CN114561106A - 苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种苯乙烯‑丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料及其制备方法，按照质量份计，所述的沥青粘结料由以下组分制备：苯乙烯4‑20；丙烯腈2‑10；基质沥青70‑90；聚乙烯蜡2‑10；分散剂1‑5；引发剂0.5‑5。本发明将苯乙烯‑丙烯腈共聚物和聚乙烯蜡等热塑性材料双重改性基质沥青，显著提高了基质沥青的软化点。该沥青粘结料不仅增强了高温抗疲劳性，而且具有较好的低温抗开裂性。由于采用了原位聚合工艺，同时加入了分散剂，因此聚合物分子一旦形成，即能够均匀分散到沥青本体中，优于简单物理共混，较大幅度地提高了沥青粘结料的稳定性。

Description

苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料及其制备方法

技术领域

本发明涉及改性沥青粘结料及其制备，涉及通过苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性提高沥青粘结料的综合性能。具体地说是热塑性材料改性沥青粘结料及其制备方法。

背景技术

相对于普通沥青而言，改性沥青铺筑的路面能够显著地提高抗永久变形能力、抗温缩裂缝能力及抗疲劳开裂能力。改性沥青是指掺加树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他材料等改性剂，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。对于沥青的改性，专利CN101085871A采用废旧轮胎加工的橡胶粉添加到环氧树脂改性的沥青料中提高了固化物的软化点；专利CN102516783A将不同粒径的废橡胶粉掺加到已进行改性的沥青中；专利CN103396673A采用乙烯基单体、废橡胶粉和沥青进行反应制备胶粉环氧树脂沥青材料。专利US5,704,971和US5,851,276提到，将废橡胶粉与过氧化氢混合，利用其强氧化性，使胶粉降解，然而该方法虽然一定程度上解决了胶粉降解和分散问题，但存在氧化剂用量大、价格高、工艺复杂等问题。

专利CN 112029304 A采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、超支化聚酰胺等制备改性沥青，并描述其产物形成的罩面具有优异的低温抗开裂性能和抗疲劳性能。专利CN111218121 A公开了一种聚合物改性沥青胶结料及其制备方法，该发明中用到的聚合物仍是橡胶类弹性体，表明改性沥青胶结料具有优异的热储存稳定性，适宜于长时间热储存、远距离热运输。专利CN105838093、CN101671143、CN 101962482、CN103374230所公开的SBS改性沥青及其生产方法，其SBS改性沥青都包含基质沥青、SBS高分子聚合物、增溶剂(或增延剂、芳烃油、橡胶软化油)、稳定剂组成。上述发明都采用了含硫型稳定剂以促进基质沥青与SBS改性剂发生交联反应，但是其公开的含硫化合物或硫磺作为硫化剂，对基质沥青与SBS改性剂的改性效果并不理想，甚至还容易导致SBS改性剂过度交联，影响生产加工与使用。近年来，在某些特殊应用场景下(如钢桥面铺装)，工程实践中采用了热固性改性环氧沥青，但环氧沥青不仅成本高昂，而且热固化时间与温度对施工条件提出了苛刻要求，难以满足公路路面施工要求。

综上所述，现有高分子聚合物改性沥青还普遍存在热储存稳定性差、工艺流程复杂、反应条件苛刻、生产过程能耗高等不足，难以兼顾工艺简单可靠，施工方便易行，材料环保经济，未能明显提升沥青综合性能的改性效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料及其制备方法，该方法通过原位聚合，直接将聚合物分子分散到基质沥青之间形成稳定化学胶体结构，由此综合改善基质沥青与聚合物的相容性，提高沥青粘结料的贮存稳定性、低温抗开裂性、高温抗疲劳性。

本发明是这样实现的：

一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料，其特征在于，所述的沥青粘结料由苯乙烯、丙烯腈、基质沥青、聚乙烯蜡、分散剂、引发剂制备；按照质量份计：所述的苯乙烯4-20份；丙烯腈2-10份；基质沥青70-90份；聚乙烯蜡2-10份；分散剂1-5份；引发剂0.5-5份。该沥青粘结料的制备方法如下：在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入定量的基质沥青、聚乙烯蜡、分散剂加热熔化使其成流动状态，然后缓慢滴加苯乙烯、丙烯腈和引发剂的混合物，控制温度在120-150℃下持续进行1-3小时的聚合反应。最后补加一定量的引发剂，升高温度到160-170℃继续搅拌1小时，冷却后即得改性沥青粘结料。

进一步，所述的基质沥青为70#石油沥青。

进一步，所述的分散剂为N,N-乙撑双硬脂酰胺。

进一步，所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。

本发明还公开了一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入定量的基质沥青、聚乙烯蜡、分散剂，加热到120-130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1-2小时；

步骤二、称取定量的苯乙烯、丙烯腈和引发剂，控制温度在120-150℃，将引发剂总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中确保聚合反应时间持续1-3小时；

步骤三、加入剩余的引发剂，即引发剂总量的1/4，将反应瓶中物料温度提高到160-170℃，继续搅拌反应1小时即得产品。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

