专利名称：合成橡胶沥青及其制备方法
技术领域：
本发明涉及合成橡胶浙青及其制备方法，特别涉及包含多晶硅废料的合成橡胶浙青及其制备方法。
背景技术：
基质浙青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，基质浙青是一种用于柔性路面施工的粘结剂，具有良好的粘接性、不透水性、绝缘性和化学稳定性，是道路施工中不可缺少的材料。基质浙青本身就是一种经济路面材料，但由于基质浙青的温度敏感性，在高温下其刚性和强度降低，路面软化，低温则容易产生收缩裂缝等路面开裂现象，必须对其进行改性，以改善其在高、低温下的机械性能，这属于本领域技术人员所公知的。废旧轮胎粉中含有丁苯橡胶、天然橡胶等多种高分子聚合物以及大量的炭黑、抗氧化剂、填料、处理油等，因此，废旧橡胶颗粒活化后也可以作为改性剂添加到基质浙青中。活化后的橡胶粉与基质浙青拌合而得到的产物，称为橡胶浙青，也有称基质浙青橡胶。活化橡胶粉在基质浙青中发生溶胀，增加了基质浙青的粘接性，油膜厚度更大，橡胶浙青的整体性能明显优于基质浙青。 橡胶浙青的优越性非常突出，但由于废橡胶粉的活化较复杂及基质浙青的用量较大，使得橡胶浙青目前仍存在造价高、工艺复杂、要求严格的局限。一般情况下，基质浙青和橡胶不会发生化学反应，普通的橡胶浙青是以基质浙青为原料，加入橡胶粉拌合得到，橡胶粉在基质浙青中发生溶胀，增加了基质浙青的粘结性，但是该橡胶浙青是物理掺合的混合物，其软化点、针入度和延展度并不是很理想，25°C下的弹性恢复不好。多晶硅废料是生产多晶硅过程中产生的副产物，根据被氢化回收再利用次数及其它反应条件的不同，其成分有所不同，但主要成分都为四氯化硅，且约占废料总重量的99%， 余量为其它杂质。据统计，生产I公斤多晶硅将产生10-15公斤的四氯化硅，1000吨/年的多晶硅厂一年生产的副产物四氯化硅将达到1-1. 5万吨，如果将这些四氯化硅简单水处理甚至排放，将会对环境保护造成巨大的压力，也增加了原料硅粉和液氯的消耗。考虑到多晶硅废料对环境造成的压力，为了节能减排，目前，通常的做法是对多晶硅废料中的四氯化硅进行氢化反应，回收再利用于多晶硅生产中。这种做法虽然能够在一定程度上减轻多晶硅废料对环境的危害，降低多晶硅生产中对原料的消耗，但是其回收处理难度高，增加了复杂的回收处理工艺和昂贵的回收处理设备，扩大了设备占地面积，使得回收处理成本高，让多晶硅生产丧失掉成本竞争力，这让很多企业无奈地选择对废料进行简单水处理甚至排放，不仅对环境造成巨大污染，还对废料中的四氯化硅造成了巨大浪费。所以，关于多晶硅废料的处理，目前已经成为制约我国多晶硅行业发展的瓶颈。若寻找一种方法，变废为宝，对多晶硅行业将具有里程碑式的重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中多晶硅废料难以处理、污染环境，橡胶浙青的性能有待于进一步提高及多晶硅废料处理中的不足，提供一种合成橡胶浙青及其制备方法。本发明的合成橡胶浙青具有良好的粘弹性和流动性，合成橡胶浙青技术指标均优于相关的国家标准。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案
一种合成橡胶浙青，包括改性橡胶浙青和多晶硅废料，所述改性橡胶浙青与多晶硅废料的重量比例为100: (0. 1-8)；
