提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其各组分及其质量百分比如下：聚乙烯再生塑料60～80％，聚丙烯再生塑料10～20％，丁苯橡胶7～20％，环烷基橡胶油3～5％；本发明提供橡塑复合添加剂的配方设计合理，采用废旧塑料为主材、丁苯橡胶为辅材，具有明显的成本优势，实现废旧资源的循环利用的同时，还能大幅提升沥青混合料的耐高低温性能，综合性能好，而且造价与目前主流SBS改性沥青体系基本相当，不增加额外负担，且制备工艺简单，使用方便，可以常温存储，利于运输，施工简易，直投式添加即可，具有广阔的市场前景，利于广泛推广应用。

说明书

技术领域

本发明属于添加剂技术领域，具体涉及一种橡塑复合添加剂及其制备方法和应用来提升沥青混合料的综合性能。

背景技术

经过30年道路大规模发展，我国道路总体质量显著提升。但直到现在沥青路面三大典型病害依然存在：开裂、车辙、坑槽，沥青混凝土的高低温性能、水稳定性能仍有提升需求。

根据路面使用功能的需求，沥青胶结料应具有良好的粘结性、温度适应性、水稳定性和耐久性。传统观点认为SBS改性沥青具有更优的性能，近些年SBS改性沥青的应用越来越广泛。但2015开始国内某权威科研结构开展的沥青长期老化实验结果表明，普通重交道路石油沥青和SBS改性沥青在自然条件下经过一年老化后，在5℃条件下都会脆断，SBS改性沥青也没有预想的那么优良的低温和耐久性能。而且SBS改性沥青的高温性能也并不突出。

因此需要打破使用SBS改性沥青的惯性思维，而随着高分子材料技术的发展，出现了越来越多的性能更加优良、使用更加方便的改性沥青添加剂。并且生态环保是发展的大趋势，废旧资源的循环再生利用受到原来越多的关注，道路沥青材料行业在此方面也做了大量工作。

目前应用较为良好的包括采用废旧轮胎研磨成胶粉后生产的橡胶沥青和采用废旧塑料生产的抗车辙剂(高模量剂)。前者综合性能较好，尤其是低温和耐久性能比较理想，但生产难度大、稳定性差、有刺激性气味，推广应用一直受到制约；后者高温性能十分突出，但低温性能损失较大，低温地区易造成路面开裂严重。

针对此，若能开发一种采用废旧塑料为主材、粉末丁苯橡胶为辅材的橡塑复合添加剂，以实现废旧资源的循环利用的同时，大幅提升沥青混合料的综合性能，而造价与目前主流SBS改性沥青体系基本相当，且使用方便，将具有广阔的市场前景。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种配方合理，实现废旧资源的循环利用的同时，大幅提升沥青混合料的综合性能的提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂。

本发明目的之二在于，提供一种制备上述提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂的制备方法，该制备方法的工艺简易，易于实现，生产效率高。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂，其原料的各组分及其质量百分比如下：聚乙烯再生塑料60～80％，聚丙烯再生塑料10～20％，丁苯橡胶7～20％，环烷基橡胶油3～5％。

作为本发明的一种改进，所述环烷基橡胶油为N4006橡胶油。

作为本发明的一种改进，所述聚乙烯再生塑料、聚丙烯再生塑料和丁苯橡胶均为颗粒状。所述聚乙烯再生塑料和聚丙烯再生塑料均优选为一级再生料，能较好确保产品性能指标且稳定性更好。

一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)预备所述提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂的原料；

(2)将聚乙烯、聚丙烯和丁苯橡胶按比例投入到料斗中，然后添加环烷基橡胶油，搅拌均匀后获得混合物；

(3)将混合物加入挤出机进行挤出，获得挤出料；

(4)采用切割机对挤出料进行切割造粒，获得颗粒状的橡塑复合添加剂，单颗橡塑复合添加剂的质量≤0.05g,以利于添加到沥青混合料过程中熔融分散。

作为本发明的一种改进，由于再生颗粒外观颜色的均匀性较差，从而影响橡塑复合改性剂的外观，可以所述步骤(1)中添加占混合物总质量1-2％有色母粒进行调整外观颜色。

作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中的聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶和环烷基橡胶油按先添加固体颗粒，即聚乙烯、聚丙烯和丁苯橡胶，后喷洒环烷基橡胶油的顺序添加入料斗。

作为本发明的一种改进，所述环烷基橡胶油主要作用是改善材料的加工和易性能，对最终产品的性能影响不大，为了保证操作油更好发挥作用，可适当加热到45℃～60℃，然后再倒入料斗，边倒边搅拌。

作为本发明的一种改进，所述挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

作为本发明的一种改进，所述挤出机的材料进口温度为170-180℃，螺杆中段温度为190-200℃，尾段温度逐级降低，出口温度降到160-170℃。

一种所述的橡塑复合添加剂采用直投方式添加到沥青混合料中，添加比例为沥青混合料总质量的0.2-0.4％。

本发明的有益效果为：本发明提供橡塑复合添加剂的配方设计合理，采用废旧塑料为主材、丁苯橡胶为辅材，具有明显的成本优势，实现废旧资源的循环利用的同时，还能大幅提升沥青混合料的耐高低温性能，综合性能好，而且造价与目前主流SBS改性沥青体系基本相当，不增加额外负担，且制备工艺简单，使用方便，可以常温存储，利于运输，施工简易，直投式添加即可，具有广阔的市场前景，利于广泛推广应用。

