CN113817329B - 一种再生sbs改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种再生sbs改性沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种再生SBS改性沥青及其制备方法，该再生SBS改性沥青，包括以下重量份的原料：老化SBS改性沥青、环氧化聚丁二烯树脂、环氧大豆油、顺酐。本发明的再生SBS改性沥青，使用顺酐催化环氧化聚丁二烯树脂分子上的环氧官能团开环并与老化后的SBS断裂的C＝C上的羟基和羧基发生聚合反应，修复降解的SBS的结构，同时环氧化聚丁二烯树脂也可以起到增塑剂的效果；利用环氧大豆油可以调节沥青胶体结构，具有良好的渗透性的特性，软化沥青，促进环氧化聚丁二烯树脂在沥青中的渗透，进而提升再生效果，此再生SBS改性沥青具有优良的高低温稳定性，具有广泛的应用前景。

Description

一种再生SBS改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路材料领域，尤其涉及一种再生SBS改性沥青及其制备方法。
背景技术
SBS改性沥青广泛应用于我国沥青路面，特别是高等级路面中。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)在沥青相中可形成三维网状的聚合物相结构，该结构可以赋予沥青优异的高低温路用性能。然而，在沥青路面的建造与服役过程中，SBS改性沥青中的SBS改性剂和沥青受到温度，湿度，光照，应力和氧气等的作用均会发生老化。沥青相的氧化硬化和SBS改性剂的老化降解会破坏SBS改性沥青中聚合物相和沥青相的原有结构，严重影响了改性沥青路面的使用性能和服役寿命。老化SBS改性沥青路面的翻修和重建会产生大量废料，对废料进行再生利用是防止废料污染环境，实现资源可持续利用的重要途径。
近年来，国内外学者对如何恢复废旧老化SBS改性沥青的性能进行了较多的研究，目前的思路是向废旧老化SBS改性沥青中加入再生剂。再生剂的组成成分一般为芳香分、饱和分等轻质油分和帮助油分快速渗透的渗透剂。这类油分可以调节因老化造成的组分失衡，还可以起到分散团聚的沥青质，使沥青重新形成统一均匀的整体的作用。高渗透剂可以促进轻质组分在沥青中的渗透速率。但是针对SBS改性剂降解造成的性能损失，很少有再生剂对其结构进行修复。目前恢复老化SBS改性沥青网状结构的方法主要是向其中投放新的SBS改性剂或新制SBS改性沥青，但这样不仅不能利用老化的SBS，还会因SBS改性剂含量过多导致再生沥青的相容性差。
基于目前的恢复废旧老化SBS改性沥青使其再生存在的缺陷，有必要对此进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种再生SBS改性沥青及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种再生SBS改性沥青，包括以下重量份的原料：
100份的老化SBS改性沥青、2～3份的环氧化聚丁二烯树脂、6～10份的环氧大豆油、0.01～0.2份的顺酐。
优选的是，所述的再生SBS改性沥青，所述环氧化聚丁二烯树脂的数均分子量为2100～2300、45℃的运动粘度为900～1100mPa·s。
优选的是，所述的再生SBS改性沥青，所述老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度为18.4dmm；其中，1dmm＝0.1mm。
第二方面，本发明还提供了一种所述的再生SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向老化SBS改性沥青中加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂，搅拌后，再加入顺酐，继续搅拌后得到再生SBS改性沥青。
优选的是，所述的再生SBS改性沥青的制备方法，将老化SBS改性沥青置于130～140℃下，然后加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂于800～1200rpm下搅拌10～20min，再加入顺酐继续搅拌10～20min，得到再生SBS改性沥青。
优选的是，所述的再生SBS改性沥青的制备方法，再加入顺酐继续搅拌10～20min后再将搅拌后的样品置于55～65下保温0.5～2h，即得再生SBS改性沥青。
本发明的一种再生SBS改性沥青及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的再生SBS改性沥青，包括环氧化聚丁二烯树脂、环氧大豆油、和顺酐，使用顺酐催化环氧化聚丁二烯树脂分子上的环氧官能团开环并与老化后的SBS断裂的C＝C上的羟基和羧基发生聚合反应，修复降解的SBS的结构，同时环氧化聚丁二烯树脂也可以起到增塑剂的效果；利用环氧大豆油可以调节沥青胶体结构，具有良好的渗透性的特性，软化沥青，促进环氧化聚丁二烯树脂在沥青中的渗透，进而提升再生效果，此再生SBS改性沥青具有优良的高低温稳定性，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，包括以下重量份原料：100份的老化SBS改性沥青、2～3份的环氧化聚丁二烯树脂、6～10份的环氧大豆油、0.01～0.2份的顺酐。
