一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法.pdf

本发明提供了一种储存稳定的废橡胶粉改性沥青及其制备方法。该方法是在温度为150～200℃下，将通过60目筛子的不同粒径的混合废轮胎橡胶粉、热塑性橡胶以及稳定剂按一定比例加入到基础沥青中经高剪切或胶体磨等专用设备处理，制备成具有良好的储存稳定性、高低温性能的沥青产品，该生产工艺简单，适合大规模工厂生产。

权利要求书
1、  一种废橡胶粉改性沥青，其特征在于以重量计其组成包括：
基础沥青         88.5％～97.4％，
聚合物           0.5％～5％，
废旧轮胎橡胶     1％～6％，
稳定剂           0.1％～0.5％。

2、  按照权利要求1所述的改性沥青，其特征在于所述的基础沥青选自减压渣油、直馏沥青、调合沥青。

3、  按照权利要求1或2所述的改性沥青，其特征在于所述的基础沥青针入度(25℃，0.1mm)：40～300，软化点为33℃～58℃。

4、  按照权利要求1所述的改性沥青，其特征在于所述的聚合物选自SBS、SBR橡胶。

5、  按照权利要求1所述的改性沥青，其特征在于所述的废轮胎橡胶粉的粒径为通过60目筛子的废轮胎橡胶粉或更细的废橡胶粉。

6、  按照权利要求1所述的改性沥青，其特征在于所述的稳定剂选自氧化锌、硫磺、硬脂酸盐、多烷基苯酚二硫化物，也可以是其中的一种或两种以上的混合物。

7、  一种权利要求1～6任一权利要求所述改性沥青的制备方法，采用如下过程：
(1)首先将基础沥青在150℃～200℃温度下加热熔化；
(2)加入占基础沥青总量的0.5％～5％的聚合物到基础沥青中在上述温度下剪切30～90分钟；
(3)然后再加入废旧轮胎橡胶粉，颗粒大小为通过60目筛子的废轮胎橡胶粉或更细的废橡胶粉，含量为占基础沥青总量的1％～6％；
(4)在步骤(3)中加入稳定剂，含量为占基础沥青的0.1％～0.5％，继续在上述温度下剪切60～120分钟即可制得储存稳定的废橡胶粉改性沥青。

8、  按照权利要求7所述方法，其特征在于所述的废橡胶粉改性沥青的制备过程中的加料顺序为也可以先加入废橡胶粉，然后在加入聚合物和稳定剂，或将聚合物和废橡胶粉一次投入。