下面结合实施例，对本发明进一步说明。

具体实施方式

在实施前，所预备的聚乙烯再生塑料、聚丙烯再生塑料、丁苯橡胶、环烷基橡胶油的技术指标如下列表格所示。但是并不对本发明构成任何限制。本发明所属领域的技术人员还可以采用其他性能相同或相似进行变更和修改。

所述聚乙烯再生塑料优选为一级再生颗粒，其技术指标如下表1：

表1

所述聚丙烯再生塑料优选为一级再生颗粒，其技术指标如下表2：

表2

所述丁苯橡胶优选为原生材料，其技术指标如下表3：

表3

所述环烷基橡胶油优选为N4006橡胶油，其技术指标如下表4：

表4

实施例1：本实施例提供的一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其的各组分及其质量百分比如下：聚乙烯再生塑料64％，聚丙烯再生塑料16％，丁苯橡胶15％，环烷基橡胶油5％。所述聚乙烯再生塑料、聚丙烯再生塑料和丁苯橡胶均优选为颗粒状，易于加热混合。将聚乙烯、聚丙烯和丁苯橡胶依次投入到料斗中，然后添加环烷基橡胶油，为了保证环烷基橡胶油更好发挥作用，可适当加热到45℃～60℃，优选为50℃，然后再喷洒入料斗，边喷洒边搅拌，搅拌均匀后获得混合物；由于再生颗粒外观颜色的均匀性较差，从而影响橡塑复合改性剂的外观，可以添加占混合物总质量1-2％有色母粒进行调整外观颜色。

(3)将混合物加入挤出机进行挤出，本实施例中，优选为双螺杆挤出机，挤出速度快，产量大,单位产量耗能低；其他实施例中，也可以为单螺杆挤出机，将所述双螺杆挤出机的材料进口温度为170-180℃，螺杆中段温度为190-200℃，尾段温度逐级降低，出口温度降到160-170℃。通过双螺杆挤出机的挤出获得挤出料；

(4)采用拉条切割机或水环切割机对挤出料进行切割造粒，获得颗粒状的橡塑复合添加剂，单颗橡塑复合添加剂的质量≤0.05g,以利于添加到沥青混合料过程中熔融分散。

所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标如下表5。

表5

实施例2，本实施例提供的一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于原料的各组分配比不同以及所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标略有区别。各组分配比如下：聚乙烯再生塑料73％，聚丙烯再生塑料11％，丁苯橡胶12％，环烷基橡胶油4％。

所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标如下表6。

表6

实施例3，本实施例提供的一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于原料的各组分配比不同以及所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标略有区别。各组分配比如下：聚乙烯再生塑料80％，聚丙烯再生塑料10％，丁苯橡胶7％，环烷基橡胶油3％。

所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标如下表7。

表7

实施例4，本实施例提供的一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于原料的各组分配比不同以及所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标略有区别。各组分配比如下：聚乙烯再生塑料60％，聚丙烯再生塑料20％，丁苯橡胶16％，环烷基橡胶油4％。

所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标如下表8。

表8

实施例5，本实施例提供的一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于原料的各组分配比不同以及所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标略有区别。各组分配比如下：聚乙烯再生塑料60％，聚丙烯再生塑料17％，丁苯橡胶20％，环烷基橡胶油3％。

所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标如下表9。

表9

实施例6，本实施例提供的一种提升沥青混合料综合性能的橡塑复合添加剂及其制备方法，其与实施例1基本相同，区别在于原料的各组分配比不同以及所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标略有区别。各组分配比如下：聚乙烯再生塑料73％，聚丙烯再生塑料12％，丁苯橡胶10％，环烷基橡胶油5％。

所制得的橡塑复合添加剂的物理力学指标如下表10。

表10

将上述实施例1-6所制得的橡塑复合添加剂采用直投方式添加到沥青混合料中，添加比例为沥青混合料总质量的0.2-0.4％。添加量取决于道路等级和交通量水平，道路等级越高、交通量越大、重载交通越多，添加比例越高。本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例之一的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。

以普通AC-13沥青混合料为例，添加本发明橡塑复合改性添加剂后，高温性能提升6-10倍，较改性沥青混合料提升3-5倍；低温性能提升50％以上，与SBS改性沥青混合料相当。尤其是采用路面结构设计参数动态模量来评价，在低温5℃条件下动态模量无明显差距；但体现高温性能的55℃动态模量，本发明橡塑复合改性剂远高于改性沥青，而普通沥青在此条件下完全破坏，充分验证了本发明橡塑复合改性添加剂优良的高温性能。相关性能指标见下表11：

表11

本发明橡塑复合改性添加剂在大幅提升沥青混合料性能，但由于大量使用再生材料，具有明显的成本优势，与普通沥青混合料相比，造价有所增加，但较SBS改性沥青混合料造价却降低2-3％，而性能的提升却是显而易见的。另一方面，SBS改性沥青需高温存储，且长时间存储指标会衰减，对于偏远地区或工程量较小的养护项目，本发明橡塑复合改性材料常温袋装存储、直投式添加的便利性优势更加明显。而消耗废旧塑料，实现废旧资源的高效化应用，其环保意义更是巨大。

虽然目前市场上的抗车辙剂或高模量剂也是采用再生塑料生产而成，也能提高沥青混合料的高温性能，但低温性能却较普通沥青都大幅降低，低温小梁弯曲破坏应变一般在1500以下με。本发明通过聚乙烯、聚丙烯材料的复配，兼顾了高温性能和低温性能，同时引入丁苯橡胶材料，有效的提升了材料的低温性能,综合性能好。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似方法及组分而得到的其它添加剂及其制备方法，均在本发明保护范围内。