專利名稱：用于道路的改性瀝青材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高聚物對瀝青進(jìn)行改性的技術(shù)，尤其是一種用于道路的改性瀝青材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前世界各國的高等級公路大多采用瀝青路面，是由于它有足夠的力學(xué)強(qiáng)度和一定的彈性和塑性變形能力，能很好地承受荷載而不破壞，而且瀝青與汽車輪胎的附著力好，保證行車安全；有高度的減震性，使汽車快速行駛，平穩(wěn)而低噪聲；不揚塵，易清掃和沖洗；維修工作簡單，可再生利用。但是，瀝青路面也有其致命的弱點，在高溫地區(qū)的夏天，車流量較大時，會出現(xiàn)車轍、波浪推移、粘輪等現(xiàn)象；而在寒冷的低溫氣候下，路面又會龜裂，降低了路面的耐久性和使用壽命。另外，瀝青路面還有容易老化的弊病。因此，有必要對路面瀝青進(jìn)行改性。
瀝青改性的歷史可以追溯到約150多年以前，在1843年，Austin.H和Hancock G.L.分別在英國申請了關(guān)于橡膠改性瀝青的發(fā)明專利。此后，人們開始了改性瀝青的研究工作，美國和荷蘭的科學(xué)家做了大量的研究工作，為改性瀝青的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。早在1902年，一家法國橡膠公司用橡膠膠化后的瀝青鋪筑公路路面，19世紀(jì)30年代，英國和法國鋪筑了大量的試驗路進(jìn)行研究。在第二次世界大戰(zhàn)期間，荷蘭于1936年鋪設(shè)的橡膠瀝青路面，經(jīng)受了繁重的軍事運輸，成功地使用了19年，并被完好地保存下來，引起了人們的極大興趣。到1945年，高聚物改性瀝青被認(rèn)為是提高瀝青性能的一種新方法。經(jīng)過50多年的發(fā)展，現(xiàn)已形成了一系列以聚合物改性為主，其它改性為輔，改性劑與改性工藝并重的改性技術(shù)，并逐步建立了相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)。人們企圖從微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的角度去探討提高瀝青性能的方法，逐步形成了一套比較完整的分析測試手段。
我國在這一領(lǐng)域起步也較晚，但發(fā)展比較快。從20世紀(jì)70年代以來，各城建、交通部門以及一些高等院校先后開展了改性道路瀝青的研究工作。他們對改性劑的選擇、不同改性劑的改性效果、改性工藝及改性機(jī)理的研究均取得了很大的進(jìn)展，目前已用各類改性瀝青鋪筑了一定的試驗路，其初期路用性能明顯優(yōu)于非改性道路瀝青。針對我國的氣候特點，我國科研工作者進(jìn)行了大量的研究工作，根據(jù)不同地區(qū)的不同氣候條件對瀝青及瀝青混合料性質(zhì)提出不同的要求，研究成果對瀝青路面的建設(shè)具有指導(dǎo)意義，有很高的實用價值。
我國國產(chǎn)原油80％以上屬于石蠟基原油，致使所生產(chǎn)的瀝青蠟含量過高，延伸度和稠度較低，對溫度的感應(yīng)性強(qiáng)，夏軟冬脆，路用性能差，不能達(dá)到高等級公路建設(shè)的要求。我國低蠟瀝青的生產(chǎn)主要有克拉瑪依、歡喜嶺、渤海綏中、單家寺等稠油瀝青，其資源十分有限，即使利用這些低蠟原油和進(jìn)口的原油采用“調(diào)配法”生產(chǎn)高等級公路瀝青也不能滿足需求。多年來，我國一直致力于研究利用含蠟原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)道路瀝青的工藝，也取得了一些成功經(jīng)驗，但也難以緩解供求矛盾。以至國外瀝青大量涌入中國市場。因而，努力改善和提高國產(chǎn)瀝青的性能，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
應(yīng)用于瀝青改性的技術(shù)方法種類繁多，有物理改性、聚合物改性、粘附性改性、耐老化改性和瀝青加工改性等，其中以高聚物改性劑改性瀝青居多。對于大多數(shù)高分子改性劑，其主要作用是針對路面瀝青在使用過程中遇到的問題提高高溫永久變形的能力；增加低溫彈性；提高瀝青抗疲勞性能；提高瀝青抗老化性能；增大張力強(qiáng)度；降低溫度靈敏度等。
大量的試驗研究表明，不同種類的改性劑對瀝青的改性效果有所不同，且各有其優(yōu)缺點。如熱塑性彈性體苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物(SBS)可提高抗開裂、抗流動、抗磨耗及粘附性，感溫性明顯降低，但耐熱及抗老化性不理想，價格較貴；丁苯橡膠(SBR)可明顯提高粘附性、抗開裂性、耐久性及低溫延度，但改性加工工藝復(fù)雜，工程應(yīng)用較難；聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)改性瀝青的高溫性能好，低溫性能卻較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種用于路面的改性瀝青材料，該材料具有高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、耐疲勞、抗剝離、抗老化性能。
