一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料及其制备方法，包括如下质量比的组分：橡胶沥青前驱体﹕硫化剂﹕反应促进剂的质量比为500﹕8.93～50.85﹕0～5.08；所述橡胶沥青前驱体包括如下质量比的组分：基质沥青﹕天然橡胶乳液﹕油基增容剂的质量比为100﹕8～20﹕4～10。本发明专利技术利用油基增容剂，使高掺量天然橡胶在沥青中均匀分布，并利用高掺量硫化剂使沥青中的天然橡胶发生交联反应，通过硫化后的橡胶与沥青形成IPN互穿网络结构，使天然橡胶沥青由热塑性转变为热固性材料，大幅提升沥青胶结料的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料及其制备方法
本专利技术属于道路铺面材料
，涉及一种沥青材料，具体涉及一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着我国经济高速发展，我国货运车辆出现了车辆数下降、总吨位上升，单辆车载大幅上升的结构性变化，我国高速公路及国省干线面临着更严峻的重载、超载挑战，对路面的抗车辙性能及抗疲劳性能提出了更高的要求。为延长沥青路面道路的使用寿命，需使用性能更加优异的沥青胶结料。目前，主流做法是向沥青中添加改性剂进行物理改性，而常见的沥青改性剂有SBS、废旧胶粉、丁苯胶乳等。天然橡胶与沥青相容性好，具有较好的粘弹性，且属于一种可再生资源，是绿色、环保的沥青改性剂。马来西亚、泰国等天然橡胶生产国都有将天然橡胶用于沥青改性的强烈愿望，期望借此来扩大天然橡胶的消费市场。马来西亚在天然橡胶改性沥青方面已经取得了一些成果，而我国对此还鲜有研究。2019年12月20日，海南天然橡胶产业集团股份有限公司与马来西亚橡胶局在马来西亚吉隆坡就天然橡胶改性沥青道路合作进行了洽谈并签订了合作备忘录。天然橡胶作为一种可再生资源，用作沥青的改性剂，应用前景广阔。但是当前简单地将天然橡胶添加入沥青中，通过搅拌、高速剪切等方式分散均匀，能对沥青的高低温性能和耐久性进行改善，但性能提升幅度有限。天然橡胶改性沥青面临着成本、技术等问题，在我国推广使用，还需要进一步的深入研究。目前，国内外对天然橡胶改性沥青采取的技术方法主要有两种，第一种(例如中国专利申请申请号201911388387.1“天然橡胶改性沥青及制备方法”)是简单的将天然橡胶(包含固体胶块、液体橡胶)通过搅拌、高速剪切等方法加入至沥青中，通过增加沥青中的弹性物质来改善沥青的高低温性能，但仍然为热塑性材料，性能提升幅度有限。第二种(例如中国专利申请申请号202010256962.9“一种硫化天然橡胶改性沥青及其制备方法”)为采用了硫化手段对橡胶沥青进行改性，但其改性手段制备出的材料仍然为热塑性材料，高温(120～160℃)下为流动态。
技术实现思路
本申请专利技术人在大量的实验及微观实验中发现，当天然橡胶乳液的添加量较少时橡胶在沥青中以线状分散、相互分离(如图1中3％天然橡胶乳液掺量时，橡胶点状分布)，天然橡胶沥青此时仍主要表现出沥青的性状，无法达到想要的材料性能。而进一步的加大天然橡胶乳液用量后通过荧光显微镜发现：当天然橡胶乳液添加量达到沥青质量的8％时，天然橡胶在沥青中形成了网状结构(如图2所示)，随着天然橡胶乳液添加量的持续增加，网络结构更加明显、稳定；而此时的天然橡胶沥青黏度增大，不宜与集料拌合为沥青混合料，通过天然橡胶乳液/油基增容剂配比的调节增加低粘度、稳定的油基增容剂后能降低天然橡胶沥青的黏度。经观察，专利技术人选取的油基增容剂不会破坏形成的橡胶网状结构。通过对沥青中的天然橡胶进行硫化，进一步加强了天然橡胶的强度和网络密度，使天然橡胶沥青中的天然橡胶与沥青形成IPN网络互串结构，硫化后的天然橡胶高温不软、低温不脆，从而赋予了硫化天然橡胶的热固性，大幅提升该材料的高温稳定性及低温抗裂性，是一种优质的道路铺面材料。基于以上研究成果，本专利技术要求保护如下技术方案：一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，包括如下质量比的组分：橡胶沥青前驱体﹕硫化剂﹕反应促进剂的质量比为500﹕8.93～50.85﹕0～5.08；所述橡胶沥青前驱体包括如下质量比的组分：基质沥青﹕天然橡胶乳液﹕油基增容剂的质量比为100﹕8～20﹕4～10，优选100﹕12～20﹕4～10，进一步优选为100﹕12～16﹕4～10。优选地，所述硫化剂为硫化剂A或硫化剂B；所述硫化剂A包括质量比为5～7﹕8～12﹕3～5的硫磺、氧化锌和硬脂酸；所述硫化剂B包括酚醛树脂及活性剂，所述活性剂为含结晶水的金属氯化物，优选活性剂为FeCl3﹒6H2O或SnCl2﹒2H2O或ZnCl2﹒1.5H2O。优选地，所述反应促进剂选自噻唑类或次磺酰胺类或秋兰姆类促进剂中的一种或多种混合物；所述油基增容剂为环烷烃或芳香烃中的一种或几种的混合物，优选为环烷油。优选地，所述噻唑类反应促进剂为促进剂M2-巯基苯并噻唑，所述次磺酰胺类反应促进剂为促进剂CZN-环已基-2-苯丙噻唑次磺酰胺，所述秋兰姆类反应促进剂为促进剂TMDM一硫化四甲基秋兰姆。优选地，所述硫化剂由硫磺、氧化锌、硬脂酸组成，优选硫磺、氧化锌、硬脂酸的质量比为3﹕5﹕2；所述反应促进剂为促进剂M2-巯基苯并噻唑，所述油基增容剂为环烷油。优选地，所述基质沥青为50#、70#或90#道路用A级石油沥青；所述天然橡胶乳液的固含量不低于50％，优选为使用氨水保鲜的低氨天然橡胶乳液。上述任一项所述的热固性硫化天然橡胶改性沥青材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备橡胶沥青前驱体：取基质沥青加热至其熔化，加入油基增容剂，保温条件下搅拌均匀后，按每分钟添加基质沥青质量的0.1～0.4％的天然橡胶乳液的速率在保温和搅拌条件下添加完所有天然橡胶乳液，放入100～140℃烘箱中发育至无明显气泡，即制得橡胶沥青前驱体；(2)制备硫化剂：将硫磺、氧化锌、硬脂酸按比例称取后混合均匀后即得到硫化剂；(3)取步骤(1)制备的橡胶沥青前驱体，加热融化，然后加入步骤(2)制备的硫化剂和反应促进剂，保温条件下搅拌均匀，然后置于120～160℃硫化温度下保温硫化4～8h，橡胶在沥青中完成交联反应，即得到热固性硫化天然橡胶改性沥青材料。优选地，所述步骤(1)具体是：取基质沥青置于120～160℃烘箱中加热融化，加入油基增容剂，在保温、500～1500rpm搅拌速率条件下搅拌4～7min后，在保温、保持搅拌速率的条件下按每分钟添加基质沥青质量0.1～0.4％的天然橡胶乳液的速度添加完所有天然橡胶乳液，添加完成后放入100～140℃烘箱中发育1～2h至无泡沫产生，即得到橡胶沥青前驱体。优选地，所述步骤(3)具体是：取步骤(1)制备的橡胶沥青前驱体，置于120～170℃烘箱中加热融化，然后加入步骤(2)制备的硫化剂和反应促进剂，在保温、搅拌速率2000～3000rpm的条件继续搅拌2～5min；然后置于120～160℃硫化温度下保温硫化4～8h，橡胶在沥青中完成交联反应，即得到热固性硫化天然橡胶改性沥青材料。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术方法对天然橡胶沥青进行硫化，使用生物质材料作为改性剂，取代现有通用的石油基改性剂，能促进降低碳排放，实现碳中和。本专利技术方法最终生成一种热固性材料，其在高温下(120～160℃)下为固态，为独特的新材料(目前的天然橡胶改性沥青都是热塑性的，而本专利技术的是热固性的)，尚未在市面及研究领域出现。2、本申请首创性的利用油基增容剂，使高掺量天然橡胶在沥青中均匀分布，并利用高掺量硫化剂使沥青中的天然橡胶发生交联反应，通过硫化后的橡胶与沥青形成IPN互穿网络结构，使天然橡胶沥青由热塑性转变为热固性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：包括如下质量比的组分：橡胶沥青前驱体﹕硫化剂﹕反应促进剂的质量比为500﹕8.93～50.85﹕0～5.08；/n所述橡胶沥青前驱体包括如下质量比的组分：基质沥青﹕天然橡胶乳液﹕油基增容剂的质量比为100﹕8～20﹕4～10，优选100﹕12～20﹕4～10，进一步优选为100﹕12～16﹕4～10。/n

