一種用於寒區的瀝青組合物的製備方法
2023-05-10 05:17:11 2
專利名稱：一種用於寒區的瀝青組合物的製備方法
技術領域：
本發明屬於一種瀝青材料組合物的製備方法，更具體地說是屬於一種用於寒區的瀝青組合物的製備方法。
石油瀝青由於具有良好的可塑性、粘附性及粘彈性，一直作為世界各國道路鋪築最主要的有機粘結材料。但隨著交通運輸行業的發展，交通運輸量的密度大量增加，高等級路面的使用特點是交通密度大、車輛大型化、超載加重、荷載作用時間短、車速增加及密度增加很快。由於這些原因，使原有普通瀝青路面遭到了嚴重的破壞，尤其在高溫情況下，擁擠癰包嚴重。南方雨季時老化及受水浸泡後剝離等情況時有發生。在北方嚴寒地區，由於晝夜溫差較大及夜間溫度過低，造成地面低溫反射裂縫及凍融現象，導致路面的各方面性能下降，加速路面的破壞。因此有必要對瀝青材料進行性能改進，主要使用高分子聚合物對瀝青進行改性來改善瀝青的粘彈性及流變特性，較常用的瀝青改性劑一般為低密度聚乙烯(LDPE)、無規聚丙烯(APP)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、丁苯橡膠(SBR)及乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚胺類、聚酯類、環氧樹脂類等。
CN1048867公開的複合改性瀝青的製備方法中，先用聚合物SBS與瀝青製備瀝青母液，然後加入用溶脹調節劑預處理過的碳黑，攪拌均勻。該方法加入碳黑的主要目的改善瀝青的抗老化性能，此方法也主要用於現場拌和，可以不考慮瀝青與聚合物的融合穩定性問題。
CN1138869A公開的瀝青-聚合物組合物的製備方法中，是通過在100℃～230℃下將瀝青用硫固化的彈性體和由烯烴共聚物、給硫體偶合劑組成的聚合物添加劑，在一起攪拌而成。由該方法製備的產品機械性能得到改善。
CN1168149A中製備具有寬塑性範圍的聚合物改性瀝青，在CN1138869A中製備的改性瀝青的基礎上加入磷酸類化合物，得到交聯類瀝青/聚合物組合物，這種瀝青的穩定性較好，可以直接或以稀釋狀態製備瀝青路面的粘合劑。但這兩種方法都未涉及到聚合物的類型及性能，加入磷酸類物質可以加速瀝青的老化，至使瀝青的脆性增加，低溫性能較差。
CN1107488A公開了一種複合道路瀝青及其製備方法，該複合道路瀝青主要包括渣油、催化劑、增塑劑、防滑劑、防焦劑和中性調節劑，其製備方法是在渣油中加入強氧化劑高錳酸鉀、增塑劑、防滑劑、防焦劑、中性調節劑(酸性化合物)等，由於氧化劑將瀝青中的部分物質氧化成瀝青質，較大地影響了瀝青的穩定性，該方法也比較適用於現場施工，但該產品的低溫抗開裂性能並未得到改善。
而專門針對寒冷地區的聚合物改性道路瀝青的製備方法報導不多，北方寒冷地區的晝夜溫差可達20～40℃，因此要求面層材料即要有較好的抗高溫老化能力，同時更要有優良的抗低溫特性，嚴寒地區由於夜間氣溫低，容易產生地面的反射裂縫，發生凍融現象，這就要求面層的瀝青材料具有良好的柔韌性，低溫延展性及較高的粘附性能增加抗冰雪凍融的能力。
本發明的目的是提供一種用於寒區的瀝青組合物的製備方法，由該方法製得的組合物應具有良好的低溫性能。
本發明提供的瀝青組合物的製備方法為將85～94.9重％的瀝青加熱至100～220℃最好是150～190℃，依次加入2.5～10重％的II類聚合物、2.5～10重％的I類聚合物和0.1～2重％的反應助劑，在攪拌下反應0.1～3小時最好是0.2～1.5小時。
所述的瀝青是選自石油瀝青、煤焦油瀝青、油砂瀝青、天然瀝青之中的一種或一種以上的混合物，瀝青的飽和烴為5～25重％，芳香烴為30～60重％，膠質為20～40重％，瀝青質為5～15重％。其中石油瀝青是選自直餾瀝青、溶劑脫油瀝青、氧化瀝青、半氧化瀝青之中的一種或一種以上的混合物。直餾瀝青可以是原油經常壓蒸餾得到的常壓渣油，也可以是原油經減壓蒸餾得到的減壓渣油。
所述的II類聚合物選自低密度聚乙烯(LDPE)、無規聚丙烯(APP)、乙烯-丙烯-二烯的三元共聚物(EPDM)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的一種。其中PE、APP、EPDM要經過改性，其改性是與聚胺類或聚酯類形成共聚物；PE、APP、EPDM可以經過接枝，其接枝基團為羧基(-COOH)、氨基(-NH2)、羰基(-C＝O)。II類聚合物主要用於改善瀝青的低溫性能及粘度，同時用於改善瀝青與聚合物的相容混合。瀝青組合物的低溫性能主要反映在其脆點及低溫(5℃)延度上，低溫性能好的瀝青組合物脆點低、低溫(5℃)延度大。
