CN207891289U - 有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置。所述一体化立式反应装置用于制造有机硅改性橡胶沥青并且所述一体化立式反应装置包括立式外罐和从上到下依次设置在所述立式外罐中的沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐；所述沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐通过竖向管路依次连接，所述沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐中至少设置有搅拌单元且罐壁上设置有加热单元；所述立式外罐上设置有与沥青处理罐连通的基质沥青输入管和第一物料添加管、与胶粉处理罐连通的胶粉输入管和第二物料添加管、与反应罐连通的第三物料添加管和产品输出管。本实用新型的一体化立式反应装置能够实现大批量工业化连续生产，生产效率高且设备寿命长。

Description

有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置

技术领域

本实用新型涉及橡胶沥青的技术领域，更具体地讲，涉及一种有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置。

背景技术

“世上本无路，走的人多了就变成了路”，几千年来在人类交往及活动中，从尘土飞扬的羊肠小道到四通八达的通衢大道，从“望尘莫及”的泥泞路道到高速公路，近半个世纪以来，以沥青为主的油面路迅速发展。据不完全统计，欧、美、日道路的60％以上为沥青路面，中国仅上世纪80年代后至2017年，油面路已占世界的20％以上。

最简单的油面路是在加热条件下熔化沥青并加入碎石混合碾压成型而成，随着天气的变化，夏天路面吸热变软，导致行人、车辆碾压变形；冬季气温降低，路面开裂，导致交通中断，行车困难，甚至引发人生安全事故。为此，人们希望更新材料修路，修出一条不受环境影响的大道。

橡胶沥青是人类最早实用新型的改性沥青品种，是目前全世界仍在研究攻关发展前景最好最热门的公路路面材料课题，原因在于至今未发现能取代特别是比废轮胎胶粉性能更好、更便宜的再生利用弹性体材料，虽有各种改性工艺的不断完善提出，改性的效果仍然有限，橡胶沥青产品会分层，离析、不能形成稳定体系，不能长途运输、久贮，沥青与废胎胶粉相容性差等问题一直未有革命性的突破，使橡胶沥青未能在高速公路大量应用，如何提高优化废轮胎胶粉与基质沥青的混融状态及这种高分子体系的稳定性，成为世界各国投入大量人力、物力研究的目标。

橡胶沥青是先将废旧轮胎等橡胶原质加工成为橡胶粉粒，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂并在充分拌合的高温条件下与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置。

本实用新型提供了一种有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置，所述一体化立式反应装置用于制造有机硅改性橡胶沥青并且所述一体化立式反应装置包括立式外罐和从上到下依次设置在所述立式外罐中的沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐；

所述沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐通过竖向管路依次连接，所述沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐中至少设置有搅拌单元且罐壁上设置有加热单元；

所述立式外罐上设置有与沥青处理罐连通的基质沥青输入管和第一物料添加管、与胶粉处理罐连通的胶粉输入管和第二物料添加管、与反应罐连通的第三物料添加管和产品输出管。

根据本实用新型有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置的一个实施例，所述沥青处理罐用于进行基质沥青的预处理，所述胶粉处理罐用于进行胶粉的预处理以及处理后沥青与处理后胶粉的混合，所述反应罐用于进行共聚合反应并得到有机硅改性橡胶沥青。

根据本实用新型有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置的一个实施例，所述加热单元包括设置在罐壁中的环形导管和填充在环形导管中的导热油。

根据本实用新型有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置的一个实施例，所述基质沥青输入管、第一物料添加管、胶粉输入管、第二物料添加管、第三物料添加管和产品输出管上设置有流量计和控制阀。

根据本实用新型有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置的一个实施例，所述一体化立式反应装置还包括温度控制单元、压力控制单元和整体控制单元。

与现有技术相比，本实用新型的一体化立式反应装置能够利用光伏产业和有机硅产业所剩低沸物和高沸物等废物生产的活化剂对胶粉进行表面处理，消除静电和氢键并接枝后与接枝后的沥青进行共聚合反应，成本低廉并有效地降低了污染，能够实现大批量工业化连续生产，生产效率高且设备寿命长。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例一体化立式反应装置的结构原理图。

