CN116041714A - 一种新型弹性体改性环氧化sbs改性剂的制备方法及其在抗裂超薄中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法及其在抗裂超薄中的应用，包括：(1)将100份的溶剂、10‑30份弹性体、0‑0.5份的催化剂和2‑10份的1,2‑乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到20‑80℃，搅拌反应3‑8h得到中间体A体系；(2)将中间体A体系与环氧化SBS混合在20‑50℃搅拌1‑3h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。最后将弹性体改性环氧化SBS改性剂添加到基质沥青中制备高黏高弹改性剂。本发明转的一种新型的弹性体改性环氧化SBS改性剂制备方法简单，但是制备热拌超薄铺装技术相较于传统的热拌超薄具有更加优异的高温、低温、抗疲劳和抗水损害性能，可广泛应用沥青路面、水泥路面及钢桥面预防性养护铺装。
Description
技术领域
本发明涉及道路养护技术领域，特别涉及一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法及其在抗裂超薄中的应用。
背景技术
近年来，我国高速公路建设事业得到迅猛发展。中国交通运输部发布的2019年交通运输行业发展统计公报显示，截至2019年末，全国公路总里程数已达501.25万公里，公路养护里程数达495.31万公里，占公路总里程98.8％，且相比2018年公路养护比率升高0.6％，可见“建养并重”是我国公路行业的发展方向。
BBM系列薄层沥青混凝土最早在法国20世纪70年代路面养护上得到应用，主要经历了四种铺装结构。与其他材料比较其优点：抗滑性能好、平整度高、降低噪音、摊铺速度快等优势。Novahcip作为一种特殊的断级配热拌沥青混合料是较好的超薄磨耗层，其耐磨性、抗车辙性较优，并且寿命长。LASTIKA薄层沥青混凝土作为热拌沥青混料罩面层其厚度一般在20-40mm左右，不仅对路面起到保护作用，主要其弹性较好不易损坏，而且其防水防滑性能也较好，寿命较长。SMA作为断级配骨架密实并且含有大量沥青玛蹄脂混合料，在没有添加纤维稳定剂的条件下，仍具备良好的耐久性、少裂缝等性能。我国沙庆林院士首次推出了SAC薄层沥青混凝土，其主要是粗集料断级配密实型的多碎石沥青混凝土，其主要特点是公称最大粒径在4.75mm以上，厚度一般在4cm左右较适宜，空隙较小、抗车辙抗变形能力都好。虽然目前国内市场超薄罩面如雨后春笋涌现，但是依然存在超薄罩面低温抗裂性能不足、高温性能差及抗水损害性能差等缺陷，其原因是胶结料改性沥青的性能不足，也就是目前制备改性沥青所用的添加剂、诸如SBS改性剂、抗车辙剂、温拌剂等性能不足，因此亟需要开发新型胶结料改性剂来解决目前超薄罩面存在的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新型的弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法及其在抗裂超薄中的应用，解决传统改性剂，诸如抗车辙剂、温拌剂、SBS改性剂等添加剂高温性能和低温性能不能更好的兼顾，提供了一种抗裂超薄铺装的新型添加剂，并能满足抗裂超薄铺装的路用性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份的溶剂、10-30份弹性体、0-0.5份的催化剂和2-10份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热搅拌得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与8-25份环氧化SBS混合加热搅拌后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
优选的，所述弹性体为SBS改性剂1301-1(丁二烯含量30％)、1401(丁二烯含量40％)、星型SBS、SBR、SEPS、SIS、聚丁二烯等及其衍生物中的一种。
其中，所述具体化学反应式如下：
第一步反应
第二步反应
上述反应式中，R1和R2为弹性体上官能团，R3和R4为环氧化SBS上官能团。
优选的，所述催化剂为L-脯氨酸、L-苯丙氨酸L-酪氨酸、L-赖氨酸等氨基酸及其衍生物中的一种。
优选的，所述溶剂为环己烷、正己烷、正辛烷其中的一种。
优选的，步骤(1)中的加热温度为20-80℃、搅拌时间为3-8h。
优选的，步骤(2)中的加热温度为30-50℃、搅拌时间为1-3h。
同时，本申请还公开了一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂在抗裂超薄中的应用，其中，所述弹性体改性环氧化SBS改性剂在改性沥青中，弹性体改性环氧化SBS改性剂的掺量为4-8％。
优选的，在超薄罩面中，油石比为5-6.5％。
有益效果：
本发明采用1，2-二硫醇作为架桥剂，采用Mechael加成反应将1，2-二硫醇与弹性体上双键接枝到一起，形成弹性体接枝衍生物，然后将弹性体接枝衍生物上巯基对环氧化SBS上环氧基发生亲核进攻反应，开发出高性能弹性体改性环氧化SBS改性剂。该改性剂增大了分子量，能够显著提升改性沥青混合料高温性能。由于弹性体改性环氧化SBS上有残存的环氧基团，能够与集料上钙镁离子发生固化反应，增强了沥青与集料黏附性。同时弹性体上柔性基团和环氧化SBS上柔性基团能够显著提升混合料低温性能，改善混合料的抗裂性能。将该弹性体改性环氧化SBS改性剂作为改性剂通过高速剪切机与基质沥青混合制备高黏高弹改性沥青，此高黏高弹改性沥青的路用性能较为优异，且成本显著降低。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青的性能检测方法参照《公路沥青路面施工技术规范》(中华人民共和国行业标准，JTG F40-3004)，所用混合料级配如下表1。
表1超薄罩面级配曲线
附图说明
图1为本发明弹性体改性环氧化SBS改性沥青SEM图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)将100份的环己烷、15份1301-1SBS改性剂、0.3份的L-脯氨酸和4份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到50℃，搅拌反应4h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与17份环氧化SBS混合在35℃搅拌1.5h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入25g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表2高黏高弹改性沥青性能对比
表3高黏高弹改性沥青混合料性能对比
实施例2
(1)将100份的正辛烷、22份线性SBS1401、0.2份的L-苯丙氨酸和6份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到20℃，搅拌反应8h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与20份环氧化SBS混合，在45℃搅拌1h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入30g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和620g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表4高黏高弹改性沥青性能对比
