一种改性胶粉的制备方法、一种胶粉改性沥青和混合料及其制备方法

摘要

一种改性胶粉的制备方法，通过将聚合物与沥青共混制备性能均一稳定的改性沥青后，将其均匀涂覆于胶粉表面，让胶粉能够进行充分的预溶胀，同时通过隔离剂将胶粉颗粒分离开来，保持胶粉的粉体形态，从而起到提高分散的目的，且利用隔离剂可在提高分散保持胶粉粉体形态的同时降低胶粉和沥青混合时的加工难度，得到新型的改性胶粉。还包括采用上述改性胶粉的一种胶粉改性沥青及制备方法以及一种改性沥青混合料及制备方法，将改性胶粉用于改性沥青领域，可同时应用于改善湿法的加工工艺和干法的产品性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能高分散改性胶粉的制备，以其用于改善道路沥青性能的应用。

背景技术

随着交通运输业的飞速发展，大量废旧轮胎随之产生，废旧轮胎的资源化已成为了一个 世界性的难题。轮胎所使用的橡胶材料中，高分子链已经被化学交联，并且存在高比例的填 料(主要是炭黑)、软化油等物质，对回收再利用产生了诸多限制，而使用废轮胎来生产胶粉 是人们公认的十分合理有效的途径之一。沥青是一种在世界范围内广泛应用的道路铺设材料， 随着道路建设的快速发展，人们对路面沥青混凝土的要求也越来越高。废橡胶粉改性沥青技 术是在环保和废旧资源再利用的背景下应运而生的，对沥青的高低温性能具有较大幅度提高， 近年在我国迅速发展，是一种理想的路面材料。

目前，将废橡胶粉应用于沥青混凝土的方法有两类，一类是先将废胶粉与沥青混合改性 后，制成废胶粉改性沥青，然后与石料拌合，得到沥青混凝土，称为“湿法”工艺；另一类 是先将废胶粉直接与石料混合，再加入热沥青拌合，得到沥青混凝土，称为“干法”工艺。 目前的湿法废胶粉改性沥青技术多为高温湿法工艺，即在较高的温度下(200℃)长时间的高 速搅拌制得；也有采用将沥青与废胶粉、SBS、PE等高分子材料在180℃以上，通过胶体磨等 具有高剪切力的共混分散设备的方法进行生产的，如CN 100445333C，CN 1170733A，CN 101275027A，但上述方法存在改性温度高、二次污染严重及能耗大、性能不佳、加工沥青量 大的缺点，这都对湿法的发展造成了一定的限制。由于胶粉改性沥青的离析问题一直未能得 到很好的解决，因此湿法工艺下的胶粉改性沥青必须现场加工使用而无法长途运输，给橡胶 改性沥青的加工生产带了了诸多难题，同样限制了湿法改性的发展。干法虽然便捷，但由于 胶粉没有充足的溶胀时间，分散不均匀等原因使得干法的性能远远低于湿法。上海交通大学 等研发了提高沥青混合料性能的干法改性沥青母料(CN 101885867A)，但由于其需要在高温 下经过双螺杆挤出造粒，提高了产品的能耗和成本，和其他同类母料产品一样，其产品为4mm 圆柱颗粒形貌，并不能很好的解决胶粉的溶胀及快速分散问题，因此无法从根本上很好的提 高干法工艺的沥青混合料性能。

针对以上问题，行业急需一种高性能、可快速分散，可同时用于低温湿法工艺和干法工 艺的改性胶粉母料，减少湿法加工时间和节约能耗的同时，可制备高性能的干法沥青混合料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能高分散改性胶粉的制备方法，并将制得改性胶粉用于 湿法制备胶粉改性沥青及干法制备胶粉改性沥青混合料。

一种改性胶粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将重量比为0.1～6∶100的聚合物和基质沥青共混制成改性沥青，2)将所述改性沥 青先与废胶粉进行搅拌，再加入无机粉体作为隔离剂继续搅拌，所述改性沥青和废胶粉重量 比为5～40∶100。

所述聚合物和基质沥青在120～180℃下经过转速为600～900r/min的高速搅拌或剪切 的条件下制成改性沥青。

优选的加工方案为在高速搅拌釜中将所述改性沥青喷洒入废胶粉后在100～130℃、 1200～3000r/min的搅拌速度下搅拌5～30分钟，风冷2～10分钟待温度降低至40℃～60 ℃时，加入1～15份所述无机粉体继续搅拌1～10分钟，制得高性能高分散的改性胶粉。

