CN106084827A - 一种低温性能优异的改性橡胶沥青制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温性能优异的改性橡胶沥青的制备方法，包括下列步骤：将15‑25重量份的轮胎橡胶粉，63‑77重量份的道路石油沥青，在200‑210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后2‑4重量份的苯乙烯‑乙烯‑丙烯‑苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，4‑8重量份的芳烃橡胶油，0.2重量份的单质硫作为交联剂，在210‑220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，加入1‑2重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1‑2重量份甲基苯烯酰胺，在180‑200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成改性橡胶沥青。本发明的制备方法获得的改性橡胶沥青能够在保持良好高温性能的同时，提高一般橡胶沥青的低温性能。

Description

一种低温性能优异的改性橡胶沥青制备方法
技术领域
本发明涉及一种可提高低温性能的胶粉改性橡胶沥青低温性能的生产配方(以下简称为低温改性橡胶沥青),特别是针对公路工程沥青路面施工过程中现场加工生产的改性橡胶沥青,在保证该材料其他路用性能技术指标不下降或者不显著降低的条件下,显著提高其低温性能。
背景技术
橡胶沥青是指含量15％以上的轮胎橡胶粉在高温和充分拌合的条件下，与沥青熔胀反应得到的改性沥青胶结材料。由于是采用回收轮胎作为改性主材，因此和一般的改性沥青相比具有成本优势，随着废旧轮胎带来的环境问题,橡胶沥青在道路工程中的应用越来越广泛。但是纯轮胎橡胶配方的橡胶沥青，在储存稳定性、粘附性上、高温稳定性和低温抗裂性上有一定的不足之处。
目前,我国公路行业已制订《废胎胶粉沥青及沥青混合料设计施工技术指南》等行业指南；《路用废胎硫化橡胶粉》、《公路工程橡胶沥青混凝土干拌法》、《公路工程橡胶沥青混凝土湿拌法》、《公路工程废胎胶粉橡胶沥青技术要求》、《公路工程橡胶沥青加工设备》等五项行业标准。
如中国专利CN104650601 A记载了一种改性橡胶沥青的生产方法,包括以下步骤:首先,将基质沥青加热到140℃士5℃时,掺入上述剂量的外加剂；之后,将掺入外加剂的基质沥青泵入到橡胶沥青生产设备的混拌单元,经快速升温装置后温度迅速提高到200℃士5℃,进入橡胶沥青预混罐,同时掺入上述剂量的废胎胶粉进行预混,搅拌速率为700Or/min、搅拌时间5min-7min；然后,将预混后的橡胶沥青输送入橡胶沥青生产设备的反应罐中,使废胎胶粉与基质沥青在185℃-195℃的温度下发生溶胀反应30-6Omin.又如中国专利CN1O5348828 A中描述了一种橡胶沥青的制备工艺，其掺配比例为:废旧轮胎橡胶粉82-92％,活化剂2-4％,粘结剂2-5％,活性剂2-4％,硫化剂1-3％,抗氧化剂1-2％，该改性方案最大的优点在于具有环保的特点。
由于橡胶沥青当中的胶粉颗粒难以完全溶解，橡胶粉以颗粒状悬浮在基质沥青当中，在搅拌完成后的运输和使用过程中会发生一定的离析，使得橡胶沥青上部和下部的性能差异较大，难以保持稳定。即使是采用了上述的改良措施，通过硫化剂、活化剂等添加剂对橡胶沥青进行改良，其储存稳定性依然很难保持较好状态。同时，由于橡胶沥青的橡胶颗粒存在一定的离析现象，在气温骤降的低温环境中，在温度应力作用下，由于难以完全分散均匀，会引起一定的应力集中，因此橡胶沥青在实际使用中易发生低温开裂破坏。橡胶沥青在5℃下的低温延度普遍在15cm以内，远远低于常用SEPS改性沥青的25-30cm，难以满足实际工程中对于低温性能的需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种制备改性橡胶沥青混合料的新方法。
本发明的方法包括下列步骤：
将15-25重量份的废旧轮胎胶粉(通常有顺丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶等
1.)，63-77重量份的基质沥青，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，得到橡胶粉和道路沥青的混合物；
2.将2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、4-8重量份的芳烃基橡胶油0.2重量分的单质硫作为交联剂，加入到步骤1获得的混合物，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以1000转/分钟的速度剪切30分钟，得到复合改性沥青混合物。
3.将1-2重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1-2重量分的甲基丙烯酰胺加入步骤2中的复合改性沥青混合物，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，得到低温性能优异的改性橡胶沥青。
上述邻苯二甲酸二辛酯的分子式为：C24H38O4
分子结构式为：
甲基丙烯酰胺的分子式为：C4H7NO
分子结构式为：
目前尚无邻苯二甲酸二辛酯在道路沥青中的应用报道，本发明经试验表明，适当含量的邻苯二甲酸二辛酯的引入，并采用本发明的制备顺序，可以在保持改性橡胶沥青高温性能的同时，提高改性橡胶沥青的低温性能和储存稳定性。这主要是因为邻苯二甲酸二辛酯经常用于塑胶、树脂工业当中，是一种良好的分散剂和增塑剂。在本发明的制作过程中加入邻苯二甲酸二辛酯，能够大幅的提高橡胶颗粒和沥青的相容性，同时能够增强苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)、橡胶颗粒、基质沥青之间的相容性，使得分散相在分散介质中更加均匀，促使橡胶与苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物之间发生一定的接枝反应，提高其整体受力能力和在蠕变能力，从而大幅提高其低温下的性能。由于交联剂的加入，使得改性橡胶沥青在交联反应的作用下，能够增强储存过程的稳定。甲基丙烯酸胺具有蜡和胺的性质，能够降低改性橡胶沥青的粘度和增加改性橡胶沥青的流动性，使得橡胶颗粒在基质沥青当中的分布更加均匀，相容性更好。
发明的制备方法获得的改性橡胶沥青，可以在保持其高温性能的前提下，提高其低温性能和储存稳定性。
具体实施方式
下面的实施例和对比例将会进一步阐明本发明，但是应该说明，实例和对比例并非限制本发明的保护范围。
其中，实施例1，2，3的区别在于橡胶粉的掺量不同，对比例1，2，3和实施例1，2，3，橡胶比例相同，仅仅没有添加1-2重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1-2重量分的甲基丙烯酰胺，对比例4是常用的SBS改性沥青，从而进行全面的对比。
实施例1
按下述方法制备改性橡胶沥青：
将15重量份的轮胎橡胶粉，77重量份的道路石油沥青中，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后2重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，4重量份的芳烃橡胶油，0.2重量份的单质硫作为交联剂，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，加入1重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1重量分的甲基丙烯酰胺，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成改性橡胶沥青。其后对其进行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验。
对比例1：
将15重量份的轮胎橡胶粉，77重量份的道路石油沥青中，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后2重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，4重量份的芳烃橡胶油，0.2重量份的单质硫作为交联剂，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，之后在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成改性橡胶沥青。其后对其进行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验。
实施例2
按下述方法制备改性橡胶沥青：
将20重量份的轮胎橡胶粉，68重量份的道路石油沥青中，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后2重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，6重量份的芳烃橡胶油，0.2重量份的单质硫作为交联剂，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，加入1.5重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1.5重量分的甲基丙烯酰胺，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成橡胶沥青。其后对其进行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验。
对比例2：
将20重量份的轮胎橡胶粉，68重量份的道路石油沥青中，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后3重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，6重量份的芳烃橡胶油，0.2重量份的单质硫作为交联剂，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成改性橡胶沥青。其后对其进行《JTG-E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验，其试验结果见表1.
实施例3
按下述方法制备改性橡胶沥青：
将25重量份的轮胎橡胶粉，63重量份的道路石油沥青中，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后3重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，6重量份的芳烃橡胶油，0.2重量份的单质硫作为交联剂，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，加入1.5重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1.5重量分的甲基丙烯酰胺，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成改性橡胶沥青。其后对其进行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验。
对比例3：
将25重量份的轮胎橡胶粉，63重量份的道路石油沥青中，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，随后2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，6重量份的橡胶油，0.2重量份的单质硫交联剂，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成改性橡胶沥青。其后对其进行《JTG-E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验，其试验结果见表1.
对比例4：
将4重量份苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)，92重量份的道路石油沥青中，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以3000转/分钟的速度剪切20分钟，0.2重量份的交联剂，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，制备完成SEPS改性沥青。其后对其进行《JTG-E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的部分沥青试验，其试验结果见表1.
表1实施例1-3和对比例1-4的性能结果对比
试验项目 实施例1 对比例1 实施例2 对比例2 实施例3 对比例3 对比例4
旋转粘度(180℃)/Pa·S 2.31 2.84 2.56 3.09 2.81 3.12 2.15
针入度(25℃)/0.1mm 43.6 46.2 42.4 45 41.2 43.8 44.5
软化点/℃ 65 61.8 66.8 63.6 68.6 65.4 67.6
延度(5℃) 29.8 15.1 30.2 12.8 31.2 11.8 27.8
从表1中可以看出，采用本发明技术，添加邻苯二甲酸二辛酯和甲基苯稀酰胺的改性橡胶沥青的性能明显优于未添加的橡胶沥青，具体表现在旋转粘度较低，针入度较低，软化点较高，尤其5℃延度，接近于未添加这两项添加剂的橡胶沥青的两倍。同时，和相同掺量的SEPS改性沥青相比，其高温性能与SEPS改性沥青接近，在低温延度方面也有一定优势，充分证明了采用本发明技术的橡胶沥青具有优异的低温性能。