【技术特征摘要】
1.一种热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：包括如下质量比的组分：橡胶沥青前驱体﹕硫化剂﹕反应促进剂的质量比为500﹕8.93～50.85﹕0～5.08；
所述橡胶沥青前驱体包括如下质量比的组分：基质沥青﹕天然橡胶乳液﹕油基增容剂的质量比为100﹕8～20﹕4～10，优选100﹕12～20﹕4～10，进一步优选为100﹕12～16﹕4～10。


2.如权利要求1所述的热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：所述硫化剂为硫化剂A或硫化剂B；
所述硫化剂A包括质量比为5～7﹕8～12﹕3～5的硫磺、氧化锌和硬脂酸；
所述硫化剂B包括酚醛树脂及活性剂，所述活性剂为含结晶水的金属氯化物，优选活性剂为FeCl3﹒6H2O或SnCl2﹒2H2O或ZnCl2﹒1.5H2O。


3.如权利要求1或2所述的热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：所述反应促进剂选自噻唑类或次磺酰胺类或秋兰姆类促进剂中的一种或多种混合物；
所述油基增容剂为环烷烃或芳香烃中的一种或几种的混合物，优选为环烷油。


4.如权利要求3所述的热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：所述噻唑类反应促进剂为促进剂M2-巯基苯并噻唑，所述次磺酰胺类反应促进剂为促进剂CZN-环已基-2-苯丙噻唑次磺酰胺，所述秋兰姆类反应促进剂为促进剂TMDM一硫化四甲基秋兰姆。


5.如权利要求1所述的热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：所述硫化剂由硫磺、氧化锌、硬脂酸组成，优选硫磺、氧化锌、硬脂酸的质量比为3﹕5﹕2；
所述反应促进剂为促进剂M2-巯基苯并噻唑，所述油基增容剂为环烷油。


6.如权利要求1所述的热固性硫化天然橡胶改性沥青材料，其特征在于：
所述基质沥青为50#、70#或90#道路用A级石油沥青；
所述天...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏永，
申请(专利权)人：晏永，
类型：发明
国别省市：云南;53