CN102040847A - 一种脱硫胶粉改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脱硫胶粉改性沥青及其制备方法。将沥青、改性剂和脱硫胶粉通过在较低温度下，100～160℃的温度下进行短时间高剪切混合制得，使脱硫胶粉在沥青中再次发生硫化交联反应，从而提高脱硫胶粉之间的化学作用力，以及提高胶粉与沥青的相容性，提高改性沥青的性能。同时达到简化工艺、节约能源、降低成本、实现废弃物再利用、减少环境污染的目的。

Description

一种脱硫胶粉改性沥青及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种脱硫胶粉改性沥青及其制备方法。

背景技术：

研究发现，采用各种聚合物改性沥青能大大提高沥青路面的使用性能。相对于普通沥青而言，聚合物改性沥青的高温抗流淌、低温抗开裂能力可以大大提高，耐老化和耐候性增强，和石料的粘附能力也增强。用聚合物改性沥青铺筑的路面能显著地提高抗永久变形能力、抗温缩裂缝能力及抗疲劳开裂能力。由于这些优良性能的产生，聚合物改性沥青成为铺路沥青中的重要一支，在世界公路铺路材料中发挥着越来越重要的作用。

为了满足实际需要必须对沥青进行改性，聚合物改性沥青主要包括聚合物和胶粉改性沥青。聚合物改性沥青已经获得广泛应用，技术比较成熟，但成本较高；胶粉改性沥青是在环境保护和节约资源的背景下发展起来的一项新的技术，废胶粉改性沥青不仅可改善沥青的高、低温性能，减少沥青路面的龟裂和老化，提高车辆的行驶安全和路面的使用寿命，还可以回收利用废旧橡胶，减少固体废弃物的污染。但是从国内外研究状况来看，废胶粉改性沥青在生产过程中存在体系的粘度大、流动性差、搅拌操作难以进行、胶粉在沥青中的分散性差的缺点；其次，胶粉与沥青的界面结合不好，相态稳定性差，在将改性沥青搅拌均匀，且还没有与路面石料进行混合时，改性沥青就产生了沉淀、离析，使得施工质量难以控制。

脱硫胶粉是将废旧橡胶粉经过一定的脱硫手段脱硫而制得的废旧胶粉，将其加入到沥青中进行改性不但可以保持废旧胶粉改性沥青的优良性能，同时由于其在进行脱硫的过程中，在高温或动态剪切力的作用下，使脱硫胶粉表面产生了部分活性基团，可以很好的提高其与沥青的形容性，可以一定程度上提高胶粉改性沥青的性能。但经过研究发现，单纯的将脱硫胶粉加入到沥青中，虽然可以提高部分沥青的性能，如低温延度和高温储存稳定性，但提高的程度并不多，目前国内对脱硫胶粉改性沥青的研究很少，研究人员为进一步提高脱硫胶粉改性沥青的性能，采取了一些方法，如CN03118836.X中公开的，高温下(180℃～200℃)在脱硫胶粉改性沥青中引入了极性改性剂，经过长时间的搅拌剪切，增加脱硫胶粉与沥青的键合，从而提高脱硫胶粉与沥青的相容性。虽然改性沥青的性能上较未添加改性剂的脱硫胶粉改性沥青有所提高，但其依然没有摆脱目前大家所采用的高温制备的方法。并且改性沥青的性能不能达到目前交通部对于胶粉改性沥青的性能指标要求。同时，高温下制备脱硫胶粉改性沥青，不但造成了能源的浪费，提高了道路建设成本，同时脱硫胶粉中残留的硫元素在高温下会以气体的形式挥发出来，不利于生产人员的身体健康，在长时间的高温作用下，脱硫胶粉与沥青均会发生严重老化，脱硫胶粉还会进一步的降解，从而失去其胶粉本身应有的力学性能，影响到改性沥青以及路面的使用性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种脱硫胶粉改性沥青及其制备方法，将沥青、交联改性剂和脱硫胶粉通过在较低的温度下(160℃以内)进行短时间的初混和连续高剪切混合制得。脱硫胶粉因为其内部交联网络的破坏而使得其具有了生胶的特性，在交联改性剂的作用下，可以使脱硫胶粉之间发生硫化交联，从而改变脱硫胶粉之间的物理交联为化学键联，提高脱硫胶粉之间以及与沥青的相容性，进而在使用时可提高沥青的高低温性能和耐老化性能。同时低温下较短的加工时间生产降低了胶粉和沥青老化的同时，也可以保持脱硫胶粉固有的力学性能，发挥其改性沥青的特性。

