～10份。

进一步地，上述的分子密实型养护专用沥青，按质量份数计包括聚合物10～15份、交联剂0.2～0.4份、促进剂0.2～0.4份、石油沥青80～85份以及增溶剂4～7份。

进一步地，还包括0.1～0.5份的表面活性剂，所述表面活性剂为脂肪酰胺、聚氧乙烯基酰胺、烷基聚丙烯多胺、烷基醚多胺中的一种或几种。

进一步地，所述聚合物为苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物(SBS)、天然橡胶、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丁二烯(PB)、聚苯乙烯(PS)中的一种或几种。

进一步地，所述交联剂为马来酸酐、硫化物、聚烯烃中的一种或几种。

进一步地，所述促进剂为氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基、氧化锌、氧化镁中的一种或几种。

进一步地，所述石油沥青为下列牌号的石油沥青中的一种或几种：AH-30、AH50、AH-70、AH-90、AH-110。

进一步地，所述增溶剂为石油馏分油、橡胶油或油浆，其中石油馏分油的初馏点≥250℃。

一种分子密实型养护专用沥青的制备方法，包括如下步骤：

首先，通过凝胶渗透色谱法、端基测定法、沸点升高法、冰点降低法、膜渗透压法或蒸汽压渗透法测定聚合物的分子量分布；

其次，对聚合物分子量的分布进行分析，调整不同分子量的聚合物含量，将聚合物按分子量大小进行分级处理，使不同分子量的聚合物形成近似正太分布设计；进而确定聚合物的配比；

再次，将石油沥青加热至170～180℃，并保温；

然后，将步骤2)中按分子量大小分级的聚合物按照分子量由大到小的顺序，依次分批加入到沥青中(相邻两次加入聚合物的时间间隔为10min)，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用，将聚合物分散均匀，待所有聚合物加入后，在170～180℃条件下恒温剪切20～40min；

再然后，将交联剂和促进剂按比例加入上述混合物中，在170～180℃条件下恒温搅拌发育0.5～2h，即得分子密实型养护专用沥青；

采用氧气透过率及沥青短期老化评价方法，评价分子密实型养护沥青的抗老化性能。

下面通过具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。

实施例1

一种分子密实型养护专用沥青的制备方法，包括如下步骤：

(1)首先通过凝胶渗透色谱法、端基测定法、沸点升高法、冰点降低法、膜渗透压法或蒸汽压渗透法测定聚合物的分子量分布；

测定结果如下：

分子量(W)

＜9

＜12

＜15

＜18

＜21

＜24

＜27

＜30

30＜

质量百分比(％)

2～6

5～11

10～16

17～38

42～63

73～87

85～92

93～98

100

通过上表测定结果可知，在聚合物中，分子量小于15w的聚合物的质量占比为10％～16％，分子量在24w以上的聚合物的质量占比为13％～27％，而分子量在15w～24w之间的聚合物的质量占比较大，能够占到一半以上；聚合物分子量的分布呈正态分布趋势。

(2)按质量份数计选取3份聚合物、0.1份交联剂、0.1份促进剂、70份石油沥青、0.1份增溶剂以及0.1份表面活性剂；

其中聚合物中，各分子量的聚合物的占比为：分子量大于27w的占18％，分子量在24w～27w(不含24w)之间的占21％，分子量在21w～24w(不含21w)之间的占19％，分子量在18w～21w(不含18w)之间的占18％，分子量在15w～18w之间的占15％，分子量在15w以下的占9％。

(3)将70份的石油沥青加热到170℃，并保温；

(4)然后将步骤(2)中分配好的3份聚合物，按分子量从大到小依次分批投加到上述的石油沥青中，且相邻两次加入聚合物的时间间隔为10min，即在投加聚合物时，先将分子量大于27w的聚合物投加到加热的石油沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用将加入的聚合物分散均匀，间隔10min后再将分子量在24w～27w(不含24w)之间的聚合物投加到石油沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用将加入的聚合物分散均匀，间隔10min后再将分子量在21w～24w(不含21w)之间的聚合物投加到石油沥青中，以此类推，最后将分子量在15w以下的聚合物投加到石油沥青中，然后在170℃的条件下恒温剪切20min；上述先加入分子量大的聚合物形成骨架空隙，然后再逐级加入分子量较小的聚合物，方便嵌入到在先加入的聚合物的骨架空隙中，有利于配料间的密实性。

5)将0.1份交联剂、0.1份促进剂以及0.1份增溶剂和0.1份表面活性剂加入到上述混合物中，在170℃下恒温搅拌发育0.5h，即得分子密实型养护专用沥青；

其中，上述反应物料中，石油沥青具体为牌号为AH-70的石油沥青，聚合物具体为苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物、交联剂具体为马来酸酐、促进剂具体为氧化二异丙苯、增溶剂具体为初馏点≥250℃的石油馏分油、表面活性剂为聚氧乙烯基酰胺。

在上述物料中，石油沥青作为基料，聚合物主要起加筋增强作用，改善石油沥青的高低温性能；交联剂是化学反应剂，起桥接的作用，通过化学键将沥青分子与聚合物分子桥接起来，有利于改善改性沥青的高温储存稳定性；促进剂是加速交联剂的桥接反应；增溶剂是利用相似相容原理，改善聚合物与沥青间的互溶性。

实施例2

一种分子密实型养护专用沥青的制备方法，包括如下步骤：

测定结果如下：

分子量(W)

＜9

＜12

＜15

＜18

＜21

＜24

＜27

＜30

30＜

质量百分比(％)

