高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法
2023-10-07 23:35:54 1
專利名稱：高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法
技術領域：
本發明涉及一種可用於道路鋪設高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青製備方法。
背景技術：
高聚物作為道路用瀝青材料的主要改性劑，以提高瀝青材料地力學性能和使用性能而被國內外廣泛應用，但其存在一定的局限，如高聚物與瀝青的相容性通常較差，導致改性體系的熱貯存穩定性差，分散的聚合物顆粒聚集後浮向上層，分層後以致不能使用，在實際應用中為使體系不發生相分離而採用連續攪拌的方法，但該法增加了製作工序且又增加了生產成本。
為解決以上問題，中國專利01126386.5報導了採用核-殼結構的填料單獨或與聚合物復配，作為瀝青改性劑以製備貯存穩定的改性瀝青，但該法製備工藝複雜，生產成本高。美國專利US6,558,462B1報導採用陶土等其它填料作為穩定劑投入到天然瀝青中剪切以製備貯存穩定的改性瀝青，但該法是為了解決天然瀝青固態顆粒在運輸過程中結塊而提高其熔點所採用的改性方法，並非通常意義的聚合物改性瀝青高溫貯存穩定的方法。美國專利6,310,122、6,429,241、6,441,065及6,444,731報導採用硫磺等化學交聯的方法以製備高溫貯存穩定的改性瀝青，但這些方法製備工藝複雜，改性成本高。
發明內容
本發明採用高分子加工設備，將熱塑性彈性體聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)與穩定劑矽酸鹽類無機填料直接預先共混，製備改性母料，然後再將此改性母料分散到基質瀝青中製備改性瀝青，從而大大提高SBS改性瀝青的高溫貯存穩定性。採用此種加工工藝可以起到以下效果穩定劑矽酸鹽類無機填料改變了熱塑性彈性體SBS與瀝青的密度差，其活性粒子嵌入到SBS中增大了SBS在瀝青中的體積百分率，同時瀝青中的輕質組分進入到SBS中，形成穩定的膠態體系，從而提高了瀝青與SBS之間的相容性，使SBS改性瀝青的穩定性大幅度提高。
本發明改性瀝青的製備方法包括改性母料製備和改性瀝青製備兩個過程，具體步驟如下
(1)改性母料製備過程先將SBS與穩定劑矽酸鹽類無機填料通過高分子材料加工設備，如密煉機、開煉機、單螺杆擠出機和雙螺杆擠出機等，使它們在25～200℃下混合2～20分鐘，然後通過開煉機出片後平板切粒或用塑料破碎機破碎造粒，或螺杆擠出機擠出後直接拉條切粒或磨麵切粒；
改性母料中熱塑性彈性體SBS的重量百分比為50～90％，穩定劑的重量百分比為10～50％。
(2)改性瀝青製備過程用高剪切混合設備，如高剪切混合器、膠體磨等設備，將改性母料與瀝青在120～200℃的條件下，剪切3～60分鐘，也可用普通剪切攪拌設備混合分散，只是時間要長一些。改性母料在改性瀝青中的重量百分比為2～30％，瀝青的重量百分比為70～98％。
本發明所使用的SBS分子量範圍為20,000～500,000，結構包含線型、星型，可以使用上述的一種或幾種SBS的組合物。
本發明所使用的穩定劑為高嶺土、粘土、蒙脫土、硅藻土或膨潤土的一種或上述幾種的組合物，其中它們的粒徑範圍為0.1μm～200μm。該穩定劑可以經過處理或未經過處理。本發明所使用的穩定劑較以前的報導而言，具有生產工藝簡單，成本低的特點；使用該穩定劑獲得的改性瀝青高溫貯存穩定，且具有較好的高、低溫性能，可廣泛應用於道路鋪設、防水卷材。
具體實施例方式下面實例是本發明的進一步說明，而不是限制本發明的範圍。
實施例1-6
將100g SBS(4303)與不同用量的高嶺土(煅燒超細型，20μm)在130℃左右雙輥開煉機上混合5分鐘，混煉均勻後，薄通6次後出片，用平板切粒機切粒製得改性母料。該改性母料的配方見表1(組分含量均為重量分，下同)。表中對比例1不添加高嶺土，表中對比例2將SBS與高嶺土直接投入基質瀝青中以獲得改性瀝青。
表1 SBS/高嶺土改性母料配方
改性母料編號 SBS 高嶺土
對比例1 100 0
對比例2 100 35
3 100 20
4 100 25
5 100 30
6 100 35
7 100 40
將配方為1、2、3、4、5、6和7的改性料分別為25.2g、34.3g、30.3g、31.6g、32.9g、34.3g和35.6g分別加入到600g的160℃的熱態瀝青中，用高剪切混合器攪拌分散30分鐘，製備SBS的重量含量為4％的改性瀝青。
按GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660、ASTM D4402及GB/T4509測試延伸度、軟化點、分離度、粘度和針入度等性能指標(下同)。所得改性瀝青的性能如表2。
表2高嶺土添加量對改性瀝青性能的影響
注貯存穩定條件163℃×48h
瀝青鎮海90#(下同)
如表2所示，加入含有高嶺土的SBS改性母料，改性瀝青的高溫貯存穩定性與加純SBS相比有了不同程度提高，隨著改性母料中高嶺土含量的增加，改性瀝青的貯存穩定性依次增加，當加入含35phr高嶺土的SBS改性母料，改性瀝青貯存穩定。當高嶺土用量過多或過少時，改性瀝青體系貯存穩定性變差。因此，對於同一種SBS可以通過調節母料中高嶺土的用量而獲得貯存穩定的改性瀝青。
實施例8-11