本发明一种脱硫胶粉改性沥青，其基本组成和质量份数为：沥青100份、脱硫胶粉5～30份和改性剂0.1～50份；较好的情况是：沥青100份、脱硫胶粉10～25份和改性剂0.1～10份。

所说的改性剂为下列物质中的一种或它们的混合物：硫磺、对苯二甲酸乙二醇酯(DCP)、N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(CZ)、二硫化吗琳(DTDM)。

本发明所用的脱硫胶粉为废旧橡胶粉经脱硫而制得的胶粉，粒径最好为40～120目，脱硫胶粉采用本领域公知的高温动态脱硫法制得。

本发明上述脱硫胶粉改性沥青的制备方法，包括物料初混和连续高剪切两个步骤，具体为：

A.物料初混：将沥青、脱硫胶粉和改性剂，在100～160℃温度下，进行充分搅拌混合，达到宏观均匀即可，得到初混物；

B.连续高剪切：将A步骤得到的初混物，在100～160℃温度下，对初混物进行连续高剪切混合，制得脱硫胶粉改性沥青。

上述步骤B中连续高剪切在高速剪切乳化机中进行，时间最好控制为20～30分钟，高速剪切乳化机的转速控制为9000～13500r/min。

该方法通过在沥青改性过程中引入橡胶硫化机理，通过脱硫胶粉之间在硫化体系的作用下发生硫化交联，由传统单纯的物理改性变为化学改性，同时在高速剪切的作用下，实现胶粉改性沥青中脱硫胶粉的均匀分布以及连续相由沥青相向胶粉相的转变，从而达到良好的改性效果。

本发明通过选用合适的交联改性剂，以及沥青、改性剂和脱硫胶粉在100～160℃的温度下，进行高剪切混合制得，解决了脱硫胶粉/沥青以及脱硫胶粉/脱硫胶粉的界面结合不好，相态稳定性差的问题，进而在使用时可提高沥青的高、低温性能和耐老化性能。而且本发明工艺简单，节省能源消耗，不仅大大降低了成本、同时能够循环利用大量的废弃物达到环境保护的目的。

具体实施方式：

下面结合对比例和实施例对本发明做进一步描述。

对比例和实施例中所用的沥青均为石油沥青，品级符合中国交通部颁布的公路沥青路面施工技术规范道路沥青的技术要求。

对比例1：

将15质量份40目的脱硫胶粉(江苏安强牌)，在140℃加入质量份数100份的基质沥青中，搅拌15min，然后进入高速剪切乳化机进行分散，剪切时间为30min，转速为10000r/min，得到脱硫胶粉改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表1。

对比例2：

将15质量份40目的脱硫胶粉(江苏安强牌)，在160℃加入质量份数100份的基质沥青中，低速搅拌15min，然后进入高速剪切乳化机进行分散，剪切时间为30min，转速为10000r/min，得到脱硫胶粉改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表1。

对比例3：

将质量份数15份40目的脱硫胶粉(江苏安强牌)，在180℃加入质量份数100份的基质沥青中，搅拌15min，然后进入高速剪切乳化机进行分散，剪切时间为30min，转速为10000r/min。得到脱硫胶粉改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表1。

对比例4：

采用质量份数为100份的基质沥青，15质量份40目的高温动态脱硫法制得脱硫胶粉(江苏安强牌)，1质量份硫磺、0.5质量份DCP改性剂，在180℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在180℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过180℃，转速为10000r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表1。

实施例1：

采用质量份数为100份的基质沥青，15质量份40目的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉(江苏安强牌)，1质量份硫磺改性剂，在160℃先用普通搅拌机，在600r/min下混合均匀，大约15min，然后160℃下采用高速剪切乳化机(德国福鲁克D型，下同)分散30min，控制温度不超过160℃，转速为10000r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

实施例2：

采用质量份数为100份的基质沥青，15质量份40目的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉(江苏安强牌)，1质量份硫磺、0.5质量份DCP改性剂，在140℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在140℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过140℃，转速为10000r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

实施例3：

采用质量份数为100份的基质沥青，15质量份40目的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉(江苏安强牌)，1质量份硫磺、0.5质量份DCP改性剂，在160℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在160℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过160℃，转速为10000r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

实施例4：

采用质量份数为100份的基质沥青，20质量份40目(江苏安强牌)的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉，3质量份硫磺，0.5质量份DCP改性剂，在160℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在160℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过160℃，转速为13500r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

