CN110643188A - 一种高粘颗粒沥青改性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高粘颗粒沥青改性剂及其制备方法和应用，其原料包括以下重量份含量的组分：苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物60‑100份，聚酰胺树脂40‑80份，邻苯二甲酸二辛脂20‑70，低分子聚乙烯蜡10‑50；该高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到高粘改性沥青。与现有技术相比，本发明的高粘颗粒改性剂能够有效改善沥青的粘附性，高温和低温性能，同时以乙烯‑醋酸乙烯(EVA)和丙烯酸酯类胶粘剂作为粘结剂，提高了改性沥青的内聚力和粘结强度，进一步改善了改性沥青的路用性能，具有粘附性好、高温和低温性能优异，稳定性好等优点。

Description

一种高粘颗粒沥青改性剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及改性沥青技术领域，尤其是涉及一种高粘颗粒沥青改性剂及其制备方法和应用。
背景技术
日本自开始使用排水性路面时起，就一直注重对改性沥青的研发，其中自主研究出一种名为TPS(TAFPACK-Super)的高黏改性剂，用于制作TPS高黏改性沥青。这种改性沥青粘附性很大，粘聚力也很强，而且有着较强的耐久性，能够在集料表面形成较厚的沥青膜，具有高软化点和60℃动力黏度。
目前，TPS改性剂是专为排水沥青路面生产的高粘改性剂，其成分以热塑性橡胶为主，粘结性树脂为辅，配以其他稳定剂，通过机械搅拌加工的方式使普通沥青成为高粘性改性沥青。
我国对于TPS改性沥青的应用较晚，2002年上海浦东北路是全国第一条采用日本进口TPS改性沥青作为胶结料的排水路面，且其路面结构强度较好的承受交通荷载。2005年，盐城-南通高速公路修建了17km的排水沥青路面工程，该工程中采用的是自主研发的改性沥青，用TPS高黏度改性剂和SBS改性沥青按一定比例配制而成，实际测试表明该路面具有很好的路用性能。但是，有实验研究表明，目前TPS改性沥青的塑性、高温和低温性能以及耐久性有待提升。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耐久性好、高温和低温性能俱佳的高粘颗粒沥青改性剂及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高粘颗粒沥青改性剂，其原料包括以下重量份含量的组分：
Figure BDA0002221178330000021
其中，该高粘颗粒沥青改性剂的粒径为2～3mm。
本发明提供了一种高粘颗粒沥青改性剂的配方，这种高粘颗粒作为沥青的改性剂，有效改善沥青的粘附性，高温和低温性能；与现有的热塑性橡胶+粘结性树脂的配料相比，本发明通过添加聚酰胺树脂，为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物提供内聚力、粘结强度和韧性，同时通过添加邻苯二甲酸二辛脂，加快整个聚合物的熔化速度，改善柔韧性和耐寒性，通过添加低分子聚乙烯蜡，降低黏度，改善流动性。
该高粘颗粒沥青改性剂中各个组分的添加量应该按照本发明优选的范围，其中，邻苯二甲酸二辛脂应在20-70份范围内，用量过多会大大降低耐热性、内聚强度，进而影响整个聚合物的粘结强度。
本发明还提供了一种高粘颗粒沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺树脂、邻苯二甲酸二辛脂和低分子聚乙烯蜡按配比经压缩机加入高压管式反应器中，进行聚合反应，得到的反应产物经过高压分离器和低压分离器得到聚合产物，该聚合产物经过挤出、切粒、干燥得到所述高粘颗粒沥青改性剂。
其中，所述聚合反应的温度为210-230℃，绝对压力为160-170MPa。
本发明提供的高粘颗粒沥青改性剂可以作为改性剂加入沥青中得到高粘改性沥青。
更优选地，所述高粘改性沥青的原料包括以下重量份含量的组分：
Figure BDA0002221178330000022
其中，所述沥青为基质沥青或者SBS改性沥青；其中所述SBS改性沥青为线性SBS和星性SBS中的一种或二者的复配物。
所述乙烯-醋酸乙烯为以热塑性弹性体为基体树脂的热熔胶粘剂；所述丙烯酸酯类胶粘剂为四乙氧基硅烷。