將100g SBS(4303)與適量的不同種類的高嶺土在130℃左右雙輥開煉機上混合5分鐘，混煉均勻後，薄通6次後出片，用平板切粒機切粒製得改性母料。該改性母料的配方見表2(組分含量均為重量分，下同)。
表3 SBS(4303)/不同種類高嶺土改性母料配方
改性母料編號 SBS用量 高嶺土種類 高嶺土用量
8 100 325目未煅燒型 30
9 100 325目煅燒型28
10 100 800目煅燒型32
11 100 1250目煅燒型 35
將配方為8、9、10和11的改性母料分別為32.9g、32.4g、31.7g和34.3g分別加入到600g的160℃的熱態瀝青中，用高剪切混合器攪拌分散30分鐘，製備SBS的重量含量為4％的改性瀝青。所得改性瀝青的性能如表4。
如表4所示，改性瀝青中加入適量的不同種類的高嶺土後，改性瀝青高溫貯存穩定。不同種類的高嶺土和SBS的結合力不同，適量的高嶺土投入到瀝青中均可獲得等密度改性瀝青體系，因而對於不同種類的高嶺土通過調節高嶺土的用量可獲得高溫貯存穩定的改性瀝青。
表4不同種類的陶土對改性瀝青的影響
實施例12-15
將100g不同種類的SBS與同一種高嶺土在130℃左右雙輥開煉機上混合5分鐘，混煉均勻後，薄通6次後出片，用平板切粒機切粒製得改性母料。該改性母料的配方見表5。
表5不同種類的SBS/同種高嶺土改性母料配方
改性母料編 SBS型號 SBS用量 高嶺土種類 高嶺土用量
號
12 4303 100 325目未煅 35
燒型
13 791H 100 325目未煅 30
燒型
14 801 100 325目未煅 30
燒型
15 501 100 325目未煅 32
燒型
將配方為12、13、14和15的改性母料分別為34.3g、32.9g、32.9g和31.7g分別加入到600g的160℃的熱態瀝青中，用高剪切混合器攪拌分散30分鐘，製備SBS的重量含量為4％的改性瀝青。所得改性瀝青的性能如表6。
如表6所示，改性瀝青中加入不同種類的SBS改性母料後，改性瀝青高溫貯存穩定。不同種類的SBS和高嶺土的結合力不同，調節SBS和高嶺土的配比均可獲得等密度改性瀝青體系，因而對於不同種類的SBS通過調節高嶺土的用量可獲得高溫貯存穩定的改性瀝青。
表6不同種類的SBS/同種高嶺土對改性瀝青的影響
權利要求
1.高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法，其特徵在於其製備方法如下
(1)改性母料的製備
將熱塑性彈性體聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物與穩定劑矽酸鹽無機填料加入加工設備中，在25～200℃下混煉2～20分鐘，然後進行造粒或粉碎，得到改性母料，該改性母料中熱塑性彈性體SBS的重量百分比為50～90％，穩定劑的重量百分比為10～50％；
(2)改性瀝青的製備
用高剪切混合設備將改性母料與瀝青在120～200℃的條件下，攪拌分散3～60分鐘，即得到高溫貯存穩定的改性瀝青，改性母料在改性瀝青中的重量百分比為2～30％，瀝青的重量百分比為98～70％。
2.根據權利要求1所述的高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法，其特徵在於所使用的熱塑性彈性體聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物的分子量範圍為20,000～500,000，其結構包含線型、星型的一種或上述幾種SBS的組合物。
3.根據權利要求1所述的高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法，其特徵在於所使用的穩定劑矽酸鹽無機填料，包括高嶺土、粘土、蒙脫土、硅藻土或膨潤土的一種或上述幾種的組合物，其中它們的粒徑範圍為0.1μm～200μm，該穩定劑可以是經過處理或未經過處理。
4.根據權利要求1所述的高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法，其特徵在於所述的加工設備包括密煉機、開煉機、單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機；造粒設備包括拉條切粒、磨麵切粒、平板切粒和破碎機。
5.根據權利要求1所述的高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法，其特徵在於所述的高剪切混合設備包括高剪切混合器、膠體磨。
全文摘要
本發明涉及一種用於道路鋪設高溫貯存穩定的聚合物改性瀝青材料製備方法。該方法先將熱塑性彈性體聚苯乙烯－聚丁二烯－聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)與穩定劑矽酸鹽類無機填料通過高分子加工設備預先混合，得到改性瀝青用母料，然後再通過高剪切混合器使該改性母料充分分散到基質瀝青中。本發明所得到的瀝青材料其性能優越，高溫貯存穩定，改性成本低，生產工藝簡單，可供道路鋪設、防水材料使用。
文檔編號C08L95/00GK1537894SQ200310108108
公開日2004年10月20日 申請日期2003年10月23日 優先權日2003年10月23日
發明者歐陽春發, 王仕峰, 張勇, 朱玉堂, 張隱西 申請人:上海交通大學, 上海路久橡塑新材料有限公司