CN110527308A - 一种高模量沥青胶结料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高模量沥青胶结料及其制备方法和应用,括脱油硬质沥青、渣蜡、废旧橡塑合金改性剂、SBS改性剂和稳定剂。废旧橡塑合金改性剂由废旧胶粉和废旧塑料组成。硬质沥青60‑90份、渣蜡20‑40份、废旧橡塑合金改性剂10‑30份、SBS改性剂1‑5份和稳定剂0.2‑2.0份;用于沥青路面中下面层以防止高温车辙和低温开裂。提高了炼油过程副产品及废旧物的利用价值,具有较大的经济优势和重要现实意义。
Description
技术领域
本发明属于工程技术领域和石油化工技术领域,具体涉及一种高模量沥青胶结料及其制备方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
《公路沥青路面施工技术规范》表明,我国南方、北方甚至东北地区出现严重的车辙主要是由于选用的沥青针入度偏大,模量低造成的。近年来,沥青路面结构设计的中下面层逐渐开始使用高模量沥青,以增大沥青路面抗高温车辙和抵抗变形的能力。高模量沥青在受到固定应力荷载时产生应变小或产生固定应变时需要加载的应力大,因而沥青具有抗变形能力强的特点;且高模量沥青与集料有良好的粘结性能,可以有效提高半刚性或柔性路面的整体承重能力,适用于温暖地区或重载交通条件下的路面结构。因此,高模量沥青的开发与应用对于提高路面整体抗车辙能力、减少路面病害的发生周期具有重要的意义。
作为重质油加工过程中的一种炼制工艺过程,溶剂脱沥青技术是以减压渣油等重质油为原料,利用C3、C4等轻质烃类作为溶剂进行萃取,得到萃取物(脱沥青油)和萃余物(脱油沥青)。其中脱油沥青中含有的胶质和沥青质含量高达70%,沥青质含量接近20%。脱油硬质沥青的组分特点决定了其具有较高的软化点和黏度,但低温延展度、弹性回复性能、韧度极差,无法直接用于道路工程中。
目前用于沥青改性的改性剂主要分为热塑性弹性体类(如SBS)、橡胶类(如SBR、)、树脂类(如EVA、PE等)。近年来,废胶粉也逐渐用于沥青的改性中,以改善沥青的低温性能,但由于与沥青的相容性较差,极大的制约了其在沥青中的使用。
在对高模量沥青及硬质沥青性能改进方面已有较多的专利报道。如专利CN104650602A公开了一种高等级道路硬质沥青及其制备方法,利用脱油沥青、拔头油浆、抽出油和SBS、SBR等聚合物改性剂制备针入度为10-60 1/10mm范围内的高等级道路硬质石油沥青。专利CN108384253A以石蜡基原油减压渣油硬质脱油沥青、拔头后的剩余催化油浆、改性剂为原料,通过在一定条件下进行简单的调和制得建筑沥青。专利CN105400220A涉及用于道路沥青路面施工的一种高性能沥青胶结料,具体是一种用于橡胶沥青混合料的高模量橡胶沥青及其制备方法。该高模量橡胶沥青的原料成分组为:将路用废胎胶粉和农用废旧塑料薄膜掺加到70号基质沥青、天然沥青、芳烃油中,在一定程度上改善了高模量橡胶沥青路用性能。专利CN103102708A通过在基质沥青中掺加SBS和高模量沥青改性剂以制备高模量沥青。专利CN103834184A通过将SBS掺加到高标号沥青和低标号沥青的混合物中以制备高模量沥青。本发明人发现,以上专利或通过以脱油沥青为原料掺加富含芳香分的组分和聚合物改性剂、或通过以基质沥青为原料掺加聚合物改性剂的方法来制备了高模量沥青,但从原料性价比、高低温性能等方面还有待进一步完善。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明的一个目的是提供一种高模量沥青胶结料及其制备方法和应用。本发明以脱油硬质沥青(DOA)为基础组分,复掺直链烷烃组分丰富的渣蜡,并有效利用废旧橡胶和废旧塑料制备高模量沥青胶结料。这种高模量沥青胶结料具有较高的模量和强度,以及优异的高低温性能,粘度适中,可以用于沥青路面中下面层以防止高温车辙和低温开裂。同时该发明所提供的高模量沥青胶结料及其制备方法,充分利用了DOA、废旧胶粉、废旧塑料和渣蜡为原料来制备高模量沥青,提高了炼油过程副产品及废旧物的利用价值,实现了DOA、废旧物的有效利用和生产高附加值高模量沥青的双重目的,具有较大的经济优势和重要现实意义。
为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
第一方面,一种高模量沥青胶结料,包括脱油硬质沥青(DOA)、渣蜡、废旧橡塑合金改性剂、SBS改性剂和稳定剂。
高模量沥青胶结料具有较高的模量和强度,以及优异的高低温性能,粘度适中,可以用于沥青路面中下面层以防止高温车辙和低温开裂。本发明的沥青胶结料具有较高的动态剪切模量,也就是说在剪切应力下具有足够的抵抗变形能力。本发明利用脱油硬质沥青(DOA)与渣蜡、废旧橡塑合金改性剂、SBS改性剂和稳定剂的复配技术制备得到一种强度高、软化点高、动态剪切模量高的沥青胶结料。现有的抗车辙沥青胶结料都是通过在普通道路沥青中添加PE类的抗车辙剂以提高抗车辙能力,这种仅仅通过添加剂来提高普通沥青的高温性能是有限的,导致路面出现车辙或裂痕。本发明在现有技术的基础上充分利用DOA优异的高温性能和橡塑合金的优势,DOA作为沥青胶结料的基体可以明显提高沥青的高温性能和抗剪切能力。
在一些实施例中,废旧橡塑合金改性剂由废旧胶粉和废旧塑料组成。
本发明所述的废旧橡塑合金改性剂可以充分发挥废旧胶粉和废旧塑料分别对于沥青低温性能和高温性能的改善作用;利用胶粉与塑料之间溶解度参数较为接近的特点,利用一定的工艺方式将两者进行熔融共混,通过先期扩散、渗透作用,改善废旧胶粉与沥青改性后高温性能不足,同时提高废旧塑料与沥青的相容性,利用优势互补的方式相互改善以作为DOA的有效改性剂。
在一些实施例中,高模量沥青胶结料,包括质量份的脱油硬质沥青(DOA)60-90份、渣蜡20-40份、废旧橡塑合金改性剂10-30份、SBS改性剂1-5份和稳定剂0.2-2.0份;优选为脱油硬质沥青65-75份、渣蜡25-35份、废旧橡塑合金改性剂15-25份、SBS改性剂4-5份和稳定剂0.5-1.0份。
在上述比例范围内废旧橡塑合金作为改性剂、SBS改性剂能够更好的提高和改善基质成分脱油硬质沥青的耐高低温性能。
在一些实施例中,废旧胶粉:废旧塑料的质量比为3:7-7:3;优选为3:4-4:3在上述范围内能够综合废旧胶粉和废旧塑料的性能特点,任一种超出范围影响整体改性剂的性能。
在一些实施例中,废旧胶粉目数为20目-110目,优选为20目、30目、40目、50目、60目、70目、80目、90目、100目、110目。
在一些实施例中,脱油硬质沥青(DOA)为丙烷脱油沥青、丁烷脱油沥青和戊烷脱油沥青中的一种或几种的组合。
优选的,脱油硬质沥青(DOA)中饱和分和芳香分含量应>20%。
在一些实施例中,渣蜡为是指熔点为90℃-110℃,含有粒径为20-200um的催化剂等固体杂质的液态蜡。
本发明选择熔点较高的渣蜡,与基础组分脱油硬质沥青混合,与脱油硬质沥青组分的相容性更好,使脱油硬质沥青的结合力更强,高低温性能更好。
在一些实施例中,废旧塑料为回收并已经破碎筛选的废旧塑料包装袋,主要成分为聚乙烯。
在一些实施例中,SBS改性剂分子结构为线性或星型,嵌段比为至S/B为20/80-50/50,分子量为70000-230000。
在一些实施例中,稳定剂为硫型结构,优选为单质硫、S40、S60或S90中的一种或多种。
第二方面,一种高模量沥青胶结料的制备方法,具体步骤为:
将废旧胶粉和废旧塑料混合,进行挤出加工、造粒、干燥得到废旧橡塑合金改性剂颗粒;
脱油硬质沥青加热后加入渣蜡,得到混合物A,混合物A在加热的条件下依次加入SBS改性剂、废旧橡塑合金改性剂颗粒、稳定剂得到高模量沥青胶结料。
在一些实施例中,废旧胶粉和废旧塑料混合后进行挤出加工的温度为160-220℃;优选为180-220℃。
现有的废旧塑料材料挤出,将机头的温度设置为高温,本申请中整个挤出的过程中高于现有技术中的挤出温度,通过挤出机的温度设置使废旧胶粉和废旧塑料能够融和的更好,形成均匀稳定的改性剂。
在一些实施例中,废旧胶粉和废旧塑料混合后进行挤出加工的方法为:混合料挤出后,进入冷却水中进行拉直,造粒,循环三次得到挤出加工后的物料。
在一些实施例中,脱油硬质沥青加热到140-160℃后与渣蜡混合。加热脱油硬质沥青使脱油硬质沥青具有良好的流动性。
在一些实施例中,混合物A加热的温度为150-180℃。
上述一种高模量沥青胶结料在沥青路面中面层、沥青面层抗车辙层中的应用。
本发明的有益效果:
(1)本发明提供的高模量沥青胶结料,具有较高的模量和强度,以及优异的高低温性能,粘度适中,可以用于沥青路面中下面层以防止高温车辙和低温开裂。
(2)本发明提供的高模量沥青胶结料,充分利用了DOA、废旧胶粉、废旧塑料和渣蜡为原料,所使用的回收聚合物来源广泛,价格低廉,提高了炼油过程副产品及废旧物的利用价值,实现了DOA、废旧物的有效利用和生产高附加值高模量沥青的双重目的,具有较大的经济优势和重要现实意义。
(3)本发明所述的废旧橡塑合金改性剂可以充分发挥废旧胶粉和废旧塑料分别对于沥青低温性能和高温性能的改善作用,通过先期扩散、渗透作用,改善废旧胶粉与沥青改性后高温性能不足,同时提高废旧塑料与沥青的相容性,利用优势互补的方式相互改善以作为DOA的有效改性剂。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
一种高模量沥青胶结料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将双螺杆挤出机温度设置为180℃,恒温1h。称取废旧胶粉500g和废旧塑料500g,先进行初步预混,然后往进料槽中倒入预混好的原料,设置调节进料速度与挤出速度。待有条状物质挤出时,将其在冷却水中拉直,并送入切粒机中进行造粒,保证过程的连续性。待全部原料寄出后,将造粒体继续倒入进料槽中进行第二次挤出,循环往复,共挤出三次。随后将造粒在110℃烘箱中烘干30min,制得废旧橡塑合金改性剂颗粒。
(2)用烘箱将丙烷脱油沥青加热到150℃左右,直至脱油硬质沥青具有良好的流动性。称取脱油硬质沥青600g,并加入渣蜡300g,在转速为1200rpm下机械搅拌20min,使两者调和均匀。
(3)在温度为165℃、转速为4000rpm的高速剪切机作用下加入30gSBS改性剂,继续剪切15min。
(4)称取步骤(1)制得的废旧橡塑合金改性剂150g,加入步骤(3)体系中,继续剪切40min。
(5)称取5g稳定剂,加入步骤(4)体系中,继续剪切10min。
(6)在150℃下,转速为1000rpm下机械搅拌20min,制得高模量沥青胶结料。得到的沥青胶结料的性能如表1所示。
表1实施例性能指标
性能 | 单位 | 数值 |
软化点 | ℃ | 72 |
针入度 | 1/10mm | 39 |
10℃延度 | cm | 27.5 |
60℃动力粘度 | Pa·s | 1345.7 |
TFOT后残留针入度比 | % | 81.3 |
动态剪切模量G*(60℃下) | Pa | 63887 |
实施例2
一种高模量沥青胶结料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将双螺杆挤出机温度设置为200℃,恒温1h。称取废旧胶粉380g和废旧塑料500g,先进行初步预混,然后往进料槽中倒入预混好的原料,设置调节进料速度与挤出速度。待有条状物质挤出时,将其在冷却水中拉直,并送入切粒机中进行造粒,保证过程的连续性。待全部原料寄出后,将造粒体继续倒入进料槽中进行第二次挤出,循环往复,共挤出三次。随后将造粒在105℃烘箱中烘干25min,制得废旧橡塑合金改性剂颗粒。
(2)用烘箱将丁烷脱油沥青加热到140℃,直至脱油硬质沥青具有良好的流动性。称取脱油硬质沥青650g,并加入渣蜡350g,在转速为1300rpm下机械搅拌25min,使两者调和均匀。
(3)在温度为170℃、转速为4500rpm的高速剪切机作用下加入35gSBS改性剂,继续剪切15min。
(4)称取步骤(1)制得的废旧橡塑合金改性剂170g,加入步骤(3)体系中,继续剪切50min。
(5)称取6g稳定剂,加入步骤(4)体系中,继续剪切15min。
(6)在155℃下,转速为1200rpm下机械搅拌20min,制得高模量沥青胶结料。得到的沥青胶结料的性能如表2所示。
表2实施例性能指标
性能 | 单位 | 数值 |
软化点 | ℃ | 74 |
针入度 | 1/10mm | 37 |
10℃延度 | cm | 30 |
60℃动力粘度 | Pa·s | 1412 |
TFOT后残留针入度比 | % | 80.2 |
动态剪切模量G*(60℃下) | Pa | 68121 |
实施例3
一种高模量沥青胶结料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将双螺杆挤出机温度设置为220℃,恒温1h。称取废旧胶粉500g和废旧塑料380g,先进行初步预混,然后往进料槽中倒入预混好的原料,设置调节进料速度与挤出速度。待有条状物质挤出时,将其在冷却水中拉直,并送入切粒机中进行造粒,保证过程的连续性。待全部原料寄出后,将造粒体继续倒入进料槽中进行第二次挤出,循环往复,共挤出三次。随后将造粒在120℃烘箱中烘干20min,制得废旧橡塑合金改性剂颗粒。
(2)用烘箱将丙烷脱油沥青和戊烷脱油沥青的混合物加热到160℃,直至脱油硬质沥青具有良好的流动性。称取脱油硬质沥青750g,并加入渣蜡450g,在转速为1400rpm下机械搅拌25min,使两者调和均匀。
(3)在温度为180℃、转速为5000rpm的高速剪切机作用下加入50gSBS改性剂,继续剪切15min。