所述沥青为道路石油沥青。

所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段 共聚物、丁苯橡胶、天然橡胶、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯接枝马 来酸酐、聚苯乙烯中的一种或几种。

所述胶粉为废轮胎制得的粒径为20～120目的橡胶粉。

所述无机粉体为包括经过表面处理或未经过表面处理的玻璃微珠、硅藻土、膨润土、滑 石粉、粉末碳酸钙中的一种或多种。

一种胶粉改性沥青，包括胶粉和沥青，其特征在于所述胶粉为前述改性胶粉，所述沥青 为基质沥青或改性沥青。

一种胶粉改性沥青的制备方法，其特征在于所述改性胶粉和基质沥青或改性沥青的质量 比为5～35∶60～100，所述改性胶粉和基质沥青的混合为在温度130℃～200℃下于搅拌釜中 以600-1000r/min的转速搅拌5～20分钟。

一种胶粉改性沥青混合料，包括胶粉、沥青、石料，其特征在于所述胶粉为前述改性胶 粉，所述沥青为基质沥青或改性沥青。

一种胶粉改性沥青混合料的制备方法，其特征在于将所述改性胶粉石料拌合，然后向上 述混合物中喷入基质沥青或改性沥青，继续拌合，得到胶粉改性沥青混合料，所述石料温度 为140℃～180℃，所述改性胶粉与石料拌合时间为3～10秒，所述混合物与基质沥青或改性 沥青的拌合时间为20～40秒。

技术效果：

本发明通过将聚合物与沥青共混制备性能均一稳定的改性沥青后，将其均匀涂覆于胶粉 表面，让胶粉能够进行充分的预溶胀，同时通过隔离剂将胶粉颗粒分离开来，保持胶粉的粉 体形态，从而起到提高分散的目的，且利用隔离剂可在提高分散保持胶粉粉体形态的同时降 低胶粉和沥青混合时的加工难度，得到新型的改性胶粉。

进而将改性胶粉用于改性沥青领域，可同时应用于改善湿法和干法工艺及产品。在湿法 工艺中应用时，相对于现有技术实现了改性温度较低、仅采用搅拌而非采用现有常用的双螺 杆挤出等工艺，二次污染较小且能耗小、加工时间短；在干法工艺中应用时，由于胶粉已经 是先经过与沥青的溶胀过程且分散均匀，故可得到性能优于现有产品的胶粉改性沥青混合料， 在性能要求较高的路段、可以取代湿法改性的胶粉改性沥青，解决湿法改性必须现场加工使 用而无法长途运输的问题。

本发明所采用的道路石油沥青，符合中华人民共和国交通运输部对道路用沥青的技术要 求。所述聚合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙 烯嵌段共聚物(SEBS)、丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯接枝马来酸酐(PE-G-MAH)、聚苯乙烯(PS)中的一种 或多种，无机粉体为包括经过表面处理和未经过表面处理的玻璃微珠、硅藻土、膨润土、滑 石粉、粉末碳酸钙中的一种或多种，废胶粉为废轮胎制得的橡胶粉，优选粒径为20～120目， 技术指标符合《硫化橡胶粉GB/T 19208-2008》。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

(1)对胶粉采用喷涂搅拌的方式进行预处理，让胶粉进行了充分的预溶胀的同时，使改 性沥青均匀的包覆于胶粉表面，提高了胶粉与沥青的相容性，进而提高改性性能和缩短湿法 加工时间。

(2)选用无机粉体作为隔离剂，使胶粉以单独颗粒的形态存在，防止了其在沥青中团聚 的现象，进而提高了产品性能。

(3)通过喷涂高速搅拌工艺制备的改性胶粉，保持了胶粉的粉体形态，与现有技术通过 双螺杆等方法造粒相比，节约能耗及成本的同时，在沥青中的分散性更快更好，利于应用， 性价比高。

(4)制备的高性能高分散改性胶粉可同时应用于湿法和干法工艺，既能解决湿法改性能 耗大成本高的为题，也能使干法得到的混合料性能提升，可在一些性能要求较高、必须使用 湿法改性制备的胶粉改性沥青的路段使用干法得到的混合料，解决了橡胶改性沥青必须现场 加工的问题，操作简便，总体而言对湿法和干法的工艺产品所起到的作用都具有很好的社会 和经济效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

