CN1400252A - 一种改性沥青组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性沥青组合物及其制备方法，它采用一种具有核－壳结构的填料单独或与聚合物复配，作为沥青改性剂，这种组合物的制备方法是，利用高剪切设备，包括双辊炼胶机、密炼机、挤出机、高剪切乳化机、胶体磨等，先分别制备改性沥青母料和含交联剂的反应性母料，再将母料与沥青以一定配比重量在通用沥青搅拌装置中生成具有本发明指定结构的组合物。

Description

一种改性沥青组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能特征的沥青组合物及其制备方法。

背景技术

沥青用于路面铺盖是人所共知的，但普通沥青一方面由于软化点低，在夏天高温下易流淌，致使路面发生辙印、挤包、发泡等缺陷。另一方面脆点高、导致冬天路面易开裂，水进入路面底层，导致底层路面腐化，大大降低了路面的使用寿命。随着交通负荷的不断增加，普通路面的维修周期使用寿命也不断缩短，维修费用迅速增加。同时，维修时间的增多也严重影响了交通状况。高性能改性沥青的研究与应用已成为当前路面建设的迫切要求。在现有技术中，将聚合物掺入沥青是通用的沥青改性方法，用于沥青改性的聚合物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、丁苯橡胶(SBR)及其复配等。SBS由于与沥青有较好的相容性，高低温性能最为优越，沥青/SBS组合物已成为目前最广泛应用的改性沥青品种之一。但SBS价格较贵，其添加量受到严格限制，同时，改性效果较好的高分子量(分子量大于70,000)SBS弹形体在沥青中不易分散，及不良的贮存稳定性和相当高的粘度都会导致物料难以处理(包括加工、泵输等)。

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成本较低、稳定性及流动性良好的改性沥青组合物及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种改性沥青组合物，包括以下组分及含量(重量份)：

(A)沥青组分

份量为100，沥青可以是石油沥青和煤焦油沥青，针入度为50至110。

(B)核-壳型有机物改性填料

份量为1-15，优选为6-10。

所述改性填料是以无机填料为主体，热塑性弹性体、热塑性树脂、聚合乳液及其混合物为载体制备而成的一种以无机填料为核，载体为壳的一种核-壳结构粒子，它包括以下组分及含量(重量比)：

            无机填料              60％-85％

            表面处理剂            0％-3％

            聚合物                15％-40％

无机物填料可以是硅藻土、滑石粉、高岭土、碳酸钙、硅灰石、云母、二氧化硅、氧化铝、叶腊石、膨润土中的一种或几种，粒子直径0.05-20μm，较好的粒子直径为1-10μm；表面处理剂可以为硅氧烷偶联剂，指Υ-氨基丙基三乙基硅烷、Υ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷；或钛酸酯偶联剂，指异丙基三异十八酰钛酸酯；聚合物可以是丁苯橡胶(SBR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、乙烯-α烯烃共聚物、聚烯烃；该聚烯烃指低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚烯烃(LLPPE)、乙烯-丙烯共聚物(EPR)、无规聚丙烯(APP)，以及马来酸酐、双马来酰亚胺、丙烯酸酯、烯类单体接枝或共聚接枝改性热塑弹性体和热塑性树脂，包括双马来酰亚胺接枝改性的乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、三甲氧基丙烷三丙烯酸酯改性的乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、马来酸酐接枝改性的乙丙橡胶。

核、壳的重量比约1.5∶1至6∶1，优选为3∶2至3∶1，核-壳之间有一定化学键合。

(C)聚合物改性剂

份量为0-6，优选1-3。

聚合物可以是可以是聚乙烯(PE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、乙烯-α-烯烃共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、乙烯-丙烯共聚物(EPR)，优选为丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)，其中丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)分子量范围为20000-110000，优选为30000-50000，结构包含线性和支化。

(D)交联剂

份量为0.05-0.5，优选为0.1-0.3。

交联剂可以为过氧化物，包括过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧化二异丙苯(DCP)，或偶氮化合物，如：偶氮二异丁腈(AIBN)，或硫(S)等。

一种改性沥青组合物的制备方法，该方法利用高剪切设备，包括双辊炼胶机、密炼机、挤出机、高剪切乳化机、胶体磨等，先分别制备改性沥青母料和含交联剂的反应性母料，再将母料与沥青以一定配比重量在通用沥青搅拌装置中生成具有本发明指定结构的组合物。具体操作可分为以下三个步骤：

步骤一：改性沥青母料的制备。

(1)改性沥青母料的配比(总重量份为100)：

         沥青                      30-60重量份

         核-壳型改性填料           40-70重量份

         聚合物                    0-30重量份

(2)分散混合工艺参数：

    混合温度：80-180℃，优选120-160℃

    间歇式设备混合时间：30-90min

    最后母料形式为粒料或小块状。

步骤二：反应性母料的制备。

  (1)反应性母料的配比(总重量份为100)：

        沥青               95-90重量份

        交联剂             5-10重量份

  (2)分散混合工艺参数：

    混合温度：80-180℃

    间歇式设备混合时间：10-20min

    最后母料形式为粒料或小块状。

步骤三：改性沥青的制备

以一定投料比，将制得的改性沥青母料、反应性母料及沥青在目前施工中常用的加热搅拌装置中混合，反应10-30min，优选为15-25min，反应温度为150-210℃，优选为180-200℃。控制反应性母料投料量，保证体系均匀、流动性好。

以上步骤一和步骤二不分先后顺序。

采用本方法制得的改性沥青组合物性能优异，贮存稳定性好。与其他聚合物改性沥青相比，由于改性填料壳层的聚合物较少，更易为与之有一定相容性的沥青所溶胀，在剪切力作用下易于均匀分散在沥青连续相中，故改性沥青母料易于制备，对设备无很高要求，且无机填料可扩大外层聚合物的作用范围，对沥青软化点的提高有很大作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