(4)称取步骤(1)制得的废旧橡塑合金改性剂190g,加入步骤(3)体系中,继续剪切50min。
(5)称取8g稳定剂,加入步骤(4)体系中,继续剪切15min。
(6)在165℃下,转速为1400rpm下机械搅拌25min,制得高模量沥青胶结料。得到的沥青胶结料的性能如表3所示。
表3实施例性能指标
性能 | 单位 | 数值 |
软化点 | ℃ | 75.1 |
针入度 | 1/10mm | 37 |
10℃延度 | cm | 29 |
60℃动力粘度 | Pa·s | 1489 |
TFOT后残留针入度比 | % | 82.0 |
动态剪切模量G*(60℃下) | Pa | 69187 |
对比例1
与实施例1相比不加入废旧胶粉。
对比例2
与实施例1相比旧胶粉300g和废旧塑料800g。
对比例3
与实施例1相比沥青为道路AH-70号沥青。
对比例1-3得到的沥青胶结料的性能如表4所示。
表4实施例性能指标
由表4与表1-3进行对比可知,单一用废旧塑料与基质组分进行配合,会降低沥青胶结料的强度,废旧塑料和废旧胶粉的混合使沥青胶结料的强度进一步提高,基质沥青为道路AH-70时,与其它组分形成的沥青胶结料动态剪切模量较小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高模量沥青胶结料,其特征在于:包括脱油硬质沥青、渣蜡、废旧橡塑合金改性剂、SBS改性剂和稳定剂。
2.根据权利要求1所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:废旧橡塑合金改性剂由废旧胶粉和废旧塑料组成。
3.根据权利要求1所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:包括质量份的脱油硬质沥青60-90份、渣蜡20-40份、废旧橡塑合金改性剂10-30份、SBS改性剂1-5份和稳定剂0.2-2.0份;
优选的,脱油硬质沥青65-75份、渣蜡25-35份、废旧橡塑合金改性剂15-25份、SBS改性剂4-5份和稳定剂0.5-1.0份。
4.根据权利要求1或3所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:废旧橡塑合金改性剂由废旧胶粉和废旧塑料组成,废旧胶粉:废旧塑料的质量比为3:7-7:3;
优选的,废旧胶粉:废旧塑料的质量比为3:4-4:3;
优选的,废旧胶粉目数为20目-110目。
5.根据权利要求1所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:脱油硬质沥青为丙烷脱油沥青、丁烷脱油沥青和戊烷脱油沥青中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:脱油硬质沥青中饱和分和芳香分含量应>20%。
7.根据权利要求1所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:渣蜡为是指熔点为90℃-110℃,含有粒径为20-200um的催化剂等固体杂质的液态蜡。
8.根据权利要求1所述的高模量沥青胶结料,其特征在于:废旧塑料为回收并已经破碎筛选的废旧塑料包装袋,主要成分为聚乙烯。
9.一种高模量沥青胶结料的制备方法,其特征在于:具体步骤为:
将废旧胶粉和废旧塑料混合,进行挤出加工、造粒、干燥得到废旧橡塑合金改性剂颗粒;
脱油硬质沥青加热后加入渣蜡,得到混合物A,混合物A在加热的条件下依次加入SBS改性剂、废旧橡塑合金改性剂颗粒、稳定剂得到高模量沥青胶结料;
优选的,废旧胶粉和废旧塑料混合后进行挤出加工的温度为160-220℃;进一步优选为180-220℃;
优选的,废旧胶粉和废旧塑料混合后进行挤出加工的方法为:混合料挤出后,进入冷却水中进行拉直,造粒,循环三次得到挤出加工后的物料;
优选的,脱油硬质沥青加热到140-160℃后与渣蜡混合。加热脱油硬质沥青使脱油硬质沥青具有良好的流动性;
优选的,混合物A加热的温度为150-180℃。
10.权利要求1-8任一所述的高模量沥青胶结料在路面结构中的应用。
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- 2019-08-02 CN CN201910713217.XA patent/CN110527308A/zh active Pending
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