需要说明的是，本申请实施例中的老化SBS改性沥青指的是老化后的SBS改性沥青，本申请是针对该老化后的SBS改性沥青对其进行修复使其再生。本申请中所用的环氧化聚丁二烯树脂是由低分子量液态聚丁二烯树脂经过有机过氧化物环氧化制成的树脂；环氧大豆油是用大豆油经过氧化处理后制得的一种化工产品，常温下为浅黄色粘稠油状液体；顺酐，又称顺丁烯二酸酐，马来酸酐，2,5-呋喃二酮等，斜方晶系无色针状或片状晶体，有强烈刺激气味，溶于乙醇、乙醚和丙酮等。本申请中采用的上述物质均为市场上购买得到，本申请并对上述具体物质进行改进。本申请的再生SBS改性沥青，使用顺酐催化环氧化聚丁二烯树脂分子上的环氧官能团开环并与老化后的SBS断裂的C＝C上的羟基和羧基发生聚合反应，修复降解的SBS的结构，同时环氧化聚丁二烯树脂也可以起到增塑剂的效果；利用环氧大豆油可以调节沥青胶体结构，具有良好的渗透性的特性，软化沥青，促进环氧化聚丁二烯树脂在沥青中的渗透，进而提升再生效果。此再生SBS改性沥青具有优良的高低温稳定性，具有广泛的应用前景。
在一些实施例中，环氧化聚丁二烯树脂的数均分子量为2100～2300、45℃的运动粘度为900～1100mPa·s。
在一些实施例中，老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度为18.4dmm；其中，1dmm＝0.1mm。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述的再生SBS改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
向老化SBS改性沥青中加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂，搅拌后，再加入顺酐，继续搅拌后得到再生SBS改性沥青。
在一些实施例中，将老化SBS改性沥青置于130～140℃下，然后加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂于800～1200rpm下搅拌10～20min，再加入顺酐继续搅拌10～20min，得到再生SBS改性沥青。
在一些实施例中，再加入顺酐继续搅拌10～20min后再将搅拌后的样品置于55～65℃下保温0.5～2h，即得再生SBS改性沥青。
以下进一步以具体实施例说明本申请的再生SBS改性沥青及其制备方法。
实施例1
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，包括以下重量份组分：100份的老化SBS改性沥青、2份的环氧化聚丁二烯树脂、8份的环氧大豆油、0.1份的顺酐；
其中，老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度18.4dmm，其中1dmm＝0.1mm；老化SBS改性沥青为将SBS改性沥青经长期热氧老化(具体的在温度为100℃、压力为2.1MPa下老化20h)后所得；SBS改性沥青通过常规方法制备得到，具体的，以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的稳定剂，形成SBS共混材料，即为SBS改性沥青。其中，基质沥青购买自湖南宝利沥青有限公司，SBS改性剂购买自巴陵石化。
本申请中，环氧化聚丁二烯树脂购买自日本曹达株式会社，环氧大豆油购买自广州富飞化工科技有限公司，顺酐购买自国药集团化学试剂有限公司。
上述再生SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，将老化SBS改性沥青置于温度为135℃的油浴锅中，然后加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂，以1000rpm的转速搅拌15min；然后加入顺酐，继续于1000rpm的转速下搅拌15min；
S2、将S1中搅拌后的样品置于烘箱中于60℃下保温60min，即得再生SBS改性沥青。
实施例2
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，顺酐的重量份为0.01份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
实施例3
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，顺酐的重量份为0.05份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
实施例4
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，顺酐的重量份为0.2份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
