專利名稱：排水性路面瀝青膠結料及其制備方法
技術領域：
本發明是關于一種具有高粘度和高粘韌性的聚合物改性瀝青膠結料，它適于用作高等級道路，特別是排水性路面的鋪筑。本發明同時與制備此膠結料的方法有關。
排水性路面是一種開級配、大空隙率的路面結構，它可以將降雨時的路面積水滲入下面的不透水層，并通過路肩部位迅速排走，從而減輕了積水對路面結構造成的損害。這種路面結構也可消除雨天車輛高速行駛時的水膜平滑現象，提高行車安全性。此外，還可降低車輛行駛日趨高速化所帶來的日益嚴重的噪音污染。
排水性路面雖然有許多優點，但由于其結構特殊，路面空隙率達20％左右(一般的密級配瀝青混凝土路面的空隙率為3～6％)，這就對鋪路用瀝青膠結料的性能提出了更高要求。主要原因有(1)排水性路面中細集料組分少，必須使用粘韌性大的膠結料來提高混合料的強度和穩定性；(2)大空隙率的路面結構增加了瀝青與空氣中的氧接觸的機會，必須使用高粘度的膠結料來形成較厚的瀝青膜，降低路面的老化進程；(3)由于積水從內部下滲，排水性路面受水剝離的影響比較嚴重，必須使用與骨料粘附性好的膠結料來提高路面的抗水性。顯然，使用一般的鋪路用瀝青膠結料很難滿足上述要求。
為了滿足鋪筑排水性路面的需要，日本專利特開平4-357202揭示了一種以瀝青為主要成分，并混兌石油類溶劑抽出油、樹脂、熱塑性橡膠等制成的排水性路面用瀝青膠結料；特開平9-291219描述了一種100份針入度40～100的瀝青與5～10份熱塑性橡膠、1～10份潤滑油餾分抽出油和2～15份烴類樹脂混合制得的排水性改性瀝青混合物。然而，上述專利在制備排水性瀝青膠結料的過程中，都需要加入潤滑油精制過程中的溶劑抽出油，這對沒有潤滑油生產裝置的煉廠來說，增加了生產的難度。同時，上述專利所用的原料均針對針入度40～1001/10mm，符合日本工業標準(JIS標準)的瀝青，原料的來源受到很大的限制。
本發明的目的是針對一般瀝青膠結料的性能不能滿足鋪筑排水性路面的特殊要求及日本相關專利中的不足之處，提供一種原料來源廣泛、制備過程簡單的鋪筑排水性路面用的聚合物改性瀝青膠結料及其制備方法。
本發明提供了一種鋪筑排水性路面用的瀝青膠結料，該瀝青膠結料由瀝青與一種熱塑性彈性體、一種橡膠類聚合物和一種樹脂類聚合物在高溫、高剪切條件下混合制得。其中聚合物占總混合物的重量百分比足夠使所形成的膠結料具有如下特征針入度(25℃)40～80 1/10mm，最好是40～60 1/10mm；軟化點55～105℃，最好是80～100℃；60℃粘度10000～100000Pa·s，最好是20000～50000Pa·s；粘韌性大于15N·m，最好是大于20N·m；韌性大于10N·m，最好是大于15N·m。
構成本發明的主要成份是瀝青，并向其中混兌入一種熱塑性彈性體、一種橡膠類聚合物和一種樹脂類聚合物以形成本發明的膠結料。其中各聚合物的加入量依據基礎瀝青的原料組成、加工工藝及最終產品60℃粘度、粘韌性、韌性等指標的具體要求而有所不同，一般相對基礎瀝青而言，各聚合物加入量在3～10wt.％之間。本發明膠結料的具體組成為(1)瀝青100份(wt)；(2)熱塑性彈性體5～10份(wt)；(3)橡膠類聚合物3～10份(wt)；(4)樹脂類聚合物3～10份(wt)。
本發明使用的瀝青是一種通過原油蒸餾、溶劑抽提、氧化、調合或它們的組合工藝得到的粘彈性半固態物質，25℃針入度范圍在0～300之間。另外，本發明所用瀝青的瀝青質含量一般為1～20wt.％，通常瀝青質含量低于7wt.％的瀝青與聚合物具有更好的相容性，因此本發明特別適用于瀝青質含量為1～7wt.％的瀝青。
本發明的熱塑性彈性體主要是指由乙烯基芳香單體(如苯乙烯)與含有至少兩個未飽和烯烴的脂肪族集團聚合形成的嵌段共聚物，如苯乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯——異戊二烯——苯乙烯共聚物(SIS)、苯乙烯——乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物(SEBS)等，其中SBS由于具有良好的變形自恢復性及裂縫自愈性而成為首選物質。
