CN1305513A - 改善用于筑路材料的含沥青混合物性能的改性剂 - Google Patents

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Abstract

一种改善用于筑路材料的沥青混合物性能的改性剂,其改性剂以任何比例很容易地分散于含沥青的混合物中,并可得到比通常含沥青混合物性质获得改善的混合物。该改性剂在有像生产筑路含沥青混合物中使用的填充剂存在下,含有聚合物在来自石油精炼操作的重油馏份中的浓分散液。除了这三种主要组分(聚合物、重油馏分和填充剂)外,如果希望的话,本发明的改性剂还可以含有例如粘着促进剂之类的其他组分。这些组分在例如化合物橡胶使用的设备之类的设备中混合。

Description

改善用于筑路材料的含沥青混合物性能的改性剂
本发明的领域
本发明涉及改善用于筑路材料的含沥青混合物性能的改性剂。
现有技术描述
如人们所知，具有比通常沥青混合物性能优良的道路用沥青混合物的需求，导致往所述的混合物添加不同的物质。
在筑路材料的现有技术中，使用加入纤维的含沥青混合物是人们所熟知的。这些纤维是石棉、纤维素、丙烯酸类树脂等。US 3864157提到在筑路材料中使用石棉。可以看到在E & FN Spon于《第二届国际Rilem会议会议录(Proceedings of the Second InternationalRilem Conference)(1993)中使用塑料纤维的实施例。这些实践有双重目的：
第一个目的是在该混合物中达到较好粘结性，得到的混合物具有较高的空隙含量而没有崩解；
另一个目的是能够生产具有非常低的密度和高沥青含量的混合物，以防止快速老化以及快速疲软断裂。
这种实践的一个主要缺陷是含沥青混合物生产厂的产率大大降低，因为必需加非常少的纤维以防止结块。
加纤维带来的另一个缺陷是纤维对于沥青来说是非均匀产品，不能与纤维生成相容的胶粘剂，因此必须加大量的纤维，这样纤维才是有效的。此外，在许多情况下，沥青未使纤维充分润湿，于是曾检测出粘着性问题。
另外的选择是在生产该混合物期间使用与沥青均化的各种不同的低熔点聚合物。在欧洲专利申请81 40 0820中可以见到这种技术的实例。但是，如同纤维一样，这种实践需要大量的聚合物和长时间的混合。如果混合时间短，得到非常不均匀的产物，这些产物是难以压实的。
第三种选择是使用聚合物改性的沥青。这种广泛使用的选择的缺陷是在Asphalt生产厂需要另加储槽，而这种储槽必需保持在高温下。必需使用大量改性沥青，这种实践才是有利的。还必需使用非常相容的系统以防止沥青储存时出现相分离。
同样地，生产聚合物改性沥青需要复杂而又昂贵的设备，这又是一个缺陷。
这种有改性剂的含沥青混合物因此应该是满意的，这些混合物应该令人满意地解决前面指出的现有技术存在的缺陷。
发明目的
本发明的目的是提供一种改性剂，这种改性剂很容易地以任何比例分散在含沥青的混合物中，这种改性剂使得含沥青混合物具有比通常沥青混合物更好的性质。
发明的优点
本发明改性剂的优点之一是它可以小粒使用与储存。本发明改性剂的另一个优点是很容易地分散在含沥青混合物中，因此避免长的分散时间，也不需要使用另外的加热槽。本发明改性剂的另一个优点是含沥青混合物在其生产时不会结块，因此避免长的生产时间。
因此，本发明改性剂具有下述优点：
-呈小粒状，容易分散在含沥青混合物中，在每个施用点，按照制造筑路材料的要求可以以任何比例加改性剂，
-容易分散，不需要任何大的加热槽，使用其他改性剂时这些加热槽是必不可少，因此该方法便宜得多；
-与其他沥青混合物相比，使用这种产品，其性质获得改善。
发明的详细描述
