一種橡膠瀝青穩定劑及其製備方法與流程
2023-08-02 05:25:46
本發明屬於道路工程領域，涉及橡膠瀝青外加劑，一種橡膠瀝青穩定劑及其製備方法。
背景技術：
：由於我國經濟飛速發展，人民生活條件得到極大改善，國內車輛數量逐年增加，致使廢棄輪胎的存儲量爆炸式增長，對環境造成了巨大壓力，有效處理廢棄輪胎成為我國的當務之急。將廢棄輪胎加工成橡膠粉，按一定的粗細級配比例進行組合加入到瀝青中，在一定條件下充分拌合進而製成橡膠瀝青。橡膠瀝青的優勢有以下幾點：1)可以有效的處理大量廢棄輪胎，緩解環境壓力，達到資源再次利用的目的。2)橡膠瀝青的生產成本相對其他改性瀝青的生產成本要低很多，具有經濟優勢；3)通過大量試驗表明橡膠瀝青的路用效果和其他改性瀝青相差無幾，同時會有降低路面噪音的作用。但是，橡膠瀝青作用在道路工程上還有一些不足之處需要來克服，其中最顯著的不足就是橡膠瀝青的存儲穩定性較差與高溫粘度過高。首先，由於膠粉聚合物相比於瀝青基質有較大的密度，在高溫靜置儲存的時候會發生沉降分離，上下層的性能差距過大，導致普通的橡膠瀝青需要即產即用，不能運輸和儲存。再者，由於較多的膠粉摻入，導致橡膠瀝青的高溫粘度很高，給施工帶來很大困難。改善橡膠瀝青的儲存穩定性與降低橡膠瀝青的高溫粘度已然成為橡膠瀝青研究的熱點和前沿。之前有一些研究都主要集中在膠粉與瀝青基質的改善上：採用高速剪切、混煉擠出或者用微波照射等一些物理改性方法來完成對廢棄橡膠粉的脫硫與降解。但是生產效率低，不適合大規模生產。德國最先提出向橡膠瀝青內加入VESTENAMER(TOR)增強膠粉與瀝青的界面結合，改善瀝青與膠粉的相容性，這表明通過添加外加劑實現解決橡膠瀝青的儲存穩定性與高溫粘度問題是可行的。由於現在TOR產品價格十分高昂，因此研究出一種性能好、性價比高的橡膠瀝青穩定劑是非常具有現實意義。技術實現要素：針對現有技術存在的不足，本發明的目的在於，提供一種橡膠瀝青穩定劑及其製備方法，該穩定劑能夠降低瀝青高溫粘度，提高其儲存穩定性。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案予以實現：一種橡膠瀝青穩定劑，包括以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷、納米巰基乙酸鑭、硬脂酸鈰、水滑石粉、白雲母粉、鈦酸正丁酯和增塑劑。本發明還具有如下區別技術特徵：具體的，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為15％～20％，納米巰基乙酸鑭為20％～30％，硬脂酸鈰為8％～12％，水滑石粉為2％～4％，白雲母粉為2％～4％，鈦酸正丁酯為20％～25％，增塑劑為17.5％～20％，原料的重量份數之和為100％。優選的，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為20％，納米巰基乙酸鑭為20％，硬脂酸鈰為12％，水滑石粉為4％，白雲母粉為4％，鈦酸正丁酯為20％，增塑劑為20％。優選的，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為15％，納米巰基乙酸鑭為30％，硬脂酸鈰為8％，水滑石粉為2％，白雲母粉為2％，鈦酸正丁酯為23％，增塑劑為20％。