一种稳定的sbs改性沥青的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种简单的制备高稳定性SBS改性沥青的方法。该方法步骤为：常压下，通过高速剪切混合设备在170-180℃下将热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）与沥青混合，然后加入添加剂在160-170℃下剪切，最终得到高稳定性SBS改性沥青产品。上述SBS为线型结构，添加剂为无机粘土和多硫化合物。本发明制备的改性沥青不仅高温存储稳定性好，而且高温性能和水稳定性显著提升，低温延展性好于星型SBS制备的改性沥青，整体性能较星型SBS改性沥青更佳。本发明中的高稳定性SBS改性沥青在解决存储稳定性问题的同时，整体提升了SBS改性沥青的各项性能及路用性能，且制备简便，加工流程短，设备简单，工艺条件缓和，生产快速改性成本低。
【专利说明】一种稳定的SBS改性沥青的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于改性浙青制备【技术领域】，特别涉及一种SBS改性浙青及其制备方法，该方法操作简单，制得的改性浙青稳定性高。【背景技术】
[0002]聚合物改性浙青能大大提高浙青路面的使用时间，其高温抗流淌、低温抗开裂能力明显提高，耐老化和耐候性增强，弹性较大，且和石料的粘附能力较强。常用的聚合物改性剂有SBS、SIS、SE/BS、SBR等弹性体，以及EVA、PE、APP、EPDM等塑性体。其中SBS改性浙青由于高温下不软化，低温下不发脆，使用温度范围宽，力学性能好，是目前国内外使用最为广泛的一种聚合物改性剂，占改性剂总用量的40%之多。
[0003]由于浙青与SBS在相对分子质量、化学结构及组成方面存在差异，SBS以细微颗粒分布于浙青介质中，呈现两相结构，从而高温存储稳定性差。SBS按照结构不同可以分为线型和星型，星型和线型的SBS对改性浙青性质的影响也有所不同，星型SBS强度比线型的大，对浙青的改性效果更好，软化点提高幅度更大，高温性能好，但是低温延展性低于线型SBS改性浙青。
[0004]以往的研究中大都从解决高温存储稳定性的角度出发，通过添加相容剂和稳定剂，或是首先制备浙青改性母粒的方式改善基质浙青与聚合物之间的配伍性，从而改善SBS改性浙青的高温存储稳定性，尚存在稳定剂对改性浙青其他性能有影响，或是工艺相对复杂等问题，且对整体提升SBS改性浙青性能的也鲜见报道。专利CN03141804公开了一种高性能SBS改性浙青及其制备方法，通过硫磺作为交联剂，得到存储稳定性好，且软化点和低温延度指标都良好的改性浙青。然而硫磺的磺化反应较为剧烈，需要缓慢加入，实际施工中不易控制，且制备工艺相对复杂。
【发明内容】
[0005]为解决上述现有技术中出现的问题，本发明提出一种简单的制备高稳定性SBS改性浙青的方法。
[0006]本发明采用的技术方案为:常压下，通过高速剪切混合设备在170-180°C下将热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)与浙青混合，然后加入添加剂在160-170°C下剪切，最终得到高稳定性SBS改性浙青产品。上述SBS为线型结构，添加剂为无机粘土和多硫化合物。
[0007]本发明所述的稳定的SBS改性浙青由基质浙青、热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物和添加剂三部分组成；热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物的掺量为3-8wt%，添加剂的掺量为0.2-2.5wt%。
[0008]所述的基质浙青采用壳牌90#、壳牌70#、SK90#和SK70#浙青中的一种。
[0009]所述的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物为线型结构，分子量为5-10万,苯乙烯质量含量为25-40%。[0010]所述的添加剂为膨润土、蒙脱土、硅藻土、二硫代二吗啉、二硫化四乙基秋兰姆中的至少两种。
[0011]所述的添加剂为膨润土、蒙脱土、硅藻土中的两种或三种时，其掺量为
0.5-2.5wt%。
[0012]所述的添加剂为氧化锌、二硫代二吗啉、二硫化四乙基秋兰姆中的两种或三种时，其掺量为0.2-1.2wt%。
[0013]上述的稳定的SBS改性浙青的制备方法为:
[0014](I)首先用高速剪切混合设备将热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物、基质浙青按配比混合，温度控制在170-180°C，转速2000-4000rpm，时间10-30分钟；
[0015](2)然后加入配比量的添加剂，160-170°C温度下以3000rpm转速继续剪切混合10-30分钟，即得稳定的SBS改性浙青。
[0016]本发明选用线型SBS改性浙青，其低温延展性优于星型SBS改性浙青，但是提升软化点的能力远低于星型SBS，仅提升十几摄氏度，其改性后浙青的软化点仍低于60°C。因此本发明选择无机粘土和多硫化合物作为添加剂，添加剂的加入在不影响SBS良好低温性能的同时，还大大提升了 SBS改性浙青的高温性能及水稳定性，使得这种高稳定性SBS改性浙青同时具有高性能。本发明选用的添加剂对提升SBS改性浙青性能产生如下具体作用:
(I)明显提高了线型SBS改性浙青的软化点，均高于75°C，使其高温性能可与星型SBS相媲美；(2)对改性浙青的低 温延展性影响极小，保证了线型SBS改性浙青良好的低温延展性；
(3)降低了针入度，增强高温稳定性，提升抗车辙能力；(4)路用性能中浙青混合料动稳定度(车辙试验)由3053次/mm提升至7000次/mm左右(级配AC-13)，表现出优良的抗车辙性能；(5)显著提升浙青混合料的水稳定性，由80%提升至95%左右。本发明选用的添加剂可使SBS与浙青发生化学交联，通过化学键合克服SBS大分子间的内聚力，防止SBS聚集和离析，从而得到均匀的稳定体系，离析软化点差(163°C，48h)小于1°C，不仅满足公路浙青路面施工技术规范中要求，而且远低于规定值(不大于2.5°C )。
[0017]本发明制备的改性浙青不仅高温存储稳定性好，而且高温性能和水稳定性显著提升，低温延展性好于星型SBS制备的改性浙青，整体性能较星型SBS改性浙青更佳。本发明中的高稳定性SBS改性浙青在解决存储稳定性问题的同时，整体提升了 SBS改性浙青的各项性能及路用性能，且制备简便，加工流程短，设备简单，工艺条件缓和，生产快速改性成本低。
【具体实施方式】
[0018]下述各例中，离析实验的存储条件为163°C、48h，按照JTJ052-2000测试所制备改性浙青的软化点、针入度、延度和离析软化点差等性能指标，浙青混合料采用AC-13级配制备。
[0019]实施例1
[0020]将壳牌90#浙青与掺量为5wt%的SBS在170°C下以3000rpm转速剪切搅拌15min，然后加入掺量为0.6wt%的二硫代二吗啉和0.5%wt的氧化锌，在160°C下以2000rpm转速继续剪切搅拌15min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为5-6万，苯乙烯质量含量为28%。
[0021]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点75.8 V，针入度67.8dmm,延度43.6cm,离析软化点差0.30C，混合料动稳定度7196次/mm，冻融劈裂残留强度比92%。
[0022]实施例2
[0023] 将SK90#浙青与掺量为5wt%的SBS在175 °C下以3000rpm转速剪切搅拌15min，然后依次加入掺量为0.4wt%的二硫化四乙基秋兰姆和0.2wt%的二硫代二吗啉，在165°C下以4000rpm转速继续剪切搅拌15min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为8-10万，苯乙烯质量含量为35%。
[0024]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点77.2°C，针入度56.7dmm,延度45.6cm,离析软化点差0.80C，混合料动稳定度7590次/mm，冻融劈裂残留强度比94%。
[0025]实施例3
[0026]将壳牌90#浙青与掺量为6wt%的SBS在180°C下以3000rpm转速剪切搅拌20min，先后加入掺量为0.2wt%的二硫化四乙基秋兰姆、0.2wt%的二硫代二吗啉和0.6wt%的氧化锌，在170°C下以3000rpm转速继续剪切搅拌15min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为7-9万,苯乙烯质量含量为40%。
[0027]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点79.8 V，针入度50.2dmm,延度39.7cm,离析软化点差0.2 V，混合料动稳定度7060次/mm，冻融劈裂残留强度比95%。
