CN113717538B - 一种高黏橡胶沥青及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高黏橡胶沥青及其制备方法和应用，所述高黏橡胶沥青包括基质沥青、低门尼粘度橡胶、催化剂、活化剂和增容剂，所述低门尼粘度橡胶的细度为60~120目，门尼粘度值为35~55 ML(1+4)100℃。本发明通过在沥青基质中加入低门尼粘度橡胶并配以特定的催化剂、活化剂和增容剂，从而得到高粘度和高温储存稳定性良好的橡胶沥青，可应用于抗滑降噪路面的建设。

Description

一种高黏橡胶沥青及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及道路工程材料技术领域，尤其涉及一种高黏橡胶沥青及其制备方法和应用。

背景技术

随着汽车产业的迅猛发展，大量的轮胎被填埋，造成了资源浪费和环境污染。为了保护人类赖以生存的环境安全，国内外学者开始研究橡胶轮胎在沥青路面材料中的使用，技术上取得了一定进步。

专利CN201611201908.4公开了一种橡胶沥青，包括基质沥青100份、橡胶粉25~35份、青苔灰5~10份、碳酸钙1~2份、聚芳基乙炔树脂3~5份、环烷油1~3份、聚酯纤维0.5~1.5份；通过上述重量份的组分制成的橡胶沥青具有优异的补强作用，以及良好的耐极寒天气、耐炎热酷暑气候的作用，适用于北方或者南方极端气候下的道路工程中。

专利CN201410751712.7公开了一种橡胶沥青，由基质沥青、废旧橡胶粉、活化再生剂及固定抗老剂组成，其中固定抗老剂为乙醛-α-萘胺缩合物和N-苯基-α-萘胺按照质量比1:1组成；通过固定抗老剂的加入，实现高温耐储存的性能，有效改善废旧橡胶粉与沥青的相容性，增加废旧橡胶粉的用量，并且延缓橡胶和沥青的再度老化过程。

上述现有技术虽然对橡胶沥青进行了性能方面的优化，但由于目前路面对沥青的各项性能要求越来越高，尤其是抗滑降噪大孔隙路面，对沥青的动力粘度指标以及储存稳定性要求苛刻，因此如何利用废旧橡胶制造出高附加值的沥青仍有待进一步研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高黏橡胶沥青及其制备方法和应用。

本发明提供一种高黏橡胶沥青，包括基质沥青、低门尼粘度橡胶、催化剂、活化剂和增容剂，所述低门尼粘度橡胶的细度为60~120目，门尼粘度值为35~55 ML(1+4)100℃。

在现有技术水平的情况下，若选用低门尼粘度的橡胶制备橡胶沥青，其橡胶沥青的动力粘度会大大降低，进而影响材料的路用性能，所以一般选用门尼粘度值在70左右的橡胶粉来制备橡胶沥青，保证橡胶沥青的动力粘度指标符合要求，尤其是对动力粘度值的要求远高于规范的橡胶沥青。但发明人研究发现，在此基础上，不管如何调整助剂，包括增容剂、活化剂等，所得橡胶沥青很难达到运输稳定性的要求，使得橡胶沥青制备完之后，对运输时间的要求非常苛刻。例如，背景技术提及的CN201410751712.7公开的橡胶沥青，其虽然能改善相容性，延缓橡胶的再度老化，但是要求从制备到运输的时间短，采用此种沥青制备沥青混合料铺筑道路，会因为沥青的后期稳定性差问题造成路面掉粒现象严重。本发明经过大量研究发现，摒弃常规采用的门尼粘度值在70左右的橡胶粉，而采用门尼粘度值在35~55的低门尼粘度橡胶，有利于混炼和挤出等加工过程，再配以合适的助剂，可以实现更大的突破，做到橡胶沥青高粘度和高温储存稳定性的兼顾。

进一步地，所述低门尼粘度橡胶为以废旧轮胎添加三元乙丙橡胶或氢化丁腈橡胶为原料制得的橡胶粉。具体制备方法可为物理剪切方法或化学方法。制备时可适当加入塑解剂和防老剂，提高性能，使所得橡胶在保证可塑性的前提下实现良好的拉伸强度，且具有抗老化性能，其技术指标为：水分小于1%，金属含量小于0.1%，纤维、粉尘含量小于1.5%，细度为60~120目，门尼粘度值为35~55 ML(1+4)100℃。

进一步地，所述催化剂为无水AlCl₃、FeCl₃、SbCl₃、ZnCl₂、TiCl₄、SnCl₄、BF₃中的一种或多种。

目前本领域很少使用催化剂，更多的使用润滑剂、增容剂。催化剂会造成橡胶沥青后期老化严重的问题。本发明研究发现，在本发明采用低门尼粘度橡胶的体系中，采用本发明的催化剂可以延长橡胶沥青从制备完成、运输、抵达项目地点，整个过程中动力粘度值呈现逐步增长并达到稳定的状态的时间，保证沥青后期的性能指标处于最佳状态。相对常规橡胶沥青后期性能指标迅速下滑的情况，具有维持沥青优异性能的优点。