所述改性橡胶浙青包括基质浙青和橡胶粉改性剂，所述基质浙青与橡胶粉改性剂的重量比例为6: (2-8)。上述合成橡胶浙青中，不仅加入了橡胶粉改性剂对基质浙青进行改性，而且加入了多晶硅废料，由于多晶硅废料中含有四氯化硅，而活化橡胶粉中含有废旧轮胎粉及活化剂，在活化剂存在的情况下，四氯化硅可与橡胶颗粒发生氯化反应，有助于增加橡胶颗粒的强度，使所得橡胶浙青的整体性能得以改善。另一方面，基质浙青不仅具有活化橡胶粉的作用，而且可作为柔软剂和粘合剂，对多晶硅废料进行吸附、包裹以隔离空气，从而防止多晶硅废料吸附空气中的水份而分解氯化氢气体。进一步的，上述合成橡胶浙青中，所述改性橡胶浙青与多晶硅废料的重量比例为 100: (0.1-4)。由于氯化过度容易导致橡胶浙青的脆性增加,在上述优选的改性橡胶浙青与多晶硅废料=100: (0. 1-4)范围内，有助于改善合成橡胶浙青的弹性和强度而避免橡胶浙青脆性的增加；在上述比例范围内，本发明的活化橡胶浙青的5°C下延伸度为19-25cm， 25°C下的针入度为83-92，软化点为62-80°C，25°C下的弹性恢复为72_90%，180°C旋转粘度为2. 00-4. 07，本发明的合成橡胶浙青的性能较佳。进一步优选的，上述合成橡胶浙青中，所述改性橡胶浙青与多晶硅废料的重量比例为100:(0. 5-4)。在上述比例范围内，本发明的活化橡胶浙青的5°C下延伸度为21-32cm， 25°C下的针入度为74-90，软化点为70-90°C，25°C下的弹性恢复为80_95%，180°C旋转粘度为2. 58-4. 07，本发明的合成橡胶浙青的性能较佳。进一步的，上述合成橡胶浙青中，所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和改性剂组成， 所述废旧轮胎粉与改性剂的重量比例为(94-100) : (2-10)。进一步的，上述合成橡胶浙青中，所述改性剂优选为四甲基葵炔二醇或己二醇。上述两种改性剂有助于提高橡胶粉的粘着性，而且有助于四氯化硅与改性橡胶浙青发生氯化反应，有助于改善合成橡胶浙青的整体性能。进一步优选的，上述合成橡胶浙青中，所述改性剂为己二醇，所述废旧轮胎粉 己二醇的重量比例优选为(94-96) : (2-6)。上述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和己二醇组成，其中，己二醇是一种橡胶交联剂，化学组份为2，5- 二甲基-2，5-己二醇，英文名 2，5-dimethyl-2, 5-hexanediol,分子式为C8H18O2,为白色粉状或片状,具有促进基质浙青和橡胶碳氢分子低温合成浙青的功能，能增加橡胶粉活化剂的渗透性。而且，根据本发明的实施例，在上述比例范围内，己二醇对废旧轮胎粉发生嵌合反应、四氯化硅与改性橡胶浙青发生氯化反应的促进作用较佳。进一步优选的，上述合成橡胶浙青中，所述改性剂为四甲基葵炔二醇，所述废旧轮胎粉四甲基葵炔二醇的重量比例优选为100: (2-10)。上述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和四甲基葵炔二醇组成，其中，活化剂四甲基葵炔二醇，是一种多功能非离子表面活性剂，化学组分为2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇，分子式C14H26O2,为白色或微黄蜡状物，具有颜料分散能力强，优异的低泡性和适度的消泡功能，另外，四甲基葵炔二醇具有防止橡胶浙青改性剂从基质浙青中离析的作用，不需要脱硫工序即可赋予橡胶粉较高的粘着性， 恢复其生胶性质。而且，根据本发明的实施例，在上述比例范围内，四甲基葵炔二醇对废旧轮胎粉发生嵌合反应、四氯化硅与改性橡胶浙青发生氯化反应的促进作用较佳。本发明的合成橡胶浙青的制备方法，包括如下步骤
(1)、将基质浙青预热至140-160°C；
(2)、将基质浙青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至190-260°C，得到改性橡胶浙青；