[0028]实施例4
[0029]将SK90#浙青与掺量为6wt%的SBS在170°C下以4000rpm转速剪切搅拌15min，先后加入掺量为0.5wt%的二硫化四乙基秋兰姆和1.0wt%的蒙脱土，在170°C下以3000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为6-8万，苯乙烯质量含量为30%。
[0030]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点82.60C，针入度42.1dmm,延度36.8cm,离析软化点差0.40C，混合料动稳定度7382次/mm，冻融劈裂残留强度比97%。
[0031]实施例5
[0032]将壳牌90#浙青与掺量为4wt%的SBS在180°C下以3000rpm转速剪切搅拌15min，加入掺量为0.5wt%的二硫代二吗啉、1.0wt%的氧化锌和1.0wt%的硅藻土，在160°C下以4000rpm转速继续剪切搅拌15min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为8-9万，苯乙烯质量含量为25%。
[0033]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点76.4 V，针入度49.7dmm,延度51.2cm,离析软化点差0.70C，混合料动稳定度6914次/mm，冻融劈裂残留强度比93%。
[0034]实施例6
[0035]将SK70#浙青与掺量为5wt%的SBS在175°C下以3000rpm转速剪切搅拌20min，先后加入掺量为0.2wt%的二硫化四乙基秋兰姆、1.0wt%的膨润土和1.0wt%的硅藻土，在165°C下以2000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为8-10万，苯乙烯质量含量为35%。
[0036]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点75.3°C，针入度51.8dmm,延度38.2cm,离析软化点差0.50C，混合料动稳定度7219次/mm，冻融劈裂残留强度比94%。
[0037]实施例7
[0038]将壳牌70#浙青与掺量为5wt%的SBS在180°C下以3000rpm转速剪切搅拌20min，加入掺量为1.0wt%的氧化锌和1.2被％的蒙脱土，在170°C下以3000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为8-9万，苯乙烯质量含量为40%。
[0039]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点77.1 °C，针入度48.5dmm,延度36.1cm,离析软化点差0.90C，混合料动稳定度6983次/mm，冻融劈裂残留强度比91%。
[0040]实施例8
[0041]将壳牌90#浙青与掺量为4wt%的SBS在170°C下以4000rpm转速剪切搅拌15min，然后加入掺量为0.4wt%的二硫代二吗啉、1.0wt%的氧化锌和0.5wt%的膨润土，在160°C下以3000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为5-6万，苯乙烯质量含量为28%。
[0042]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点76.(TC，针入度51.2dmm,延度32.9cm,离析软化点差0.2 V，混合料动稳定度6965次/mm，冻融劈裂残留强度比93%。
[0043]实施例9
[0044]将SK70#浙青与掺量为5wt%的SBS在175°C下以2000rpm转速剪切搅拌25min，先后加入掺量为0.2wt%的二硫化四乙基秋兰姆、0.2wt%的二硫代二吗啉和1.2%硅藻土，在165°C下以3000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到稳定的SBS改性浙青。所使用的SBS为线型结构的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物，分子量为8-10万，苯乙烯质量含量为35%。
[0045]制得的稳定的SBS改性浙青主要性能如下:软化点78.6 V，针入度48.5dmm,延度35.1cm,离析软化点差0.6 V，混合料动稳定度6781次/mm，冻融劈裂残留强度比94%。