所述高粘改性沥青的制备方法包括以下步骤：
(1)按照原料配方备料；
(2)将沥青加入搅拌罐，加热至180℃～200℃；
(3)搅拌罐内物料温度控制在180℃～200℃，加入高粘颗粒沥青改性剂并搅拌2h～3h使高粘颗粒沥青改性剂分散于沥青中；
(4)搅拌罐内物料温度控制在180℃～200℃，加入乙烯-醋酸乙烯、丙烯酸酯类胶粘剂，搅拌1h～2h得到所述高粘改性沥青。
本发明通过采用特制的高粘颗粒沥青改性剂对沥青进行改性，高粘颗粒可以与沥青发生交互作用，有效改善沥青的粘附性，高温和低温性能，同时加入EVA和丙烯酸酯类胶粘剂作为粘结剂，提高了改性沥青的内聚力和粘结强度，进一步改善了改性沥青的路用性能。
本发明进一步优化了各个组分之间的配比，对高粘颗粒、乙烯-醋酸乙烯和丙烯酸酯类胶粘剂的添加量均有要求，如果高粘颗粒的添加量过高，则一来会增加成本，二来会导致聚合物不能快速溶胀，达到有效改性的效果，如果高粘颗粒的添加量过低，则直接导致改性不充分，无法制得高粘沥青；如果乙烯-醋酸乙烯的添加量过高，则会使得改性沥青黏度太大，阻碍生产工艺，如果乙烯-醋酸乙烯的添加量过低，则无法为改性沥青提供良好的粘合力；如果丙烯酸酯类胶粘剂的添加量过高，则影响高粘颗粒的改性效果，如果丙烯酸酯类胶粘剂的添加量过低，则无法改善流动性，使得高粘颗粒不能很好地改性沥青。
本发明优化了高粘颗粒沥青改性剂以及高粘改性沥青的配方，通过大量正交试验，优化了共7个组分的含量，从而获得了一种综合性能良好的高粘改性沥青。
优选地，所述沥青为基质沥青或者SBS改性沥青。
更优选地，所述SBS改性沥青为线性SBS和星性SBS中的一种或二者的复配物。
优选地，所述乙烯-醋酸乙烯为以热塑性弹性体为基体树脂的热熔胶粘剂。
优选地，所述丙烯酸酯类胶粘剂为四乙氧基硅烷。
本发明还提供了一种高粘改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配方备料；
(2)将沥青加入搅拌罐，加热至180℃～200℃；
(3)加入高粘颗粒沥青改性剂并搅拌使高粘颗粒沥青改性剂分散于沥青中；
(4)加入乙烯-醋酸乙烯、丙烯酸酯类胶粘剂，搅拌得到所述高粘改性沥青。
其中，步骤(3)和步骤(4)中，搅拌罐内物料温度控制在180℃～200℃。
所述步骤(3)中，加入高粘颗粒沥青改性剂后搅拌时间为2h～3h。
所述步骤(4)中，加入乙烯-醋酸乙烯、丙烯酸酯类胶粘剂后搅拌时间为1h～2h。
本发明把整个过程的温度控制在180℃～200℃，高温有利于高粘颗粒沥青改性剂改性剂更好地与沥青发生交互作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)制备得到的高粘沥青的三大指标满足我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程的要求，同时也满足日本对高黏改性沥青的要求；
(2)高粘改性沥青能有效改善沥青的粘附性，高温和低温性能，进而改善排水沥青路面的高温稳定性，低温抗裂性及耐久性能；
(3)制备过程简单、容易生产制造以及工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例为一种高粘颗粒沥青改性剂，其原料配比如表1所示，制备方法为：将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺树脂、邻苯二甲酸二辛脂和低分子聚乙烯蜡按配比经压缩机加入高压管式反应器中，210℃反应温度，170MPa反应压力下进行聚合反应，得到的反应产物经过高压分离器和低压分离器得到聚合产物，其过程中未反应的气体经过高压循环***重新参加反应，最终聚合物从低压分离器中分离出来，经挤出，切粒，干燥得到粒径为2mm的高粘颗粒产物。
实施例2
本实施例为一种高粘颗粒沥青改性剂，其原料配比如表1所示，制备方法为：将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺树脂、邻苯二甲酸二辛脂和低分子聚乙烯蜡按配比经压缩机加入高压管式反应器中，230℃反应温度，160MPa反应压力下进行聚合反应，得到的反应产物经过高压分离器和低压分离器得到聚合产物，其过程中未反应的气体经过高压循环***重新参加反应，最终聚合物从低压分离器中分离出来，经挤出，切粒，干燥得到粒径为3mm的高粘颗粒产物。