優選的，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為17.5％，納米巰基乙酸鑭為25％，硬脂酸鈰為10％，水滑石粉為2.5％，白雲母粉為2.5％，鈦酸正丁酯為25％，增塑劑為17.5％。進一步的，所述的增塑劑為磷酸三甲苯酯和硬脂酸鋅的混合物。優選的，所述的增塑劑中，以重量份數計，由以下原料混合組成：磷酸三甲苯酯為25％～35％，硬脂酸鋅佔65％～75％，原料的重量份數之和為100％。更優選的，所述的增塑劑中，以重量份數計，由以下原料混合組成：磷酸三甲苯酯為30％，硬脂酸鋅佔70％。如上所述的橡膠瀝青穩定劑的製備方法，該方法按照以下步驟進行：步驟一，將水滑石粉和白雲母粉混合，加熱至300℃，再將加熱後的水滑石粉和白雲母粉混合物與鈦酸正丁酯一同加入到預熱至160℃的第一加熱反應釜中攪拌反應，在整個反應過程中，使攪拌速度保持在150r/min，攪拌10min得到均勻的混合物A；步驟二，再將硬脂酸鈰、硬脂醯苯甲醯甲烷和納米巰基乙酸鑭加入到預熱至160℃的第二加熱反應釜中，在常壓150r/min的條件下攪拌10min得到均勻的混合物B；步驟三，將增塑劑加入到預熱至160℃的第三加熱反應釜中，將得到的混合物A與混合物B先後加入到第三加熱反應釜中，在常壓150r/min的條件下攪拌5min得到均勻的混合物C；步驟四，將得到的均勻已穩定的混合物C冷卻至室溫，製成粒徑為5mm的顆粒狀物體，即為橡膠瀝青穩定劑。本發明與現有技術相比，具有如下技術效果：(Ⅰ)本發明加入硬脂醯苯甲醯甲烷可催化活潑亞甲基迅速置換橡膠大分子中的硫，使硫鍵斷開，同時加入的水滑石粉、白雲母粉，高溫條件下會產生部分氧負離子，促進橡膠粉的脫硫與解聚，使得更多的單分子的硫進入瀝青中；由於膠粉脫硫解聚反應是一個可逆反應，高溫下膠粉中的硫鍵的斷開和重組是同時進行的，因此在高溫存儲過程中，橡膠瀝青的性能不穩定。本發明加入的納米巰基乙酸鑭可以捕捉在瀝青中游離的單分子硫，與其反應形成配位鍵；硬脂酸鈰也可以在高溫條件下和在瀝青中活化的硫發生反應，這兩種材料相互配合，阻止了橡膠分子間硫鍵的重組，維持不同橡膠分子共同作用的交聯斷裂，導致橡膠分子量下降。本發明加入的增塑劑與橡膠有很好的相容性，能促進分子量變小的橡膠顆粒溶於基質瀝青，有效改善橡膠瀝青儲存穩定性，這幾種材料相輔相成，具有良好的協同作用。(Ⅱ)本發明由於脫硫造成維持不同橡膠分子共同作用的交聯斷裂，最終導致橡膠顆粒崩解；降解導致橡膠分子鏈斷裂，橡膠分子量下降，這兩個過程都將導致改性瀝青高溫粘度的下降，而且本發明加入的增塑劑對橡膠瀝青整體起稀釋和軟化作用，兩種反應協同作用，有效的使橡膠瀝青高溫粘度下降。(Ⅲ)本發明適用於用廢棄輪胎製成的橡膠瀝青，克服了普通的橡膠瀝青需要即產即用，不能運輸和儲存的這一弊端，使橡膠瀝青更加有使用價值，可以有效緩解廢棄輪胎造成的環境問題，具有顯著的社會、經濟效益。以下結合實施例對本發明的具體內容作進一步詳細解釋說明。具體實施方式遵從上述技術方案，本申請的原料之間的協同作用機理為：水滑石粉、白雲母粉、鈦酸正丁酯、硬脂酸鈰、硬脂醯苯甲醯甲烷、納米巰基乙酸鑭、增塑劑這幾種材料互相發生協同作用，提高穩定劑作用效果。