CN115160806A - 一种基于回收资源的低碳沥青的制备方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于回收资源的低碳沥青、制备方法及用途，属于改性沥青技术领域，以解决目前脱油沥青、废胎胶粉和废机油应用在道路沥青中后产品使用性能差、使用量低以及路面耐久性不足的问题。不同于传统石油沥青经原油开采、炼制等方法，本发明沥青采用脱油沥青、超低门尼再生胶、废机油等低值回收资源制成，该沥青应用于道路材料领域。本发明提供的低碳沥青材料，选择经浅度裂解的超低门尼再生橡胶作为低碳沥青组分，一方面能够消耗大量废旧轮胎，缓解“黑色污染”问题，另一方面，胶粉经浅度裂解处理后表面活性改善，与脱油沥青的相容性增加，能够实现大量掺入，从而减少材料成本，且通过废机油调节粘度，施工和易性良好。

Description

一种基于回收资源的低碳沥青的制备方法及用途

技术领域

本发明属于改性沥青技术领域，具体涉及一种基于回收资源的低碳沥青的制备方法及用途。

背景技术

我国道路交通流量及荷载压力持续增加，传统改性沥青路面在服役过程中，受到车辆荷载及环境变化等因素影响，长期处于应力应变无规律作用状态，老化严重，老化后弗拉斯脆点高于-10℃，导致界面粘附力丧失，耐久性不足，易出现开裂、松散脱落、凹坑等病害，严重影响使用质量及行车安全，一般路面使用寿命为5-7年就发生破坏，需消耗大量能源和资源进行维护。基于此，近年来的改性沥青研发及应用方向多、维度广。

此外，道路石油沥青几乎都来自于石油，而石油资源是不可持续资源。沥青生产及应用包含石油开采、石油炼制和沥青调制、沥青运输等过程，这些过程都消耗较多的能源和产生碳排放，如何基于日益增多的废弃资源，环保化处置为低碳高性能道路沥青具有重要现实意义。

同时，近些年来汽车工业产生大量废旧轮胎和废机油亟待环保化处置，据统计废轮胎每年产量已超过1千余万吨，废机油也达300万吨以上。此外，伴随着石油炼制行业技术进步，溶剂脱沥青技术得到快速发展。为提质增效，每年有大量的脱油沥青产生，没有得到有效利用。上述大宗废弃物的高值化和环保化处置，具有重要意义。

结合以上大宗废弃物的“增值化”需求和改性沥青日趋成熟的技术，如何将废旧轮胎、脱油沥青和废机油应用于沥青改性，并提升整体路用性能，减少石油资源的消耗，延长服役寿命是道路工程领域面临的重大挑战之一。

基于以上背景，研发基于低值废弃资源的高质量道路粘结料过程中，主要面临的技术问题是：

1.由于脱油沥青的主要成分为沥青质和胶质，高温性能虽好，但性质较脆，难以在沥青道路中使用。

废机油虽能明显改善沥青的低温性能，但高温性能容易受损。虽然二者调和后能较多添加到石油沥青中，但质量不稳定，路用性能仍有高低温性能不佳、耐老化不足的缺陷。因此，二者在道路沥青中的掺量及应用场景受限。

废旧轮胎橡胶用于沥青改性以提高沥青路面的整体性能、经济性和可持续性受到了国内外的普遍关注。然而，常规胶粉表面呈现较强惰性，与基质沥青的相容性较差，通过脱硫再生等方法对胶粉进行预处理，能够提升胶粉表面活性，改善胶粉与沥青的相容性及施工和易性。但脱硫胶粉的交联结构遭到破坏，分子量降低，导致橡胶沥青整体性能有所下降，路面耐久性又不足。

也就是说，以上三种材料各自性能的优缺点十分明显，如何对其性能进行深入研究并配置出一种合理的组份，能克服材料各自的缺点，发挥出材料优势，成了亟待解决的难题。

2.改性沥青主要市场用于道路修筑，道路用沥青材料的特点是需要较好的施工性能、高温抗车辙性能、低温抗裂性能以及耐候、耐水性能，需要一定的软化油改善施工性能，需要脱油沥青提高高温性能，需要较高含量的橡胶来改善低温和耐老化性能。因此，基于日益增多的“废弃物”如脱油沥青、废胎橡胶和废机油，开发低碳沥青材料，且该材料的耐久性能与经济性兼顾，能达到可持续性平衡，是该改性沥青研发与产业化重点要解决的另一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大宗废弃资源的低碳沥青的制备方法及用途，以解决基于大量作为“废弃物”的脱油沥青、废胎橡胶和废机油研发改性沥青中耐久性与经济性需要得到双重保障的问题。

为了解决以上问题，本发明技术方案为：

进一步的，脱油沥青含量为30%-50%、超低门尼再生胶含量为30%-50%，和废机油含量为10-20%。

进一步的，超低门尼再生胶粒是采用胶粉干湿法微氧常压法浅度裂解，并通过螺杆造粒制备。

进一步的，干湿法微氧常压法浅度裂解，是将占胶粉重量的5-20%的废机油预先和胶粉混合，然后将浸润混合的混合胶粉在少量空气存在下进行浅度裂解，浅度裂解的加工温度为150-220℃。

