专利名称：一种用于高等级道路的改性沥青材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于高等级道路的改性沥青材料及其制备方法。
单纯采用聚合物改性能提高沥青材料的力学性能和实用性能，已在国内外广为采用，如热塑性弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)改性沥青，橡胶如丁苯橡胶改性沥青和塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)改性沥青等。但由于聚合物与沥青的相容性差，导致改性体系在高温下的贮存稳定性往往较差，在实际应用中需采用连续搅拌的方法使体系不发生相分离，既增加了操作工序又增加了生产成本。因此许多研究人员着力于研究如何通过添加一定量的硫化剂以改善聚合物改性沥青的贮存稳定性。
在聚合物改性沥青时加入硫磺等硫化剂，可以使聚合物改性沥青的高温贮存稳定性得到明显提高。由于硫磺可使橡胶在沥青中发生化学交联，从而达到阻止橡胶粒子在高温作用下聚集粗化的目的，效果明显且成本低廉，因此被证明是改善聚合改性沥青贮存稳定性的有效手段。美国专利USP4,145,322、USP4,130,516报道了用丁苯橡胶等改性沥青时，加入过氧化物、硫磺等硫化剂，从而使聚合物改性沥青材料的高温贮存稳定性得到显著改善，但由于硫化剂用量较大，导致改性沥青体系的粘度过高以致无法施工。1990年以来，通过改进工艺条件可使硫磺用量大大减少。如国际专利WO902776在反应时进行高速搅拌，不断把化学交联的聚合物粒子剪切变细并均匀分散于沥青中，从而使加入硫磺这一技术开始实用化。在我们在研究聚合物改性沥青时，也在高速剪切条件下得到了贮存稳定、性能指标全面符合我国规定的道路用沥青材料性能指标(即《中国公路改性沥青路面施工技术规范》JTJ036-1998)的SBS与SBR复合改性沥青，并就此申请了专利(授权号CN1167736C)。
但是，硫磺作聚合物改性沥青的硫化剂时，也有不少局限性。如对一些聚合物改性沥青来说，即使硫磺用量较小，反应仍然比较剧烈导致粘度增加很快，不易于加工生产；此外以硫磺作硫化剂时产生了有毒的H2S气体，给环境带来污染。针对这些问题，国际专利WO9637545(1996)报道了含硫载体二芳基二硫化物作为硫化剂加入聚合物改性沥青中，在反应缓和条件下同样可以得到贮存稳定的改性沥青材料，但其反应时间较长，一般在2小时以上。
本发明的目的在于提供一种高等级道路的改性沥青及其制备方法，既可保证其物理性能和贮存稳定性达到我国规定的道路用沥青材料性能指标，且有利于反应和加工，控制加工时间，不放出刺激性有害气体，避免污染环境。
本发明所述的高等级道路的改性沥青材料，其特征在于这种沥青材料中包含I、橡胶类、热塑性弹性体类和塑料类三者之一的聚合物，三者之间的共混物亦可；II、硫化剂二硫代吗啉、硫磺或两者的混合物。
本发明所指的橡胶类聚合物包括天然橡胶、合成橡胶如顺丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶；热塑性弹性体类的聚合物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)含不饱和双键的热塑性弹性体；塑料类的聚合物包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)改性沥青中常用的品种。
本发明所述的改性沥青的制备方法，其特征是指先在高速剪切设备中，将沥青加热至150~190℃至完全流动，然后把聚合物加入沥青中，在转速4000~5000rpm搅拌20～120min，再把硫化剂(DTDM或与硫磺的混合物)加入，维持转速和温度不变，搅拌20~120min即可得改性沥青成品。
本发明中聚合物的用量为沥青的1～10％，最好为2～8％；橡胶类与热塑性弹性体类、塑料类的共混聚合物中，橡胶含量为10～90％，最佳为50～80％；硫化剂的用量为沥青的用量的0.001～0.20％。硫化剂可以是单一的二硫代吗啉，还可以和硫磺混合后加入使用，其重量配比在10.0～100.0∶90.0～0.0之间。
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1将600g江阴AH-90重交沥青(由江苏省江阴市中油兴能沥青厂提供)装入容器内，加热至180℃沥青完全流动，然后加入12gSBS(牌号1301，北京燕山石化公司出品)，启动高剪切混合乳化机(BME-1001型，上海威宇机电制造有限公司生产)，转速4000rpm搅拌45min，至SBS在沥青中完全混合均匀，再加入0.7gDTDM，控制温度和转速不变，混合100min。所得产品即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660进行测试，完全达到指标要求。
实施例2将600g江阴AH-90重交沥青装入小型容器内，加热至190℃沥青完全流动，然后加入6.0g SBR(牌号1500，山东齐鲁石化公司出品)，启动高剪切混合乳化机，转速5000rpm搅拌45min，至SBR在沥青中完全混合均匀，再加入1.2gDTDM和硫磺的混合物(重量配比为DTDM∶S＝15∶85)，控制温度和转速不变，混合25min。所得产品即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660进行测试，完全达到指标要求。