所述的I類聚合物為苯乙烯-共軛二烯聚合物，既可以是二嵌段聚合物，也可以是三嵌段聚合物，還可以是丁苯橡膠(SBR)，通常使用SBR膠乳。所述的共軛二烯丁二烯或異戊二烯。I類聚合物主要用於提高瀝青的高溫性能及粘韌性。
所述的反應助劑是選自有機過氧化物交聯劑、金屬氧化物交聯劑、樹脂類交聯劑、硫化物交聯劑、硫磺類、硫化促進劑之中的一種或一種以上的混合物。反應助劑的作用在於提高聚合物與瀝青相容的穩定性，聚合物在其中為分散相，瀝青為連續相，反應助劑則成為分散相與連續相之間的連接橋梁。加入反應助劑可以加快反應速度，縮短反應時間，製備粘韌性更好的瀝青產品，同時穩定性良好。
瀝青組合物的貯存穩定性是指組合物在一定的溫度下放置數天後，瀝青與聚合物仍處於均相的相溶狀態。貯存穩定性用離析實驗來表示，其測試方法如下將瀝青放置在一長形管中，在160℃以上的高溫下放置48～50小時，以管中上、下層各1/3部分瀝青的軟化點之差來表示組合物穩定性的狀態。當軟化點之差低於4℃時，瀝青與聚合物基本不發生相分離現象，是貯存穩定性良好的組合物。軟化點溫度相差越小越好，穩定性能不好的改性瀝青經離析實驗後，聚合物改性劑與瀝青即發生相分離現象，軟化點之差較大。
本發明的主要優點在於1、該方法生產工藝簡單，不需要特殊複雜的設備；2、由該方法製備的瀝青產品具有良好的低溫性能，低溫脆點為-10℃～-20℃左右，低溫延度(5℃)從10釐米左右提高到40釐米以上，可以較大地緩解北方嚴寒地區的路面損害情況；3、瀝青與聚合物改性劑的相容性及穩定性良好，適合煉廠及公路部門生產及包裝運輸。
下面結合實施例對本發明提供的聚合物-瀝青組合物的製備方法予以進一步說明，但並不因此而限制本發明。
本發明所用的瀝青原料的性質如表1所示。高速剪切機型號為L100，由江蘇啟東化工設備廠生產。脆點和延度分別根據GB/T4510和GB/T4508進行分析，離析試驗是根據ASTM D5892-96a提供的方法進行測試，瀝青的粘韌性及韌性測定根據T0624-93進行測定，粘度根據SH/T0557提供的方法進行測試。
實施例1先將534克溶劑脫油瀝青A預熱到180℃，然後依次加入30克II類聚合物LDPE(其商品牌號為F-475型，由燕山石化公司生產)、30克I類聚合物SB(其中苯乙烯含量為70％，由吉林化學工業公司生產)、6克反應助劑硫磺，反應溫度控制不變，在高速剪切機L100中攪拌，轉速為2000轉/分鐘，反應1.5小時後，即製得瀝青組合物產品。試驗結果如表2所示。
從表2可以看出，瀝青組合物的脆點為-14℃，低溫(5℃)延度為47釐米。
對比例1與實施例1相比，對比例1中沒有加入II類聚合物，其它條件均相同。試驗結果如表2所示。
從表2可以看出，瀝青組合物的脆點為-10℃，比實施例2中的脆點高4℃；低溫(5℃)延度為20釐米，比實施例1中的低溫(5℃)延度低27釐米，說明如果不在組合物中加入II類聚合物，則其低溫性能較差。
實施例2先將558克溶劑脫油瀝青A預熱到170℃，然後依次加入12克II類聚合物EVA(其商品牌號為150/19型，由美國杜邦公司生產)、24克I類聚合物SBS(其中苯乙烯含量為40％，其商品牌號為1403型，由燕山石化公司生產)、6克反應助劑硫磺，反應溫度控制不變，在高速剪切機L100中攪拌，轉速為2000轉/分鐘，反應1.5小時後，即製得瀝青組合物產品。試驗結果如表2所示。
從表2可以看出，瀝青組合物的脆點為-15℃；低溫(5℃)延度為40釐米。
對比例2與實施例2相比，對比例2中沒有加入反應助劑，其它條件均相同。試驗結果如表2所示。
從表2可以看出，瀝青組合物的脆點為-12℃，低溫(5℃)延度為25釐米，離析試驗後軟化點之差為46.5℃。與實施例2相比，則其低溫性能、貯存穩定性及粘韌性、韌性降低。
實施例3將546克煤焦油瀝青B預熱到170℃，然後依次加入30克II類聚合物EPDM(由吉林化學工業公司生產)、21克I類聚合物SB(其中苯乙烯含量為72％，由吉林化學工業公司生產)、3克反應助劑硫磺，反應溫度控制不變，在高速剪切機L100中攪拌，轉速為2000轉/分鐘，反應1小時後，即製得瀝青組合物產品。試驗結果如表3所示。
從表3可以看出，瀝青組合物的脆點為-18℃，5℃延度為45釐米，瀝青的粘韌性為19牛頓·米，韌性為15.2牛頓·米，瀝青經薄膜烘箱老化後針入度比達85％，粘度變化很小，說明瀝青組合物的老化性能良好。