实施例3
本实施例为一种高粘颗粒沥青改性剂，其原料配比如表1所示，制备方法为：将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺树脂、邻苯二甲酸二辛脂和低分子聚乙烯蜡按配比经压缩机加入高压管式反应器中，220℃反应温度，165MPa反应压力下进行聚合反应，得到的反应产物经过高压分离器和低压分离器得到聚合产物，其过程中未反应的气体经过高压循环***重新参加反应，最终聚合物从低压分离器中分离出来，经挤出，切粒，干燥得到粒径为2.5mm的高粘颗粒产物。
表1实施例1～3的配方数据
Figure BDA0002221178330000051
实施例4
实施例4为将实施例3中的高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到的高粘改性沥青，以重量份计，原料组分为：沥青88，自制高粘颗粒沥青改性剂6，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2。
生产工艺：将沥青加入搅拌罐，加热至180℃，加入高粘颗粒沥青改性剂搅拌2h，加入乙烯-醋酸乙烯(EVA)，丙烯酸酯类胶粘剂搅拌1h，在搅拌过程中控制温度在180℃，最后，将制备好的改性沥青打入成品罐。
实施例5
实施例5为将实施例3中的高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到的高粘改性沥青，以重量份计，原料组分为：沥青87，高粘颗粒沥青改性剂7，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2。
生产工艺：将沥青加入搅拌罐，加热至185℃，加入高粘颗粒沥青改性剂搅拌2.5h，加入乙烯-醋酸乙烯(EVA)，丙烯酸酯类胶粘剂搅拌1.5h，在搅拌过程中控制温度在185℃，最后，将制备好的改性沥青打入成品罐。
实施例6
实施例6为将实施例3中的高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到的高粘改性沥青，以重量份计，原料组分为：沥青86，高粘颗粒沥青改性剂8，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2。
生产工艺：将沥青加入搅拌罐，加热至190℃，加入高粘颗粒沥青改性剂搅拌3h，加入乙烯-醋酸乙烯(EVA)，丙烯酸酯类胶粘剂搅拌2h，在搅拌过程中控制温度在190℃，最后，将制备好的改性沥青打入成品罐。
实施例7
实施例7为将实施例3中的高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到的高粘改性沥青，以重量份计，原料组分为：沥青85，高粘颗粒沥青改性剂9，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2。
生产工艺：将沥青加入搅拌罐，加热至180℃，加入高粘颗粒沥青改性剂搅拌2h，加入乙烯-醋酸乙烯(EVA)，丙烯酸酯类胶粘剂搅拌1h，在搅拌过程中控制温度在180℃，最后，将制备好的改性沥青打入成品罐。
实施例8
实施例8为将实施例3中的高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到的高粘改性沥青，以重量份计，原料组分为：沥青84，高粘颗粒沥青改性剂10，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2。
生产工艺：将沥青加入搅拌罐，加热至185℃，加入高粘颗粒沥青改性剂搅拌2.5h，加入乙烯-醋酸乙烯(EVA)，丙烯酸酯类胶粘剂搅拌1.5h，在搅拌过程中控制温度在185℃，最后，将制备好的改性沥青打入成品罐。
实施例9
实施例9为将实施例3中的高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到的高粘颗粒改性沥青，以重量份计，原料组分为：沥青83，高粘颗粒沥青改性剂11，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2。
生产工艺：将沥青加入搅拌罐，加热至190℃，加入高粘颗粒沥青改性剂搅拌3h，加入乙烯-醋酸乙烯(EVA)，丙烯酸酯类胶粘剂搅拌2h，在搅拌过程中控制温度在190℃，最后，将制备好的改性沥青打入成品罐。