实施例5
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，环氧化聚丁二烯树脂的重量份为3份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
实施例6
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，环氧化聚丁二烯树脂的重量份为2.5份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
实施例7
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，环氧大豆油的重量份为6份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
实施例8
本申请实施例提供了一种再生SBS改性沥青，同实施例1，不同在于，环氧大豆油的重量份为10份；本申请实施例的再生SBS改性沥青的制备方法，同实施例1。
对比例1
本对比例提供了一种再生SBS改性沥青，包括以下重量份组分：100份的老化SBS改性沥青、2份的环氧化聚丁二烯树脂、8份的环氧大豆油；
其中，老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度18.4dmm，其中1dmm＝0.1mm；
老化SBS改性沥青为将SBS改性沥青经长期热氧老化(具体的在温度为100℃、压力为2.1MPa下老化20h)后所得；SBS改性沥青通过常规方法制备得到，具体的，以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的稳定剂，形成SBS共混材料，即为SBS改性沥青。其中，基质沥青购买自湖南宝利沥青有限公司，SBS改性剂购买自巴陵石化。
本申请中，环氧化聚丁二烯树脂购买自日本曹达株式会社，环氧大豆油购买自广州富飞化工科技有限公司。
上述再生SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，将老化SBS改性沥青置于温度为135℃的油浴锅中，然后加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂，以1000rpm的转速搅拌15min；
S2、将S1中搅拌后的样品置于烘箱中于60℃下保温60min，即得再生SBS改性沥青。
对比例2
本对比例提供了一种再生SBS改性沥青，包括以下重量份组分：100份的老化SBS改性沥青、2份的环氧化聚丁二烯树脂、0.1份的顺酐；
其中，老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度18.4dmm，其中1dmm＝0.1mm；
老化SBS改性沥青为将SBS改性沥青经长期热氧老化(具体的在温度为100℃、压力为2.1MPa下老化20h)后所得；SBS改性沥青通过常规方法制备得到，具体的，以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的稳定剂，形成SBS共混材料，即为SBS改性沥青。其中，基质沥青购买自湖南宝利沥青有限公司，SBS改性剂购买自巴陵石化。
本申请中，环氧化聚丁二烯树脂购买自日本曹达株式会社，顺酐购买自国药集团化学试剂有限公司。
上述再生SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，将老化SBS改性沥青置于温度为135℃的油浴锅中，然后加入环氧化聚丁二烯树脂，以1000rpm的转速搅拌15min；然后加入顺酐，继续于1000rpm的转速下搅拌15min；
S2、将S1中搅拌后的样品置于烘箱中于60℃下保温60min，即得再生SBS改性沥青。
对比例3
本对比例提供了一种再生SBS改性沥青，包括以下重量份组分：100份的老化SBS改性沥青、8份的环氧大豆油、0.1份的顺酐；
其中，老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度18.4dmm，其中1dmm＝0.1mm；
老化SBS改性沥青为将SBS改性沥青经长期热氧老化(具体的在温度为100℃、压力为2.1MPa下老化20h)后所得；SBS改性沥青通过常规方法制备得到，具体的，以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的稳定剂，形成SBS共混材料，即为SBS改性沥青。其中，基质沥青购买自湖南宝利沥青有限公司，SBS改性剂购买自巴陵石化。
本申请中，环氧大豆油购买自广州富飞化工科技有限公司，顺酐购买自国药集团化学试剂有限公司。
上述再生SBS改性沥青的制备方法包括以下步骤：
S1、按照上述重量份，将老化SBS改性沥青置于温度为135℃的油浴锅中，然后加入环氧大豆油，以1000rpm的转速搅拌15min；然后加入顺酐，继续于1000rpm的转速下搅拌15min；
S2、将S1中搅拌后的样品置于烘箱中于60℃下保温60min，即得再生SBS改性沥青。
性能测试
