專利名稱：一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于改性瀝青技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，石油瀝青作為石油加工的副產(chǎn)，具有許多優(yōu)良的性能，目前現(xiàn)已成為公路、機(jī)場(chǎng)、建筑等領(lǐng)域中的主要鋪筑材料和防水材料。但瀝青本身也存在一系列不足，如高溫時(shí)變軟、低溫變脆，耐老化、耐疲勞等性能均不好，為了滿足實(shí)際需要必須對(duì)瀝青進(jìn)行改性，其中聚合物改性瀝青由于明顯降低瀝青的溫度敏感性、提高彈性、韌性、粘性、耐疲勞和老化等一系列性能，目前已成為最主要的方法。聚合物改性瀝青主要包括聚合物和膠粉改性瀝青。聚合物改性瀝青已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，技術(shù)比較成熟，而膠粉改性瀝青是在環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源的背景下發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的技術(shù)。
膠粉改性瀝青在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家早在上世紀(jì)六十年代就已開(kāi)始研究和應(yīng)用，CharlesMcDonald最早開(kāi)始使用廢膠粉改性瀝青，用于道路修補(bǔ)之用，稱之為瀝青橡膠(asphalt-rubber AR)，八十年代以后開(kāi)始大量的研究開(kāi)發(fā)，九十年代以后在公路輔筑中得到廣泛應(yīng)用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，證明證明膠粉改性瀝青鋪設(shè)公路具有一系列優(yōu)點(diǎn)。如生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便、成本低；原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉；施工工藝與普通瀝青相同；輔設(shè)的路面具有穩(wěn)定性好、耐磨、耐久、防凍、防滑、降噪聲和維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，性能/價(jià)格比具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。
膠粉是經(jīng)過(guò)硫化的橡膠，通過(guò)化學(xué)鍵生成三維空間網(wǎng)絡(luò)，并含有碳黑及各種填加劑，成份十分復(fù)雜，比一般常用的橡膠(如SBR、NR、BR等)、塑料(PE、PP、EVA等)和熱塑性彈性體SBS等線型聚合物更難在瀝青中溶脹和分散，由此導(dǎo)致膠粉改性瀝青的貯存穩(wěn)定性很差，改性瀝青效果有限，因此，改性的關(guān)鍵問(wèn)題是首先使膠粉降解，以便能均勻穩(wěn)定地分散在瀝青中。國(guó)外近年來(lái)專利提出以下主要幾種方法和工藝使膠粉降解(1)將膠粉與有機(jī)溶劑或芳烴油在較高溫下(150-300℃)攪拌使降解(專利6,387,965)；及最近提出的將膠粉與輕質(zhì)瀝青在高溫(300℃)下加熱精餾使膠粉降解。(2)在高溫下通入空氣和加入助劑，利用空氣中的氧氣和助劑氧化降解膠粉。(3)將膠粉與過(guò)氧化氫混合，利用其強(qiáng)氧化性，使膠粉降解(專利5,704,971，5,851,276)。這些方法都存在著價(jià)格高、工藝復(fù)雜、膠粉降解的同時(shí)，瀝青性能也發(fā)生劣化的缺點(diǎn)。(4)將較高含量膠粉加入到瀝青中，經(jīng)高速剪切和高溫混合制備高濃度改性瀝青，可得到降解的貯存穩(wěn)定的膠粉改性瀝青(專利wo9414896，wo9728220)。這一方法簡(jiǎn)便有效，解決了膠粉降解和分散問(wèn)題，但只是對(duì)膠粉改性瀝青的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，而對(duì)改性瀝青的其它性能和生產(chǎn)工藝并未涉及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青制備方法和工藝。制備的改性瀝青具有貯存穩(wěn)定、性能優(yōu)良，而且價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，該制備方法分為兩段，步驟是(1)第一階段，制備膠粉改性瀝青母料a.按重量百分比，將20～70％的膠粉與瀝青，在溫度120～180℃下，通過(guò)螺桿混合設(shè)備擠出混合，制得預(yù)混物，b.按重量百分比，將含量為10～60％膠粉的預(yù)混物加入到瀝青中，在溫度140～250℃下，剪切攪拌混合1～6小時(shí)，制得膠粉改性瀝青母料；(2)第二階段，制備膠粉改性瀝青產(chǎn)品將膠粉改性瀝青母料在140～180℃加熱熔化，根據(jù)性能要求，加入一定量瀝青或加入瀝青、聚合物和穩(wěn)定劑，使膠粉的含量為5～20％，聚合物和穩(wěn)定劑可分步加入，也可同時(shí)加入，在溫度140～230℃下，剪切攪拌混合0.5～3小時(shí)，得到滿足不同要求的膠粉改性瀝青產(chǎn)品。
所述的膠粉由廢棄輪胎生產(chǎn)的，輪胎包括轎車(chē)、公共汽車(chē)、農(nóng)用車(chē)、載重卡車(chē)等車(chē)輛輪胎。膠粉采用常溫粉碎法、常溫助劑粉碎法、常溫濕法粉碎法生產(chǎn)，以及由這些膠粉經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)方法表面改性而成的活化膠粉，尺寸為20～100目。物理方法包括通過(guò)機(jī)械混煉、機(jī)械混合、高速機(jī)械混合將膠粉與活化助劑混合而活化；化學(xué)法包括通過(guò)接枝反應(yīng)、制備互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)、聚合物包覆、活性氣體處理、氯化反應(yīng)、磺化反應(yīng)、微波和γ射線處理等對(duì)膠粉表面進(jìn)行改性而活化。
所述的聚合物是合成橡膠BR、合成橡膠SBR、合成橡膠EPR、EPDM、天然橡膠NR；熱塑性彈性體SBS、塑性彈性體SEBS、塑性彈性體SIS；塑料PE、塑料PP、塑料PS、塑料PVC、塑料EVA；合成橡膠BR、SBR、EPR、EPDM是非充油或充油的；熱塑性彈性體SBS、SEBS、SIS是線型或星型的，PS含量為10～40％；塑料PE、PP、PS、EVA、PVC可以是廢舊塑料，聚合物加入量在0～10％之間，可以是一種聚合物，也可以是兩種或兩種以上聚合物。
所述的穩(wěn)定劑為硫磺、改性瀝青專用穩(wěn)定劑或硫磺與噻唑類、次磺酰類、秋蘭姆類、胍類橡膠用促進(jìn)劑配合使用，硫磺與促進(jìn)劑重量比為1∶1～4∶1，穩(wěn)定劑加入量在0.1～10％之間，所用瀝青為石油瀝青，為蒸餾瀝青、氧化瀝青、溶劑瀝青或調(diào)和瀝青，品級(jí)符合中國(guó)交通部頌布的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40-2004》中所規(guī)定的中、輕和重交道路瀝青技術(shù)要求。
所述的預(yù)混合設(shè)備為螺桿擠出混合設(shè)備，可以是單螺桿，也可以是雙螺桿。剪切攪拌混合設(shè)備為膠體磨、葉片攪拌設(shè)備。
本發(fā)明的有益效果是，貯存穩(wěn)定、性能優(yōu)良，而且價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施例方式
第一階段，膠粉改性瀝青母料的制備。
實(shí)施例1。膠粉為常溫粉碎法，或常溫助劑粉碎法生產(chǎn)的，尺寸為40目。通過(guò)加料口將1kg熔化的瀝青(品級(jí)AH-90)和0.5kg膠粉加入到預(yù)混合設(shè)備中，在150℃下預(yù)混料均勻成條擠出，混合均勻。
實(shí)施例2。將實(shí)施例1制備的預(yù)混物與熔化的瀝青一同加入到膠體磨中，使膠粉含量為30％。在溫度180℃下高速剪切攪拌，混合時(shí)間分別為2小時(shí)、2.5小時(shí)和3小時(shí)。稀釋后測(cè)試上下層軟化點(diǎn)，結(jié)果表明，軟化點(diǎn)之差均小于2.5，膠粉改性瀝青母料穩(wěn)定性良好，見(jiàn)表1。
表1母料穩(wěn)定性

