一种丁苯橡胶改性沥青组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种丁苯橡胶改性沥青组合物及其制备方法，所述组合物由70‑80质量份的沥青、1.5‑4.5质量份的丁苯橡胶、1‑5质量份的交联剂、0.5‑2.0质量份的引发剂以及0.3‑1.3质量份的终止剂组成，所述制备方法包括如下步骤：(1)沥青加热；(2)反应物混合；(3)接枝交联反应；(4)反应终止。本发明专利技术工艺简单，改性沥青产品的耐热性、与极性材料的相容性以及粘结强度得到大幅改善。

【技术实现步骤摘要】
一种丁苯橡胶改性沥青组合物及其制备方法
本专利技术涉及一种沥青材料，特别涉及一种改性沥青及其制备方法，属于新材料领域。
技术介绍
沥青作为应用最广的路面用材料，市场需求巨大，虽然我国道路沥青特别是高等级道路沥青的产量逐年增加，但高等级道路沥青在沥青中所占比例仍然较小，而且质量上还有较大差距，因此将普通沥青进行改性生产高等级沥青势在必行。众所周知，普通石油沥青温度敏感性大，低温易脆裂，高温易流动，耐老化性能差。对其改性的主要目的是改善沥青混合料在高低温下的路用性能，提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化及抗低温开裂等性能。即提高沥青混合料在高温下抵抗形变的能力，提高其低温抗裂和抗反射裂缝能力，增加粘结力及抗水损害能力，延长使用寿命。现有技术中，通常是在沥青或沥青混合料中加入天然或合成的有机或无机材料，使其熔融或分散在沥青中，从而改善或提高沥青路面性能。改性沥青的性能除与外加的改性剂有关外，也取决于基质沥青本身的组成与性质。橡胶类聚合物的玻璃化温度低，是提高沥青低温延度的优异材料，如结合苯乙烯为25％的丁苯橡胶，其玻璃化温度为-57℃，脆化温度为-46～-45℃，在高于脆化温度下使用，只需少量加入就可以大幅度提高沥青的低温延度。例如，100号石油沥青玻璃化温度为-21℃，而掺入2％丁苯橡胶制得的改性沥青玻璃化温度降至-24℃，说明丁苯橡胶沥青的粘弹态温度范围向低温区扩大。采用丁苯橡胶改性的沥青低温性能突出，具有优异的低温延度、低温抗裂性及低温耐久性，特别适用于年极端最低气温低于-37℃的冬严寒区和气温在-21.5～-37℃的冬寒区道路的铺筑，再加上其价格较为低廉，已成为目前提高沥青延度尤其是低温延度的首选高分子材料。例如，在US4130506中，向4℃延度为7cm的沥青中加入1％的丁苯橡胶，可以将其延度提高到150cm以上；在US5002987和US6136899中，用少量低温聚合丁苯橡胶胶乳也可以使沥青的4℃延度提高到150cm以上。但是，由于丁苯橡胶是不饱和橡胶，在长期光照和高温环境下很容易降解，降低改性效果，另外，丁苯橡胶极性较低，永久形变较大，无法显著改善沥青的粘韧性和韧性。此外，其较低的玻璃化温度也使得其对沥青的高温性能改善不大。因此单以丁苯橡胶改性沥青很难兼顾和平衡改性沥青的高低温性能。SBS是一种热塑性弹性体，兼有塑料和橡胶的特性，可同时改善沥青的高低温性能。但由于SBS价格昂贵及现场生产所需设备庞大且操作十分麻烦，导致改性沥青产品的价格偏高，没有价格优势，不利于市场推广应用。丁苯橡胶的市场价格只有SBS的一半，且具有优异的低温性能，与沥青相容性好，是SBS理想的替代品。为同时改善沥青的高低温性能，最常采用的方法是与其他材料复合改性，即在添加丁苯橡胶的基础上再添加其他有利于提高材料高温性能和粘韧性的改性剂。例如，专利CN104277463A以纳米SiO2粒子与丁苯橡胶复合改性沥青，改性沥青的软化点有一定提高。但该方法降低了低温性能，且对软化点提高幅度有限，况且纳米材料比表面积大，极易团聚，不易分散均匀。专利CN101280115B公开了一种高性能复合改性沥青材料及其制备方法。该复合改性沥青材料包括76％～90％的沥青、5％～15％油类相容剂、2.5％～4％的SBS、2％～4.5％的SBR、0.5％～1.5％的聚乙烯蜡添加剂。该专利技术通过添加多种有助于提高沥青高温性能的聚合物材料与丁苯橡胶复合，来提高改性沥青高低温性能、施工性能、弹性恢复性能等。但该专利组分复杂，对混合过程要求高，成本高。在改性沥青的生产过程中，如果提高了改性沥青的高温性能，往往伴随着贮存稳定性变差，或者是改性沥青软化点适中但其低温性能、弹性恢复性能较差的现象，现有的改性沥青材料难以同时满足以上各种要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是以丁苯橡胶为单一改性剂，通过将沥青和丁苯橡胶进行适当接枝和交联，在保证材料低温柔性的前提下，提高其高温性能，并能保证改性沥青适当的储存稳定性和抗老化性，且改性材料工艺简单易行，成本低。为实现上述目的，本专利技术的技术方案之一，是一种丁苯橡胶改性沥青组合物，由70-80质量份的沥青、1.5-4.5质量份的丁苯橡胶、1-5质量份的交联剂、0.5-2.0质量份的引发剂以及0.3-1.3质量份的终止剂组成，其中所述丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶，所述交联剂为马来酸酐。优选地，所述粉末丁苯橡胶的用量为3.0-4.0质量份。