CN114276693A - 一种沥青改性剂、制备方法及应用 - Google Patents

一种沥青改性剂、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种沥青改性剂、制备方法及应用。所述沥青包括按如下重量份数计的原料：热塑性弹性体15～60份、聚氨酯弹性体10～35份、石油树脂15～40份、热敏性树脂5～20份、稳定剂1～5份和增塑剂1～10份。本发明保证沥青改性剂的高低温使用性能，有利于沥青改性剂在沥青拌合缸中的迅速熔融分散；能显著提高沥青在使用温度下的粘度，保证混合料的路用性能；能够有效降低沥青在高温下的施工粘度，提高混合料的施工和易性，进一步改善沥青改性剂的熔融分散特性；制备方法简单，便于生产应用。

Description

一种沥青改性剂、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及沥青改性剂技术领域，尤其涉及一种沥青改性剂、制备方法及应用。
背景技术
近年来，以排水路面和超薄罩面为代表的排水性道路铺装技术得到了广泛的应用，这种开级配、大空隙的路面结构能够降低车辆行驶过程中产生的噪音，并能及时消除雨天路表水膜，减少眩光现象，提高行车安全性和舒适性。为保证排水混合料具有良好的高温抗车辙、抗飞散和耐久性，胶结料必须采用高粘度沥青。
通常，高粘度沥青的制备方法是将聚合物改性剂、增粘剂、稳定剂等加入到石油沥青中进行长时间的剪切发育，但改性剂、增粘剂等与沥青大多密度不同，且存在热力学不相容问题，从而导致离析。另外，长时间的高温剪切发育也必然带来改性沥青的老化与分解。针对这些“湿法改性”无法克服的难题，日本进行了深入的研究，开发了以TPS添加剂为代表的“干法改性”技术，即将添加剂直接投入到拌合缸中迅速熔融分散，与石料、沥青和矿粉混合制成高粘改性沥青混合料，省去了中间改性沥青的制作环节，从而有效避免“湿法改性”的离析和热分解问题。
目前市场上高粘度改性剂产品大多都能满足改性沥青的60℃动力粘度指标要求(大于50000Pas)，甚至达到200000Pas以上，但在沥青混合料的拌合与施工过程中面临两大突出问题：一是高粘度改性剂的熔融分散性差，在拌合缸中短短几十秒的拌合时间无法迅速熔融且分散均匀；二是高粘度改性剂与沥青在高温下拌合后的粘度过大，导致施工和易性差，且混合料的压实困难。然而，能够同时解决上述两方面问题的方案目前还未见报导。
发明内容
本发明实施例提供一种沥青改性剂、制备方法及应用，以解决现有技术无法同时满足高温粘度和低温粘度的要求的问题。
第一方面，提供一种沥青改性剂，包括按如下重量份数计的原料：热塑性弹性体15～60份、聚氨酯弹性体10～35份、石油树脂15～40份、热敏性树脂5～20份、稳定剂1～5份和增塑剂1～10份。
第二方面，提供一种沥青改性剂的制备方法，包括：
将原料混合均匀得到第一混合料，其中，所述原料包括按如下重量份数计的原料：热塑性弹性体15～60份、聚氨酯弹性体10～35份、石油树脂15～40份、热敏性树脂5～20份、稳定剂1～5份、增塑剂1～10份；
将所述第一混合料熔融混炼后挤出，经过冷却和干燥，得到沥青改性剂。
第三方面，提供一种如第一方面实施例所述的沥青改性剂在沥青混合料中的应用。
这样，本发明实施例，保证沥青改性剂的高低温使用性能，有利于沥青改性剂在沥青拌合缸中的迅速熔融分散；能显著提高沥青在使用温度下的粘度，保证混合料的路用性能；能够有效降低沥青在高温下的施工粘度，提高混合料的施工和易性，进一步改善沥青改性剂的熔融分散特性；制备方法简单，便于生产应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的沥青改性剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开一种沥青改性剂。该沥青改性剂包括按如下重量份数计的原料：热塑性弹性体15～60份、聚氨酯弹性体10～35份、石油树脂15～40份、热敏性树脂5～20份、稳定剂1～5份和增塑剂1～10份。