进一步的，超低门尼再生胶是采用10目-60目的废胎胶粉浅度裂解制备而成，其门尼粘度为5-20。

进一步的，脱油沥青是经渣油溶剂脱沥青的副产物。

进一步的，废机油为经蒸馏处理得到的常温动力粘度为10厘泊-60厘泊的废机油。

上述基于回收资源的低碳沥青的制备方法，分为以下步骤：将脱油沥青在罐体中加热融化，后加入超低门尼再生胶，并将超低门尼再生胶充分搅拌溶混于沥青中；加热温度为140-160℃，混溶温度为160-180℃，混合时间为20-60min。

上述基于回收资源的低碳沥青的应用，该低碳沥青应用于道路材料领域。

本发明的有益效果如下：

（1）众所周知，废胎胶粉为多重交联网络的强韧复合材料，难以在沥青中溶解和熔融再加工，造成废胎胶粉在道路沥青中应用受阻。为此，国内外开发了众多物理、化学和生物方法来脱硫再生，来实现胶粉在沥青中的溶解分散。比如采用高温双螺杆等设备实现了胶粉的脱硫再生，但是其存在耗能较高、污染排放大的弊病。此外，这些脱硫再生方法的再生程度较低，溶胶含量一般低于50%，不适合在沥青中高含量掺加。而浅度裂解是将废胎胶粉中的交联键充分切断和主链部分切断，此时交联网络中的橡胶和炭黑发生解离，溶胶含量大于50%，此时浅裂胶粉的门尼粘度为0-20。该浅裂胶粉可在沥青中可以高效分散，降解的溶胶组分和废机油和脱油沥青中的胶质融合，而降解后的炭黑和脱油沥青中的沥青质融合，得到稳定的胶体结构。

浅度裂解通常采用300℃的高温加热和高压来实现，存在污染大、难精确控制和危险等问题，是废橡胶再生行业中的难点。为此，采用干湿法微氧常压法，该方法显著降低浅度裂解温度至200℃以内，既节能又减少了排放。干湿法微氧常压法浅度裂解，因废机油渗入到胶粉内部，把胶粉的交联网络预撑开，微量的氧气快速进入胶粉内部，切断硫键和部分主链上的双键，实现高效解交联，达到浅度裂解效果。因所采用的加工温度为150-220℃，因此相对传统再生工艺，具有节能环保效果。

（2）本发明提供的低碳沥青材料，不同于传统石油沥青经原油开采、炼制等方法，选择经浅度裂解的超低门尼再生橡胶作为低碳沥青组分，一方面能够消耗大量废旧轮胎，缓解“黑色污染”问题，另一方面，胶粉经浅度裂解处理后表面活性改善，与脱油沥青的相容性增加，能够实现大量掺入，从而减少材料成本，且通过废机油调节粘度，施工和易性良好。由于含有大量的橡胶材料，低碳沥青的冲击和拉伸韧性获得大幅提升，从而增强耐久性，对于发展低碳环保型长寿命低碳路面具有较高的应用价值。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施方式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作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。

因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例1

首先制备浅裂再生胶粒，具体步骤为：

取常温动力粘度为40厘泊废机油，与目数为30目的废胎胶粉混合，然后将混合胶粉用管式炉，在少量空气存在下（空气的流量低于50mL/min）进行浅裂裂解，其中废机油占胶粉重量的10%的废机油，在190℃下经微氧浅度裂解，调控浅裂时间得到门尼粘度为15的浅裂橡胶，经螺杆造粒隔离后为下述实施备用。

取250g（质量分数50%）脱油沥青和50g（质量分数10%）废机油，在160℃烘箱内加热至完全流动，加入门尼粘度为15的浅裂再生胶粒200g（质量分数40%），然后在180℃、500rpm转速条件下搅拌发育混溶30min，制得低碳沥青样品。对其进行性能测试，结果见表1

实施例2

首先制备浅裂再生胶粒，具体步骤为：

取常温动力粘度为10厘泊废机油，与目数为10目的胶粉混合，然后将混合胶粉在少量空气存在下进行浅裂裂解，其中废机油占胶粉重量的5%的废机油，在150℃下经微氧浅度裂解，调控浅裂时间得到门尼粘度为10的浅裂再生胶粒，经螺杆造粒隔离后为下述实施备用。

取250g（质量分数50%）脱油沥青和50g（质量分数10%）废机油，在140℃烘箱内加热至完全流动，加入门尼粘度为10的浅裂再生胶粒200g（质量分数40%），然后在160℃、500rpm转速条件下搅拌发育60min，制得低碳沥青样品。