实施例10
本实施例为对实施例4～10制备得到的高粘改性沥青进行性能测试，依据中华人民共和国行业标准公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行性能检测，并与日本高黏度沥青技术指标进行比较，具体见表2。
表2实施例4～9和对比例的改性沥青的性能和技术标准
Figure BDA0002221178330000071
通过表1得知，本发明高粘改性沥青可满足我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程的要求，同时也满足日本对高粘改性沥青的要求。因此，本发明高粘改性沥青能有效改善沥青的粘附性，高温和低温性能，进而改善排水沥青路面的高温稳定性，低温抗裂性及耐久性能。
对比例1
采用市售一般高粘改性剂(主要成分为热塑性树脂)对沥青进行改性，以重量份计，原料组分为：沥青83，市售高粘改性剂11，制备工艺与实施例9相同，测量结果如表2所示，发现如果仅仅采用一般高粘改性剂对沥青进行改性，其各项指标有的并不能满足规范要求，有个别指标虽然满足要求，但其指标性能并不优异。因此，用一般市售高粘改性剂并不能有效保障改性沥青的指标要求，进而也不能保障沥青混合料路用性能。
对比例2
采用市售一般高粘改性剂(主要成分为热塑性树脂)对沥青进行改性，以重量份计，原料组分为：沥青83，市售高粘改性剂11，乙烯-醋酸乙烯(EVA)4，丙烯酸酯类胶粘剂2；制备工艺与实施例9相同，测量结果如表2所示，发现如果仅仅采用一般高粘改性剂对沥青进行改性，即使同时添加乙烯-醋酸乙烯以及丙烯酸酯类胶粘剂，结果依然无法同时满足中国和日本标准，综合性能不能满足使用要求。因此，用一般市售高粘改性剂并不能有效保障改性沥青的指标要求，进而也不能保障沥青混合料路用性能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种高粘颗粒沥青改性剂，其特征在于，其原料包括以下重量份含量的组分：
Figure FDA0002221178320000011
2.根据权利要求1所述的一种高粘颗粒沥青改性剂，其特征在于，该高粘颗粒沥青改性剂的粒径为2～3mm。
3.一种如权利要求1所述的高粘颗粒沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酰胺树脂、邻苯二甲酸二辛脂和低分子聚乙烯蜡按配比经压缩机加入高压管式反应器中，进行聚合反应，得到的反应产物经过高压分离器和低压分离器得到聚合产物，该聚合产物经过挤出、切粒、干燥得到所述高粘颗粒沥青改性剂。
4.根据权利要求3所述的一种高粘颗粒沥青改性剂的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为210-230℃，绝对压力为160-170MPa。
5.一种如权利要求1所述的高粘颗粒沥青改性剂的应用，其特征在于，该高粘颗粒沥青改性剂作为改性剂加入沥青中得到高粘改性沥青。
6.根据权利要求5所述的一种高粘颗粒沥青改性剂的应用，其特征在于，所述高粘改性沥青的原料包括以下重量份含量的组分：
Figure FDA0002221178320000012
7.根据权利要求6所述的一种高粘颗粒沥青改性剂的应用，其特征在于，所述沥青为基质沥青或者SBS改性沥青；其中所述SBS改性沥青为线性SBS和星性SBS中的一种或二者的复配物。
8.根据权利要求6所述的一种高粘颗粒沥青改性剂的应用，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯为以热塑性弹性体为基体树脂的热熔胶粘剂；所述丙烯酸酯类胶粘剂为四乙氧基硅烷。
9.根据权利要求6所述的一种高粘颗粒沥青改性剂的应用，其特征在于，所述高粘改性沥青的制备方法包括以下步骤：
(1)按照原料配方备料；
(2)将沥青加入搅拌罐，加热至180℃～200℃；
(3)搅拌罐内物料温度控制在180℃～200℃，加入高粘颗粒沥青改性剂并搅拌2h～3h使高粘颗粒沥青改性剂分散于沥青中；
(4)搅拌罐内物料温度控制在180℃～200℃，加入乙烯-醋酸乙烯、丙烯酸酯类胶粘剂，搅拌1h～2h得到所述高粘改性沥青。
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