Claims (5)

1.一种低温性能优异的改性橡胶沥青的制备方法,包括下列步骤：
a、将15-25重量份的轮胎橡胶粉，63-77重量份的基质沥青，在200-210℃的条件下，搅拌反应40分钟，得到橡胶粉和道路沥青的混合物；
b、将2-4重量份的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、4-8重量份的橡胶油、0.2重量分的交联剂，加入到步骤1获得的混合物，在210-220℃的温度下，先采用高速剪切机剪切，以1000转/分钟的速度剪切30分钟，得到复合改性沥青混合物；
c、将1-2重量份的邻苯二甲酸二辛酯和1-2重量分的甲基丙烯酰胺加入步骤2中的复合改性沥青混合物，在180-200℃的条件下，使用搅拌机匀速搅拌180分钟，得到低温性能优异的改性橡胶沥青。
2.权利要求1所述制备低温性能优异的改性橡胶沥青的方法,其特征在于，所述轮胎橡胶粉的粉末粒度为40-80目。
3.如权利要求1所述制备改性改性橡胶沥青的方法,其特征在于，所述苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物其结构类型为星型。
4.如权利要求1所述制备低温性能优异的改性橡胶沥青的方法,其特征在于，所述橡胶油为芳烃基橡胶油。
5.如权利要求1所述制备低温性能优异的改性橡胶沥青的方法,其特征在于，所述交联剂为单质硫。
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