專(zhuān)利名稱(chēng):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(duì)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(guó)的高等級(jí)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(chē)輪胎的附著力好，保證行車(chē)安全；有高度的減震性，使汽車(chē)快速行駛，平穩(wěn)而低噪聲；不揚(yáng)塵，易清掃和沖洗；維修工作簡(jiǎn)單，可再生利用。但是，瀝青路面也有其致命的弱點(diǎn)，在高溫地區(qū)的夏天，車(chē)流量較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)車(chē)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(huì)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(duì)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(guó)申請(qǐng)了關(guān)于橡膠改性瀝青的發(fā)明專(zhuān)利。此后，人們開(kāi)始了改性瀝青的研究工作，美國(guó)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(guó)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(guó)和法國(guó)鋪筑了大量的試驗(yàn)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(yùn)輸，成功地使用了19年，并被完好地保存下來(lái)，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(guò)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(píng)價(jià)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(cè)試手段。
我國(guó)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(lái)，各城建、交通部門(mén)以及一些高等院校先后開(kāi)展了改性道路瀝青的研究工作。他們對(duì)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(lèi)改性瀝青鋪筑了一定的試驗(yàn)路，其初期路用性能明顯優(yōu)于非改性道路瀝青。針對(duì)我國(guó)的氣候特點(diǎn)，我國(guó)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(duì)瀝青及瀝青混合料性質(zhì)提出不同的要求，研究成果對(duì)瀝青路面的建設(shè)具有指導(dǎo)意義，有很高的實(shí)用價(jià)值。
我國(guó)國(guó)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(guò)高，延伸度和稠度較低，對(duì)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(jí)公路建設(shè)的要求。我國(guó)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(jí)公路瀝青也不能滿足需求。多年來(lái)，我國(guó)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(yàn)，但也難以緩解供求矛盾。以至國(guó)外瀝青大量涌入中國(guó)市場(chǎng)。因而，努力改善和提高國(guó)產(chǎn)瀝青的性能，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
應(yīng)用于瀝青改性的技術(shù)方法種類(lèi)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(duì)于大多數(shù)高分子改性劑，其主要作用是針對(duì)路面瀝青在使用過(guò)程中遇到的問(wèn)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(yàn)研究表明，不同種類(lèi)的改性劑對(duì)瀝青的改性效果有所不同，且各有其優(yōu)缺點(diǎn)。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(kāi)裂、抗流動(dòng)、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(jià)格較貴；丁苯橡膠(SBR)可明顯提高粘附性、抗開(kāi)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(guò)如下措施來(lái)實(shí)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76～96wt％ 丁苯橡膠2～10wt％天然瀝青礦1～10wt％ 有機(jī)金屬皂0.1～5wt％。
所述的丁苯橡膠為粉末丁苯橡膠。
本發(fā)明的另一目的可通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)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(diǎn)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(shí)，基質(zhì)瀝青引發(fā)銀紋和裂縫，SBR微粒會(huì)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(huì)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(rùn)性和對(duì)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(huì)改善各項(xiàng)指標(biāo)，這一點(diǎn)對(duì)我國(guó)的國(guó)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(gè)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(duì)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(shù)脂可以發(fā)生交聯(lián)、加成反應(yīng)，對(duì)樹(shù)脂的親合能力遠(yuǎn)高于普通石油瀝青，起到增加瀝青中樹(shù)脂與橡膠的穩(wěn)定性作用，為它與樹(shù)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(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，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(shí)添加多種改性劑復(fù)配改性，綜合提高瀝青的各項(xiàng)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(diǎn)。



圖1是本發(fā)明的改性劑對(duì)瀝青性能的影響；由圖1可知改性瀝青的軟化點(diǎn)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(duì)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)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(yàn)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(shí)施方式本發(fā)明還將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述實(shí)施例一將76wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動(dòng)，注意不斷攪拌避免局部過(guò)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(guò)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(cè)定，蠟含量測(cè)定，軟化點(diǎn)、針入度、延伸度測(cè)定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測(cè)定。
實(shí)施例二將96wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動(dòng)，注意不斷攪拌避免局部過(guò)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(guò)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(cè)定，蠟含量測(cè)定，軟化點(diǎn)、針入度、延伸度測(cè)定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測(cè)定。
實(shí)施例三將84wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動(dòng)，注意不斷攪拌避免局部過(guò)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(guò)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(cè)定，蠟含量測(cè)定，軟化點(diǎn)、針入度、延伸度測(cè)定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測(cè)定。
實(shí)施例四將90wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動(dòng)，注意不斷攪拌避免局部過(guò)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(guò)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(cè)定，蠟含量測(cè)定，軟化點(diǎn)、針入度、延伸度測(cè)定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測(cè)定。
實(shí)施例五將89wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動(dòng)，注意不斷攪拌避免局部過(guò)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(guò)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(cè)定，蠟含量測(cè)定，軟化點(diǎn)、針入度、延伸度測(cè)定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測(cè)定。
實(shí)施例六將86wt％基質(zhì)瀝青加熱升溫熔融至能流動(dòng)，注意不斷攪拌避免局部過(guò)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(guò)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(cè)定，蠟含量測(cè)定，軟化點(diǎn)、針入度、延伸度測(cè)定以及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)后的質(zhì)量損失、針入度比和延伸度測(cè)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76-96wt％ 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，其特征在于所述的丁苯橡膠為粉末丁苯橡膠。
3.一種權(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。
專(zhuān)利摘要
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量較高的瀝青為基質(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(diǎn)，綜合地改善了瀝青的各項(xiàng)路用性能。
文檔編號(hào)C08L95/00GKCN1207346SQ02139460
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期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(qǐng)人:西北師范大學(xué)高分子研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan