專利名稱：一種廢橡膠粉改性瀝青及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性浙青的制備方法，具體是一種廢橡膠粉、改性劑、硫化劑、基質浙青組成的改性浙青的制備方法。
背景技術：
廢橡膠粉改性浙青將污染人類生活環境的廢橡膠用于浙青性能的改善，不僅能夠降低改性浙青的生產成本，而且可以提高改性浙青的各項性能。是集節能、環保和新產品開發為一體理想途徑。廢橡膠粉應用于浙青和浙青混合料改性可以取得與其他改性浙青及其浙青混合料接近的效果，而且成本低廉很多，與此同時，粘結性能也能有所改善。國內外已經有很多成功地使用廢橡膠粉改性浙青用于修建高速或高等級公路的成果。國外利用廢橡膠粉改性浙青的研究起步較早，P. Partal，F. J. Navarro等人在"Rheological characteristics of ground tire rubber-modified bitumens，， (F. J. Navarro, P.Partal, F. Mart ' inez-Boza, C. Valencia, C.Gallegos, Chemical Engineering Journal，2002，89 :53_61)禾口"Thermo—rheological behaviour and storage stability of ground tire rubber-modified bitumens" (F.J.Navarro, P.Partal, F. Marti ' nez-Boza, C. Gallegos, Fuel, 2004,83 :2041-2049)中探討了浙青-橡膠粉粘合料的流變行為；特別是橡膠粉的尺寸對浙青-橡膠粉粘合料的流變行為的影響；Hurley G，Prowell B 在 “Evaluation of Aspha_Min_for use in warm mix asphalt，，(Hurley G，Prowell B. , NCAT Report 05-04，Auburn，2005)中研究了瀝青-橡膠粉粘合料的光降角軍性會邑。Felice Giul iani 在“Effects of polymer modification on the fuel resistance of asphalt binders，， (Felice Giuliani， Filippo Merusi, Sara Filippi， Dario Biondi, Maria Letizia Finocchiaro, Giovanni Polacco, Fuel,2009)禾口 Shaopeng Wu 在“Flammability and rheological behavior of mixed flame retardant modified asphalt binders，， (Shaopeng Wu, Liantong Mo， Peiliang Cong， Jianying Yu, Xiaofeng Luo，Fuel，2008，87 :120-124)中研究了瀝青_橡膠粉粘合料的阻燃性能。Carl Thodesen 等在“Development of an empirical model for determining G*/sind in crumb rubber modified binders，，(Carl Thodesen，Khaldoun Shatanawi，Serji Amirkhanian, William Bridges, Construction and Building Materials, 2008)中用相互作用時間和溫度， (G")/sin5 參數來評價粘合料的性能.Chandra K. Akisetty 等人在 “High temperature properties of rubberized binders containing warm asphalt additives，， (Chandra K. Akisetty, Soon-Jae Lee*，Serji N. Amirkhanian, Construction and Building Materials 23(2009)565-573)中利用方差分析來評價粘合料的性能。Carl Thodesen等人在"Effect of crumb rubber characteristics on crumb rubber modified(CRM) binder viscosity, Construction and Building Materials，， (Carl Thodesen， Khaldoun Shatanawi, Serji Amirkhanian，，2009，23 :295-303)中用 SEM、DSC 等來評價加入廢橡膠粉后浙青-橡膠粉粘合料粘度和玻璃化溫度。Junan Sien等人在“ Influence of surface area and size of crumb rubber on high temperature properties of crumb rubber modified binders，， (Junan Shen, Serji Amirkhanian, Feipeng Xiao, Boming Tang, Construction and Building Materials, 2009. 23 :304-310)中闡述了不同表面積和尺寸的廢橡膠粉對浙青-橡膠粉粘合料的復數模量(G*)和相位角(δ)的影響。F. P. Miknis 在“Use of NMR imaging to measure interfacial properties of asphalts, Fuel，，(F. P. Miknis, A. T. Pauli, A. Beemer, B. Wilde, 84 (2005) 1041-1051)中用 NMR 測定了浙青-橡膠粉粘合料的表面張力。