一种SBS-橡胶复合改性沥青及其制备方法

摘要

本发明涉及一种SBS‑橡胶复合改性沥青及其制备方法。该沥青由基质沥青、SBS、辅助成分环烷油、废轮胎橡胶颗粒、活化剂T2、交联剂T4制成，废轮胎橡胶颗粒与基质沥青的质量比为1:2‑6，SBS、辅助成分环烷油、活化剂T2、交联剂T4用量分别为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.5%‑3%、0.25%‑1%、5%‑10%、0.04%‑0.08%。该沥青的制备方法为将160℃‑180℃热熔沥青与SBS和环烷油混合，在170℃‑180℃搅拌15‑20分钟，然后加入废旧轮胎橡胶颗粒、活化剂T2，并在180℃‑190℃搅拌40‑50分钟，然后加入交联剂T4，温度维持在185℃‑200℃下高速剪切1‑2分钟，最后搅拌10‑20分钟制备出低成本、低能耗、无污染、高性能、高储存稳定性的SBS‑橡胶复合改性沥青。

说明书

技术领域

本发明属石油沥青及其加工制备技术领域，具体涉及一种SBS-橡胶复合改性沥青及其 制备方法。

背景技术

苯乙烯丁二烯三嵌段共聚物(SBS)具有优良的拉伸强度，低温性能好，作为沥青改 性剂时可明显改进沥青的高低温性能和耐负载性能。然而SBS价格高昂，大量使用SBS作 为改性剂成本过高。

橡胶改性沥青成本较低，利用橡胶改性沥青，能够提高沥青的软化点，增强沥青回弹 性。废旧轮胎是工业上急剧增加却难以回收处理的“黑色污染”，其主要成分是橡胶，因此 回收废旧轮胎进行橡胶改性沥青，促进废物再利用，可达到环境保护和资源节约目的。

然而，橡胶粉在基质沥青中溶胀溶解不完全、体系粘度高，存在施工困难、储运过程 易发生离析等问题。普通橡胶沥青适用时间短，须在生产12小时内使用，否则发生沉淀离 析或者胶粉完全反应，无法达到改性效果。

专利CN101555354B公开了一种废橡胶改性沥青的制备方法，可制得无污染、性价比 高的废橡胶沥青，但其所用橡胶粉并非完全是废橡胶粉，废橡胶粉约占橡胶粉总量的一半， 因此生产此类型沥青仍需购置新橡胶粉，因此提升了成本。此外，其提供的废橡胶改性沥青 中橡胶含量低，因此不能有效利用废橡胶，废物再利用效率低。而且其针入度是针对其技术 指标设计，不满足《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》要求，无法在北京生 产使用。

专利CN105176115A公开了一种SBS橡胶粉复合改性沥青及其制备方法，可制得明 显改善路面质量的改性沥青。然而，其提供的制备方法须在180℃高速剪切2h，对设备要求 高且耗费大量能量。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种新型SBS-橡胶复合改性沥青及其制备方 法。

本发明采用以下技术方案：

一种SBS-橡胶复合改性沥青，由基质沥青、SBS、辅助成分环烷油、废轮胎橡胶颗粒、 活化剂T2、交联剂T4制成，废轮胎橡胶颗粒与基质沥青的质量比为1:2-6，SBS用量为废 旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.5％-3％，辅助成分环烷油用量为废旧轮胎橡胶颗粒与 基质沥青质量和的0.25％-1％，活化剂T2用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 5％-10％，交联剂T4用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.04％-0.08％。

优选的是，上述方案中所述基质沥青选自道路石油沥青50号A级、道路石油沥青70 号A级、道路石油沥青90号A级和道路石油沥青110号A级中的任意一种。

在上述任一方案中优选的是，所述辅助成分环烷油可促进SBS在沥青中的分散，并软 化橡胶颗粒，选自芳烃油、松焦油、妥尔油、煤焦油中的任意一种。

在上述任一方案中优选的是，所述活化剂T2，用于橡胶大分子解聚脱硫，选自再生活 化剂463、901、703中的任意一种。

在上述任一方案中优选的是，所述交联剂T4，用于橡胶分子嫁接交联，选自交联剂 TAIC、不溶性硫磺或硫化物中的任意一种。

在上述任一方案中优选的是，所述废轮胎橡胶颗粒与基质沥青的质量比为1:3-5。

在上述任一方案中优选的是，所述SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 1％-2.5％。

在上述任一方案中优选的是，所述SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 1.5％-2.5％。

在上述任一方案中优选的是，所述SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 1.5％-2％。

在上述任一方案中优选的是，所述辅助成分环烷油用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥 青质量和的0.3％-0.5％。