针入度按GB/T 0604-2000测试；5℃延度按GB/T 0605-2000测试；软化点按GB/T 0606 -1993测试；布氏旋转黏度按GB/T 0625-2000测试；弹性恢复按GB/T 0662-2000测试。

沥青与石料的油石比为5.2％；石料级配类型为AC-13；对实施例5和实施例6的沥青混 合料检测，依据中华人民共和国交通运输部颁布的如下行业标准进行：

1、《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004

2、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000

主要检测沥青混合料的马歇尔性能、水稳性能、高低温性能。检测指标包括：孔隙率、 沥青饱和度、稳定度、流值、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比、车辙实验动稳定度。

实施例1

按质量份数，向100份基质沥青中加入3份PE-G-MAH，在170℃下，通过高剪切乳化机 改性，得到改性沥青。将30份改性沥青喷入到100份40目的废胶粉中，在100℃的温度下， 以2500r/min高速搅拌5分钟，风冷3分钟待温度降低至45℃时，继续搅拌5分钟，制得 高性能高分散改性胶粉；再将20份改性胶粉与100份基质沥青在150℃混合，以600r/min 高速搅拌20分钟后，得到废胶粉改性沥青胶结料。

实施例2

按质量份数，向100份基质沥青中加入3份PE-G-MAH，在170℃下，通过高剪切乳化机 改性，得到改性沥青。将30份改性沥青喷入到100份40目的废胶粉中，在100℃的温度下， 以2500r/min高速搅拌5分钟，风冷7分钟待温度降低至45℃时，加入2份玻璃微珠，继 续搅拌5分钟，制得高性能高分散改性胶粉；再将20份改性胶粉与100份基质沥青在150℃ 混合，以600r/min高速搅拌20分钟后，得到废胶粉改性沥青胶结料。

实施例3

按质量份数，向100份基质沥青中加入5份EVA，在150℃下，通过高剪切乳化机改性， 得到改性沥青。将10份改性沥青喷入到100份80目的废胶粉中，在120℃的温度下，以1500 r/min高速搅拌15分钟，风冷10分钟待温度降低至40℃时，加入3份硅藻土，继续搅拌10 分钟，制得高性能高分散改性胶粉；再将20份改性胶粉与100份基质沥青在170℃混合，以 1000r/min高速搅拌20分钟后，得到废胶粉改性沥青胶结料。

实施例4

按质量份数，向100份基质沥青中加入5份EVA，在150℃下，通过高剪切乳化机改性， 得到改性沥青。取改性沥青和80目废胶粉，合计20份，加入到100份基质沥青中，其中， 上述改性沥青与80目废胶粉的质量比为10∶1。将上述沥青混合物在170℃下，高速搅拌混合 20分钟后，得到废胶粉改性沥青胶结料。

表1为实施例1～4所述胶粉沥青样品的性能指标

以上性能指标数据均符合胶粉改性沥青的技术要求。

实施例5

按质量份数，向100份基质沥青中加入4份SBS，在180℃下，通过胶体磨改性20分钟， 得到改性沥青。将30份改性沥青喷入到100份60目的废胶粉中，以1500r/min高速搅拌 20分钟，风冷5分钟待温度降低至60℃时，加入1份纳米碳酸钙，搅拌5分钟，制得高性能 高分散改性胶粉；再将30份改性胶粉与石料在180℃下，拌合5秒，按设计的油石比，喷入 基质沥青，拌合30秒，得到胶粉沥青混合料。

实施例6

按质量份数，向100份基质沥青中加入4份SBS，在180℃下，通过胶体磨改性20分钟， 得到改性沥青。将30份改性沥青喷入到100份60目的废胶粉中，以1500r/min高速搅拌 20分钟，风冷5分钟待温度降低至60℃时，加入1份纳米碳酸钙，搅拌5分钟，制得高性能 高分散改性胶粉；再将30份改性胶粉设计油石比的基质沥青在170℃混合，高速搅拌20分 钟后，得到废胶粉改性沥青胶结料；将上述改性沥青胶结料喷入180℃的石料，拌合35秒， 得到胶粉改性沥青混合料。

表2为实施例5～6所述胶粉改性沥青混合料样品的性能指标

*：按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004。

从以上数据可知使用本改性胶粉应用于干法制备的胶粉改性沥青混合料性能已经可以接 近湿法制备胶粉改性沥青与石料拌合后的使用于路面时的性能，既保持了干法加工简便的优 点，同时也实现了性能的提高。