首先，本发明提供一种改性剂，在生产用于道路的含沥青混合物时使用的那些填充剂存在下，改性剂由聚合物在来自石油精炼操作的重油馏份中的浓分散液组成。除了这三种主要组分外(聚合物、重油馏份和填充剂)，如果希望的话，本发明的改性剂可以含有其他的添加剂，例如粘着促进剂。这些组分在例如化合物橡胶使用的那些设备中进行混合。
更具体地，根据所述的第一个方面，本发明提供一种改性剂以改善用于筑路材料的含沥青混合物的性能，其特征在于：
-以重量计10-75％聚合物，该聚合物选自天然橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯和丙烯共聚物、(A-B)n或(A-B)n-A类合成橡胶，其中n等于或大于1,A对应于聚苯乙烯链，B对应于聚丁二烯或聚异戊二烯链，这些橡胶具有氢化或未氢化的嵌段、部分嵌段或随机嵌段结构的直链或辐射状建筑结构，所述的聚合物以任何比例的混合物；
-以重量计10-75％来自石油精炼操作的重油馏份，和选自来自真空蒸馏单元，或脱沥青单元，或减粘裂化单元的沥青，来自润滑剂真空单元的中等中性油或重中性油；来自脱沥青单元的光亮油和来自糠醛单元的光亮油提取物；所述馏份以任何比例的混合物的重油馏份；
-1-75％无机填充剂，它们选自任何级别的波特兰(Portland)水泥、石灰石、工业碳酸钙、玄武岩、石英岩、飞灰、滑石和所述填充剂以任何比例的混合物；
-任选地，促进粘着的添加剂。
关于本发明改性剂的聚合物组分，如已经指出的，优选地，它们的使用量是以重量计为20-70％，这种组分可以由所述聚合物混合物组成。
关于本发明改性剂的重油馏份组分，当这些化合物由所提到石油精炼操作单元得到时，不必使用这些化合物。在很多情况下，将一种或多种组分混合可能是满意的。因此，鉴于说明性而非限制性的目的，来自脱沥青工艺的沥青可以与光亮油提取物混合，得到适宜作为重油馏份的产物。
在本发明改性剂中使用的填充剂可以是在道路用混合物中使用的任何填充剂。这些填充剂应该具有的特征之一是它们100％通过UNE0.08mm筛。在这个意义上，所提到的单个或以任何比例混合的填充剂都是合适的。作为在本发明改性剂中使用的无机填充剂百分数优选地是5-70％。曾发现，如果无机填充剂的孔隙百分数很高，产品在含沥青混合物中分散就很快。
使用填充剂具有下述两个优点：
-防止小粒在储存期间结块；
-在填充剂与部分粘结剂之间生成预先的胶粘剂。
正如已经指出的，除三个主要组分外，本发明改性剂可以包括(如果希望的话)改善粘着的添加剂，例如加到含沥青混合物中沥青的那些添加剂。作为粘着促进剂，作为实例可以提到下述促进剂：支化或未支化的单胺、二胺、三胺、酰氨基胺和咪唑啉，它们由具有至少10个碳原子的脂肪酸得到，可为单个或以任何比例混合。作为非限制实例，动物脂二胺，其中烷基链具有16-18个碳原子，可以提到树脂酸酰氨基胺和树脂酸咪唑啉。同样地，可以使用妥尔油和松香。在本发明改性剂中使用的这些添加剂百分数是以重量计0-5％。
根据第二方面。本发明提供一种制备所述改性剂的方法，该方法包括将改性剂组分分别加到混合设备中，或首先用全部或部分最终改性剂的组分制备干掺混物。可以使用在工业上通常使用的任何设备或系统制备这种干掺混物，例如桨叶混合器或螺旋桨混合器、转鼓混合器等。
为了得到本发明的最终改性剂，在适当的条件下可以使用在橡胶工业中通常使用的任何混合方法或系统。
这些方法可以是连续的或间断的。
混合改性剂组分的敞口研磨混合器、内混合器等可看作是间断方法。然后，为了得到小粒，通常将得到的掺混物送到配备必要系统的挤出机。在混合方法中，或者分别加入改性剂组分，或者由前面制备的含有所需浓度的所有组分的干掺混物开始加入改性剂组分。取决改性剂的组成，制备该改性剂所使用的加工温度可以是80-200℃。对于产品制粒的方法，使用的温度范围可以是80-150℃。关于混合时间，可以应用在生产橡胶化合物时使用的基本标准。