本發明的橡膠類聚合物選自由共軛二烯同聚物或共軛二烯與可聚合的乙烯基芳香單體形成的共聚物，可使用許多眾所周知的天然橡膠或合成橡膠，如天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、丙烯腈——丁二烯共聚物(ABR)等，其中理想的是由苯乙烯與丁二烯聚合形成的共聚物——丁苯橡膠。
本發明的樹脂類聚合物是由石油裂解的副產品C4、C5以上的液態不飽和烴，在氯化鋁等催化劑的作用下共聚得到的樹脂狀物質(石油樹脂)。
本發明中針入度、軟化點分別按GB/T 4509和GB/T 4507規定的方法測試，60℃粘度和粘韌性試驗按交通部行業標準JTJ 052“公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程”中規定的方法T0620和T0624進行。針入度、軟化點和粘度的試驗方法對瀝青研究人員來說都很熟悉。粘韌性試驗是一種評價改性瀝青性能的很好方法，試驗時將金屬半球的球面浸入瀝青中，在25℃條件下，以50mm/min的速度將半球拉出，根據荷重及變形曲線求出粘韌性、韌性的數值。
熟悉工藝的人員可以容易地選擇許多種方式使瀝青與聚合物混合在一起。適宜的方法包括先將聚合物用適當的溶劑(如苯、甲苯)溶解，然后通過攪拌的方式將溶解后的聚合物與加熱至液態的瀝青混合在一起；也可先將瀝青加熱至150～250℃，最好是180～220℃，然后在攪拌條件下，將聚合物逐漸添加入瀝青中，攪拌最好使用膠體磨、高剪切混合乳化機等高剪切混合設備完成，這將保證聚合物在瀝青中分散更均勻。瀝青與聚合物的混合時間依據選擇的方法和設備而不同，一般在0.5～24小時范圍內，使用任何方法都應保證聚合物在瀝青中足夠分散。一般來說，添加聚合物期間攪拌在常壓下進行。
如果希望的話，可在加入聚合物之前或同時向瀝青中通入含氧氣體(如空氣)以改變瀝青中各組分的含量。然而，含氧氣體的加入將導致瀝青中瀝青質含量增加，從而對最終產品的儲存穩定性產生不利影響。也可在攪拌的同時，通過減壓或采取氮氣保護的方法，避免瀝青在高溫狀態下發生老化。
通過參考下面的例子將對本發明有更進一步的理解，但這并不限制后面附加權利要求的范圍。
實施例1、2以一種溶劑抽提裝置得到的脫油瀝青為基礎原料，加熱至180℃后，在高剪切攪拌條件下，分別以不同比例緩慢加入石油樹脂、SBS、SBR三種聚合物進行改性，并連續攪拌30分鐘至聚合物在瀝青中均勻分散，然后分別測試產品的各項性能。基礎原料及改性后所得排水性瀝青產品的分析測試結果如表1所示。由表可見，改性產品的軟化點、粘度、粘韌性、韌性等指標同基礎瀝青相比有了很大提高，符合本專利提出的瀝青膠結料要求，可用于排水性路面的鋪筑。
表1項目 基礎瀝青例1 例2配合比例(重量)基礎瀝青100 100石油樹脂5 5SBS 9 9SBR 9 7針入度(25℃)，1/10mm144 5964軟化點，℃ 41.0 89.5 91.0延度(15℃)，cm ＞140 7172閃點， ＞260 ＞260 ＞260薄膜加熱試驗質量損失，％ - 0.136 0.117針入度比，％ - 94.9 96.9粘韌性(25℃)，N·m 1.73 26.8 21.8韌性(25℃)，N·m 0.71 22.1 17.7粘度(60℃)，Pa·s 93.8 19100 13400
實施例3、4以一種常、減壓裝置的減壓塔底渣油和一種溶劑脫瀝青裝置的脫油瀝青為原料，先將二者以1∶1的比例在溫度150℃條件下進行攪拌混均后，再以不同比例分別加入石油樹脂、SBS、SBR三種聚合物進行改性。由表2的原料和產品分析結果可見，改性后的產品也可滿足本專利提出的瀝青膠結料性能要求。
表2項目 減壓渣油脫油瀝青 例3例4配合比例(重量)減壓渣油 50 50脫油瀝青 50 50石油樹脂 3 6SBS 9 8SBR 6 4針入度(25℃)，1/10mm209 3545 41軟化點，℃ 42.5 50.6 95.5 92.3延度(15℃)，cm ＞1406565 64閃點，℃＞260＞260 ＞260 ＞260薄膜加熱試驗質量損失，％ 0.1340.321 0.285 -針入度比，％ 56 5475.6 -粘韌性(25℃)，N·m -- 25.4 28.5韌性(25℃)，N·m-- 17.4 21.4粘度(60℃)，Pa·s 21.5 259 84600 21700
權利要求