實(shí)施例3。將300kg熔化的瀝青和75kg常溫助劑粉碎法膠粉加入到膠體磨中，在溫度180℃下高速剪切攪拌4小時(shí)。
實(shí)施例4。將3000kg熔化的瀝青和720kg常溫助劑粉碎法膠粉加入到膠體磨中，在溫度180℃下高速攪剪切拌3小時(shí)。
第二階段，制備膠粉改性瀝青產(chǎn)品例5-9為采用傳統(tǒng)方法制備，例10-13為采用本發(fā)明方法和工藝制備。
實(shí)施例5。加熱熔化瀝青，加入40目常溫粉碎法生產(chǎn)的膠粉，膠粉含量15％，在180℃溫度下混合30分鐘。對(duì)制備的膠粉改性瀝青進(jìn)行性能測(cè)試，針入度和低溫延度達(dá)不到上述技術(shù)規(guī)范中SBS類改性瀝青I-C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存不穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表2。
實(shí)施例6。同例5，區(qū)別是膠粉尺寸為80目。對(duì)制備的膠粉改性瀝青進(jìn)行測(cè)試，低溫延度達(dá)不到SBS類改性瀝青I-C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存不穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表2。
實(shí)施例7。同例5，區(qū)別是膠粉為常溫助劑粉碎法生產(chǎn)。低溫延度達(dá)不到SBS類改性瀝青I-C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存不穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表2。
實(shí)施例8。同例5，區(qū)別是膠粉為活化膠粉。低溫延度達(dá)不到SBS類改性瀝青I-C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存不穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表2。
實(shí)施例9。同例2。區(qū)別是加入1.5phrSBS，針入度和低溫延度達(dá)不到SBS類改性瀝青I-C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存不穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表2。
表2，膠粉改性瀝青性能數(shù)據(jù)