实施例3将600g江阴AH-90重交沥青装入小型容器内，加热至165℃沥青完全流动，然后加入48.0gSBS，启动高剪切混合乳化机，转速4500rpm搅拌45min，至橡胶在沥青中完全混合均匀，再加入0.6gDTDM和硫磺的混合物(重量配比为DTDM∶S＝40∶60)，控制温度和转速不变，混合100min。所得产品所即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660进行测试，完全达到指标要求。
实施例4将600g江阴AH-90重交沥青装入小型容器内，加热至170℃沥青完全流动，然后加入48.0g顺丁橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)和聚苯乙烯三者混合物(其中顺丁橡胶含量为5g)，启动高剪切混合乳化机转速4500rpm搅拌45min，至顺丁橡胶在沥青中完全混合均匀，再加入1.2gDTDM和硫磺的混合物(重量配比为DTDM∶S＝40∶60)，控制温度和转速不变，混合100min。所得产品所即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ。所得产品所即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660进行测试，完全达到指标要求。
实施例5将600g江阴AH-90重交沥青装入小型容器内，加热至150℃沥青完全流动，然后加入60.0gSBR、SIS和PE三者混合物(其中SBR含量为48g)，启动高剪切混合乳化机转速4500rpm搅拌60min，至丁苯橡胶在沥青中完全混合均匀，再加入1.0gDTDM和硫磺的混合物(重量配比为DTDM∶S＝10∶90)，控制温度和转速不变，混合120min。所得产品所即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ。所得产品所即为改性沥青，其性能分别按我国GB/T4509、GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660进行测试，完全达到指标要求。
权利要求
1.一种用于高等级道路的改性沥青材料，其特征在于这种沥青材料中包含I、橡胶类、热塑性弹性体类、塑料类三者之一的聚合物，三者之间共混物亦可；II、硫化剂二硫代吗啉、硫磺或两者的混合物。
2.一种用于高等级道路的改性沥青材料的制备方法，其特征在于先在高速剪切设备中，将沥青加热至150～190℃至完全流动，然后把聚合物加入沥青中，在转速4000～5000rpm搅拌20～120min，再把硫化剂二硫代吗啉或与硫磺的混合物加入，维持转速和温度不变，搅拌20～120min即可得改性沥青成品。
3.根据权利要求2所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于聚合物是指橡胶类、热塑性弹性体类、塑料类三者之一的，三者之间共混物。
4.根据权利要求3所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于橡胶类的聚合物包括天然橡胶、合成橡胶如顺丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶。
5.根据权利要求3所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于热塑性弹性体类的聚合物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)含不饱和双键的热塑性弹性体。
6.根据权利要求3所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于塑料类的聚合物包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS改性沥青中常用的品种。
7.根据权利要求2所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于聚合物的用量为沥青的1～10％，最佳用量为2～-8％。
8.根据权利要求2所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于橡胶类与热塑性弹性体类、塑料类的共混聚合物中，橡胶含量为10～-90％，最佳用量为50～80％。
9.根据权利要求2所述的改性沥青材料的制备方法，其特征在于硫化剂的用量为沥青用量的0.001～0.2％。
10.根据权利要求8所述的改性沥青的制备方法，其特征在于二硫代吗啉可以单一使用，还可以和硫磺混合后加入使用，其重量配比为10.0～100.0∶90.0～0.0之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于高等级道路的改性沥青材料及其制备方法。其特征在于这种沥青材料中包含橡胶类、热塑性弹性体类和塑料类三者之一的聚合物，三者之间的共混物；硫化剂二硫代吗啉、硫磺或两者的混合物。制备方法中，先在高速剪切设备中，将沥青加热至150~190℃至完全流动，然后把聚合物加入沥青中，在转速4000～5000rpm搅拌20～120min，再把硫化剂(DTDM或与硫磺的混合物)加入，维持转速和温度不变，搅拌20～120min即可得改性沥青成品。本发明所述的改性沥青及其制备方法，既可保证其物理性能和贮存稳定性达到我国规定的道路用沥青材料性能指标，且有利于反应和加工，控制加工时间，不放出刺激性有害气体，避免污染环境。
文档编号C08K5/378GK1837291SQ20061005516
公开日2006年9月27日 申请日期2006年2月22日 优先权日2005年12月14日
发明者温贵安, 张隐西, 王文, 林美娟 申请人:福建师范大学