实施例3

首先制备浅裂再生胶粒，具体步骤为：

取常温动力粘度为60厘泊废机油，与目数为60目的胶粉混合，然后将混合胶粉在少量空气存在下进行浅裂裂解，其中废机油占胶粉重量的20%的废机油，在220℃下经微氧浅度裂解，调控浅裂时间得到门尼粘度为20的浅裂再生胶粒，经螺杆造粒隔离后备用。

取200g（质量分数40%）脱油沥青和50g（质量分数10%）废机油，在150℃烘箱内加热至完全流动，加入上述制备的门尼粘度为20的浅裂再生胶粒250g（质量分数50%），然后在170℃、500rpm转速条件下搅拌发育20min，制得低碳沥青样品。

实施例4

首先制备浅裂再生胶粒，具体步骤为：

取常温动力粘度为20厘泊废机油，与目数为30目的胶粉混合，然后将混合胶粉在少量空气存在下进行浅裂裂解，其中废机油占胶粉重量的15%的废机油，在200℃下经微氧浅度裂解，调控浅裂时间得到门尼粘度为20的浅裂再生胶粒，经螺杆造粒隔离后备用。

取150g（质量分数30%）脱油沥青和100g（质量分数20%）废机油，在150℃烘箱内加热至完全流动，加入上述制备的门尼粘度为20的浅裂再生胶粒250g（质量分数50%），然后在170℃、500rpm转速条件下搅拌发育20min，制得低碳沥青样品。

实施例5

首先制备浅裂再生胶粒，具体步骤为：

取常温动力粘度为20厘泊废机油，与目数为30目的胶粉混合，然后将混合胶粉在少量空气存在下进行浅裂裂解，其中废机油占胶粉重量的20%的废机油，在220℃下经微氧浅度裂解，调控浅裂时间得到门尼粘度为5的浅裂再生胶。

取250g（质量分数50%）脱油沥青和100g（质量分数20%）废机油，在150℃烘箱内加热至完全流动，加入上述制备的门尼粘度为5的浅裂再生胶粒150g（质量分数30%），然后在170℃、500rpm转速条件下搅拌发育30min，制得低碳沥青样品。

对以上样品进行性能测试，结果见表1

对照例1

90号重交基质沥青。

对照例2

常规橡胶沥青：取500g沥青，在160℃烘箱内加热至完全流动，加入门尼粘度20的再生胶粒130g（质量分数26%），加热至170℃溶胀40min，在180℃、3000rpm转速条件下剪切30min，然后在180℃、500rpm转速条件下搅拌发育30min，制得公路工程用橡胶沥青。

表1不同沥青样品的常规性能测试结果

由数据可见，较空白对照例1、2，橡胶沥青的各项性能，特别是低温冲击性能和耐老化性能明显优于基质沥青。

实施例样品1-2的软化点、延度和5℃弹性恢复、测力延度与常规橡胶沥青相似，具有较好的路用性能。随再生胶用量增加，实施例3的冲击韧性及耐低温性能更优。

以上结果表明，本发明提供的低碳沥青及其制备方法，可以大幅提升橡胶沥青的常规性能、冲击韧性和耐老化性能，从而增强沥青路面在车辆载荷和环境变化交替作用下抵抗各种开裂和变形的能力，延长服役寿命，具有较高的应用和推广价值。

Claims (8)

1.一种基于回收资源的低碳沥青，其特征在于：采用如下重量比例的材料制成：脱油沥青含量为30%-50%、超低门尼再生胶含量为30%-50%，和废机油含量为10-20%。

2.如权利要求1所述的一种基于回收资源的低碳沥青，其特征在于：超低门尼再生胶粒是采用胶粉干湿法微氧常压法浅度裂解，并通过螺杆造粒制备。

3.如权利要求2所述的一种基于回收资源的低碳沥青，其特征在于：所述干湿法微氧常压法浅度裂解，是将占胶粉重量的5-20%的废机油预先和胶粉混合，然后将浸润混合的混合胶粉在少量空气存在下进行浅度裂解，浅度裂解的加工温度为150-220℃。

4.如权利要求1所述的一种基于回收资源的低碳沥青，其特征在于：所述超低门尼再生胶是采用10目-60目的废胎胶粉浅度裂解制备而成，其门尼粘度为5-20。

5.如权利要求1所述的一种基于回收资源的低碳沥青，其特征在于：所述脱油沥青是经渣油溶剂脱沥青的副产物。

6.根据权利要求1所述的一种基于回收资源的低碳沥青，其特征在于，所述废机油为经蒸馏处理得到的常温动力粘度为10厘泊-60厘泊的废机油。

7.如权利要求1-6所述的一种基于回收资源的低碳沥青的制备方法，其特征在于：该方法为以下步骤：将脱油沥青在罐体中加热融化，后加入超低门尼再生胶，并将超低门尼再生胶充分搅拌溶混于沥青中；加热温度为140-160℃，混溶温度为160-180℃，混合时间为20-60min。

8.如权利要求7所述方法制备的低碳沥青的用途，其特征在于：该低碳沥青应用于道路材料领域。