實(shí)施例10。將實(shí)施例2制備的母料(膠粉為常溫助劑粉碎法)加熱熔化，加入瀝青使膠粉含量12％，再加入2 phr SBS，5 phr硫磺，在160-200℃溫度下混合30-60分鐘，得到膠粉改性瀝青產(chǎn)品。對(duì)膠粉改性瀝青性能進(jìn)行測(cè)試，針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度均達(dá)到SBS改性C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表3，老化性能見(jiàn)表4。
表3，膠粉改性瀝青性能數(shù)據(jù)

實(shí)施例11。同例10，區(qū)別是膠粉為常粉碎法。對(duì)膠粉改性瀝青性能進(jìn)行測(cè)試，針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度均達(dá)到SBS改性C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
實(shí)施例12。同例10，區(qū)別是采用實(shí)施例3制備的母料。對(duì)膠粉改性瀝青性能進(jìn)行測(cè)試，針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度均達(dá)到SBS改性C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
實(shí)施例13。同例10，區(qū)別是采用實(shí)施例4制備的母料。對(duì)膠粉改性瀝青性能進(jìn)行測(cè)試，針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度均達(dá)到SBS改性C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且貯存穩(wěn)定，結(jié)果見(jiàn)表3。
實(shí)施例10老化性能測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表4。
表4，實(shí)施例10老化性能測(cè)試數(shù)據(jù)

由表可見(jiàn)，老化性能也完全達(dá)到SBS改性C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例10按美國(guó)SHRP標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表5。
表5膠粉改性瀝青SHRP性能測(cè)試數(shù)據(jù)

由表可見(jiàn)，性能也完全達(dá)到SHRP標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例11按美國(guó)SHRP標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表6。由表可見(jiàn)，性能也完全達(dá)到SHRP標(biāo)準(zhǔn)。
表6膠粉改性瀝青SHRP性能測(cè)試數(shù)據(jù)

由表可見(jiàn)，性能也完全達(dá)到SHRP標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，該制備方法分為兩個(gè)階段，步驟是(1)第一階段，制備膠粉改性瀝青母料a.按重量百分比，將20～70％的膠粉與瀝青，在溫度120～180℃下，通過(guò)螺桿混合設(shè)備擠出混合，制得預(yù)混物；b.按重量百分比，將含量為10～60％膠粉的預(yù)混物加入到瀝青中，在溫度140～250℃下，剪切攪拌混合1～6小時(shí)，制得膠粉改性瀝青母料；(2)第二階段，制備膠粉改性瀝青產(chǎn)品將膠粉改性瀝青母料在140～180℃加熱熔化，根據(jù)性能要求，加入一定量瀝青或加入瀝青、聚合物和穩(wěn)定劑，聚合物和穩(wěn)定劑可分步加入，也可同時(shí)加入，使膠粉的含量為5～20％，在溫度140～230℃下，剪切攪拌混合0.5～3小時(shí)，得到滿足不同要求的膠粉改性瀝青產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，所述的膠粉為常溫粉碎法、常溫助劑粉碎法、常溫濕法粉碎法生產(chǎn)的膠粉，以及由這些膠粉經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)方法表面改性而成的活化膠粉，尺寸為20～100目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，所述的聚合物是合成橡膠BR、合成橡膠SBR、合成橡膠EPR、EPDM、天然橡膠NR；熱塑性彈性體SBS、塑性彈性體SEBS、塑性彈性體SIS；塑料PE、塑料PP、塑料PS、塑料PVC、塑料EVA；合成橡膠BR、SBR、EPR、EPDM是非充油或充油的；熱塑性彈性體SBS、SEBS、SIS是線型或星型的，PS含量為10～40％；塑料PE、PP、PS、EVA、PVC可以是廢舊塑料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，所述的聚合物加入量在0～10％之間，可以是一種聚合物，也可以是兩種或兩種以上聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，所述的穩(wěn)定劑為硫磺、改性瀝青專用穩(wěn)定劑或硫磺與噻唑類、次磺酰類、秋蘭姆類、胍類橡膠用促進(jìn)劑配合使用，硫磺與促進(jìn)劑重量比為1∶1～4∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，所述的穩(wěn)定劑加入量在0.1～10％之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其特征在于，所述的預(yù)混合設(shè)備為螺桿擠出混合設(shè)備，可以是單螺桿，也可以是雙螺桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的膠粉改性瀝青的制備方法，其步驟是(1)按重量百分比，將20～70％的膠粉與瀝青，在溫度120～180℃下，制得預(yù)混物，按重量百分比，將膠粉的預(yù)混物加入到瀝青中，在溫度140～250℃下，剪切攪拌混合1～4小時(shí)，制得膠粉改性瀝青母料；(2)將膠粉改性瀝青母料在140～180℃加熱熔化，加入瀝青或加入瀝青、聚合物和穩(wěn)定劑，使膠粉的含量為5～20％，在溫度140～230℃下，剪切攪拌混合0.5～3小時(shí)，得到膠粉改性瀝青產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果是貯存穩(wěn)定、制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。適用于各種等級(jí)公路底層、中面層的鋪設(shè)以及表層的鋪設(shè)。
文檔編號(hào)C08L53/00GK1923902SQ20061004744
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者廖明義, 倪陽(yáng), 李雪 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)