一種坡縷石組合物改性瀝青及其製備方法

2023-09-19 16:03:35

專利名稱：一種坡縷石組合物改性瀝青及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性瀝青及其製備方法，特別涉及一種坡縷石組合物改性瀝青及其製備方法。
背景技術：
目前，國內外研製應用的改性瀝青主要有三大類一是橡膠類，包括天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、聚丁二烯(CR)、丙烯腈-丁二烯高聚物(ABR)等。以SBR(丁苯橡膠)為代表，其主要改善基質瀝青的低溫性能，一般都使改性後的瀝青材料用在較為寒冷的地區；二是熱塑性橡膠類，包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、SIS加氫改性共聚物、SBS加氫改性共聚物(SEPS)等。典型的改性劑是SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)，它不但能夠改善基質瀝青的抗低溫開裂性能，而且能夠提高基質瀝青耐高溫性能和熱穩定性，因而SBS改性瀝青用途較為廣泛，但是SBS材料的價格很高、且和瀝青的混融較為困難，並伴有嚴重的離析現象；第三類是熱塑性樹脂類，包括熱固性和熱塑性樹脂兩種，前者有乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯等。後者有環氧樹脂、酚醛樹脂等。以PE(聚乙烯)，APP(無規聚乙烯)為代表，主要改善基質瀝青的耐高溫性能，適用於炎熱地區。
上述第三大類改性瀝青，有的適用於寒冷地區，有的適用於炎熱地區，但其綜合性能都不夠好，如抗高、低溫性能，抗老化性能及成本。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點而提供一種成本低，抗高、低溫性能和抗老化性能優良的一種坡縷石組合物改性瀝青。
本發明的另一目的在於提供一種製備坡縷石組合物改性瀝青的方法。
本發明一種坡縷石組合物改性瀝青，是由下述重量份數的原料組成基質瀝青 90～95份提純坡縷石或有機改性坡縷石 1～3份丁苯橡膠 2～5份增黏劑 1～4份。
為達到更好的效果，所述丁苯橡膠粒度為100～200微米；所述增黏劑為聚氯乙烯樹脂、酚醛樹脂或天然瀝青。
本發明坡縷石組合物改性瀝青的製備方法如下1)將提純坡縷石或有機改性坡縷石1～3份加入到90～95份熔融的基質瀝青中，進行攪拌；2)在攪拌速度20～100轉/分鐘的情況下，先後加入2～5份粒度為100～200微米的丁苯橡膠和1～4份增黏劑，攪拌均勻；3)將上述混合物維持溫度在170～190℃範圍內，在4000～6000轉/分鐘的轉速下，高速剪切40～60分鐘，剪切共混均勻，即為本發明產品。
在上述製備方法中，提純坡縷石的製備方法為將坡縷石用水按固液重量比1∶5～20浸泡20～30小時，再用高速攪拌機在3000～5000轉/分鐘下攪拌5～20分鐘，靜置20～30小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在100～120℃下乾燥後，研細至100～200微米，製得提純坡縷石。
有機改性坡縷石的製備方法為將上述提純坡縷石與NaCl或Na2CO3按重量比1～4∶1，在PH＝9～11，溫度在60～80℃的條件下攪拌6～12小時後，離心清洗乾燥，研細至100～200微米；然後將上述鈉化坡縷石與十六烷基三甲基溴化銨按重量比1～5∶1，溫度在80～85℃的條件下攪拌8～12小時後，離心清洗乾燥，研細至100～200微米，製得有機改性坡縷石。
坡縷石組合物改性瀝青具有如下優點1、坡縷石屬於一種礦產資源，在改性瀝青中放出的有毒氣體少、汙染小。
2、由於坡縷石具有較大的比表面積和特殊的層鏈狀結構，其組合物改性瀝青在掃描電鏡下結構都呈現波浪層狀結構，這種結構使改性劑與瀝青之間有較大的表面接觸面積，使基質瀝青的高低溫性能得到改善；通過透射電鏡觀察到坡縷石纖維狀顆粒和其他改性劑顆粒均勻的分布在瀝青中，使改性瀝青體系穩定；由於坡縷石的層鏈狀結構特點，通過用X光衍射進一步表明瀝青中的部分物質插入坡縷石層間使得坡縷石的層間距增大1.3納米左右，其層狀結構部分更容易剝離形成剝離型納米粒子，納米粒子所具有的特殊性能，如熱穩定性、高強度和抗老化性能反映在改性瀝青中。
3、坡縷石粘土是一種重要的非金屬礦產，我國的坡縷石主要分布在蘇北-皖東、河北、內蒙古、山西、甘肅、青海、四川、貴州、安徽等地，資源非常豐富，僅甘肅臨澤坡縷石探明儲量為7億噸。所以使用坡縷石作為改性劑能夠降低改性瀝青的成本，是一種理想的改性材料。