表5高黏高弹改性沥青混合料性能对比
实施例3
(1)将100份的正己烷、10份星型SBS、0.5份的L-酪氨酸和9份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到35℃，搅拌反应5h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与8份环氧化SBS混合，在50℃搅拌3h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入32.5g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和650g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表6高黏高弹改性沥青性能对比
表7高黏高弹改性沥青混合料性能对比
实施例4
(1)将100份的环己烷、30份SBR、0.1份的L-赖氨酸和8份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到80℃，搅拌反应3h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与20份环氧化SBS混合，在30℃搅拌2h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入40g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和540g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表8高黏高弹改性沥青性能对比
表9高黏高弹改性沥青混合料性能对比
实施例5
(1)将100份的正己烷、18份SEPS、0.4份的L-苯丙氨酸和2份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到60℃，搅拌反应7h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与10份环氧化SBS混合，在38℃搅拌2.5h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入35g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和580g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表10高黏高弹改性沥青性能对比
表11高黏高弹改性沥青混合料性能对比
实施例6
(1)将100份的环己烷、25份SIS、0.3份的L-赖氨酸和7份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到70℃，搅拌反应6h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与15份环氧化SBS混合，在30℃搅拌3h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入37.5g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和610g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表12高黏高弹改性沥青性能对比
表13高黏高弹改性沥青混合料性能对比
实施例7
(1)将100份的正辛烷、20份聚丁二烯、0.2份的L-脯氨酸和5份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热到40℃，搅拌反应5.5h得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与25份环氧化SBS混合，在47℃搅拌1.5h后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青制备：
取500g基质沥青加热到180℃，开启高速剪切机，然后缓慢加入33g弹性体改性环氧化SBS改性剂，添加完成后高速剪切1h后换成搅拌器，缓慢加入8-24号橡胶油20g，升温到180℃后，加入硫磺稳定剂为弹性体改性环氧化SBS改性剂质量的1/40，待稳定剂硫磺添加完毕后，180℃发育6h得到高黏高弹性沥青。
弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和630g弹性体改性环氧化SBS高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
市售高黏高弹改性沥青混合料制备：
取表1级配沥青混合料10公斤，在175℃拌锅里拌合180s，然后向其内部加入500g矿粉和570g市售高黏高弹改性沥青，在175℃下拌合180s，制备出弹性体改性环氧化SBS改性沥青混合料，然后将混合料在165℃烘箱中保温30min后成型试件。
表14高黏高弹改性沥青性能对比
表15高黏高弹改性沥青混合料性能对比
从实施例1-7给出的具体实施例的检测数据可知，本发明的以弹性体改性环氧化SBS改性剂制备的改性沥青以及改性沥青混合料，各性能均有所提升。该技术制备抗裂超薄罩面有利于解决目前市面上超薄罩面抗裂性能不足的技术难题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)将100份的溶剂、10-30份弹性体、0-0.5份的催化剂和1-3份的1,2-乙二硫醇加入到三口瓶中，加热搅拌得到中间体A体系；
(2)将中间体A体系与8-25份环氧化SBS混合加热搅拌后，采用落条式脱挥器将聚合物与溶剂分离开得到弹性体改性环氧化SBS改性剂。
2.根据权利要求1所述的一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，其特征在于，所述弹性体为SBS改性剂1301-1(丁二烯含量30％)、1401(丁二烯含量40％)、星型SBS、SBR、SEPS、SIS或聚丁二烯。
3.根据权利要求1所述的一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为L-脯氨酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸或L-赖氨酸。
4.根据权利要求1所述的一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为环己烷、正己烷或正辛烷。
5.根据权利要求1所述的一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的加热温度为20-80℃，搅拌时间为3-8h。
6.根据权利要求1所述的一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的加热温度为30-50℃、搅拌时间为1-3h。
7.根据权利要求1所述的一种新型弹性体改性环氧化SBS改性剂在抗裂超薄中的应用，其特征在于，所述弹性体改性环氧化SBS改性剂在改性沥青中，弹性体改性环氧化SBS改性剂的掺量为4-8％。
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