进一步地，所述增容剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二氯二苯基硅烷、三苯基硅烷、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂中的一种或两种。

目前本领域橡胶沥青增容剂常选用三乙基四胺，但在本发明采用低门尼粘度橡胶的体系中，采用三乙基四胺增容效果差，橡胶与沥青的可容性低。因此为增强橡胶制品与沥青的相容性，选用本发明所述的增容剂，可保证沥青与橡胶相容性的基础上，保证其稳定性，具有明显的增容增粘的效果。

进一步地，所述活化剂为烷基苯酚二硫化物。

进一步地，所述基质沥青为70~90号石油沥青，符合《JTG F40-2004_公路沥青路面施工技术规范》要求。

进一步地，所述高黏橡胶沥青包括以重量份计的以下组分：基质沥青60~85份、低门尼粘度橡胶粉10~34.9份、催化剂0.5~1.0份、活化剂1~2.5份和增容剂1~2份。

本发明通过采用无机催化剂在不影响橡胶本身性能的基础上加速橡胶分子的分解速度，加入硅烷类或偶联剂类增容剂，使得橡胶大分子迁移和链缠结的可能性增大，促进橡胶与基质沥青的膨胀反应，降低橡胶沥青表面张力，从而提高黏度，增强橡胶沥青和集料之间的粘结力，增强橡胶沥青表面和集料表面的结合力；本发明利用低门尼粘度橡胶和增容剂能够保证橡胶沥青的储存稳定性，减少离析的发生。

在本发明的优选实施方式中，所述高黏橡胶沥青包括以重量份计的以下组分：基质沥青70~80份、低门尼粘度橡胶粉25~30份、无水氯化铁和/或无水氯化铝0.5~1.0份、烷基苯酚二硫化物1.5~2份和铝酸酯偶联剂1.5~1.8份。

本发明还提供上述高黏橡胶沥青的制备方法。

本发明所提供的制备方法，包括：将基质沥青、低门尼粘度橡胶和活化剂混合后，升温至165~180℃，进行剪切，再与催化剂和增容剂混合。

进一步地，所述剪切的速度为2500~4500转/分钟，时间为20~25分钟。

在本发明的具体实施方式中，所述制备方法包括以下步骤：

将低门尼粘度橡胶、活化剂和基质沥青投放到反应釜中，搅拌转速为400~1200转/分钟，搅拌5~20分钟；

升高温度至165~180℃，采用剪切机或胶体磨高速剪切5~25分钟，剪切转速为2500~4500转/分钟；

加入催化剂和增容剂，搅拌5~15分钟。

本发明提供的高黏橡胶沥青可用于抗滑降噪路面中，即可用于大孔隙结构路面，增强沥青与骨料间的结合力，保持路面的强度不受影响，同时具有施工方便、和易性强等优点。

本发明提供了一种高黏橡胶沥青及其制备方法和应用，通过在沥青基质中加入低门尼粘度橡胶并配以特定的催化剂、活化剂和增容剂，从而得到高粘度和高温储存稳定性良好的橡胶沥青，可应用于抗滑降噪路面的建设。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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作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。

以下实施例中所涉及的原料及辅料，若无特别说明，均可通过市售购得。

以下实施例中，所采用的低门尼粘度橡胶的技术指标为：水分小于1%，金属含量小于0.1%，纤维、粉尘含量小于1.5%，细度为60~120目，门尼粘度值为50±5 ML(1+4)100℃；购自上海缘橡实业有限公司。

实施例1

本实施例提供一种高黏橡胶沥青，以重量份计，由70#基质沥青71份、低门尼粘度橡胶25份、催化剂无水氯化铁1份、活化剂烷基苯酚二硫化物1.5份和增容剂铝酸酯偶联剂1.5份组成。

本实施例还提供上述高黏橡胶沥青的制备方法，具体步骤如下：

取低门尼粘度橡胶、烷基苯酚二硫化物和70#基质沥青一起投放到反应釜中，搅拌转速为800转/分钟，搅拌15分钟；

升高温度至175℃，采用剪切机或胶体磨高速剪切10分钟，剪切转速为2500转/分钟；

加入无水氯化铁及铝酸酯偶联剂，搅拌5分钟。

实施例2

本实施例提供一种高黏橡胶沥青，以重量份计，由70#基质沥青65份、低门尼粘度橡胶30份、催化剂无水氯化铁1.2份、活化剂烷基苯酚二硫化物2份和增容剂铝酸酯偶联剂1.8份组成。

本实施例还提供上述高黏橡胶沥青的制备方法，具体步骤如下：

取低门尼粘度橡胶、烷基苯酚二硫化物和70#基质沥青一起投放到反应釜中，搅拌转速为800转/分钟，搅拌15分钟；

升高温度至175℃，采用剪切机或胶体磨高速剪切10分钟，剪切转速为2500转/分钟；

加入无水氯化铁及铝酸酯偶联剂，搅拌5分钟。

实施例3

本实施例提供一种高黏橡胶沥青，以重量份计，由70#基质沥青68份、低门尼粘度橡胶28份、催化剂无水氯化铁1份、活化剂烷基苯酚二硫化物1.5份和增容剂铝酸酯偶联剂1.5份组成。