说明书一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶改性沥青及其制备方法，具体地说涉及一种存贮稳定的废橡胶改性沥青及其制备方法。
发明背景
随着道路交通体系的不断完善，社会经济及汽车工业的快速发展，各种车辆产生的废旧轮胎量逐年增加，除橡胶工业和其他行业可部分利用外，还有相当的余量。
目前，处理和利用废旧轮胎橡胶的方法主要有裂解、作为建筑材料添加剂或填充剂、作为道路沥青的添加剂等几种方式。裂解法存在工艺复杂、操作困难、产品质量差、易产生环境污染等不足。作为建筑材料只能作为油毡纸、胶瓦、橡胶板块等，但这些建材产品的用量有限。把废旧轮胎磨细成为废橡胶粉用于沥青道路路面修筑，有利于消除环境污染，而且需求量较大，可以将废旧轮胎橡胶充分利用。而且还能改善沥青路面的性能。这种沥青可用于降噪路面的铺筑施工，将使城市交通噪音得到较有效的抑制，有利于环境保护，同时对道路沥青材料的技术进步有一定的促进作用。此外，用废旧橡胶粉沥青铺设的沥青路面能提高路面的耐热、耐寒性，增强防滑性进而缩短刹车制动的距离，提高了安全系数。
废橡胶粉不同于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(以下简称SBS)、丁苯橡胶(以下简称SBR)，其成份非常复杂，含有炭黑、高分子量的碳氢化合物的聚合物等，很难使得废橡胶粉颗粒能均匀地分散在沥青中，即沥青与废橡胶的相容性不好，废轮胎橡胶粉在热沥青中不能稳定分散，在不搅动热贮时，废胶粉将发生沉降。这就是以往有关施工中采用现场生产废胶粉改性沥青的原因。
为了促进废橡胶粉改性沥青的技术发展，解决废胶粉改性沥青的储存稳定性，是其技术关键。CN1114258A公开了一种废橡胶轮胎用于全天候田径跑道材料的回收利用方法，将废橡胶轮胎削成细条状及细粉，与沥青等混合使用。这种方法也是现场生产现场使用，没有解决贮存稳定性的问题，并且用量很少，不能大规模利用废旧轮胎橡胶。CN1170733A公开了一种以废橡胶生产沥青改性剂的方法，将废橡胶或者废橡胶和废塑料加热到200～500℃，通过剪切、挤压和搅拌的机械力的作用下制得膏状熔融物即成改性剂。这种沥青改性剂与沥青混合时，仍没有解决贮存稳定性问题，并且废旧轮胎橡胶属于热固性橡胶，高温加热并不能使其有效熔融，因此这种方法不适用于废旧轮胎橡胶。《新型建筑材料2001年第十一期《废胶粉改性沥青的应用实践》一文中，作者提到在胶粉加入到沥青之前，先进行改性，在表面加入所谓自由基，然后加入到沥青中，从而使体系稳定，但这种工艺过程复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用废旧轮胎胶粉，并配合适当的SBS等材料来生产一种储存稳定性较好的、具有良好的高、低温性能、适合大批量生产的废橡胶粉沥青，以及该改性沥青的生产方法。
本发明废橡胶粉改性沥青以重量计其组成包括：
基础沥青8     8.5％～97.4％
聚合物        0.5％～5％
废旧轮胎橡胶  1％～6％
稳定剂        0.1％～0.5％
上述基础沥青可以是减压渣油、直馏沥青，也可以是调合工艺得到的调合沥青等各种沥青，其基础沥青针入度(25℃，0.1mm)：40～300，软化点为33℃～58℃.所用聚合物可以选用一般橡胶改性沥青中通用的橡胶，如SBS、SBR橡胶等，废轮胎橡胶粉可以选用市售的各种橡胶粉。稳定剂包括起硫化或交联作用的物质或含硫聚合物，如：氧化锌、硫磺、硬脂酸盐、多烷基苯酚二硫化物等，也可以是其中的一种或两种以上的混合物。
本发明废旧轮胎橡胶粉改性沥青的制备过程如下：
(1)首先将基础沥青在150℃～200℃温度下加热熔化；
(2)加入占基础沥青总量的0.5％～5％的聚合物到基础沥青中在上述温度下剪切30～90分钟；高速剪切设备可以选择常规的高速剪切设备，如胶体磨、高剪切混合机等；
(3)然后再加入废旧轮胎橡胶粉，颗粒大小为：通过60目筛子的废轮胎橡胶粉或更细的废橡胶粉，一般可以选用通过80～200目筛子的废橡胶粉，含量为占基础沥青总量的1％～6％；
(4)在步骤(3)中加入稳定剂，含量为占基础沥青的0.1％～0.5％，在上述温度下继续剪切60～120分钟即可制得储存稳定的废橡胶粉改性沥青。
当然也可以先加入废橡胶粉，然后在加入聚合物和稳定剂，还可以将聚合和废橡胶粉一次投入。优选上述制备方案。
废轮胎橡胶不能与沥青交联，其成份复杂，而且胶粉颗粒几乎很难被沥青中的油份溶胀，因此很难与沥青形成稳定的分散体系。本发明废旧轮胎橡胶改性沥青以废旧轮胎橡胶粉和聚合物为共同改性剂，聚合物和废旧轮胎橡胶粉协同作用，在提高改性沥青高、低温性能的同时，还可以增强防滑性，降低噪音。更重要的是，两种改性剂在基础沥青中分散后，形成一种相互协同作用的分散体系，所加入的稳定剂更有利于促进废轮胎橡胶在沥青中的分散，并且可以阻止废轮胎橡胶粉与沥青的分离作用，提高分散体系的稳定性，使不能稳定贮存的废轮胎橡胶粉改性沥青具有良好的贮存性能，有利于废轮胎橡胶粉改性沥青的广泛应用。本发明废旧轮胎橡胶改性沥青的制备过程采用特定的稳定剂，能够获得分散均匀、贮存稳定的改性沥青产品，并且方法简单，易于操作，能耗较低。