分别测试上述实施例1～8、以及对比例1～2中制备得到的再生SBS改性沥青以及所用的老化SBS改性沥青的软化点以及5℃的延度，结果如下表1所示。
具体测试方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20-2011)中T0606-2011、T 0605-2011、T 0604-2011的规定进行。
表1-不同实施例的再生SBS改性沥青以及老化SBS改性沥青的软化点和延度
Figure BDA0003245742570000081
Figure BDA0003245742570000091
从表1中可以看出，实施例1中制备得到的再生SBS改性沥青相比原来的老化SBS改性沥青软化点由79.9℃下降到61.5℃，降低了18.4℃，延度由85mm增加到254mm，增加了169mm。而对比例1中制备得到的再生SBS改性沥青相比原来的老化SBS改性沥青软化点由79.9℃下降到55.8，降低了24.1℃，延度由85mm增加到176mm，增加了91mm。实施例1中制备得到的再生SBS改性沥青相比对比例1中的再生SBS改性沥青软化点高5.7℃、延度高78mm，明顺酐可以催化环氧化聚丁二烯树脂，使其与老化SBS改性剂反应。
从表1中实施例1～4中可以看出，随着再生SBS改性沥青中顺酐的含量的增加，再生SBS改性沥青的软化点随之升高；当再生SBS改性沥青中顺酐的重量份小于0.1份时，再生SBS改性沥青的延度随顺酐含量的增加而增加；但当顺酐的重量份达到0.2份时，再生SBS改性沥青的延度突然急剧下降；当顺酐加入的量为0.1份时再生SBS改性沥青的软化点和延度明显优于含量的SBS改性沥青，其最佳加入量为0.1份，可以达到SBS改性沥青SBS(I-D)类聚合物改性沥青技术要求，再生SBS改性沥青具有良好的高低温稳定性。
从表1中实施例1、5～6中可以看出，随着再生SBS改性沥青中环氧化聚丁二烯树脂含量的增加，再生SBS改性沥青的软化点和延度随之升高。而对比例3中的再生SBS改性沥青，由于未加入环氧化聚丁二烯树脂，其盐度和软化点均远远小于实施例1、5～6中的再生SBS改性沥青，由此说明环氧化聚丁二烯树脂可以在顺酐的催化下修复SBS的结构。
从表1中实施例1、7～8中可以看出，随着再生SBS改性沥青中环氧大豆油含量的增加，再生SBS改性沥青的软化点随之降低，延度随之升高；而对比例2中的再生SBS改性沥青中，由于未加入环氧大豆油，其延度远低于实施例1、7～8中的再生SBS改性沥青，说明环氧大豆油可以增加环氧化聚丁二烯树脂和顺酐的渗透性，环氧大豆油向修复的SBS改性剂结构提供了充足的轻质组分，在SBS改性剂网状结构形成过程中具有巨大的贡献，软化点下降，说明环氧大豆油的黏度低，可以起到软化沥青的作用。
综上所述，本发明使用顺酐催化环氧化聚丁二烯分子上的环氧官能团开环并与老化后的SBS断裂的C＝C上的羟基和羧基发生聚合反应，修复降解的SBS的结构，环氧大豆油为食用油，具有较强的渗透能力和较小的分子量，可以起到软化老化沥青，溶解沥青质等大分子的作用。两者同时进行，可以使基于沥青组分调节和SBS改性剂结构修复的再生SBS改性沥青材料的软化点和延度均满足60℃(SBS I-D类聚合物改性沥青技术要求：软化点不小于60℃，5℃延度不小于20cm)，同时具有优良的高温抗车辙性能和低温抗开裂性能。
上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种再生SBS改性沥青，其特征在于，包括以下重量份的原料：
100份的老化SBS改性沥青、2~3份的环氧化聚丁二烯树脂、6~10份的环氧大豆油、0.05~0.1份的顺酐。
2.如权利要求1所述的再生SBS改性沥青，其特征在于，所述环氧化聚丁二烯树脂的数均分子量为2100~2300、45℃的运动粘度为900~1100 mPa·s。
3.如权利要求1所述的再生SBS改性沥青，其特征在于，所述老化SBS改性沥青的软化点为79.9℃、5℃时的延度为85mm、25℃时的针入度为18.4dmm；其中，1 dmm＝0.1mm。
4.一种如权利要求1~3任一所述的再生SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向老化SBS改性沥青中加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂，搅拌后，再加入顺酐，继续搅拌后得到再生SBS改性沥青。
5.如权利要求4所述的再生SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，将老化SBS改性沥青置于130~140℃下，然后加入环氧大豆油和环氧化聚丁二烯树脂于800~1200rpm下搅拌10~20min，再加入顺酐继续搅拌10~20min，得到再生SBS改性沥青。
6.如权利要求5所述的再生SBS改性沥青的制备方法，其特征在于，再加入顺酐继续搅拌10~20min后再将搅拌后的样品置于55~65℃下保温0.5~2h，即得再生SBS改性沥青。
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