本实施例还提供上述高黏橡胶沥青的制备方法，具体步骤如下：

取低门尼粘度橡胶、烷基苯酚二硫化物和70#基质沥青一起投放到反应釜中，搅拌转速为800转/分钟，搅拌15分钟；

升高温度至175℃，采用剪切机或胶体磨高速剪切10分钟，剪切转速为2500转/分钟；

加入无水氯化铁及铝酸酯偶联剂，搅拌5分钟。

实施例4

本实施例提供一种高黏橡胶沥青，以重量份计，由70#基质沥青71份、低门尼粘度橡胶25份、催化剂无水氯化铝1份、活化剂烷基苯酚二硫化物1.5份和增容剂二氯二苯基硅烷1.5份组成。

本实施例还提供上述高黏橡胶沥青的制备方法，具体步骤如下：

取低门尼粘度橡胶、烷基苯酚二硫化物和70#基质沥青一起投放到反应釜中，搅拌转速为800转/分钟，搅拌15分钟；

升高温度至175℃，采用剪切机或胶体磨高速剪切10分钟，剪切转速为2500转/分钟；

加入无水氯化铝及二氯二苯基硅烷，搅拌5分钟。

实施例5

本实施例提供一种高黏橡胶沥青，以重量份计，由70#基质沥青65份、低门尼粘度橡胶30份、催化剂无水氯化锌1.2份、活化剂烷基苯酚二硫化物2份和增容剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.8份组成。

本实施例还提供上述高黏橡胶沥青的制备方法，具体步骤如下：

低门尼粘度橡胶、烷基苯酚二硫化物和70#基质沥青一起投放到反应釜中，搅拌转速为800转/分钟，搅拌15分钟；

升高温度至175℃，采用剪切机或胶体磨高速剪切10分钟，剪切转速为2500转/分钟；

加入无水氯化锌及γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌5分钟。

对比例1

本对比例提供一种橡胶沥青，以重量份计，由70#基质沥青65份和橡胶粉（门尼粘度值为70，30目）35份组成。其制备方法如下：

将基质沥青通过快速升温装置升温到175℃，橡胶粉经过乘凉装置投入到基质沥青的混合装置，橡胶粉和基质沥青在混合装置内经高速剪切10分钟，剪切转速为2500转/分钟，混合均匀，最终制得橡胶沥青。

性能测试

对实施例1-5和对比例1的橡胶沥青分别进行沥青指标测试，测试结果如表1所示。

表1 橡胶沥青性能指标

由以上结果可知，本发明提高了橡胶粉与沥青的相容性，在保证橡胶沥青高黏度的前提下，同时解决了橡胶沥青在高温储存时不稳定的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高黏橡胶沥青，其特征在于，包括基质沥青、低门尼粘度橡胶、催化剂、活化剂和增容剂，所述低门尼粘度橡胶的细度为60~120目，门尼粘度值为35~55 ML(1+4)100℃；所述催化剂为无水AlCl₃、FeCl₃、SbCl₃、ZnCl₂、TiCl₄、SnCl₄、BF₃中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种高黏橡胶沥青，其特征在于，所述低门尼粘度橡胶为以废旧轮胎添加三元乙丙橡胶或氢化丁腈橡胶为原料制得的橡胶粉。

3.根据权利要求1所述的一种高黏橡胶沥青，其特征在于，所述增容剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二氯二苯基硅烷、三苯基硅烷、双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷、钛酸酯偶联剂、铝酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂中的一种或两种。

4.根据权利要求3所述的一种高黏橡胶沥青，其特征在于，所述活化剂为烷基苯酚二硫化物；

和/或，所述基质沥青为70~90号石油沥青。

5.根据权利要求1~4任一项所述的一种高黏橡胶沥青，其特征在于，所述高黏橡胶沥青包括以重量份计的以下组分：基质沥青60~85份、低门尼粘度橡胶粉10~34.9份、催化剂0.5~1.0份、活化剂1~2.5份和增容剂1~2份。

6.根据权利要求5所述的一种高黏橡胶沥青，其特征在于，所述高黏橡胶沥青包括以重量份计的以下组分：基质沥青70~80份、低门尼粘度橡胶粉25~30份、无水氯化铁和/或无水氯化铝0.5~1.0份、烷基苯酚二硫化物1.5~2份和铝酸酯偶联剂1.5~1.8份。

7.一种权利要求1~6任一项所述高黏橡胶沥青的制备方法，其特征在于，包括：将基质沥青、低门尼粘度橡胶和活化剂混合后，升温至165~180℃，进行剪切，再与催化剂和增容剂混合。

8.根据权利要求7所述的高黏橡胶沥青的制备方法，其特征在于，所述剪切的速度为2500~4500转/分钟，时间为20~25分钟。

9.权利要求1~6任一项所述的高黏橡胶沥青在抗滑降噪路面中的应用。