优选的，热塑性弹性体的重量份数为15、20、40或60，或以15、20、40、60任意两个数值为上下限的范围。聚氨酯弹性体的重量份数为10、20或35，或以15、20、35任意两个数值为上下限的范围。石油树脂的重量份数为15、20或40，或以15、20、40任意两个数值为上下限的范围。热敏性树脂的重量份数为5、10、12或20，或以5、10、12、20任意两个数值为上下限的范围。稳定剂的重量份数为1、2或5，或以1、2、5任意两个数值为上下限的范围。增塑剂的重量份数为1、3、5、8或10，或以1、3、5、8、10任意两个数值为上下限的范围。
优选的，聚氨酯弹性体与石油树脂的重量比为1:1～1:1.5。
优选的，聚氨酯弹性体与热敏性树脂的重量比为7:1。
其中，热塑性弹性体聚合物包括如下的至少一种：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯丁烯共聚物-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)和热塑性聚烯烃弹性体(TP0)。热塑性弹性体聚合物的分子量为5～30万。当热塑性弹性体聚合物的分子量低于5万时，性能无法满足规范要求；当热塑性弹性体聚合物的分子量高于30万时，共混物无法通过挤出机成型加工。熔融指数为8g/10min以上，可提高改性剂的熔融分散性能。
聚氨酯弹性体为聚酯型热塑性聚氨酯(聚酯型TPU)，分子量为60000-100000。聚酯型热塑性聚氨酯可以进一步提高基体材料的强度和韧性，并能在一定程度上改善改性剂的温度敏感性。
改性石油树脂包括如下的至少一种：改性碳五树脂、改性碳九树脂和改性萜烯树脂。软化点为80～150℃。改性方法是在原石油树脂的基础上接枝马来酸酐或采用苯酚改性等。改性石油树脂能够提高共混物分子内聚力、耐热性和耐老化性能，与其他树脂和热塑性弹性体的相容性也更好。
热敏性树脂包括如下的至少一种：聚丙烯腈树脂和聚氯乙烯树脂。
稳定剂包括如下的至少一种：硫磺、钙锌复合类稳定剂和甲基锡类稳定剂。
增塑剂包括如下的至少一种：邻苯二甲酸二辛酯、环烷基橡胶油、糠醛抽出油、古马隆树脂和硬脂酸。其中环烷基橡胶油和糠醛抽出油的芳烃含量在85％以上。
通过上述的原料，热塑性弹性体聚合物和聚氨酯弹性体在整个改性剂中起增强增韧的作用，保证改性剂的高低温使用性能，且分子量适中，熔融指数较高，有利于改性剂在沥青拌合缸中的迅速熔融分散；改性石油树脂含有强极性基团，配合聚氨酯弹性体能显著提高沥青在使用温度下的粘度，保证混合料的路用性能；热敏性树脂对温度的敏感性极强，与聚氨酯弹性体配合则能够有效降低沥青在高温下的施工粘度，提高混合料的施工和易性；此外，高温粘度的降低也能进一步改善改性剂的熔融分散特性。
本发明实施例还公开了一种沥青改性剂的制备方法。具体的，如图1所示，该制备方法包括如下的步骤：
步骤S1：将原料混合均匀得到第一混合料。
原料采用上述实施例所述的重量份数，在此不再赘述。混合可在高速搅拌机中进行。混合的温度为50～100℃。
步骤S2：将第一混合料熔融混炼后挤出，经过冷却和干燥，得到沥青改性剂。
采用双螺杆挤出机进行熔融混炼和挤出的操作。双螺杆挤出机的机筒温度为150℃～220℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500r/min。
本发明实施例还公开了一种沥青改性剂在沥青混合料中的应用。具体的，该沥青改性剂可以用于制备高粘改性沥青，也可以用于制备高粘沥青混合料。
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。
实施例1
该沥青改性剂的原料包括：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(苯乙烯含量为30％，熔融指数为12g/10min)60份，热塑性聚氨酯10份，改性碳五石油树脂15份，聚氯乙烯树脂12份，钙锌复合类稳定剂2份，邻苯二甲酸二辛酯1份。
将原料制备沥青改性剂的方法为：将原料按上述比例称量后加入到高速混合机中，在50℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒温度为180℃，螺杆转速为150r/min，得到沥青改性剂1#。
将该沥青改性剂制备高粘改性沥青的方法为：将基质沥青加热至160℃，然后加入适量的该沥青改性剂(该沥青改性剂与基质沥青的质量比为12:88)，搅拌均匀后逐渐加热至180±10℃，然后在此温度下采用高速剪切机剪切20min，剪切速度为4500r/min，最后将剪切完成的混合物置于180℃的烘箱中保温20min，制得高粘改性沥青。