本發(fā)明的另一目的是為了提供一種用于路面的改性瀝青材料的制備方法。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種用于道路的改性瀝青材料，包括下述重量百分含量的原料基質(zhì)瀝青75～98wt％丁苯橡膠2～10wt％天然瀝青礦1～10wt％ 有機(jī)金屬皂0.1～5wt％。
所述的用于道路的改性瀝青材料包括下述重量百分含量的原料基質(zhì)瀝青80～96wt％丁苯橡膠4～8wt％天然瀝青礦2～8wt％有機(jī)金屬皂0.2～0.7wt％。
所述的丁苯橡膠為粉末丁苯橡膠。
本發(fā)明的另一目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種用于道路的改性瀝青材料的制備方法是將基質(zhì)瀝青熔化后加入粉末丁苯橡膠、天然瀝青礦和有機(jī)金屬皂，經(jīng)高速剪切共混均勻。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明在基質(zhì)瀝青中添加的高分子改性劑丁苯橡膠為特制粉末狀，有利于在瀝青中的分散，增加了與瀝青的相容性，提高了改性效果。粉末丁苯橡膠的直接加入也克服了以往“溶劑法”、“膠乳法”存在的污染環(huán)境、設(shè)備要求高、投資大、工藝復(fù)雜等不足。SBR的模量受溫度影響較小，當(dāng)外力作用時，基質(zhì)瀝青引發(fā)銀紋和裂縫，SBR微粒會阻礙銀紋和裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)大，吸收和消耗使混合物斷裂所需的能量。另外，SBR膠粒與瀝青良好的結(jié)合力和自身大的蠕變性使其不會從瀝青中抽出，并在多膠粒的協(xié)同作用下，保證材料在外力作用下整體上不被破壞。因此改性瀝青在低溫下顯示出良好的柔韌性、延展性和抗裂性。
2、本發(fā)明在基質(zhì)瀝青中添加的天然瀝青礦化學(xué)結(jié)構(gòu)與瀝青相近，與瀝青的相容性非常好。天然瀝青具有高的含氮量(一般瀝青中很少含氮)，使它具有很強(qiáng)的特殊浸潤性和對自由基氧化的高抵抗性，所以瀝青粘度大，抗氧化性強(qiáng)。它的強(qiáng)極性使它具有很好的粘附性及抗剝離性。天然瀝青有很好的耐候性，從而極大的改善普通瀝青的耐候性和抗紫外線能力。天然瀝青不含蠟，將其加入高含蠟瀝青中會改善各項指標(biāo)，這一點對我國的國產(chǎn)瀝青的使用尤為重要。天然瀝青在基質(zhì)瀝青自由表面形成了一個難于氧化的能抵抗微生物侵蝕的致密的膜，又在內(nèi)部形成了以膠束大分子為核心的新結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對膠質(zhì)及油分的吸附作用，從而使改性瀝青的性能得到明顯改善，尤其是高溫性能和抗老化性能更為突出。
3、天然瀝青具有“半聚合”作用，與有些樹脂可以發(fā)生交聯(lián)、加成反應(yīng)，對樹脂的親合能力遠(yuǎn)高于普通石油瀝青，起到增加瀝青中樹脂與橡膠的穩(wěn)定性作用，為它與樹脂復(fù)合改性創(chuàng)造了條件。本發(fā)明采用天然瀝青礦和SBR等復(fù)合改性，發(fā)揮協(xié)同作用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，全面改善瀝青性能。
4、本發(fā)明在基質(zhì)瀝青中添加的有機(jī)金屬皂與瀝青發(fā)生某種反應(yīng)，構(gòu)成一種粘附力極強(qiáng)的不可逆鍵，使得改性瀝青表現(xiàn)出很好的抗剝離性能和抗老化性能。
5、本發(fā)明在基質(zhì)瀝青中同時添加多種改性劑復(fù)配改性，綜合提高瀝青的各項路用性能，制得的改性瀝青具有高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、耐疲勞、抗剝離、抗老化等一系列特點。


圖1是本發(fā)明的改性劑對瀝青性能的影響；由圖1可知改性瀝青的軟化點和低溫延度大幅度提高，瀝青的高、低溫性能均得到改善。
圖2是本發(fā)明的改性劑對旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后瀝青性能的影響。
由圖2可知改性瀝青在旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗之后針入度損失極小，且仍有很大的低溫延度，證明其抗老化性能突出。
具體的實施方式本發(fā)明還將結(jié)合實施例作進(jìn)一步詳述實施例一將76wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動，注意不斷攪拌避免局部過熱，邊攪拌邊加入粉末丁苯橡膠9wt％、天然瀝青礦10wt％、有機(jī)金屬皂5wt％，再維持溫度160℃～200℃和轉(zhuǎn)速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，過濾、制樣，進(jìn)行元素分析，F(xiàn)T-IR分析，熱分析，光學(xué)顯微照相，掃描電鏡照相，四組分測定，蠟含量測定，軟化點、針入度、延伸度測定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測定。