[0046]对比例I
[0047]作对比研究的星型SBS，其中苯乙烯质量含量为25-40%，分子量为10_30万。
[0048]将壳牌90#浙青与掺量为6wt%的星型SBS在175°C下以3000rpm转速剪切搅拌15min，然后加入掺量为0.2wt%的二硫化四乙基秋兰姆、0.2wt%的二硫代二吗啉和0.6wt%的氧化锌，在160°C下以2000rpm转速继续剪切搅拌15min，得到改性浙青。
[0049]制得的改性浙青主要性能如下:软化点85.8°C，针入度67.8dmm，延度24.4cm，离析软化点差9.8°C，混合料动稳定度4616次/mm，冻融劈裂残留强度比81%。
[0050]对比例2
[0051]作对比研究的星型SBS，其中苯乙烯质量含量为25-40%，分子量为10_30万。
[0052]将壳牌70#浙青与掺量为5wt%的星型SBS在180°C下以3000rpm转速剪切搅拌20min，加入掺量为1.5wt%的氧化锌和1.0wt%的蒙脱土，在170°C下以3000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到改性浙青。[0053]制得的改性浙青主要性能如下:软化点83.5°C，针入度56.2dmm，延度19.2cm，离析软化点差18.7°C，混合料动稳定度4277次/mm，冻融劈裂残留强度比79%。
[0054]对比例3
[0055]作对比研究的星型SBS，其中苯乙烯质量含量为25-40%，分子量为10_30万。
[0056]将SK70#浙青与掺量为5wt%的SBS在175°C下以3000rpm转速剪切搅拌20min，先后加入掺量为0.2wt%的二硫化四乙基秋兰姆、1.0wt%的膨润土和1.0wt%的硅藻土，在165°C下以2000rpm转速继续剪切搅拌20min，得到改性浙青。
[0057]制得的改性浙青主要性能如下:软化点87.3°C，针入度57.7dmm，延度20.6cm，离析软化点差16.2°C，混合料 动稳定度3980次/mm，冻融劈裂残留强度比83%。
【权利要求】
1.一种稳定的SBS改性浙青，其特征在于，其由基质浙青、热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物和添加剂三部分组成；热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物的掺量为3-8wt%，添加剂的掺量为0.2-2.5wt%。
2.根据权利要求1所述的一种稳定的SBS改性浙青，其特征在于，所述的基质浙青采用壳牌90#、壳牌70#、SK90#和SK70#浙青中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种稳定的SBS改性浙青，其特征在于，所述的热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物为线型结构，分子量为5-10万，苯乙烯质量含量为25-40%。
4.根据权利要求1所述的一种稳定的SBS改性浙青，其特征在于，所述的添加剂为膨润土、蒙脱土、硅藻土、氧化锌、二硫代二吗啉、二硫化四乙基秋兰姆中的至少两种。
5.根据权利要求4所述的一种稳定的SBS改性浙青，其特征在于，所述的添加剂为膨润土、蒙脱土、娃操土中的两种或二种时，其惨量为0.5-2.5wt%。
6.根据权利要求4所述的一种稳定的SBS改性浙青，其特征在于，所述的添加剂为氧化锌、二硫代二吗啉、二硫化四乙基秋兰姆中的两种或三种时，其掺量为0.2-1.2wt%。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种稳定的SBS改性浙青的制备方法，其特征在于，其具体操作步骤为: (O首先用高速剪 切混合设备将热塑性弹性体聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物、基质浙青按配比混合，温度控制在170-180°C，转速2000-4000rpm，时间10-30分钟； (2)然后加入配比量的添加剂，160-170°C温度下以2000-4000rpm转速继续剪切混合10-30分钟，即得稳定的SBS改性浙青。
【文档编号】C08L53/02GK103525107SQ201310498610
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】庞瑾瑜, 杜素军, 畅润田, 陈文璐, 马德崇, 李荣柱 申请人:山西省交通科学研究院