将该沥青改性剂制备高粘沥青混合料的方法为：将基质沥青加热至160～165℃，将粗细集料按表1所示的级配配制好之后置于180～190℃的烘箱中保温5h。开启拌合锅，将该沥青改性剂和热集料一起干拌60s，使样品均匀分散在矿料中，然后加入基质沥青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，得到高粘沥青混合料。
表1排水路面沥青混合料试验级配
筛孔尺寸/mm 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率/％ 100 93.5 60.0 19.5 14.6 12.3 9.5 8.6 6.0 5.2
实施例2
该沥青改性剂的原料包括：苯乙烯-乙烯丁烯共聚物-苯乙烯三嵌段共聚物(苯乙烯含量为29％，熔融指数为10g/10min)40份，热塑性聚氨酯20份，改性萜烯树脂20份，聚丙烯腈树脂10份，硫磺2份，环烷基橡胶油(芳烃含量89％)8份。
将原料制备沥青改性剂的方法为：将原料按上述比例称量后加入到高速混合机中，在50℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒温度为180℃，螺杆转速为150r/min，得到沥青改性剂2#。
将该沥青改性剂制备高粘改性沥青的方法为：将基质沥青加热至160℃，然后加入适量的该沥青改性剂(该沥青改性剂与基质沥青的质量比为12:88)，搅拌均匀后逐渐加热至180±10℃，然后在此温度下采用高速剪切机剪切20min，剪切速度为4500r/min，最后将剪切完成的混合物置于180℃的烘箱中保温20min，制得高粘改性沥青。
将该沥青改性剂制备高粘沥青混合料的方法为：将基质沥青加热至160～165℃，将粗细集料按表1所示的级配配制好之后置于180～190℃的烘箱中保温5h。开启拌合锅，将该沥青改性剂和热集料一起干拌60s，使样品均匀分散在矿料中，然后加入基质沥青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，得到高粘沥青混合料。
实施例3
该沥青改性剂的原料包括：苯乙烯-乙烯丁烯共聚物-苯乙烯三嵌段共聚物(苯乙烯含量为30％，熔融指数为22g/10min)40份，热塑性聚氨酯10份，改性碳九树脂15份，聚氯乙烯树脂20份，甲基锡类稳定剂5份，古马隆树脂10份。
将原料制备沥青改性剂的方法为：将原料按上述比例称量后加入到高速混合机中，在100℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒温度为200℃，螺杆转速为180r/min，得到沥青改性剂3#。
将该沥青改性剂制备高粘改性沥青的方法为：将基质沥青加热至160℃，然后加入适量的该沥青改性剂(该沥青改性剂与基质沥青的质量比为12:88)，搅拌均匀后逐渐加热至180±10℃，然后在此温度下采用高速剪切机剪切20min，剪切速度为4500r/min，最后将剪切完成的混合物置于180℃的烘箱中保温20min，制得高粘改性沥青。
将该沥青改性剂制备高粘沥青混合料的方法为：将基质沥青加热至160～165℃，将粗细集料按表1所示的级配配制好之后置于180～190℃的烘箱中保温5h。开启拌合锅，将该沥青改性剂和热集料一起干拌60s，使样品均匀分散在矿料中，然后加入基质沥青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，得到高粘沥青混合料。
实施例4
该沥青改性剂的原料包括：苯乙烯-乙烯丁烯共聚物-苯乙烯三嵌段共聚物(苯乙烯含量为30％，熔融指数为22g/10min)20份，热塑性聚氨酯35份，改性萜烯树脂40份，聚丙烯腈树脂5份，甲基锡类稳定剂2份，糠醛抽出油3份(芳烃含量为92％)。
将原料制备沥青改性剂的方法为：将各组分按上述比例称量后加入到高速混合机中，在80℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒温度为200℃，螺杆转速为180r/min，得到沥青改性剂4#。