1.一種鋪筑排水性路面用的瀝青膠結料，該膠結料具有如下特征25℃針入度40～80 1/10mm；軟化點55～105℃；60℃粘度10000～100000Pa·s；粘韌性大于15N·m；韌性大于10N·m。
2.按照權利要求1所述的瀝青膠結料，其特征在于該膠結料25℃針入度40～60 1/10mm；軟化點80～100℃；60℃粘度20000～50000Pa·s；粘韌性大于20N·m；韌性大于15N·m。
3.按照權利要求1所述的瀝青膠結料，其特征在于該膠結料組成按重量計為(1)瀝青100份；(2)熱塑性彈性體5～10份；(3)橡膠類聚合物3～10份；(4)樹脂類聚合物3～10份。
4.按照權利要求3所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的瀝青25℃針入度范圍在0～300之間，瀝青質含量為1～20wt.％。
5.按照權利要求4所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的瀝青中瀝青質含量為1～7wt.％。
6.按照權利要求3所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的熱塑性彈性體是指由乙烯基芳香單體與含有至少兩個未飽和烯烴的脂肪族集團聚合形成的嵌段共聚物。
7.按照權利要求3或6所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的熱塑性彈性體為苯乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物、苯乙烯——異戊二烯——苯乙烯共聚物、苯乙烯——乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物。
8.按照權利要求3或7所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的熱塑性彈性體為苯乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物。
9.按照權利要求3所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的橡膠類聚合物是天然橡膠或合成橡膠。
10.按照權利要求9所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的合成橡膠為由共軛二烯同聚物或共軛二烯與可聚合的乙烯基芳香單體形成的共聚物。
11.按照權利要求10所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的橡膠類聚合物是丁苯橡膠、丙烯腈——丁二烯共聚物。
12.按照權利要求3所述的瀝青膠結料，其特征在于所說的樹脂類聚合物是由石油裂解的副產品C4、C5以上的液態不飽和烴，在氯化鋁等催化劑的作用下共聚得到的樹脂狀物質，即石油樹脂。
13.一種權利要求1所述瀝青膠結料的制備方法先將聚合物溶解，然后通過攪拌的方式將溶解后的聚合物與加熱至液態的瀝青混合在一起，瀝青與聚合物的混合時間在0.5～24小時范圍內。
14.一種權利要求1所述瀝青膠結料的制備方法先將瀝青加熱至150～250℃，然后在攪拌條件下，將聚合物逐漸添加入瀝青中，使得瀝青與聚合物混合在一起，瀝青與聚合物的混合時間在0.5～24小時范圍內。
15.按照權利要求14所述的制備方法，其特征在于瀝青加熱的溫度為180～220℃。
全文摘要
本發明揭示了一種適于用作鋪筑排水性路面的聚合物改性瀝青膠結料,它由瀝青與一種熱塑性彈性體、一種橡膠類聚合物和一種樹脂類聚合物在高溫、高剪切條件下混合制得,其中各聚合物占總混合物的重量百分比足夠使所形成的膠結料具有如下特征:針入度(25℃)40～80 1/10mm,軟化點55～105℃,60℃粘度10000～100000Pa·s,粘韌性大于15N·m,韌性大于10N·m。
文檔編號C08L95/00GK1351096SQ0012314
公開日2002年5月29日 申請日期2000年10月26日 優先權日2000年10月26日
發明者李志軍, 寧愛民, 吳佩尊, 陳杰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院