附图标记说明：

1-立式外罐、2-沥青处理罐、3-胶粉处理罐、4-反应罐、5-竖向管路、6-搅拌单元、7-基质沥青输入管、8-第一物料添加管、9-胶粉输入管、10-第二物料添加管、11-第三物料添加管、12-产品输出管。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在说明装置之前，先对有机硅改性橡胶沥青的具体制造工艺进行详细说明。

具体地，有机硅改性橡胶沥青的制造工艺包括以下步骤。

步骤A：胶粉预处理

将废胶粉与第一活化剂混合进行得到处理后胶粉，其中，第一活化剂由甲基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷组成。

使用的废胶粉是由废轮胎和废橡胶回收磨粉得到，成本低廉并能够降低污染，更加环保。其中，废胶粉的粒度优选为60～80目，由此能够与第一活化剂高效率地接触反应。

以重量份计，混合时的废胶粉为50～60份且第一活化剂为1.5～2.5份，并且该第一活化剂中的甲基三甲氧基硅烷为16～20份、四乙氧基硅烷为30～35份、三乙氧基硅烷为16～20份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为5～8份、二甲基二乙氧基硅烷为5～8份。具体制备时，先按照上述第一活化剂中各组分的配比配制得到第一活化剂，再根据废胶粉的处理量并按照上述配比称量第一活化剂与之混合处理。其中，处理温度为室温，优选为20～35℃；处理时间为0.5～1h。

由于废胶粉通常是将废旧轮胎去除钢丝之后回收磨粉得到的，因此其成分复杂，例如包括PVC、PE、SBS、SIS、ST和天然胶聚异物二稀等物质，单一的接枝处理只能使得少量胶粉有效接枝而无法使得大部分胶粉实现有效接枝，这直接影响后续与沥青的聚合反应并影响最终所得橡胶沥青的质量。本步骤通过将多种硅烷偶联剂配制成的第一活化剂对胶粉进行去静电和表面接枝处理，能够使得大部分胶粉实现有效接枝，有利于提高胶粉的预处理质量，进一步优化后续共聚合反应以及所得橡胶沥青。处理后的胶粉表面将至少具有乙烯基和酯基两种基团，能够形成立体网络互穿结构，之后可以使基质沥青填充于互穿网络中提高沥青的耐侯性。

步骤B：基质沥青预处理

将基质沥青加热进行去氢键处理，之后再升温并与第二活化剂混合得到处理后沥青，其中，第二活化剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与三甲氧基硅烷组成。

使用的基质沥青为石油炼制最后的残渣，含85％以上的碳氢聚合物、3％左右的S(以低聚物存在)和少量N。

其中，去氢键处理的温度为120～135℃，处理时间为30～40分钟。

以重量份计，混合时基质沥青为100份且第二活化剂为3～5份，并且该第二活化剂中的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为60～70份、三甲氧基硅烷为30～40份。类似地，具体制备时，先按照上述第二活化剂中各组分的配比配制得到第二活化剂，再根据基质沥青的处理量并按照上述配比称量第二活化剂与之混合处理。优选地，与第二活化剂混合的处理温度为160～180℃、处理时间为25～40分钟。

本步骤通过将多种硅烷偶联剂配制成的第二活化剂对基质沥青进行酯化处理，在基质沥青表面形成不饱和双键的同时，沥青中的硫S_4-8会与三甲氧基硅烷进行缩合硅基化反应，能够有效提高沥青的耐候性、耐磨性，进而提高了橡胶沥青路面的耐用性和安全性。起到活化和硫化作用，充分进行交联产生弹性和交融性。

步骤C：共聚合反应

将步骤B所得处理后沥青与步骤A所得处理后胶粉均匀混合，待温度降至130℃以下之后加入BPO、硫磺和废油，在反应器中搅拌反应直到得到有机硅改性橡胶沥青。

以重量份计，混合时的处理后沥青为100份、处理后胶粉为50～60份、BPO为0.03～0.05份、硫磺为0.3～0.5份且废油为16～20份。

处理后沥青与处理后胶粉在BPO的催化作用下发生共聚合反应，形成互穿网络，基质沥青填充在互穿网络中，有效提高了橡胶沥青的耐候性。此外，本实用新型无需加入石粉，同样能够保证所得橡胶沥青的优异性能。