实施例5：

采用质量份数为100份的基质沥青，20质量份40目(江苏强维牌)的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉，0.15质量份DCP改性剂，0.1质量份N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺，0.1质量份二硫化吗啉，在140℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在140℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过140℃，转速为13500r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

实施例6：

采用质量份数为100份的基质沥青，10质量份60目的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉(江苏强维牌)，1质量份硫磺，0.15质量份DCP改性剂，0.1质量份N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺，0.1质量份二硫化吗啉，在140℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在140℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过140℃，转速为13500r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

实施例7：

采用质量份数为100份的基质沥青，10质量份80目的高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉(江苏强维牌)，1质量份硫磺，0.15质量份DCP改性剂，0.1质量份N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺，0.1质量份二硫化吗啉，在140℃下先用普通搅拌机混合均匀，大约15min，然后在140℃下采用高速剪切乳化机分散30min，控制温度不超过140℃，转速为13500r/min，得到改性沥青，测试改性沥青的性能指标。结果见表2。

表2测定的性能数据显示，采用本发明方法得到的脱硫胶粉改性沥青，在低温下(160℃以内)制得的改性沥青，其针入度、软化点、低温延度、尤其是储存稳定性上，均较未添加改性剂的脱硫胶粉改性沥青性能有明显提高，可达到目前交通部关于胶粉改性沥青的性能指标要求。而高温处理得到的改性沥青性能未提高，则是因为脱硫胶粉在高温下发生分解，脱硫胶粉由交联网络结构变为线性分子而无法与交联剂发生化学作用导致。单独添加改性交联剂于沥青中，则会使沥青变得脆硬，这也是180℃高温下加入交联剂后沥青延度下降的原因。由上述数据可以很好的证明，高温下制备脱硫胶粉沥青必然会因为失去脱硫胶粉固有的弹性等力学性能而导致改性沥青失去胶粉改性沥青所应有的降噪、提高路面柔性等特点。

表1脱硫胶粉改性沥青的性能数据

表2本发明所得改性沥青的性能数据

注：表1、表2中各项性能指标的测试方法为：

针入度测定

25℃的恒温水浴中，负荷100g重量的钢针自由落下，5秒钟贯入试样的深度，以0.1mm为单位。采用沥青针入度测试仪，德国Petrotest公司，型号PNR-10。

延度测定

5℃的恒温水浴中，以5cm/min的速率拉伸试样至断裂时的长度(cm)。采用全自动沥青延度测试仪，德国PETROTES公司，型号DDAA3-150。

软化点测定(环球法)

在5℃蒸馏水中5℃/min升温，取样品环上钢珠下落至与下层底板表面接触时，立即读取温度，即为软化点。采用沥青软化点测试仪，德国Petrotest公司，型号PKA-2。

储存稳定性测定

将制备好的样品倒入直径2.5cm、长约14cm的铝管中垂直放置，置于

163℃烘箱中48h，取出后放入冷柜中冷却4h后取样品的上下1/3处，测试软化点差值。沥青软化点测试仪，德国Petrotest公司，型号PKA-2。

Claims (6)

1.一种脱硫胶粉改性沥青，其基本组成和质量份数为：沥青100份、脱硫胶粉5～30份、改性剂0.1～50份；所说的改性剂为下列物质中的一种或它们的混合物：硫磺、对苯二甲酸乙二醇酯、N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺、二硫化吗琳。

2.根据权利要求1的脱硫胶粉改性沥青，其特征是：各组份的质量份数为沥青100份、脱硫胶粉10～25份、改性剂0.1～10份，所述的脱硫胶粉为废旧橡胶粉经过脱硫后制得的脱硫胶粉。

3.根据权利要求1或2所述的脱硫胶粉改性沥青，其特征是：所述脱硫胶粉为高温动态脱硫法制得的脱硫胶粉，其粒径为40～120目。

4.一种权利要求1所述的脱硫胶粉改性沥青的制备方法，包括物料初混和连续高剪切两个步骤，具体为：

A.物料初混：将沥青、脱硫胶粉和改性剂按比例，在100～160℃温度下，进行充分搅拌混合，得到初混物；

B.连续高剪切：将步骤A得到的初混物，在100～160℃温度下，使用高速剪切乳化机进行连续高剪切混合，制得脱硫胶粉改性沥青。

5.根据权利要求4的制备方法，其特征是：步骤B中连续高剪切混合的时间为20～30分钟。

6.根据权利要求5的制备方法，其特征是：步骤B中高速剪切乳化机的转速为9000～13500r/min。