水滑石粉、白雲母粉作為常用的礦物填充料與瀝青作用形成「結構瀝青」提高橡膠瀝青的熱穩定性，並在一定條件下，產生氧負離子，加快橡膠大分子鏈的脫硫與解聚，硫鍵斷開，單分子的硫進入瀝青中；硬脂酸鈰、硬脂醯苯甲醯甲烷、納米巰基乙酸鑭三種材料通過捕捉單分子硫抑制脫硫解聚的逆反應，阻止膠粉中硫鍵的重組，使得膠粉顆粒分子量變小，進而溶解於瀝青中；增塑劑加快分子量變小的橡膠顆粒溶解於瀝青，而且對橡膠瀝青整體起稀釋和軟化作用；鈦酸正丁酯的作用為改善水滑石粉、白雲母粉與瀝青基質的親和性和結合力，從而產生防沉的效果，提高粘結強度。本申請達到了改善橡膠瀝青的儲存穩定性與降低橡膠瀝青高溫粘度的功效，實現了廢舊輪胎的妥善利用，經濟環保，具有重要的現實意義和工程應用價值。下述實施例和對比例中各個原料的規格為：硬脂醯苯甲醯甲烷為淡白色粉末，分子式是C26H42O2，分子量為386.6105，熔點為56℃，比重為0.20～0.35。納米巰基乙酸鑭為白色粉末，含硫有機化合物，粒徑大小為50～100nm。硬脂酸鈰為白色粉末，分子式：C54H105CeO6，熔點：120～124℃。鈦酸正丁酯分子式是C16H36O4Ti，無色至淺黃色液體，易燃、低毒、低於-55℃時為玻璃狀固體，遇水分解，除酮類外，溶於多數有機溶液，相對密度0.996。沸點310～314℃。白雲母粉目數為400目，Al2O3的質量含量為30％左右，SiO2的質量含量為42％～49％，比重2.6～2.7，耐熱度500-600℃。水滑石粉目數為600目，SiO2的質量含量為55％～65％，比重2.7～2.8，為白色或類白色、微細、無砂性的粉末。以下給出本發明的具體實施例，需要說明的是本發明並不局限於以下具體實施例，凡在本發明技術方案基礎上做的等同變換均落入本發明的保護範圍。實施例1：本實施例給出一種橡膠瀝青穩定劑，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為20％，納米巰基乙酸鑭為20％，硬脂酸鈰為12％，水滑石粉為4％，白雲母粉為4％，鈦酸正丁酯為20％，增塑劑為20％。增塑劑中，以重量份數計，由以下原料混合組成：磷酸三甲苯酯為30％，硬脂酸鋅佔70％。按照上述配方，本實施例的橡膠瀝青穩定劑的製備方法按照以下步驟進行：步驟一，將水滑石粉和白雲母粉混合，加熱至300℃，再將加熱後的水滑石粉和白雲母粉混合物與鈦酸正丁酯一同加入到預熱至160℃的第一加熱反應釜中攪拌反應，在整個反應過程中，使攪拌速度保持在150r/min，攪拌10min得到均勻的混合物A；步驟二，再將硬脂酸鈰、硬脂醯苯甲醯甲烷和納米巰基乙酸鑭加入到預熱至160℃的第二加熱反應釜中，在常壓150r/min的條件下攪拌10min得到均勻的混合物B；步驟三，將增塑劑加入到預熱至160℃的第三加熱反應釜中，將得到的混合物A與混合物B先後加入到第三加熱反應釜中，在常壓150r/min的條件下攪拌5min得到均勻的混合物C；步驟四，將得到的均勻已穩定的混合物C冷卻至室溫，製成粒徑為5mm的顆粒狀物體，即為橡膠瀝青穩定劑。本實施例製得的橡膠瀝青穩定劑的編號為1#。實施例2：本實施例給出一種橡膠瀝青穩定劑，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為15％，納米巰基乙酸鑭為30％，硬脂酸鈰為8％，水滑石粉為2％，白雲母粉為2％，鈦酸正丁酯為23％，增塑劑為20％。增塑劑中，以重量份數計，由以下原料混合組成：磷酸三甲苯酯為25％，硬脂酸鋅佔75％。