将该沥青改性剂制备高粘改性沥青的方法为：将基质沥青加热至160℃，然后加入适量的该沥青改性剂(该沥青改性剂与基质沥青的质量比为12:88)，搅拌均匀后逐渐加热至180±10℃，然后在此温度下采用高速剪切机剪切20min，剪切速度为4500r/min，最后将剪切完成的混合物置于180℃的烘箱中保温20min，制得高粘改性沥青。
将该沥青改性剂制备高粘沥青混合料的方法为：将基质沥青加热至160～165℃，将粗细集料按表1所示的级配配制好之后置于180～190℃的烘箱中保温5h。开启拌合锅，将该沥青改性剂和热集料一起干拌60s，使样品均匀分散在矿料中，然后加入基质沥青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，得到高粘沥青混合料。
实施例5
该沥青改性剂的原料包括：苯乙烯-乙烯丁烯共聚物-苯乙烯三嵌段共聚物(苯乙烯含量为30％，熔融指数为20g/10min)15份，热塑性聚氨酯35份，改性碳九树脂40份，聚丙烯腈树脂5份，甲基锡类稳定剂2份，环烷基橡胶油3份(芳烃含量为89％)。
将原料制备沥青改性剂的方法为：将各组分按上述比例称量后加入到高速混合机中，在80℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒温度为220℃，螺杆转速为200r/min，得到沥青改性剂5#。
将该沥青改性剂制备高粘改性沥青的方法为：将基质沥青加热至160℃，然后加入适量的该沥青改性剂(该沥青改性剂与基质沥青的质量比为12:88)，搅拌均匀后逐渐加热至180±10℃，然后在此温度下采用高速剪切机剪切20min，剪切速度为4500r/min，最后将剪切完成的混合物置于180℃的烘箱中保温20min，制得高粘改性沥青。
将该沥青改性剂制备高粘沥青混合料的方法为：将基质沥青加热至160～165℃，将粗细集料按表1所示的级配配制好之后置于180～190℃的烘箱中保温5h。开启拌合锅，将该沥青改性剂和热集料一起干拌60s，使样品均匀分散在矿料中，然后加入基质沥青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，得到高粘沥青混合料。
实施例6
该沥青改性剂的原料包括：热塑性聚烯烃弹性体40份，热塑性聚氨酯35份，改性萜烯树脂15份，聚丙烯腈树脂5份，钙锌复合类稳定剂1份，邻苯二甲酸二辛酯5份。
将原料制备沥青改性剂的方法为：将各组分按上述比例称量后加入到高速混合机中，在80℃高速搅拌10min，然后送入双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒温度为200℃，螺杆转速为180r/min，得到沥青改性剂6#。
将该沥青改性剂制备高粘改性沥青的方法为：将基质沥青加热至160℃，然后加入适量的该沥青改性剂(该沥青改性剂与基质沥青的质量比为12:88)，搅拌均匀后逐渐加热至180±10℃，然后在此温度下采用高速剪切机剪切20min，剪切速度为4500r/min，最后将剪切完成的混合物置于180℃的烘箱中保温20min，制得高粘改性沥青。
将该沥青改性剂制备高粘沥青混合料的方法为：将基质沥青加热至160～165℃，将粗细集料按表1所示的级配配制好之后置于180～190℃的烘箱中保温5h。开启拌合锅，将该沥青改性剂和热集料一起干拌60s，使样品均匀分散在矿料中，然后加入基质沥青拌合90s，最后加入矿粉拌合90s，得到高粘沥青混合料。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》中的测试方法，分别对1～6#实施例的沥青改性剂制备的改性沥青和沥青混合料进行相关的性能测试，测试结果如表2所示。
表2高粘改性沥青及高粘沥青混合料的性能
Figure BDA0003433120100000101
从表2的性能测试结果可知：
(1)由1#～6#实施例高粘度改性剂制备的高粘改性沥青和高粘沥青混合料的核心指标路用性能远高于标准规范的技术要求，高粘改性沥青60℃的动力粘度全部大于200000Pa·s，保证了大孔隙混合料在实际使用温度下的粘结性能；170℃的布氏粘度全部小于3Pa·s，满足大孔隙混合料的施工和易性要求。高粘沥青混合料的路用性能也十分优良，具有广阔的应用前景。