1、苯乙烯-丙烯腈原位聚合生成的粒子均匀分散到沥青之间形成稳定的胶体结构体系，由此提高改性沥青粘结料的贮存稳定性。

2、苯乙烯-丙烯腈共聚物属于热塑性材料且软化温度高，因此既可以改善沥青粘结料的延展性，又可提高其软化点。

3、复配、加入聚乙烯蜡，不仅可以改善沥青体系的延展性，而且也能提高改性沥青的软化点。

4、用N,N-乙撑双硬脂酰胺作为分散剂，提高了沥青粘结料的稳定性，同时具有协同提高沥青软化点的作用。本发明采用两种类型不同的热塑性聚合物对基质沥青进行改性，有效增强了共混物的相容性，改善了沥青粘结料的高低温性能。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料的制备方法：

(1)在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入70#石油沥青80克、聚乙烯蜡2克、N,N-乙撑双硬脂酰胺2克，加热到130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1小时。

(2)称取定量的苯乙烯10克、丙烯腈5克和偶氮异二丁腈1克，控制反应瓶的温度在130℃，将偶氮异二丁腈总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中，持续进行聚合反应2小时。

(3)加入剩余的偶氮异二丁腈，将反应瓶中物料温度提高到160℃，继续搅拌反应1小时即得产品，实测其软化点为83℃。

实施例2

一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料的制备方法：

(1)在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入70#石油沥青90克、聚乙烯蜡2克、N,N-乙撑双硬脂酰胺1克，加热到130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1小时。

(2)称取定量的苯乙烯4克、丙烯腈2克和偶氮异二丁腈1克，控制反应瓶的温度在130℃，将偶氮异二丁腈总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中，持续进行聚合反应1小时。

(3)加入剩余的偶氮异二丁腈，将反应瓶中物料温度提高到150℃，继续搅拌反应1小时即得产品，实测其软化点为87℃。

实施例3

一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料的制备方法：

(1)在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入70#石油沥青85克、聚乙烯蜡7克、N,N-乙撑双硬脂酰胺3克，加热到130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1小时。

(2)称取定量的苯乙烯15克、丙烯腈7克和偶氮异二丁腈3克，控制反应瓶的温度在130℃，将偶氮异二丁腈总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中，持续进行聚合反应2小时。

(3)加入剩余的偶氮异二丁腈，将反应瓶中物料温度提高到160℃，继续搅拌反应1小时即得产品，实测其软化点为82℃。

实施例4

一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料的制备方法：

(1)在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入70#石油沥青70克、聚乙烯蜡2克、N,N-乙撑双硬脂酰胺1克，加热到130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1小时。

(2)称取定量的苯乙烯4克、丙烯腈2克和偶氮异二丁腈0.5克，控制反应瓶的温度在130℃，将偶氮异二丁腈总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中，持续进行聚合反应2小时。

(3)加入剩余的偶氮异二丁腈，将反应瓶中物料温度提高到160℃，继续搅拌反应1小时即得产品，实测其软化点为86℃。

实施例5

一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料的制备方法：

(1)在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入70#石油沥青90克、聚乙烯蜡10克、N,N-乙撑双硬脂酰胺5克，加热到130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1小时。

(2)称取定量的苯乙烯20克、丙烯腈10克和偶氮异二丁腈5克，控制反应瓶的温度在130℃，将偶氮异二丁腈总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中，持续进行聚合反应2小时。

(3)加入剩余的偶氮异二丁腈，将反应瓶中物料温度提高到160℃，继续搅拌反应1小时即得产品，实测其软化点为85℃。

下表为实施例产品与70#石油沥青性能对比：

从上表可以得出：本发明将苯乙烯-丙烯腈共聚物和聚乙烯蜡等热塑性材料双重改性基质沥青，显著提高了基质沥青的软化点。该沥青粘结料不仅增强了高温抗疲劳性，而且具有较好的低温抗开裂性。由于采用了原位聚合工艺，同时加入了分散剂，因此聚合物分子一旦形成，即能够均匀分散到沥青本体中，优于简单物理共混，较大幅度地提高了沥青粘结料的稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料，其特征在于，所述的沥青粘结料由苯乙烯、丙烯腈、基质沥青、聚乙烯蜡、分散剂、引发剂制备；按照质量份计：所述的苯乙烯4-20份；丙烯腈2-10份；基质沥青70-90份；聚乙烯蜡2-10份；分散剂1-5份；引发剂0.5-5份。

2.根据权利要求1所述的一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料，其特征在于，所述的基质沥青为70#石油沥青。

3.根据权利要求1所述的一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料，其特征在于，所述的分散剂为N,N-乙撑双硬脂酰胺。

4.根据权利要求1所述的一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。

5.根据权利要求1所述的一种苯乙烯-丙烯腈原位聚合改性的沥青粘结料，其特征在于，所述的沥青粘结料的制备方法如下：

步骤一、在装有温度计、搅拌器、冷凝器、恒压漏斗的反应瓶中，加入定量的基质沥青、聚乙烯蜡、分散剂，加热到120-130℃使其熔化并使其成流动状态，保温搅拌1-2小时；

步骤二、称取定量的苯乙烯、丙烯腈和引发剂，控制温度在120-150℃，将引发剂总量的3/4和全部苯乙烯、丙烯腈进行混合，缓慢滴加到反应瓶中确保聚合反应时间持续1-3小时；

步骤三、加入剩余的引发剂，即引发剂总量的1/4，将反应瓶中物料温度提高到160-170℃，继续搅拌反应1小时即得产品。