實施例二將96wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動，注意不斷攪拌避免局部過熱，邊攪拌邊加入粉末丁苯橡膠2wt％、天然瀝青礦1wt％、有機(jī)金屬皂1wt％，再維持溫度160℃～200℃和轉(zhuǎn)速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，過濾、制樣，進(jìn)行元素分析，F(xiàn)T-IR分析，熱分析，光學(xué)顯微照相，掃描電鏡照相，四組分測定，蠟含量測定，軟化點、針入度、延伸度測定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測定。
實施例三將84wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動，注意不斷攪拌避免局部過熱，邊攪拌邊加入粉末丁苯橡膠7.3wt％、天然瀝青礦8wt％、有機(jī)金屬皂0.7wt％，再維持溫度160℃～200℃和轉(zhuǎn)速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，過濾、制樣，進(jìn)行元素分析，F(xiàn)T-IR分析，熱分析，光學(xué)顯微照相，掃描電鏡照相，四組分測定，蠟含量測定，軟化點、針入度、延伸度測定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測定。
實施例四將90wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動，注意不斷攪拌避免局部過熱，邊攪拌邊加入粉末丁苯橡膠5wt％、天然瀝青礦4.5wt％、有機(jī)金屬皂0.5wt％，再維持溫度160℃～200℃和轉(zhuǎn)速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，過濾、制樣，進(jìn)行元素分析，F(xiàn)T-IR分析，熱分析，光學(xué)顯微照相，掃描電鏡照相，四組分測定，蠟含量測定，軟化點、針入度、延伸度測定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測定。
實施例五將89wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動，注意不斷攪拌避免局部過熱，邊攪拌邊加入粉末丁苯橡膠6wt％、天然瀝青礦3wt％、有機(jī)金屬皂2wt％，再維持溫度160℃～200℃和轉(zhuǎn)速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，過濾、制樣，進(jìn)行元素分析，F(xiàn)T-IR分析，熱分析，光學(xué)顯微照相，掃描電鏡照相，四組分測定，蠟含量測定，軟化點、針入度、延伸度測定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測定。
實施例六將86wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動，注意不斷攪拌避免局部過熱，邊攪拌邊加入粉末丁苯橡膠2％、天然瀝青礦8wt％、有機(jī)金屬皂4wt％，再維持溫度160℃～200℃和轉(zhuǎn)速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，過濾、制樣，進(jìn)行元素分析，F(xiàn)T-IR分析，熱分析，光學(xué)顯微照相，掃描電鏡照相，四組分測定，蠟含量測定，軟化點、針入度、延伸度測定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測定。
權(quán)利要求
1.一種用于道路的改性瀝青材料，包括下述重量百分含量的原料基質(zhì)瀝青75～98wt％丁苯橡膠2～10wt％天然瀝青礦1～10wt％ 有機(jī)金屬皂0.1～5wt％。
2.如權(quán)利要求1所述的用于道路的改性瀝青材料，其特征在于包括下述重量百分含量的原料基質(zhì)瀝青80～96wt％丁苯橡膠4～8wt％天然瀝青礦2～8wt％有機(jī)金屬皂0.2～0.7wt％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于道路的改性瀝青材料，其特征在于所述的丁苯橡膠為粉末丁苯橡膠。
4.一種權(quán)利要求1所述的用于道路的改性瀝青材料的制備方法，其特征在于將基質(zhì)瀝青熔化后加入粉末丁苯橡膠、天然瀝青礦和有機(jī)金屬皂，經(jīng)高速剪切共混均勻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于道路的改性瀝青材料及其制備方法；該改性瀝青是以含蠟最較高的瀝青為基質(zhì)添加粉末丁苯橡膠、天然瀝青礦、有機(jī)金屬皂制成；該改性瀝青具有高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、耐疲勞、抗剝離、抗老化等一系列特點，綜合地改善了瀝青的各項路用性能。
文檔編號C08L95/00GK1487029SQ02139460
公開日2004年4月7日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者王云普, 李玉峰, 王榮民, 張繼, 劉小軍, 王永峰 申請人:西北師范大學(xué)高分子研究所