2～6

5～11

10～16

17～38

42～63

73～87

85～92

93～98

100

(2)按质量份数计选取20份聚合物、0.5份交联剂、0.5份促进剂、95份石油沥青、10份增溶剂以及0.5份表面活性剂；

(3)将95份的石油沥青加热到180℃，并保温；

(4)然后将步骤(2)中分配好的20份聚合物，按分子量从大到小依次分批投加到上述的石油沥青中，且相邻两次加入聚合物的时间间隔为10min，即在投加聚合物时，先将分子量大于27w的聚合物投加到加热的石油沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用将加入的聚合物分散均匀，间隔10min后再将分子量在24w～27w(不含24w)之间的聚合物投加到石油沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用将加入的聚合物分散均匀，间隔10min后再将分子量在21w～24w(不含21w)之间的聚合物投加到石油沥青中，以此类推，最后将分子量在15w以下的聚合物投加到石油沥青中，然后在180℃的条件下恒温剪切40min；上述先加入分子量大的聚合物形成骨架空隙，然后再逐级加入分子量较小的聚合物，方便嵌入到在先加入的聚合物的骨架空隙中，有利于配料间的密实性。

5)将0.5份交联剂、0.5份促进剂以及10份增溶剂和0.5份表面活性剂加入到上述混合物中，在180℃下恒温搅拌发育2h，即得分子密实型养护专用沥青；

其中，上述反应物料中，石油沥青具体为牌号为AH-50的石油沥青，聚合物具体为质量比为8:1:1的苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物、天然橡胶和丁苯橡胶，交联剂具体为聚烯烃，促进剂具体为质量比为2:1:1的过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基和氧化锌，增溶剂具体为橡胶油，表面活性剂为烷基聚丙烯多胺。

实施例3

一种分子密实型养护专用沥青的制备方法，包括如下步骤：

测定结果如下：

分子量(W)

＜9

＜12

＜15

＜18

＜21

＜24

＜27

＜30

30＜

质量百分比(％)

2～6

5～11

10～16

17～38

42～63

73～87

85～92

93～98

100

(2)按质量份数计选取聚合物11份、交联剂0.3份、促进剂0.3份、石油沥青83份、增溶剂5份以及表面活性剂0.3份；

(3)将83份石油沥青加热到175℃，并保温；

(4)然后将步骤(2)中分配好的11份聚合物，按分子量从大到小依次分批投加到上述的石油沥青中，且相邻两次加入聚合物的时间间隔为10min，即在投加聚合物时，先将分子量大于27w的聚合物投加到加热的石油沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用将加入的聚合物分散均匀，间隔10min后再将分子量在24w～27w(不含24w)之间的聚合物投加到石油沥青中，利用胶体磨或剪切机的研磨剪切作用将加入的聚合物分散均匀，间隔10min后再将分子量在21w～24w(不含21w)之间的聚合物投加到石油沥青中，以此类推，最后将分子量在15w以下的聚合物投加到石油沥青中，然后在175℃的条件下恒温剪切30min；上述先加入分子量大的聚合物形成骨架空隙，然后再逐级加入分子量较小的聚合物，方便嵌入到在先加入的聚合物的骨架空隙中，有利于配料间的密实性。

5)将0.3份交联剂、0.3份促进剂以及5份增溶剂和0.3份表面活性剂加入到上述混合物中，在175℃下恒温搅拌发育1.3h，即得分子密实型养护专用沥青；

其中，上述反应物料中，石油沥青具体为牌号为AH-90的石油沥青，聚合物具体为质量比为8:1:1：1的苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁二烯和聚苯乙烯，交联剂具体为马来酸酐，促进剂具体为质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和氧化镁，增溶剂具体为橡胶油，表面活性剂为质量比为1:1的烷基醚多胺和脂肪酰胺。

表1：沥青抗老化性能测试结果

项目	实施例1	实施例2	实施例3	基质沥青(70A)
					针入度(25℃)/0.1mm	59	45	63	65
软化点/℃	72	105	95	47
					延度(5℃)/cm	33	36	47	--
氧气透过率/mg/L	＜0.01	＜0.01	＜0.01	0.027
					针入度比/％	72	78	73	63
5℃残留延度/cm	20	23	33	--

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种分子密实型养护专用沥青，其特征在于，按质量份数计，包括聚合物3～20份、交联剂0～0.5份、促进剂0～0.5份、石油沥青70～95份以及增溶剂0～10份。

2.根据权利要求1所述的分子密实型养护专用沥青，其特征在于，按质量份数计，包括聚合物10～15份、交联剂0.2～0.4份、促进剂0.2～0.4份、石油沥青80～85份以及增溶剂4～7份。

3.根据权利要求1或2所述的分子密实型养护专用沥青，其特征在于，所述聚合物为苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物、天然橡胶、丁苯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丁二烯、聚苯乙烯中的一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的分子密实型养护专用沥青，其特征在于，所述交联剂为马来酸酐、硫化物、聚烯烃中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的分子密实型养护专用沥青，其特征在于，所述促进剂为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基、氧化锌、氧化镁中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的分子密实型养护专用沥青，其特征在于，所述石油沥青为下列牌号中的一种或几种：AH-30、AH-50、AH-70、AH-90、AH-110。

7.根据权利要求1或2所述的分子密实型养护专用沥青，其特征在于，所述增溶剂为石油馏分油、橡胶油或油浆，其中石油馏分油的初馏点≥250℃。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的分子密实型养护专用沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.测定聚合物的分子量分布；

S3.将石油沥青加热至170～180℃，并保温；

9.根据权利要求8所述的分子密实型养护专用沥青的制备方法，其特征在于，所述聚合物分子量分布的测定方法为凝胶渗透色谱法、端基测定法、沸点升高法、冰点降低法、膜渗透压法或蒸汽压渗透法。