在上述任一方案中优选的是，所述辅助成分环烷油用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥 青质量和的0.5％-0.9％。

在上述任一方案中优选的是，所述活化剂T2用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质 量和的6％-9％。

在上述任一方案中优选的是，所述活化剂T2用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质 量和的7％-8％。

在上述任一方案中优选的是，所述交联剂T4用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质 量和的0.05％-0.07％。

在上述任一方案中优选的是，所述交联剂T4用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质 量和的0.06％。

本发明提供一种SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法，其步骤如下：

(1)将热熔基质沥青加热至拌和温度160℃-180℃，加入SBS和辅助成分环烷油，在 170℃-180℃下下搅拌15-20分钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入40-60目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入活化剂T2；

(4)将(3)所得混合物在在180℃-190℃下搅拌40-50分钟；

(5)加入交联剂T4，温度保持在180℃-200℃同时以6000-12000rpm进行高速剪切 1-3分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌10-20分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

上述方案中根据基质沥青的产地、厂家及性能合理设定温度、时间、剪切速度。

优选的是，步骤(1)中所述拌和温度为165-175℃，搅拌温度是175-180℃，搅拌时 间15分钟。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中所述废旧轮胎橡胶颗粒粒径为40-55目。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中所述废旧轮胎橡胶颗粒粒径为50-55目。

在上述任一方案中优选的是，步骤(2)中所述废旧轮胎橡胶颗粒粒径为45-50目。

在上述任一方案中优选的是，步骤(4)中温度为180℃-185℃。

在上述任一方案中优选的是，步骤(4)中时间为45-50分钟。

在上述任一方案中优选的是，步骤(5)中转速为7000-11000rpm。更优选地是，上述 任一方案中步骤(5)中转速为8000-10000rpm，更优选地是，上述任一方案中步骤(5)中 转速为9000rpm。

在上述任一方案中优选的是，步骤(5)中剪切时间为1.5-2分钟。

在上述任一方案中优选的是，步骤(5)中温度为185℃-195℃。

在上述任一方案中优选的是，步骤(6)中搅拌时间为10-15分钟。

本发明提供的SBS-橡胶改性沥青可以用本发明的制备方法制得。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的制备方法，在以基质沥青为分散介质的共混体系中加入废橡胶颗粒，通 过高温和高剪切作用进行溶胀，同时添入一系列的助剂使该体系存在一个解聚和再交联的过 程，最终形成橡胶沥青中心弹性体系。该体系中废胶粉颗粒更加均匀、稳定的分散在沥青介 质中，相比普通的橡胶沥青拥有更良好的储存稳定性和抗老化性能，可作为路面粘结材料制 备混合料，降低生产成本，所制作的混合料铺筑的路面具有良好的抗水损和抗高、低温变形 能力，同时具有降噪功效，提高了行驶的舒适度。

本发明提供的制备方法，使用大量废旧橡胶，废物利用率高；制备方法简单，高速剪 切时间短，省时节能。

本发明提供的SBS-橡胶复合改性沥青，符合《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工 技术指南》，可在北京生产使用。

本发明提供的SBS-橡胶复合改性沥青，适用于冷拌冷铺沥青混合料。

本发明提供的SBS-橡胶复合改性沥青，能克服现有橡胶沥青适用时间短的问题：现有 橡胶沥青须在生产12小时内使用，否则发生沉淀离析或者胶粉完全反应，无法起到改性效 果。而本发明的SBS-橡胶复合改性沥青适用时间在加热状态下可达到10-14天，冷却状态 适用时间更长。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只 对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基 础上做出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。

本发明所用不溶性硫磺从无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司购买，交联剂TAIC 从上海顿美新材料科技有限公司购买，再生活化剂、环烷油购买自安徽志一橡胶科技有限公 司。

实施例1

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青70号A级基质沥青的 质量比为1:4，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的2％，辅助成分芳烃油用 量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.25％，再生活化剂463用量为废旧轮胎橡胶颗 粒与基质沥青质量和的5％，交联剂TAIC用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 0.04％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向将160℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分芳烃油，在170℃下搅拌15分 钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入45-55目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂463；