挤出法可认为是连续法，该方法使用单螺杆或多螺杆设备；推荐的是双螺杆设备，因为它们的混合能力比较大，得到比较均匀的产物。根据所描述的间断混合器的过程，可以将这些组分加到挤出机。此外，还可以在挤出机任何点加一种或几种组分，在特定类型掺混物或它们的组分相对浓度的情况下，挤出机可能在组合物质量或非常便利的加工方面有改善。
挤出机的长度/直径(L/D)比可以是15-40，这取决于该挤出机是单螺杆还是多螺杆，建议在单螺杆挤出机中螺杆较长，以保证样品最佳的质量。在单螺杆挤出机的情况下，压缩比可以是1∶2至1∶5。多螺杆挤出机应有一个或多个共享区域，总长度可以是1-6个直径，这取决于组成和其他的混合条件。在挤出机中使用的温度可以是80-200℃。
关于改性剂制粒，可以使用冷却法，该方法是让挤出物通过水浴，接着干燥和使用为软物质设计的刀成粒，优选地，可以使用水下制粒机，使用这种制粒机可以达到比较均匀的粒度分布。
在含沥青混合物生产期间，将得到的改性剂加到所述的含沥青混合物中。这种操作典型地通过填料加料系统或通过安装在工厂里的任何其他合适的设备完成。对于制备这些混合物来说，温度和混合时间都是常规的。
这样，根据第三方面，本发明提供使用所述改性剂改性的道路用含沥青混合物，使含沥青混合物具有较大的粘着性，以及改善其车辙性能。
本发明含沥青混合物中使用的改性剂百分数是可变的，尽管加到含沥青混合物中的改性剂典型量按混合物总沥青计聚合物百分数是1-10％。
可加本发明改性剂的筑路混合物可以是任何热沥青混合物；非限制实例是密实、半密实、疏松的、导流的或断续的混合物。
铺和压实这些类型的混合物不需要任何特定的机械，可以使用任何通常类型的机械就可完成。
现在，通过下述非-限制性实施例说明本发明。
实施例1
将在桨叶混合器中得到的干掺混物加到双螺杆挤出机中。所述的干掺混物具有下述的组成：
-35％苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体SBS，辐射状结构，其分子量为255000(重均分子量，Mw)，苯乙烯含量为30％；
-35％光亮油提取物；和
-30％Porland水泥，CEMⅡ型。
在温度100℃和螺杆速度为75转/分的条件下，制备该混合物。挤出的产物再经冷却、干燥后，切成小粒。
然后，为了比较起见，按照西班牙公路与高速路局(SpanishDepartment of Roads and Highways)制定的规格制备了三种导流混合物。使用8％的按本发明得到的改性剂改性其中一种混合物；使用与本实施例相当的5％热塑性苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)改性的沥青改性另一种混合物；在制备混合物时，将2％为这些应用推荐使用的市售纤维素纤维加到第三种混合物中。
在所有上述情况下使用的集合体粒度分布是相同的，在混合物中最终沥青百分数含量调节到5％。
所有混合物都进行Cantabrian试验(NLT362)。加有本发明改性剂的混合物表明损失5％；用改性沥青生产的混合物表明损失18％，最后，用纤维改性的混合物损失20％。
在下述条件下，前两种混合物进行了循环蠕变试验：
试验温度：40℃
压力：    400千帕
t-升高：  0.2秒
t-停顿：  0.8秒
在7200次负载重复后，含有本发明改性剂的混合物的变形是1.5％，而含有改性沥青的混合物的变形是2.0％。
实施例2
将用桨叶混合器得到的其组成如下的干掺混物加到双螺杆挤出机中：
-35％苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体SBS，辐射状结构，其分子量为110000(重均分子量，Mw)，苯乙烯含量为30％；
-35％光亮油提取物；和
-30％Porland水泥，CEMⅡ型。