优选地，所述引发剂为过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化氢、异丙苯叔丁基过氧化氢、过氧化氢中的一种或几种。优选地，所述终止剂为对苯二酚。优选地，所述引发剂为过氧化二异丙苯。本专利技术的技术方案之二，是提供一种上述丁苯橡胶改性沥青组合物的制备方法，包括如下步骤：(1)沥青加热将沥青加入反应釜中，加热至170-180℃，搅拌；(2)反应物混合加入粉末丁苯橡胶，先高速搅拌剪切混合，搅拌速度为2800rpm-3000rpm，然后再低速搅拌熟化，搅拌速度为1000rpm-1200rpm；(3)接枝交联反应调节反应釜温度至160-165℃，加入交联剂和引发剂，搅拌，反应；(4)反应终止步骤(3)结束后，向反应釜中加入终止剂，搅拌10-30分钟，即得所需产品。优选地，步骤(1)所述搅拌的搅拌速度为1800rpm-2000rpm。优选地，步骤(2)所述高速搅拌的搅拌时间为1.5-2.5h。优选地，步骤(2)所述低速搅拌的搅拌时间为1-2h。优选地，在步骤(2)中，加入马来酸酐和引发剂之前，反应釜中先通入N2。优选地，步骤(3)所述反应的反应时间为2-3h。具体地说，本专利技术的原理如下：在沥青中添加丁苯橡胶(SBR)进行改性时，橡胶与沥青之间只是简单的物理共混，SBR基本没有发生化学反应，丁苯橡胶以2-5μm的粒径分布于沥青中形成镶嵌结构，胶粒表面对沥青中的轻组分进行有选择地吸附，在胶粒表面形成界面吸附层，有助于胶粒与沥青两相之间的结合。由于橡胶分子量较大，这些大分子起着缠绕沥青分子的作用，阻碍了沥青分子的流动和滑动，因而一定程度上提高了改性沥青的高温性能。同时沥青中的低分子进入橡胶的网络，使沥青中的油分相对减少，也减缓了沥青高温下的流动性。但是，由于丁苯橡胶玻璃化温度太低，其对高温性能的改善是有限的，软化点的提高幅度在5℃以下。丁苯橡胶改性沥青是一种镶嵌结构，丁苯橡胶为分散相，沥青为连续相。低温下沥青硬而聚合物相对较软，在受到外力作用时，胶粒的拉伸起到一定的增韧增塑作用，降低了材料的脆性，有较大的抗变形能力，改善了低温性能。在实际应用时，往往要求改性沥青同时兼有良好的高温性能和低温性能，并且储存稳定性也要好。单纯增加丁苯橡胶的含量是不够的。需要进一步提高改性材料的平均分子量，提高耐高温性能。本专利技术的专利技术人发现，丁苯橡胶的分子结构中仍存在碳碳双键，而沥青组分的分子中也存在多种活性基团，二者均可进行加成、取代或其他反应，或进一步发生交联或接枝反应，形成三维网状结构，有效束缚分子的移动，从而达到提高改性沥青高温性能，减少永久变形，提升粘韧性的目的。本专利技术采用化学接枝交联的方法处理SBR改性沥青，通过控制单体和引发剂的用量，控制适宜的接枝率和交联度，可很好地平衡改性沥青的高低温性能，控制适当的粘度,并维持较好的体系稳定性。本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丁苯橡胶改性沥青组合物，由70‑80质量份的沥青、1.5‑4.5质量份的丁苯橡胶、1‑5质量份的交联剂、0.5‑2.0质量份的引发剂以及0.3‑1.3质量份的终止剂组成，其特征在于，所述丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶，所述交联剂为马来酸酐。

【技术特征摘要】
1.一种丁苯橡胶改性沥青组合物，由70-80质量份的沥青、1.5-4.5质量份的丁苯橡胶、1-5质量份的交联剂、0.5-2.0质量份的引发剂以及0.3-1.3质量份的终止剂组成，其特征在于，所述丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶，所述交联剂为马来酸酐。2.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶改性沥青组合物，其特征在于，所述粉末丁苯橡胶的用量为3.0-4.0质量份。3.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶改性沥青组合物，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化氢、异丙苯叔丁基过氧化氢、过氧化氢中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶改性沥青组合物，其特征在于，所述终止剂为对苯二酚。5.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶改性沥青组合物，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯。6.一种权利要求1所述的丁苯橡胶改性沥青组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)沥青加热将沥青加入反应釜中，加热至170-180℃，搅拌；(2)反应物混合加入粉末丁苯橡胶，先高速搅拌剪切混合，搅拌速度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁思琦，
申请(专利权)人：鲁思琦，
类型：发明
国别省市：浙江,33