附图说明
图1、图2是本发明实施例4改性沥青产品经离析试验后上、下部分放大100倍后的光学显微形态。
具体实施方式
本发明涉及到的储存试验参照聚合物改性沥青标准，具体方法如下：将沥青样品倒入一长型圆管中，在163±5℃的恒温箱中放置48小时后，垂直放入冰柜中冷冻4小时，平均分成三段，取上、下两段测其软化点，当上、下软化点差小于2.5℃时，便认为沥青组合物是稳定的，储存性能良好。此储存标准是针对如SBS、SBR等聚合物改性沥青，而本发明选用的废橡胶粉，其比重较大，储存后底部软化点高于顶部软化点，上、下软化点差都为负值，部分橡胶粉沉聚下来了。为了说明所制得的废橡胶粉改性沥青储存合格，本发明试验中规定废橡胶粉改性沥青储存后上、下软化点差在-2.5℃～2.5℃，就认为沥青产品储存稳定。
实施例1
400克针入度(25℃，0.1mm)：89的基础沥青，先加热熔化；加入3％的SBS橡胶(实施例中所用地SBS橡胶取自岳阳石化)，在175℃剪切60分钟；然后再加入2％的80目过筛的废轮胎橡胶粉，同时再加入0.5g的氧化锌，在相同温度下继续经高剪切混合机剪切60分钟。所得沥青产品的主要性能指标为：针入度(25℃，0.1mm)：80，延度(5℃，5cm/min，cm)：57，软化点(℃)：57.9，离析试验，上下软化点差(℃)为-1.6，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，储存稳定性良好。
实施例2
400克针入度(25℃，0.1mm)：122的基础沥青，先加热熔化；然后加入1％的SBS橡胶，在160℃剪切30分钟；然后再加入5％的140目废轮胎橡胶粉，同时再加入2.0g氧化锌，在180℃经高剪切混合机剪切120分钟。所得沥青产品的主要性能指标为：针入度(25℃，0.1mm)：104，延度(5℃，5cm/min，cm)：11，软化点(℃)：48.1，离析试验，上下软化点差(℃)：-2.3，储存稳定性合格。
实施例3
本实施例和实施例2相比，不同之处在于，增加了SBS的加入量，本实施例加入4％的SBS橡胶，橡胶粉的粒径为200目。所得沥青产品的主要性能指标为：针入度(25℃，0.1mm)：94，延度(5℃，5cm/min，cm)：46，软化点(℃)：56.6，离析试验，上下软化点差(℃)：-1.2，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀，而且所得到的沥青产品性能也比较好。
实施例4
400克针入度(25℃，0.1mm)：122的基础沥青，先加热熔化；然后加入5％的SBS橡胶，在190℃剪切90分钟；然后再加入3％的120目的废轮胎橡胶粉；同时再加入1.0g氧化锌和1.0g 2，2-二硫化双(6-叔丁基对甲酚)的混合物，在相同温度下继续经高剪切混合机剪切90分钟。所得沥青产品的主要性能指标为：针入度(25℃，0.1mm)：112，延度(5℃5cm/min，cm)：54，软化点(℃)：56.4，离析试验，上下软化点差(℃)：-1.4。取储存后的试样，用光学显微镜观察上、下沥青样品，其光学显微形态见图1和图2。比较例
400克针入度(25℃，0.1mm)：120的基础沥青，先加热熔化；然后再加入5％的140目废轮胎橡胶粉，同时再加入2.0g氧化锌，在180℃经高剪切混合机剪切120分钟。所得沥青产品的主要性能指标为：针入度(25℃，0.1mm)：107，延度(5℃，5cm/min，cm)：10，软化点(℃)：45.1，离析试验，上下软化点差(℃)：-10.5，储存稳定性不好。
废橡胶不同于SBS等聚合物，不能够在沥青中形成交联的空间网络结构，其成份复杂，而且胶粉颗粒几乎很难被沥青中油份溶胀。通过储存试验发现废橡胶粉沥青储存后上下软化点差均为负值，很明显大部分胶粉颗粒都沉聚下来了，所以要制备储存稳定的废旧橡胶粉改性沥青必须使废橡胶粉稳定的分散在沥青中。采用本发明实施方法4所制备的改性沥青能解决废橡胶粉改性沥青的储存稳定性，使得废橡胶粉较均匀的分散在沥青中而不发生分层、凝聚现象。通过储存后的显微镜照片图1、图2，可以看出废橡胶粉颗粒能够较均匀的分散在沥青中。储存试验上下软化点差，其值为-1.4℃，说明废橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀。改性后沥青的软化点为56.4℃，而沥青原料的软化点为44.4℃，说明改性后沥青的高温性能有很大程度的提高。