(4)将(3)所得混合物在在180℃下搅拌40分钟；

(5)加入交联剂TAIC，温度为185℃-190℃同时以10000rpm进行高速剪切1分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌20分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例2

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青70号A级基质沥青的 质量比为1:4，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的1％，辅助成分松焦油用 量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的1％，再生活化剂901用量为废旧轮胎橡胶颗粒 与基质沥青质量和的5％，交联剂TAIC用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 0.08％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向将165℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分松焦油，在180℃下搅拌20分 钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入45-55目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂901；

(4)将(3)所得混合物在在190℃下搅拌40分钟；

(5)加入交联剂TAIC，温度为185℃-190℃同时以9900rpm进行高速剪切1分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌10分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例3

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青70号A级基质沥青的 质量比为1:3，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的1.5％，辅助成分妥尔油用 量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.4％，再生活化剂703用量为废旧轮胎橡胶颗 粒与基质沥青质量和的8％，不溶性硫磺用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 0.05％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向将170℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分妥尔油，在170℃下搅拌15分 钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入40-50目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂703；

(4)将(3)所得混合物在在185℃下搅拌45分钟；

(5)加入不溶性硫磺，温度为190℃-195℃同时以8000rpm进行高速剪切3分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌20分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例4

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青110号A级基质沥青 的质量比为1:2，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的3％，辅助成分煤焦油 用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.5％，再生活化剂703用量为废旧轮胎橡胶 颗粒与基质沥青质量和的6％，交联剂TAIC用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 0.06％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向175℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分煤焦油，在175℃下搅拌16分钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入40-60目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂703；

(4)将(3)所得混合物在在182℃下搅拌50分钟；

(5)加入硫，温度为195℃-200℃同时以6000rpm进行高速剪切3分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌15分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例5

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青50号A级基质沥青的 质量比为1:6，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.5％，辅助成分芳烃油用 量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.6％，再生活化剂463用量为废旧轮胎橡胶颗 粒与基质沥青质量和的7％，硫化物(二硫化四甲基秋兰姆)用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基 质沥青质量和的0.07％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向180℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分芳烃油、松焦油混合物，在180℃ 搅拌17分钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入40-50目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂703；

(4)将(3)所得混合物在在187℃下搅拌42分钟；

(5)加入二硫化四甲基秋兰姆，温度为190℃-195℃同时以7000rpm进行高速剪切2 分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌13分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例6

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青70号A级基质沥青的 质量比为1:5，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的2.5％，辅助成分妥尔油用 量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.7％，再生活化剂901用量为废旧轮胎橡胶颗 粒与基质沥青质量和的9％，硫化物DTDM(4',4-二硫代二吗啉)用量为废旧轮胎橡胶颗粒 与基质沥青质量和的0.05％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向将热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分妥尔油，在170℃下搅拌15分钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入40-50目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂901；

(4)将(3)所得混合物在在185℃下搅拌45分钟；

(5)加入硫化物，温度为190℃-195℃同时以9000rpm进行高速剪切1.5分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌18分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例7

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青90号A级基质沥青的 质量比为1:4.5，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的1.5％，辅助成分芳烃油 用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.8％，再生活化剂703用量为废旧轮胎橡胶 颗粒与基质沥青质量和的8％，不溶性硫磺用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 0.05％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向175℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分妥尔油，在170℃下搅拌15分钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入45-60目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂703；

(4)将(3)所得混合物在在185℃下搅拌45分钟；

(5)加入不溶性硫磺，温度为190℃-195℃同时以8500rpm进行高速剪切2.5分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌15分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

实施例8

一种SBS-橡胶复合改性沥青，废轮胎橡胶颗粒与道路石油沥青90号A级基质沥青的 质量比为1:5.5，SBS用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的2％，辅助成分松焦油用 量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的0.4％，再生活化剂703用量为废旧轮胎橡胶颗 粒与基质沥青质量和的8％，不溶性硫磺用量为废旧轮胎橡胶颗粒与基质沥青质量和的 0.05％。