Osman Nuri Celik 等人在"Compactibility of hot bituminous mixtures made with crumb rubber-modified binders，，(0sman Nuri Celik,Cengiz Duran Atis, Construction and Building Materials,2008, 22 :1143-1147)禾口 Soon-Jae Lee 等人在"The effects of compaction temperature on CRM mixtures made with the SGC and the Marshall compactor, Construction and Building Materials" (Soon-Jae Lee a, Serji N. Amirkhanian, Seung-Zoon Kwon，2008，22 :1122-1128)中考察了的碾壓性能、碾壓溫度和壓縮系數。國內的研究雖然起步較慢，但已經取得一些應用成果。查旭東等人在“膠粉改性浙青配比及性能試驗研究”(查旭東，陳兆坤，季文廣，長沙交通學院學報，2008二4(3) 24-27)中研究了基質浙青和廢橡膠粉不同比例對改性浙青各種性能的影響。張建峰，程國香，郭皎河，傅麗等人在“廢膠粉改性浙青熱儲存穩定性的研究”(張建峰，程國香，郭皎河， 傅麗，石油浙青.2008-4 105 110)中對膠粉改性浙青熱儲存穩定性進行了一些探索試驗。滕康保，趙松等人在“橡膠粉浙青混合料的設計與施工控制”(滕康保，趙松..山西建筑.2008-3 56 60)中介紹了 Superpave橡膠粉+維他連接劑浙青混合料的最佳浙青用量確定、干法施工工藝和質量控制方法。本發明通過對廢橡膠粉改性浙青共混機理進行分析，對廢橡膠粉和浙青中添加改性劑、硫化劑來對廢橡膠粉浙青進行活化處理，使廢橡膠粉浙青的針入度、軟化點、延度等都有了顯著改善，對應的廢橡膠粉浙青高溫穩定性、溫度敏感性和抗老化性能也可以在實踐中得到改善。從而提高廢橡膠粉改性浙青公路的路用性能并且降低其成本，和減少環境污染。
發明內容
本發明通過利用廢橡膠粉、1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和石油樹脂組成的改性劑，硫磺和硫化促進劑(如四甲基秋蘭姆二硫化物)組成的硫化劑、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液和環己烷活化處理改性浙青，得到一種性能優良、低成本、生產工藝簡單的廢橡膠粉改性浙青。其中廢橡膠粉顆粒粒度為80目，改性劑選用1， 2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和石油樹脂，硫化劑選用硫磺和硫化促進劑(如四甲基秋蘭姆二硫化物)。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下一種廢橡膠粉改性浙青，它主要由廢橡膠粉、改性劑、硫化劑、基質浙青，經加熱攪拌制備而成；所述的廢橡膠粉顆粒粒度為80目，其質量為基質浙青的10% -20% ；所述的改性劑為1，2_聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物與石油樹脂混合物，其加入
4量為廢橡膠粉-基質浙青總質量的2% 8%;所述的硫化劑為可以硫化二烯類橡膠的硫化劑，其加入量為廢橡膠粉-基質浙青總質量的1% 5%。本發明的廢橡膠粉改性浙青中，所述的改性劑中石油樹脂為c5 c9石油樹脂的一種或多種。本發明的廢橡膠粉改性浙青中，所述的改性劑中石油樹脂為C5和C9石油樹脂的混合物，二者的質量比為20% 80% 80% 20%。本發明的廢橡膠粉改性浙青中，所述的改性劑中石油樹脂可以萜烯樹脂、松香樹脂或古馬隆樹脂代替。本發明的廢橡膠粉改性浙青中，所述的改性劑1，2_聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物與石油樹脂混合物中1，2-聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂質量比為23% 32% 20% 43% 23% 43%，三者百分數之和 100%。本發明的廢橡膠粉改性浙青中，所述的硫化劑為硫磺和硫化促進劑四甲基秋蘭姆二硫化物混合物，二者的質量比為50% 70% 50% 30%。本發明的廢橡膠粉改性浙青的制備方法，其特征在于在反應釜中加入相對廢橡膠膠粉-基質浙青總質量2% -8%的改性劑，相對廢橡膠膠粉-基質浙青總質量-5% 的硫化劑，相對基質浙青質量10 % -20 %的廢橡膠粉，相對基質浙青質量7. 67 % 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，相對基質浙青質量14. 67%環己烷，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發，再加入100-160°C呈流態的基質浙青，攪拌均勻后加熱至130-190°C并恒溫2-4小時，在加熱過程中不斷攪拌使其混合均勻，即得到廢橡膠改性浙青產物。本發明的的廢橡膠粉改性浙青的制備方法中，作為改性劑的1，2_聚丁二烯的數均分子量為600 2000，粘度為250 1 IOOmPs。本發明的的廢橡膠粉改性浙青的制備方法中，作為改性劑的1，2_聚丁二烯的數均分子量為900 1200，粘度為500 1150mPs。本發明的的廢橡膠粉改性浙青的制備方法中，作為改性劑的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物為線性和/或星型結構，分子量為1. OX IO5 3. OX 105，苯乙烯與丁二烯的分子比即嵌段比為20 80 80 20。本發明的的廢橡膠粉改性浙青的制備方法中，作為改性劑的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物為星型結構，分子量為1. OX IO5 3. OX 105，苯乙烯與丁二烯的分子比即嵌段比為30 70。