(2)1#～3#实施例的结果表明，当热塑性聚氨酯与石油树脂的比例在1:1～1:1.5范围内时，由于热塑性聚氨酯与石油树脂中极性基团的协同作用，改性剂表现出更加优良的低温粘度，导致高粘改性沥青的60℃动力粘度大幅增加，以及混合料路用性能的提高。
(3)4#～6#实施例的结果表明，当热塑性聚氨酯与热敏性树脂的比例为7:1时，由于热塑性聚氨酯与热敏性树脂的协同作用，改性剂表现出更加优良的高温粘度，导致高粘改性沥青的170℃动力粘度大幅降低。
(4)通过上述实施例还可看出，低温粘度和高温粘度无法同时达到最佳，因此，对于主要影响这两种粘度的热塑性聚氨酯、石油树脂和热敏性树脂三者的用量的选择至关重要，只有使三者用量合理，才能能使低温粘度和高温粘度均满足要求。在热塑性聚氨酯和石油树脂用量确定的情况下，确保较好的高温粘度，增加热敏性树脂可改善低温粘度；在热塑性聚氨酯和热敏性树脂用量确定的情况下，确保较好的低温粘度，减少石油树脂的用量可改善高温粘度。
综上，本发明实施例，保证沥青改性剂的高低温使用性能，有利于沥青改性剂在沥青拌合缸中的迅速熔融分散；能显著提高沥青在使用温度下的粘度，保证混合料的路用性能；能够有效降低沥青在高温下的施工粘度，提高混合料的施工和易性，进一步改善沥青改性剂的熔融分散特性；制备方法简单，便于生产应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种沥青改性剂，其特征在于，包括按如下重量份数计的原料：热塑性弹性体15～60份、聚氨酯弹性体10～35份、石油树脂15～40份、热敏性树脂5～20份、稳定剂1～5份和增塑剂1～10份。
2.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于，所述热塑性弹性体聚合物包括如下的至少一种：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯丁烯共聚物-苯乙烯三嵌段共聚物和热塑性聚烯烃弹性体，所述热塑性弹性体聚合物的分子量为5～30万，熔融指数为8g/10min以上。
3.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于，所述聚氨酯弹性体为聚酯型热塑性聚氨酯，分子量为60000～100000。
4.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于，所述改性石油树脂包括如下的至少一种：改性碳五树脂、改性碳九树脂和改性萜烯树脂。
5.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于，所述热敏性树脂包括如下的至少一种：聚丙烯腈树脂和聚氯乙烯树脂。
6.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于，所述稳定剂包括如下的至少一种：硫磺、钙锌复合类稳定剂和甲基锡类稳定剂。
7.根据权利要求1所述的沥青改性剂，其特征在于，所述增塑剂包括如下的至少一种：邻苯二甲酸二辛酯、环烷基橡胶油、糠醛抽出油、古马隆树脂和硬脂酸。
8.一种沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括：
将原料混合均匀得到第一混合料，其中，所述原料包括按如下重量份数计的原料：热塑性弹性体15～60份、聚氨酯弹性体10～35份、石油树脂15～40份、热敏性树脂5～20份、稳定剂1～5份、增塑剂1～10份；
将所述第一混合料熔融混炼后挤出，经过冷却和干燥，得到沥青改性剂。
9.根据权利要求8所述的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：所述混合的温度为50～100℃；
采用双螺杆挤出机进行所述熔融混炼和所述挤出的操作。双螺杆挤出机的机筒温度为150℃～220℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500r/min。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的沥青改性剂在沥青混合料中的应用。
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