在温度90℃和螺杆速度为125转/分的条件下，制备该混合物。挤出的产物再经冷却、干燥后，切成小粒。
然后，按照西班牙公路与高速路局制定的规格制备了三种断续细混合物，F10型：一种混合物使用5％在本实施例中得到的改性剂改性；第二种混合物使用与本实施例相当的3％SBS改性的沥青改性；第三种混合物加1％适合这种应用的市售纤维素纤维。
在所有上述情况下使用的集合体粒度分布的相同的，在混合物中使用的沥青的最后百分数含量调节到5.5％。
所有三种混合物都进行西班牙车轮轨迹试验(Spanish WheelTracking Test)(NLT173)。加有本发明改性剂的混合物表明变形速率为4微米/分；用改性沥青生产的混合物表明变形速率为8微米/分，用纤维制备的混合物表明变形速率为12微米/分。

Claims (11)

1、一种改善用于筑路材料的沥青混合物性能的改性剂，其改性剂以任何比例容易分散于含沥青的混合物中，并可得到比通常含沥青混合物性质获得改善的混合物，其特征在于它含有：
-以重量计10-75％聚合物，该聚合物选自天然橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯和丙烯共聚物、(A-B)n或(A-B)n-A类合成橡胶，其中n等于或大于1,A对应于聚苯乙烯链，B对应于聚丁二烯或聚异戊二烯链，这些橡胶具有氢化或未氢化的嵌段、部分嵌段或随机嵌段结构的直链或辐射状建筑结构，所述的聚合物以任何比例的混合物；
-以重量计10-75％来自石油精炼操作的重油馏份，和选自来自真空蒸馏单元，或脱沥青单元，或减粘裂化单元的沥青，来自润滑剂真空单元的中等中性油或重中性油；来自脱沥青单元的光亮油和来自糠醛单元的光亮油提取物；所述馏份以任何比例的混合物的重油馏份；
-1-75％无机填充剂，它们选自任何级别的波特兰水泥、石灰石、工业碳酸钙、玄武岩、石英岩、飞灰、滑石和所述填充剂以任何比例的混合物；
-任选地，促进粘着的添加剂。
2、根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于聚合物或聚合物混合物的百分数是20-70％。
3、根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于无机填料或无机填料混合物的百分数是5-70％。
4、根据权利要求1所述的改性剂，其特征在于粘着促进剂选自支化或未支化的单胺、二胺、三胺、酰氨基胺和咪唑啉，它们由具有至少10个碳原子的脂肪酸得到，可为单个或以任何比例彼此混合、妥尔油和松香。
5、根据权利要求1-4中所述的改性剂，其特征在于粘着促进剂或促进剂混合物的百分数是0-5％。
6、一种制备权利要求1-5中所述改性剂的方法，其特征在于它包括将一种聚合物或多种聚合物、一种重油馏份或多种重油馏份、填充剂以及任选地其他添加剂混合，再将得到的混合物制粒。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于混合物在敞口研磨机、内混合器或单螺杆或双螺杆型挤出机中实现。
8、权利要求1-6中所述的改性剂在筑路材料的含沥青混合物中的应用，使含沥青混合物具有较好的附着性，以及改善其车辙性能。
9、根据权利要求8所述的应用，其特征在于所述改性剂如此加入含沥青混合物中，以按该混合物中总沥青计聚合物百分数是1-10％，使用通常的方法直接地将聚合物分散在该混合物中。
10、根据权利要求8和9所述的应用，其特征在于将所述改性剂加入筑路用的热型含沥青混合物中。
11、一种筑路用的含沥青混合物，其特征在于它包含权利要求1-5中所述的改性剂，或如权利要求6和7所得到的改性剂。
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