步骤一：改性沥青母料的制备。

        改性沥青母料的配比(总重量份为100)：

            沥青                   50重量份

            核-壳型改性填料        50重量份

 沥青选用江阴70#沥青，核-壳型改性剂以高岭土为无机粒子，粒径2-20μm，壳层聚合物为SBS，无机填料与聚合物重量比为80∶20。采用高剪切乳化仪分散混合，混合温度150-180℃，时间60min，混合转速4500转/小时

步骤二：反应性母料的制备

        各组分配比：

              沥青         95(重量份)

              硫           5(重量份)

沥青选用江阴70#沥青，硫为一般工业级，混合温度100℃，采用高剪切乳化仪，混合时间20min，混合转速2500转/小时。

步骤三：沥青组合物的制备

按重量比把：沥青100份，改性沥青母料15份，反应性母料3份，置于普通沥青搅拌装置中搅拌，温度为190℃，反应20min，得到具有高性能、均质、贮存稳定性好的沥青组合物。

实施例2：

采用实施例1中同样的方法制备改性沥青母料和反应性母料，按重量比把：沥青100份、改性沥青母料20份、反应性母料5份，置于普通沥青搅拌装置中搅拌，温度190℃，反应20min，得到沥青组合物。

实施例3：

步骤一：改性沥青母料的制备

改性沥青母料组分配比(总重量份为100)：

          沥青             50(重量份)

          核-壳型改性剂    40(重量份)

          SBS              10(重量份)

所用沥青及核-壳型改性剂同实施例1，SBS为岳化产品XH-792。采用高剪切乳化仪混合，混合温度150-180℃，混合时间为60min.混合转速为4500转/小时。

步骤二：反应性母料的制备

反应性母料的制备同实施例1。

步骤三：沥青组合物的制备

按重量比把：沥青100份，改性沥青母料15份，反应性母料3份置于普通沥青搅拌装置中混合，温度195℃，反应30min，得到改性沥青组合物。

实施例4

采用实施例3中同样的方法制备改性沥青母料和反应性母料，按重量比把：沥青100份、改性沥青母料20份、反应性母料5份，置于普通沥青搅拌装置中搅拌，温度190℃，反应30min，得到沥青组合物。

                   表一：改性沥青三大指标测试结果

性能	对比(江阴70#)	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						针入度(25℃，100g，5s)0.1mm	67	59	60	62	65
软化点	47	62	65	61	64
						延度(5℃，50mm)cm	＜5	42	46	44	49

注：以上测试标准为国标

本发明所提供的改性沥青组合物具有微交联的三维网状结构。具体地说沥青所包含的沥青质之间，沥青质与所添加的聚合物之间，聚合物大分子之间，聚合物与填料壳层大分子之间，有一定数量的化学键结，构有局部的三维网状结构，从而使组合物具有贮存稳定性，但整体具有可流动性。

本发明所提供的沥青组合物的用途包括：高等级公路，桥梁，机场跑道等的路面覆盖。

Claims (10)

1.一种改性沥青组合物，其特征在于，包括以下组分及含量(重量份)：

             沥青                       100

             核-壳型有机物改性填料      1-15

             聚合物改性剂               0-6

             交联剂                     0.05-0.5

2.根据权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的沥青为石油沥青或煤焦油沥青，其针入度为50-110。

3.根据权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的核-壳型有机物改性填料包括以下组分及含量(重量比)：

         无机填料                       60％-85％

         表面处理剂                     0％-3％

         聚合物                         15％-40％

4.根据权利要求3所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的无机物填料可以是硅藻土、滑石粉、高岭土、碳酸钙、硅灰石、云母、二氧化硅、氧化铝、叶腊石、膨润土中的一种或几种，其粒子直径为0.05～20μm；所述的表面处理剂可以是硅氧烷偶联剂，或钛酸酯偶联剂；所述的聚合物可以是丁苯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-α-烯烃共聚物、聚烯烃。

5.根据权利要求4所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的硅氧烷偶联剂指Υ-氨基丙基三乙基硅烷、Υ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求4所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的钛酸酯偶联剂指异丙基三异十八酰钛酸酯，

7.根据权利要求4所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的聚烯烃指低密度聚乙烯、线性低密度聚烯烃、乙烯-丙烯共聚物、无规聚丙烯，以及马来酸酐、双马来酰亚胺、丙烯酸酯、烯类单体接枝或共聚接枝改性热塑弹性体和热塑性树脂，包括双马来酰亚胺接枝改性的乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、三甲氧基丙烷三丙烯酸酯改性的乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、马来酸酐接枝改性的乙丙橡胶。

8.根据权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的聚合物改性剂可以是聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、丁苯橡胶、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物，其中丁苯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物分子量范围为20,000-110,000，结构包含线性和支化。

9.根据权利要求1所述的改性沥青组合物，其特征在于，所述的交联剂可以是过氧化物，指过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯，或偶氮化合物，指偶氮二异丁腈，或硫。

10.权利要求1所述的改性沥青组合物的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

A.改性沥青母料的制备：将沥青、核-壳型改性填料、聚合物改性剂按重量份(总重量份为100)分别为：30-60、40-70、0-30的比例在混合设备中混合，得到改性沥青母料；

B.交联剂的反应性母料的制备：将沥青、交联剂按重量份(总重量份为100)为：90-95、5-10的比例在混合设备中混合，得到反应性沥青母料；

C.改性沥青组合物的制备：将所述改性沥青母料和反应性母料及沥青在普通沥青搅拌设备中搅拌，得到改性沥青组合物。