按照上述配方，本實施例的橡膠瀝青穩定劑的製備方法與實施例1基本相同。本實施例製得的橡膠瀝青穩定劑的編號為2#。實施例3：本實施例給出一種橡膠瀝青穩定劑，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂醯苯甲醯甲烷為17.5％，納米巰基乙酸鑭為25％，硬脂酸鈰為10％，水滑石粉為2.5％，白雲母粉為2.5％，鈦酸正丁酯為25％，增塑劑為17.5％。增塑劑中，以重量份數計，由以下原料混合組成：磷酸三甲苯酯為35％，硬脂酸鋅佔65％。按照上述配方，本實施例的橡膠瀝青穩定劑的製備方法與實施例1基本相同。本實施例製得的橡膠瀝青穩定劑的編號為3#。對比例1：本對比例給出一種橡膠瀝青穩定劑，以重量份數計，由以下原料製成：硬脂酸鈰為20％，硬脂醯苯甲醯甲烷為30％，納米巰基乙酸鑭為50％。按照上述配方，本對比例的橡膠瀝青穩定劑的製備方法為：將硬脂酸鈰、硬脂醯苯甲醯甲烷、納米巰基乙酸鑭加入到預熱至160℃的加熱反應釜中，在常壓150r/min的條件下攪拌10min得到均勻的混合物，將得到的均勻已穩定的混合物冷卻至室溫，製成粒徑為5mm的顆粒狀物體，所得即為最終產品。本對比例製得的橡膠瀝青穩定劑的編號為4#。對比例2：本對比例給出一種橡膠瀝青穩定劑，以重量份數計，由以下原料製成：水滑石粉為5％，白雲母粉為5％，鈦酸正丁酯為50％，增塑劑為40％。增塑劑中，以重量份數計，由以下原料混合組成：磷酸三甲苯酯為30％，硬脂酸鋅佔70％。按照上述配方，本對比例的橡膠瀝青穩定劑的製備方法為：將水滑石粉、白雲母粉加熱至300℃，再將其與鈦酸正丁酯一同加入到預熱至160℃的加熱反應釜中攪拌，在整個反應過程中，使攪拌速度保持在150r/min，攪拌10min得到均勻的混合物，將得到的均勻已穩定的混合物冷卻至室溫，製成粒徑為5mm的顆粒狀物體，所得即為最終產品。本對比例製得的橡膠瀝青穩定劑的編號為5#。性能測試：下列試驗採用的基質瀝青為SK90#重交石油瀝青，採用30目橡膠粉，膠粉重量摻量為20％，製成所有指標都滿足規範要求的橡膠瀝青。取製成的橡膠瀝青，分別加入重量為橡膠瀝青重量的2％的上述實施例和對比例中的五種橡膠瀝青穩定劑，分別記編號為1號、2號、3號、4號和5號。取上述橡膠瀝青，不摻加任何穩定劑，記為0號。進行室內對比試驗。試驗一：取上述製得的0號、1號、2號、3號、4號和5號橡膠瀝青試樣，利用MAST實驗儀靜態存放24h進行離析試驗，測試其在儲存時間24h時上下層的軟化點差值，試驗結果見表1。表1離析試驗對比結果編號012345軟化點差值/℃5.52.42.32.54.55.0試驗二：取上述製得的0號、1號、2號、3號、4號和5號橡膠瀝青試樣，採用Haanke手持式粘度計測試橡膠瀝青試樣的旋轉粘度，測試溫度為160℃。試驗結果見表2。表2旋轉粘度對比結果編號012345旋轉粘度/Pa.s2.51.51.51.42.01.9從以上對比試驗可以看出，本發明一種橡膠瀝青穩定劑具有提高橡膠瀝青的存儲穩定性與改善橡膠瀝青高溫粘度的效果；這幾種材料具有良好的協同作用，相輔相成，增強了穩定劑的作用效果。綜上表明，本發明的一種橡膠瀝青穩定劑具有良好的工作性，性價比優異、性能好，能有效解決橡膠瀝青應用在實際的種種弊端，保證橡膠瀝青在道路工程上的推廣和應用，具有廣闊的應用前景。當前第1頁1 2 3