本实施例中，SBS-橡胶复合改性沥青的制备方法为：

(1)向165℃热熔基质沥青中加入SBS和辅助成分松焦油、妥尔油混合物，在170℃ 下搅拌15分钟；

(2)向(1)中所得混合物中加入40-50目的废旧轮胎橡胶颗粒；

(3)向(2)所得混合物中加入再生活化剂703；

(4)将(3)所得混合物在在185℃下搅拌45分钟；

(5)加入不溶性硫磺，温度为190℃-195℃同时以11000rpm进行高速剪切3分钟；

(6)将(5)所得混合物搅拌20分钟，得到SBS-橡胶复合改性沥青。

对比例1：

轮胎橡胶颗粒与基质沥青的质量比为1:1

成分 SBS 芳烃油 再生活化剂463 交联剂TAIC 用量 0.4％ 0.2％ 12％ 1％

制备方法与实施例1中制备方法相同。

对比例2

轮胎橡胶颗粒与基质沥青的质量比为1:7

成分 SBS 松焦油 再生活化剂901 交联剂TAIC 用量 0.1％ 2％ 13 0.02

制备方法与实施例2制备方法相同。

对比例3

与实施例3区别在于其制备过程中：步骤(1)中，和温度为150℃，搅拌温度为160℃， 搅拌时间20分钟。步骤(2)中，加入30目废旧轮胎橡胶颗粒。

对比例4

与实施例4区别在于其制备过程中：步骤(2)中，入废旧轮胎橡胶颗粒为80目。步 骤(4)中，搅拌温度为200℃，搅拌时间为1.5小时。

对比例5

将75g基质沥青加热到160-180℃，加入糠醛抽出油0.1g，搅拌均匀，继续加入SBS3.2g， 30-220目废橡胶粉0.5g，陶土0.2g，以3000转/分搅拌40分钟，搅拌过程中加入硫磺粉0.1g。 然后以300转/分搅拌200分钟，制备出沥青。

对比例6

将重量百分比为10％的SBS，80％的40目以上橡胶粉，10％聚乙烯在10-400转/分 下搅拌均匀得到复合改性剂。加入到160℃的90号重交沥青中，复合改性剂占总重量的6％。 然后在4000转/分下高速剪切15分钟。加入钛酸酯类稳定剂，在160-180℃下继续剪切25 分钟制得沥青。

将本发明实施例所制备SBS-橡胶复合改性沥青与对比例所制备的沥青在180℃下的适 用时间列于表1中。

表1沥青适用时间表

产品 适用时间 对比例1 12小时 对比例2 8小时 对比例3 10小时 对比例4 11小时 对比例5 10小时 对比例6 12小时 实施例1 10天 实施例2 10天 实施例3 12天 实施例4 11天 实施例5 13天 实施例6 14天 实施例7 12天 实施例8 14天

将本发明实施例所制备SBS-橡胶复合改性沥青与道路石油沥青的70号A级(表中“石 油沥青”)、普通橡胶改性沥青性能(表中“普通”)、《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施 工技术指南》(表中“技术指南”)列于表2，其中实施例后数据为橡胶与基质沥青的比值。 由表1可见，本发明对于普通道路石油沥青的70号A级有良好的改性作用，各个指标由明 显的提升，完全符合《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工的技术指南》的各项标准。与 普通的橡胶改性沥青相比，本发明生产的SBS-橡胶化学复合改性沥青在粘度、短期抗老化 性能、高温储存稳定性都有明显技术优势。

表2产品性能指标对比表

将本发明实施例所制备SBS-橡胶复合改性沥青与道路石油沥青的70号A级(表中“石 油沥青”)、普通橡胶改性沥青(表中“普通”)分别进行混合料配合比设计，选择同样的级 配和用油量的情况下，评价采用不同沥青对沥青混凝土混合料性能的影响。

具体按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的一系列方法进行 测试。T0702—2011沥青混合料制作方法(击实法)制作马歇尔试验，按照T0709—2011沥 青混合料马歇尔试验进行测试；按照T0729—2000法进行沥青混合料冻融劈裂试验，试验 温度为-18℃，加载速率为50mm/min；按照T0719—2011中的轮碾法制作车辙试验试块并进 行沥青混合料车辙试验；按照T0719—2011中的轮碾法制作车辙试验试块，把试块切制成 长250mm±2.0mm、宽30mm±2.0mm、高35±2.0mm的菱形小柱，然后按照T0715—2011 法进行沥青混合料弯曲试验，试验温度为-18℃，加载速率为50mm/min，试验数据如表3。

表3沥青综合性能评价

由表2可以看出，SBS-橡胶化学复合改性沥青混合料相对于基质沥青和普通橡胶沥青 混合料有更强的高、低温性能，其各项指标完全符合技术标准，应用前景广泛。