具體實施例方式列舉下例實施例更好地說明本發明，但本發明并不限于下述實施例。下述例中廢橡膠粉顆粒粒度為80目，改性劑選用1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和石油樹脂，硫化劑選用硫磺和硫化促進劑四甲基秋蘭姆二硫化物混合物，二者的質量比為 50% 70%: 50% 30%。。對比例未加改性劑的廢橡膠粉-浙青制備
在反應釜中加入15g廢橡膠粉，同時取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻，再升溫至130-190°c并恒溫2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表1。以下實施例是廢橡膠粉改性浙青制備例實施例1在反應釜中加入2. 3g的改性劑，15g硫化劑，15g廢橡膠粉，7. 67g 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14. 67g環己烷，其中改性劑中1.2聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂的質量比為0.23 0. 43 0. 34，石油樹脂為C5和C9石油樹脂的混合物，C5和C9石油樹脂質量比=1 1.，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物， 在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發。取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻， 再升溫至130-190°C并恒溫2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表 1。實施例2在反應釜中加入9. 2g的改性劑，1. 15g硫化劑，15g廢橡膠粉，7. 67g 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14. 67g環己烷，其中改性劑中1.2聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂的質量比為0.25 0. 40 0.35，石油樹脂為C5石油樹脂，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發。取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻，再升溫至130-190°C并恒溫2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表1。實施例3在反應釜中加入4. 6g的改性劑，1. 15g的硫化劑，加入15g廢橡膠粉，7. 67g 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14. 67g環己烷，其中改性劑中1.2聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂質量比為0.27 0.37 0.36，石油樹脂為C5 和C9石油樹脂的混合物，C5和C9石油樹脂質量比=1 1.，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發。取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻，再升溫至130-190°C并恒溫2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表1。實施例4在反應釜中加入6. 9g的改性劑，2. 3g的硫化劑，15g廢橡膠粉，7. 67g 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14. 67g環己烷，其中改性劑1. 2聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂質量比為0. 0. 34 0. 37，石油樹脂為C5和C9石油樹脂的混合物，C5和C9石油樹脂質量比=1 1.，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物， 在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發。取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻， 再升溫至130-190°C并恒溫2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表 1。