圖1是本發明提純坡縷石組合物改性瀝青透射電鏡照片。
圖2是本發明有機改性坡縷石組合物改性瀝青透射電鏡照片。
圖3是本發明坡縷石組合物改性瀝青老化前性能。
圖4是本發明坡縷石組合物改性瀝青對旋轉薄膜烘箱老化試驗後瀝青性能的影響。
圖5是本發明坡縷石組合物改性瀝青結果分析。
具體實施例方式實施例1將坡縷石用水按固液重量比1∶5浸泡20小時，再用高速攪拌機在3000轉/分鐘下攪拌5分鐘，靜置20小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在100℃下乾燥後，研細至100微米，製得提純坡縷石；將1份提純坡縷石加入90份熔融的基質瀝青中，並不斷的攪拌避免局部過熱，在攪拌速度為20轉/分鐘的轉速下，先後加入2份粒度為100微米的丁苯橡膠和3份天然瀝青，攪拌均勻；然後維持溫度在170℃，在4000轉/分鐘的轉速下，高速剪切40分鐘，使其高溫剪切共混均勻，即為本發明產品。
實施例2將坡縷石用水按固液重量比1∶20浸泡30小時，再用高速攪拌機在5000轉/分鐘下攪拌20分鐘，靜置30小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在120℃下乾燥後，研細至200微米，製得提純坡縷石；將3份過篩的提純坡縷石加入95份熔融的基質瀝青中，並不斷的攪拌避免局部過熱，在攪拌速度為100轉/分鐘的轉速下，先後加入5份的粉末丁苯橡膠和4份酚醛樹脂，攪拌均勻；然後維持溫度在190℃，在6000轉/分鐘的轉速下，高速剪切60分鐘，使其高溫剪切共混均勻，即為本發明產品。經測定5度延度(5釐米/分鐘、5攝氏度、釐米)為大於150，25度針入度(25攝氏度、100克、5秒、0.1毫米)為61，軟化點為60℃；旋轉薄膜烘箱實驗(RTF0T)後5度延度(5釐米/分鐘、5攝氏度、釐米)為100，針入度比(％)為80。
實施例3
將坡縷石用水按固液重量比1∶10浸泡24小時，再用高速攪拌機在4000轉/分鐘下攪拌10分鐘，靜置24小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在105℃下乾燥後，研細至150微米，製得提純坡縷石；將2份提純坡縷石加入92份熔融的基質瀝青中，並不斷的攪拌避免局部過熱，在攪拌速度為40轉/分鐘的轉速下，先後加入2份粒度為150微米的丁苯橡膠和3份聚氯乙烯樹脂，攪拌均勻；然後維持溫度在180℃，在5000轉/分鐘的轉速下，高速剪切40分鐘，使其高溫剪切共混均勻，即為本發明產品。經測定產品5度延度(5釐米/分鐘、5℃、釐米)為145，25度針入度(25℃、100克、5秒、0.1毫米)為55，軟化點為56℃；旋轉薄膜烘箱實驗(RTFOT)後5度延度(5釐米/分鐘、5℃、釐米)為106，針入度比(％)為83。
實施例4將坡縷石用水按固液重量比1∶15浸泡26小時，再用高速攪拌機在3500轉/分鐘下攪拌15分鐘，靜置26小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在110℃下乾燥後，研細至130微米，製得提純坡縷石；將上述提純坡縷石與NaCl或Na2CO3按重量比1∶1，在PH＝9，溫度在60℃的條件下攪拌6小時後，離心清洗乾燥，研細至100微米；將上述鈉化坡縷石與十六烷基三甲基溴化銨按重量比1∶1，溫度在80℃的條件下攪拌8小時後，離心清洗乾燥，研細至100微米，製得有機改性坡縷石；將1份提純坡縷石加入91份熔融的基質瀝青中，並不斷的攪拌避免局部過熱，在攪拌速度為60轉/分鐘的轉速下，先後加入3份粒度為100微米的丁苯橡膠和4份酚醛樹脂，攪拌均勻；然後維持溫度在175℃，在4500轉/分鐘的轉速下，高速剪切45分鐘，使其高溫剪切共混均勻，即為本發明產品。
實施例5將坡縷石用水按固液重量比1∶10浸泡26小時，再用高速攪拌機在4000轉/分鐘下攪拌10分鐘，靜置24小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在105℃下乾燥後，研細至150微米，製得提純坡縷石；將上述提純坡縷石與NaCl或Na2CO3按重量比4∶1，在PH＝11，溫度在80℃的條件下攪拌12小時後，離心清洗乾燥，研細至200微米；將上述鈉化坡縷石與十六烷基三甲基溴化銨按重量比5∶1，溫度在85℃的條件下攪拌12小時後，離心清洗乾燥，研細至100微米，製得有機改性坡縷石；將1份提純坡縷石加入91份熔融的基質瀝青中，並不斷的攪拌避免局部過熱，在攪拌低於50轉/分鐘的轉速下，先後加入4份粒度為170微米的丁苯橡膠和4份天然瀝青，攪拌均勻；然後維持溫度在175℃，在4500轉/分鐘的轉速下，高速剪切45分鐘，使其高溫剪切共混均勻，即為本發明產品。