上述第一活化剂和第二活化剂均可以采用光伏产业和/或有机硅产业的硅废料生产得到，成本低廉且有效地降低了污染。

制得的有机硅改性橡胶沥青的软化点为70～75，延度为19～23，针入度为76～86。

下面对本实用新型有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置进行详细说明。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例一体化立式反应装置的结构原理图。

如图1所示，该一体化立式反应装置用于制造上述有机硅改性橡胶沥青并且该一体化立式反应装置包括立式外罐1和从上到下依次设置在立式外罐1中的沥青处理罐2、胶粉处理罐3和反应罐4。

沥青处理罐2、胶粉处理罐3和反应罐4通过竖向管路5依次连接，其中，沥青处理罐2用于进行基质沥青的预处理，胶粉处理罐3用于进行胶粉的预处理以及处理后沥青与处理后胶粉的混合，反应罐4用于进行共聚合反应，沥青处理罐2、胶粉处理罐3和反应罐4中至少设置有搅拌单元6且罐壁上设置有加热单元(未示出)。

由于沥青和胶粉等物料粘稠度极高，冷却之后导致反应装置的搅拌组件无法工作，不仅影响生产效率而且对组件损伤极大，因此本实用新型创造性地采用立式反应装置进行一体化生产，将上述制造工艺中的各工序集成在一个装置中进行，同时利用诸如设置在罐壁中的加热装置保持各罐内物料的温度，使得物料在需要时能够在重力作用下向下流动，从而避免了冷却之后对设备和反应的不良影响。

优选地，加热单元包括设置在罐壁中的环形导管和填充在环形导管中的导热油，通过对导热油温度的保持实现持续加热和保温的效果。

根据本实用新型，立式外罐1上设置有与沥青处理罐2连通的基质沥青输入管7和第一物料添加管8、与胶粉处理罐3连通的胶粉输入管9和第二物料添加管10、与反应罐4连通的第三物料添加管11和产品输出管12，各管路上优选地设置有控制阀和流量计。此外，该一体化立式反应装置还包括温度控制单元、压力控制单元以及整体控制单元等，由于本装置的改进主要在机械机构上，在此不对上述温度控制单元、压力控制单元以及整体控制单元进行详细说明。

生产时，通过基质沥青输入管7向沥青处理罐2中加入基质沥青，再通过第一物料添加管8向基质沥青中加入第一活化剂，按照预定配比和预定反应条件进行处理得到处理后沥青，处理过程持续进行搅拌；通过胶粉输入管直接向胶粉处理罐3中加入处理后胶粉，或者通入胶粉并通过第二物料添加管10加入第二活化剂，按照预定配比和预定反应条件进行处理得到处理后胶粉，处理过程持续进行搅拌；随后控制沥青处理罐中的处理后沥青进入胶粉处理罐3中进行预混合，随后控制得到的混合物料进入反应罐4并且通过第三物料添加管加入BPO、废油和硫磺，按照预定配比和预定反应条件反应得到橡胶沥青后通过产品输出管输出。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置，其特征在于，所述一体化立式反应装置用于制造有机硅改性橡胶沥青并且所述一体化立式反应装置包括立式外罐和从上到下依次设置在所述立式外罐中的沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐；

所述沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐通过竖向管路依次连接，所述沥青处理罐、胶粉处理罐和反应罐中至少设置有搅拌单元且罐壁上设置有加热单元；

所述立式外罐上设置有与沥青处理罐连通的基质沥青输入管和第一物料添加管、与胶粉处理罐连通的胶粉输入管和第二物料添加管、与反应罐连通的第三物料添加管和产品输出管。

2.根据权利要求1所述有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置，其特征在于，所述沥青处理罐用于进行基质沥青的预处理，所述胶粉处理罐用于进行胶粉的预处理以及处理后沥青与处理后胶粉的混合，所述反应罐用于进行共聚合反应并得到有机硅改性橡胶沥青。

3.根据权利要求1所述有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置，其特征在于，所述加热单元包括设置在罐壁中的环形导管和填充在环形导管中的导热油。

4.根据权利要求1所述有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置，其特征在于，所述基质沥青输入管、第一物料添加管、胶粉输入管、第二物料添加管、第三物料添加管和产品输出管上设置有流量计和控制阀。

5.根据权利要求1所述有机硅改性橡胶沥青的一体化立式反应装置，其特征在于，所述一体化立式反应装置还包括温度控制单元、压力控制单元和整体控制单元。