废旧轮胎橡胶块制备橡胶沥青的方法

摘要

一种废旧轮胎橡胶块制备橡胶沥青的方法，将废旧轮胎橡胶块加入到碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶1.5～4，加入废旧轮胎橡胶块质量1.0％～3.0％的助剂，225～300℃反应1～8小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青。本发明克服了胶粉生产过程高能耗、高污染的缺点，为废旧轮胎的再利用提供了一个更为广阔的市场，所制备的橡胶沥青相对于普通橡胶沥青，具有更好的储存稳定性和抗老化性能，可作为路面粘结料制备混合料，降低生产成本，所制备的混合料具有良好的抗水损和高温抗变形能力。本发明制备的橡胶沥青也可应用于防水卷材的生产。

说明书

技术领域

本发明属于沥青材料技术领域，具体涉及一种用废旧轮胎橡胶块生产橡胶沥 青的方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，废旧轮胎的产生量越来越大。据世界环境卫生组织统 计，目前全世界废旧轮胎累积存量已达30亿条，并以每年约10亿条的速度增长。 废旧轮胎在自然条件下很难降解，长期露天堆放，不仅占用大量土地，而且容易 滋生蚊虫传播疾病和引发火灾。废旧轮胎造成的“黑色污染”已是一个非常严峻 的问题。另一方面，废旧轮胎作为一种可再生资源又被称作“黑色金矿”。

国内外废旧轮胎的回收工艺技术主要有原形改制、热裂解、轮胎翻新、燃烧 等方法。原形改制法可将废旧轮胎直接利用，但利用量有限；热裂解法可以制备 燃料油、炭黑等，但技术复杂，成本高，容易造成二次污染；轮胎翻新法耗能少、 无污染，但投资大，技术要求高；燃烧法虽然简单，但释放有害气体，二次污染 严重。这些方法在一定程度上回收利用了一部分的废旧轮胎，但处理的废胎数量 有限，随着汽车工业的快速发展，逐渐赶不上废旧轮胎产生的数量，因此，需要 寻找更有效的、大量的利用废旧轮胎的途径。

将废旧轮胎制备成胶粉，再将胶粉应用于生产道路粘结料——橡胶沥青是现 在一种有效的再利用方法，废旧轮胎中的天然橡胶、合成橡胶以及各种添加剂， 如硫、炭黑、氧化硅等化学成分对改善橡胶沥青和橡胶沥青混凝土的性能都有一 定的作用。目前，橡胶沥青被广泛应用在道路工程建设的层间处理、沥青混凝土 及裂缝填缝料等。用橡胶粉沥青铺设的路面比普通沥青路面更耐用，产生的裂纹 少，耐候性更好，遇严寒天气也不易结冰。胶粉是橡胶沥青的主要改性成分，其 制备方法是把废旧轮胎先切成条，再切成块，进一步磨细为胶粉。在这个过程中， 硫化橡胶的内部交联非常密实，内聚力很大，再加上橡胶的弹性极好，很多的能 量消耗在克服橡胶的弹性上，整个过程是一个纯粹的依靠机械能的物理过程，也 是一个能耗很高的过程。将制备的胶粉加入到沥青中，胶粉吸收沥青中的轻质组 分而溶胀。然而沥青中的轻质组分有限，因而胶粉的溶胀过程较慢，程度很小。 同时，橡胶沥青是一个不稳定体系，在一定温度下，随着时间的延长，胶粉发生 不同程度的脱硫塑化，使橡胶沥青的性能指标不稳定。橡胶沥青在实际施工中又 很难在其性能最优良的时间段内用完，从而影响道路施工和工程质量。因此，胶 粉生产过程的高能耗和橡胶沥青的质量不稳定等问题，成为影响施工成本和质量 的主要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述橡胶沥青制备方法的缺点，提供一 种生产成本低、能耗低、无污染、产品储存稳定性高的用废旧轮胎橡胶块制备橡 胶沥青的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将长×宽×高为5～10cm×3～6cm ×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质 量比为1∶1.5～4，加入废旧轮胎橡胶块质量1.0％～3.0％的助剂，225～300℃反 应1～8小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青。

上述碳氢介质的主要成分为沥青，辅助成分为芳烃油、松焦油、妥尔油、煤 焦油中的任意一种或者任意两种按质量比为1∶1的混合物，主要成分与辅助成分 的质量比为6～10∶1；助剂是橡胶催化再生还原剂PTC-R或橡胶再生活化剂450， 橡胶催化再生还原剂PTC-R由河北瑞威科技有限公司销售，橡胶再生活化剂450 由河南焦作市温县汇诚助剂厂销售。

本发明优选将废旧轮胎橡胶块加入到碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质 的质量比为1∶3，加入废旧轮胎橡胶块质量2.0％的助剂，260℃反应2小时，搅拌 均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青；所述碳氢介质的主要成分是沥青，辅助成分是 芳烃油，沥青与芳烃油的质量比为8∶1；所述助剂是橡胶催化再生还原剂PTC-R。

本发明也可优选将废旧轮胎橡胶块加入到碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳 氢介质的质量比为1∶4，加入废旧轮胎橡胶块质量1.5％的助剂，240℃反应4小 时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青；优选碳氢介质的主要成分是沥青， 辅助成分是松焦油与妥尔油质量比为1∶1的混合物，主要成分与辅助成分的质量 比为7∶1；优选助剂是橡胶活化剂450。

本发明还可优选将废旧轮胎橡胶块加入到碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳 氢介质的质量比为1∶3，加入废旧轮胎橡胶块质量3.0％的助剂，230℃反应4小 时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青；优选碳氢介质的主要成分是沥青， 辅助成分是妥尔油，沥青与妥尔油的质量比为8∶1；优选助剂是橡胶活化剂450。

本发明最佳选择将废旧轮胎橡胶块加入到碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢 介质的质量比为1∶4，加入废旧轮胎橡胶块质量1.5％的助剂，260℃反应2小时， 搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青；最佳碳氢介质的主要成分是沥青，辅助成 分是松焦油，主要成分与辅助成分的质量比为8∶1；最佳助剂是橡胶活化剂450。

本发明的沥青为道路石油沥青50号A级、道路石油沥青70号A级、道路石 油沥青90号A级、道路石油沥青110号A级中的任意一种，道路石油沥青70号 A级、道路石油沥青90号A级、道路石油沥青110号A级由中国石油天然气股份 有限公司克拉玛依石化分公司提供，道路石油沥青50号A级由中海沥青(四川) 有限公司提供。

本发明克服了胶粉生产过程高能耗、高污染的缺点，而且为废旧轮胎的再利 用提供了一个更为广阔的市场，所制备的橡胶沥青相对于普通橡胶沥青，具有更 好的储存稳定性和抗老化性能，可作为路面粘结料制备混合料，降低生产成本， 所制备的混合料具有良好的抗水损和高温抗变形能力。本发明制备的橡胶沥青也 可应用于防水卷材的生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

将6kg长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到 24kg碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶4，加入90g橡胶活 化剂450，橡胶活化剂450的添加量为废旧轮胎橡胶块质量的1.5％，260℃反应2 小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青，其软化点为59.0℃，针入度为 51.0mm，延度为12.5cm。

本实施例碳氢介质的主要成分是道路石油沥青70号A级，辅助成分是松焦油， 道路石油沥青70号A级与松焦油的质量比为8∶1。

本实施例的道路石油沥青70号A级也可用等质量的道路石油沥青50号A级 或道路石油沥青90号A级或道路石油沥青110号A级替换。

实施例2

将6kg长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到 18kg碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶3，加入120g橡胶 催化再生还原剂PTC-R，橡胶催化再生还原剂PTC-R的添加量为废旧轮胎橡胶块质 量的2.0％，260℃反应2小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青，其软化点 为55.0℃，针入度为71.5mm，延度为10.0cm。

本实施例碳氢介质的主要成分是道路石油沥青70号A级，辅助成分是芳烃油， 道路石油沥青70号A级与芳烃油的质量比为8∶1。

实施例3

将6kg长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到 24kg碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶4，加入90g橡胶活 化剂450，橡胶活化剂450的添加量为废旧轮胎橡胶块质量的1.5％，240℃反应4 小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青，其软化点为56.5℃，针入度为 50.5mm，延度为13.0cm。

本实施例碳氢介质的主要成分是道路石油沥青70号A级，辅助成分是松焦油 与妥尔油质量比为1∶1的混合物，主要成分与辅助成分的质量比为7∶1。

实施例4

将6kg长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到 18kg碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶3，加入180g橡胶 活化剂450，橡胶活化剂450的添加量为废旧轮胎橡胶块质量的3.0％，230℃反应 4小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青，其软化点为57.2℃，针入度为 44.5mm，延度为12.3cm。

本实施例碳氢介质的主要成分是道路石油沥青70号A级，辅助成分是妥尔油， 道路石油沥青70号A级与妥尔油的质量比为8∶1。

实施例5

将6kg长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到9kg 碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶1.5，加入60g橡胶活化 剂450，橡胶活化剂450的添加量为废旧轮胎橡胶块质量的1.0％，225℃反应8小 时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青。

本实施例碳氢介质的主要成分是道路石油沥青70号A级，辅助成分是煤焦油， 道路石油沥青70号A级与煤焦油的质量比为6∶1。

实施例6

将6kg长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm的废旧轮胎橡胶块加入到 12kg碳氢介质中，废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶2，加入150g橡胶 催化再生还原剂PTC-R，橡胶催化再生还原剂PTC-R的添加量为废旧轮胎橡胶块质 量的2.5％，300℃反应1小时，搅拌均匀并分离钢丝，制备成橡胶沥青。

本实施例碳氢介质的主要成分是道路石油沥青70号A级，辅助成分是松焦油 与煤焦油的质量比为1∶1的混合物，主要成分与辅助成分的质量比为10∶1。

为了确定本发明的最佳工艺步骤，发明人进行了大量的实验室研究试验，各 种试验情况如下：

实验仪器：SYD2801A型针入度试验仪、SYD2806H型软化点试验仪、STD-0610 型沥青旋转薄膜烘箱、NDJ-1F型布氏旋转粘度计，均由上海昌吉地质仪器有限公司 生产；GY02L型水平延度仪，由河南高远公路养护设备有限公司生产。

实验材料：废旧轮胎橡胶块(长×宽×高为5～10cm×3～6cm×2～4cm)；芳 烃油、松焦油、煤焦油、妥尔油，道路石油沥青70号A级。

1、橡胶沥青的实验方法与数据

发明人以道路石油沥青70号A级与松焦油的质量比为8∶1的混合物为碳氢 介质，以橡胶活化剂450为助剂，助剂的加入量为废胎橡胶质量的1.5％，按照表 1设计的试验，考查碳氢介质与废旧轮胎橡胶块的加入比例、反应温度和时间对制 备的橡胶沥青性能的影响，采用JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规 程》中的T0604-2000、T0605-1993、T0606-2000方法分别测试橡胶沥青的针入度、 延度和软化点，试验及测试结果见表1。

由表1可见，以道路石油沥青70号A级与松焦油的质量比为8∶1的混合物 为碳氢介质，以橡胶活化剂450为助剂，助剂的加入量为废胎橡胶质量的1.5％， 废旧轮胎橡胶块与碳氢介质的质量比为1∶4，反应温度为260℃，反应时间为2 小时，所制备的橡胶沥青的性能最佳，其软化点为59.0℃，针入度为51.0mm，延 度为12.5cm。

表1橡胶沥青的实验结果

2、橡胶沥青指标

发明人将本发明实施例1制备的橡胶沥青分别与道路石油沥青70号A级、 普通橡胶沥青、《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》中橡胶沥青 技术标准进行性能对比，具体试验结果见表2。

表2产品性能指标对比分析

由表2可见，本发明橡胶沥青的各项指标相对于道路石油沥青70号A级得 到了不同程度的提高，并完全达到了《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技 术指南》中橡胶沥青的技术标准。与普通橡胶沥青相比，本发明橡胶沥青的抗老 化性能、弹性恢复性能和贮存稳定性更好。综合上述性能测试结果，本发明橡胶 沥青可以满足路用的基本要求。

3、橡胶沥青混合料性能评价

发明人按照JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的以下 方法对道路石油沥青70号A级、本发明橡胶沥青、普通橡胶沥青的混合料性能 进行对比评价：按规程T0702-2000沥青混合料制作方法(击实法)制作马歇尔 试件，并按照T0709-2000的方法进行马歇尔稳定度实验，试验温度60℃；按照 T0716-1993进行沥青混合料的低温劈裂实验，试验温度-10℃，加载速率1mm/min； 按照T0703-1993的轮碾法制备混合料试件，并按照T0719-1993进行沥青混合料 车辙实验，试验温度60℃，轮压0.7MPa，时间60分钟，并计算动稳定度。实验 结果见表3。

表3沥青混合料的性能评价

由表3可见，本发明橡胶沥青混合料相对于基质沥青混合料和普通橡胶沥青 混合料具有更好的抵抗高温变形能力和抗水损能力，其稳定度完全达到《公路沥 青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，并具有良好的低温劈裂强度。