實施例6將坡縷石用水按固液重量比1∶10浸泡26小時，再用高速攪拌機在4000轉/分鐘下攪拌10分鐘，靜置24小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在105℃下乾燥後，研細至150微米，製得提純坡縷石；將上述提純坡縷石與NaCl或Na2CO3按重量比2∶1，在PH＝10，溫度在70℃的條件下攪拌9小時後，離心清洗乾燥，研細至150微米；將上述鈉化坡縷石與十六烷基三甲基溴化銨按重量比3∶1，溫度在82℃的條件下攪拌10小時後，離心清洗乾燥，研細至150微米，製得有機改性坡縷石；將2份提純坡縷石加入94份熔融的基質瀝青中，並不斷的攪拌避免局部過熱，在攪拌低於80轉/分鐘的轉速下，先後加入3份粒度為150微米的丁苯橡膠和4份聚氯乙烯樹脂，攪拌均勻；然後維持溫度在180℃，在5000轉/分鐘的轉速下，高速剪切50分鐘，使其高溫剪切共混均勻，即為本發明產品。經測定5度延度(5釐米/分鐘、5攝氏度、釐米)為146，25度針入度(25攝氏度、100克、5秒、0.1毫米)為63，軟化點為56℃；旋轉薄膜烘箱實驗(RTFOT)後5度延度(5釐米/分鐘、5攝氏度、釐米)為81，針入度比(％)為75。
提純坡縷石或有機改性坡縷石兩種組合物改性瀝青的軟化點和低溫延度都有提高，瀝青的高低溫性能均得到改善。有機坡縷石組合物的改性瀝青低溫性能效果優於坡縷石組合物改性瀝青。
同時，提純坡縷石或有機改性坡縷石兩種組合物改性瀝青在旋轉薄膜烘箱實驗之後不僅保持了很好的低溫性能，而且針入度損失小，證明改性瀝青的抗老化性能良好。
權利要求
1.一種坡縷石組合物改性瀝青，它是由下述重量份數的原料組成基質瀝青 90～95份提純坡縷石或有機改性坡縷石1～3份丁苯橡膠 2～5份增黏劑1～4份。
2.根據權利要求1所述的一種坡縷石組合物改性瀝青，其特徵在於所述丁苯橡膠粒度為100～200微米。
3.根據權利要求1所述的一種坡縷石組合物改性瀝青，其特徵在於所述增黏劑為聚氯乙烯樹脂、酚醛樹脂或天然瀝青。
4.一種如權利要求1所述的坡縷石組合物改性瀝青的製備方法，其步驟如下1)將提純坡縷石或有機改性坡縷石1～3份加入到90～95份熔融的基質瀝青中，進行攪拌；2)在攪拌速度低於100轉/分鐘的情況下，先後加入2～5份粒度為100～200微米的丁苯橡膠和1～4份增黏劑；3)將上述混合物維持溫度在170～190℃範圍內，在4000～6000轉/分鐘的轉速下，高速剪切40～60分鐘，剪切共混均勻，製成產品。
5.根據權利要求4所述的一種坡縷石組合物改性瀝青的製備方法，其特徵在於所述提純坡縷石製備方法為將坡縷石用水按固液重量比1∶5～20浸泡20～30小時，再用高速攪拌機在3000～5000轉/分鐘下攪拌5～20分鐘，靜置20～30小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在100～120℃下乾燥後，研細至100～200微米。
6.根據權利要求4所述的一種坡縷石組合物改性瀝青的製備方法，其特徵在於所述有機改性坡縷石的製備方法為將坡縷石用水按固液重量比1∶5～20浸泡20～30小時，再用高速攪拌機在3000～5000轉/分鐘下攪拌5～20分鐘，靜置20～30小時，取上層懸浮液，經離心脫水並在100～120℃下乾燥後，研細至100～200微米，製得提純坡縷石；將上述提純坡縷石與NaCl或Na2CO3按重量比1～4∶1，在PH＝9～11，溫度在60～80℃的條件下攪拌6～12小時後，離心清洗乾燥，研細至100～200微米；將上述鈉化坡縷石與十六烷基三甲基溴化銨按重量比1～5∶1，溫度在80～85℃的條件下攪拌8～12小時後，離心清洗乾燥，研細至100～200微米，製得有機改性坡縷石。
全文摘要
一種坡縷石組合物改性瀝青，它是由重量比為90～95份基質瀝青，1～3份坡縷石，2～5份的丁苯橡膠，1～4份增黏劑組成；其製備方法是先將坡縷石進行提純處理或進行有機改性處理後研細至100～200微米後，加入到熔融的基質瀝青中，在緩慢攪拌中加入丁苯橡膠和增黏劑，經高速剪切使其共混均勻而製成；該坡縷石組合物改性瀝青具有良好的高溫性能、抗低溫開裂性和抗老化性能等特點，同時，由於坡縷石資源豐富，所以降低了改性瀝青的成本。
文檔編號C08K9/00GK1730563SQ20051009286
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月23日 優先權日2005年8月23日
發明者王雲普, 王有朋, 張繼, 劉小平, 劉東傑, 高敬民 申請人:西北師範大學