實施例4將510克煤焦油瀝青B預熱到170℃，然後依次加入20克II類聚合物LDPE(其商品牌號為F-475型，由燕山石化公司生產)、48克I類聚合物SBR膠乳(其中苯乙烯含量為75％，其商品牌號為1500型，由齊魯石化公司生產)、12克反應助劑硫磺，反應溫度控制不變，在高速剪切機L100中攪拌，轉速為1500轉/分鐘，反應1小時後，即製得瀝青組合物產品。試驗結果如表3所示。
從表3可以看出，瀝青組合物的脆點為-20℃，低溫(5℃)延度為58釐米，瀝青的粘韌性達21.2牛頓·米，韌性為16.8牛頓·米，瀝青經薄膜烘箱老化後粘度變化很小，說明瀝青組合物不僅低溫性能良好，而且老化後性能也很穩定。
對比例3與實施例4相比，對比例3中沒有加入II類聚合物，僅加入I類聚合物SBS，其它條件均相同。試驗結果如表3所示。
從表3可以看出，瀝青組合物的脆點為-8℃，比實施例4中的脆點高12℃；低溫(5℃)延度僅為4.3釐米，比實施例4中的低溫(5℃)延度低53.7釐米，說明如果不在組合物中加入II類聚合物和反應助劑，則其低溫性能較差。
表1
表2
表權利要求
1.一種用於寒區的瀝青組合物的製備方法，其特徵在於先將85～94.9重％的瀝青加熱至100～220℃，依次加入2.5～10重％的II類聚合物、2.5～10重％的I類聚合物和0.1～2重％的反應助劑，在攪拌下反應0.1～3小時。
2.按照權利要求1的製備方法，其特徵在於反應溫度為150～190℃，反應時間為0.2～1.5小時。
3.按照權利要求1的製備方法，其特徵在於所述的瀝青是選自石油瀝青、煤焦油瀝青、油砂瀝青、天然瀝青之中的一種或一種以上的混合物，瀝青的飽和烴為5～25重％，芳香烴為30～60重％，膠質為20～40重％，瀝青質為5～15重％。
4.按照權利要求3的製備方法，其特徵在於所述的石油瀝青是選自直餾瀝青、溶劑脫油瀝青、氧化瀝青、半氧化瀝青之中的一種或一種以上的混合物。
5.按照權利要求4的製備方法，其特徵在於所述的直餾瀝青可以是原油的常壓渣油，也可以是原油的減壓渣油。
6.按照權利要求1的製備方法，其特徵在於所述的II類聚合物選自低密度聚乙烯、無規聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯的三元共聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一種。
7.按照權利要求6的製備方法，其特徵在於所述的低密度聚乙烯、無規聚丙烯或乙烯-丙烯-二烯的三元共聚物要經過改性，其改性是與聚胺類或聚酯類形成共聚物。
8.按照權利要求6的製備方法，其特徵在於所述的低密度聚乙烯、無規聚丙烯或乙烯-丙烯-二烯的三元共聚物可以經過接枝，其接枝基團為羧基、氨基、羰基。
9.按照權利要求1的製備方法，其特徵在於所述的I類聚合物為是苯乙烯-共軛二烯聚合物。
10.按照權利要求9的製備方法，其特徵在於所述的苯乙烯-共軛二烯聚合物可以是二嵌段聚合物，也可以是三嵌段聚合物，還可以是丁苯橡膠。
11.按照權利要求9或10的製備方法，其特徵在於所述的共軛二烯為丁二烯或異戊二烯。
12.按照權利要求1的製備方法，其特徵在於所述的反應助劑是選自有機過氧化物交聯劑、金屬氧化物交聯劑、樹脂類交聯劑、硫化物交聯劑、硫磺類、硫化促進劑之中的一種或一種以上的混合物。
全文摘要
一種用於寒區的瀝青組合物的製備方法,是將85～94.9%重%的瀝青加熱至100～220℃,依次加入2.5～10重%的苯乙烯/共軛二烯系列聚合物、2.5～10重%的烯烴類聚合物和0.1～2重%的反應助劑,在攪拌下反應0.1～3小時。該方法生產工藝簡單,原料來源廣,該方法製得的瀝青組合物具有低溫性能良好、粘韌性高等優點,主要用於晝夜溫差較大的冬寒地區的高等級道路瀝青的鋪築,瀝青應用在這種路面上具有抗冰雪凍融能力強、抗低溫開裂及與石料的粘附性能較高的特點。
文檔編號C08L95/00GK1299847SQ9912594
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月13日 優先權日1999年12月13日
發明者郭淑華, 黃偉祈, 張百春, 佘玉成, 王子軍 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石油化工集團公司石油化工科學研究院