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實施例5在反應釜中加入2. 3g改性劑，5. 75g硫化劑，15g廢橡膠粉，7. 67g 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14. 67g環己烷，其中改性劑中1.2聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂質量比為0.31 0. 29 0. 40，石油樹脂為C5和C9石油樹脂的混合物，(5和(9石油樹脂質量比=4 6，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發。取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻，再升溫至130-190°C并恒溫2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表1。實施例6在反應釜中加入9. 2g的改性劑，5. 75g (膠粉-浙青粘合料總量)的硫化劑，15g廢橡膠粉，7. 67g 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，14. 67g環己烷，其中改性劑中1.2 聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂質量比為0.32 0. 25 0.43， 石油樹脂為C9石油樹脂，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發。取基質浙青，放入100-160°C烘箱內加熱至可以自由流動為止，稱取 IOOg基質浙青加入到反應釜中，邊加入邊攪拌，使之混合均勻，再升溫至130-190°C并恒溫 2-4個小時，不斷攪拌，使樣品混合均勻得產品。產品性能見表1。表1實施例改性浙青及對比例浙青性能
權利要求
1.一種廢橡膠粉改性浙青，其特征在于它主要由廢橡膠粉、改性劑、硫化劑、基質浙青，經加熱攪拌制備而成；所述的廢橡膠粉顆粒粒度為80目，其質量為基質浙青的 10%-20% ；所述的改性劑為1，2_聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物與石油樹脂混合物，其加入量為廢橡膠粉-基質浙青總質量的2% 8% ；所述的硫化劑為可以硫化二烯類橡膠的硫化劑，其加入量為廢橡膠粉-基質浙青總質量的 5%。
2.根據權利要求1所述的廢橡膠粉改性浙青，其特征在于所述的改性劑中石油樹脂為C5 C9石油樹脂的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的廢橡膠粉改性浙青，其特征在于所述的改性劑中石油樹脂為C5和C9石油樹脂的混合物，二者的質量比為20% 80% 80% 20%。
4.根據權利要求1所述的廢橡膠粉改性浙青，其特征在于所述的改性劑中石油樹脂可以萜烯樹脂、松香樹脂或古馬隆樹脂代替。
5.根據權利要求1所述的廢橡膠粉改性浙青，其特征在于所述的改性劑1，2_聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物與石油樹脂混合物中1，2_聚丁二烯丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物石油樹脂質量比為23% 32% 20% 43% 23% 43%， 三者百分數之和100%。
6.如權利要求1所述的一種廢橡膠粉改性浙青，其特征在于所述的硫化劑為硫磺和硫化促進劑四甲基秋蘭姆二硫化物混合物，二者的質量比為50% 70% 50% 30%。
7.一種廢橡膠粉改性浙青的制備方法，其特征在于在反應釜中加入相對廢橡膠膠粉-基質浙青總質量2 % -8 %的改性劑，相對廢橡膠膠粉-基質浙青總質量1 % -5 %的硫化劑，相對基質浙青質量10% -20%的廢橡膠粉，相對基質浙青質量7. 67% 丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，相對基質浙青質量14. 67%環己烷，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發，再加入100-160°C呈流態的基質浙青，攪拌均勻后加熱至130-190°C并恒溫2-4小時，在加熱過程中不斷攪拌使其混合均勻，即得到廢橡膠改性浙青產物。
8.根據權利要求7所述的廢橡膠粉改性浙青的制備方法，其特征在于作為改性劑的 1，2-聚丁二烯的數均分子量為600 2000，粘度為250 1 IOOmPs。
9.根據權利要求7所述的廢橡膠粉改性浙青的制備方法，其特征在于作為改性劑的 1，2-聚丁二烯的數均分子量為900 1200，粘度為500 1150mPs。
10.根據權利要求7所述的廢橡膠粉改性浙青的制備方法，其特征在于作為改性劑的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物為線性和/或星型結構，數均分子量為1. OX IO5 3. OX 105，苯乙烯與丁二烯的分子比即嵌段比為20 80 80 20。
11.根據權利要求10所述的廢橡膠粉改性浙青的制備方法，其特征在于作為改性劑的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物為星型結構，數均分子量為1. OX IO5 3. OX 105， 苯乙烯與丁二烯的分子比即嵌段比為30 70。
全文摘要
本發明公開了一種廢橡膠粉改性瀝青及其制備方法。通過加入相對廢橡膠膠粉-基質瀝青總質量2％-8％的改性劑，相對廢橡膠膠粉-基質瀝青總質量1％-5％的硫化劑，相對基質瀝青質量10％-20％的廢橡膠粉，相對基質瀝青質量7.67％丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物溶液，相對基質瀝青質量14.67％環己烷，所述的改性劑為1，2-聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物與石油樹脂混合物，充分攪拌均勻，直到無大團狀混合物，在室溫下放置兩個小時以上，使環己烷充分揮發，再加入100-160℃呈流態的基質瀝青，攪拌均勻后加熱至130-190℃并恒溫2-4小時，在加熱過程中不斷攪拌使其混合均勻，即得到廢橡膠改性瀝青產物。產品性能優良、成本低、生產工藝簡單。
文檔編號C08K5/01GK102417736SQ20111036627
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者全旭東, 廖國勝, 曾勤, 潘會, 肖煜, 鐘侚 申請人:武漢科技大學