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶浙青与多晶硅废料按比例混合，在190-260°C温度下反应，得到合成橡胶浙青。上述制备方法中，在190_260°C的反应温度下，多晶硅废料中氯化硅与改性橡胶浙青中碳氢分子充分发生氯化反应，有助于改善橡胶浙青的强度和耐溶耐候性。上述合成橡胶浙青的制备方法中，步骤(3)中改性橡胶浙青与多晶娃废料的反应时间为1-5分钟。多晶硅废料，是生产多晶硅过程中产生的副产物，根据被氢化回收再利用次数及其它反应条件的不同，其成分有所不同，但主要成分都为四氯化硅，且约占废料总重量的 99%，余量为其它杂质。多晶硅废料量很大，一般产品作为处理多晶硅废料的载体难以满足要求，经考察比较，只有基质浙青才能吸纳这么多的含氯多晶硅废料量。与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明的合成橡胶浙青包括改性橡胶浙青和多晶硅废料，其中多晶硅废料的四氯化硅作为氯来源，而活化橡胶粉中含有废旧轮胎粉及活化剂，在活化剂存在的情况下，四氯化硅可与改性橡胶浙青主要成份碳氢分子发生氯化反应，生成合成橡胶浙青。本发明的合成橡胶浙青的制备方法是将基质浙青加热至140-160°C后，按比例向反应器内加入橡胶粉改性剂，控制橡胶粉改性剂的加入速度，以保持温度恒定在上述范围内，加入橡胶粉改性剂后升温至190-260°C，得到改性橡胶浙青；在保持温度在190-260°C的前提下，按比例加入多晶硅废料，即可得到合成橡胶浙青。上述合成橡胶浙青的制备过程中，在反应温度为 190-260°C的条件下，多晶硅废料中四氯化硅与改性橡胶浙青中碳氧分子可迅速(在1-5分钟内)充分发生嵌段共聚、氯化反应，有助于改善橡胶浙青的弹性和强度。本发明的橡胶制备方法工序简单，无三废公害，环保，更重要的是，将橡胶、多晶硅工业的废料变废为宝，所制备的橡胶成本低廉。按照本发明方法制备的合成橡胶浙青，多晶硅废料中的四氯化硅与改性橡胶浙青主要成份碳氢化合物发生氯化反应，发生浙青质变， 很好的利用了多晶硅工业中的废料，制备得到的合成橡胶浙青具有良好的粘结性和流动性，并改善了橡胶浙青的弹性和强度，所制备的合成橡胶浙青技术指标均符合或高于国家行业标准。本发明的合成橡胶浙青5°C延伸度为13-32cm，25°C下的针入度为74-100，软化点为60-90°C，25°C下的弹性恢复为67-95%，180°C旋转粘度为2. 00-5. 00，本发明的合成橡胶浙青的性能较佳。本发明的合成橡胶浙青可用于高级公路、机场跑道施工混合料的生产和屋面、隧道、水坝防漏、防潮、防水使用。
具体实施例方式下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例I
本实施例列举的合成橡胶浙青，包括多晶硅废料与改性橡胶浙青反应得到活化橡胶浙青，所述多晶硅废料与改性橡胶浙青的重量比例为改性橡胶浙青多晶硅废料=100:0. 5。 所述多晶硅废料是生产多晶硅过程中产生的废料，其主要成分为四氯化硅，占废料总重量的99%，余量为其它杂质。所述改性橡胶浙青包括基质浙青和橡胶粉改性剂，90#基质浙青与橡胶粉改性剂的重量比例为90#基质浙青橡胶粉改性剂=2:1。所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉与改性剂组成，所述改性剂为己二醇，所述废旧轮胎粉己二醇的重量比例为=96:4。本实施例的合成橡胶浙青的制备方法，包括如下步骤
(1)、将90#基质浙青预热至140°C；
(2)、将90#基质浙青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至190°C，得到改性橡胶浙青；
(3)、将步骤(2)所得改性橡胶浙青与多晶硅废料按比例混合，加入多晶硅废料时保持匀速缓慢搅拌，在190°C温度下反应，多晶硅废料加完再保持搅拌，所述多晶硅废料与改性橡胶浙青反应的时间为2分钟，得到合成橡胶浙青。道路橡胶浙青的质量常用以下指标进行评定
延伸度主要用于反映橡胶浙青的低温性能。橡胶浙青的延伸度是指在规定的拉伸速度和温度下，拉伸标准试件的两端到断裂时的长度。延伸度是剪切面上剪切压力大于橡胶浙青内聚力时的断裂长度，随温度不同而变化。它反映橡胶浙青的粘弹性质，延伸度可按照 ASTMDl 13 或 GB/T4508 方法测定。软化点反应橡胶浙青的高温性能。橡胶浙青的软化点是橡胶浙青在一定条件下的等粘温度，软化点高表示橡胶浙青的等粘温度高，混合料的高温稳定性好，软化点的测定方法可参照ASTMD36或GB/T4508。针入度是橡胶浙青的稠度指标。反映橡胶浙青在一定条件上的软硬程度，橡胶浙青的针入度用标准针在一定负荷、时间和温度条件下，垂直穿入橡胶浙青试样的深度表示， 单位为l/10mm，不同温度针入度的对数与温度呈线性关系，即工IgP=AT+K，其中P为温度T 时的针入度，A反映针入度对数温度的敏感性，简称针入温度系数，K为常数。以上是评定橡胶浙青质量标准的三大技术指标，根据附JT/T798-2011行业标准， 另有180°C旋转粘度(Pa. s)和弹性恢复(25°C，％)两大指标来评定橡胶浙青的性能。附 JT/T 798-2011 行业标准
表I橡胶浙青技术指标
权利要求
1.合成橡胶浙青，其特征在于，包括改性橡胶浙青和多晶硅废料，所述改性橡胶浙青与多晶硅废料的重量比例为100: (0.1-8);所述改性橡胶浙青包括基质浙青和橡胶粉改性剂，所述基质浙青与橡胶粉改性剂的重量比例为6: (2-8)。
2.根据权利要求I所述的合成橡胶浙青，其特征在于，所述改性橡胶浙青与多晶硅废料的重量比例为100: (0. 1-4)。
3.根据权利要求2所述的合成橡胶浙青，其特征在于，所述改性橡胶浙青与多晶硅废料的重量比例为100: (0.5-4)。
4.根据权利要求3所述的合成橡胶浙青，其特征在于，所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和改性剂组成，所述废旧轮胎粉与改性剂的重量比例为(94-100) : (1-10)。
5.根据权利要求4所述的合成橡胶浙青，其特征在于，所述改性剂为己二醇或四甲基葵炔二醇。
6.根据权利要求5所述的合成橡胶浙青，其特征在于，所述改性剂为己二醇，所述废旧轮胎粉己二醇的重量比例为(94-96) : (2-6)。
7.根据权利要求5所述的合成橡胶浙青，其特征在于，所述改性剂为四甲基葵炔二醇， 所述废旧轮胎粉四甲基葵炔二醇的重量比例为100 :(1-10)。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的合成橡胶浙青的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)、将基质浙青预热至140-160°C；(2)、将基质浙青与橡胶粉改性剂按比例在混料机内混合均匀并升温至190-260°C，得到改性橡胶浙青；(3)、将步骤(2)所得改性橡胶浙青与多晶硅废料按比例混合，在190-260°C温度下反应，得到合成橡胶浙青。
9.根据权利要求8所述的合成橡胶浙青的制备方法，其特征在于，步骤(3)中改性橡胶浙青与多晶硅废料的反应时间为1-5分钟。
全文摘要
本发明涉及合成橡胶沥青及其制备方法。本发明的合成橡胶沥青包括改性橡胶沥青和多晶硅废料，所述改性橡胶沥青与多晶硅废料的重量比为100:(0.1-8)；所述改性橡胶沥青包括基质沥青和橡胶粉改性剂，所述基质沥青与橡胶粉改性剂的重量比为6:(2-8)。本发明的合成橡胶沥青的制备方法是将基质沥青预热至140-160℃后，按比例加入橡胶粉改性剂，升温至190-260℃，得到改性橡胶沥青；保持190-260℃，按比例加入多晶硅废料即可得到合成橡胶沥青。本发明的合成橡胶沥青延伸度为12-20cm，针入度为50-100，软化点为50-110℃，可用于高级公路及机场跑道施工混合料的生产和屋面隧道防水防漏使用。
文档编号C08K3/34GK102604398SQ20121004580
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者周其强, 周祥 申请人:周祥, 四川维城磁能有限公司