基于回收油脂的老化沥青复配再生剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种老化沥青复配再生剂，更具体地，涉及一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂，本发明还涉及该老化沥青复配再生剂的制备方法和应用。

背景技术

截至2017年底，全国公路总里程477.35万公里，其中二级及以上公路62.22万公里，其中沥青路面占绝大部分比例。目前全国公路养护里程比例高达98％，每年需要维修及养护的公路里程非常大。维修过程中必将产生大量的废旧沥青混合料，废弃处理必将引起环境污染，且其中旧沥青的废弃将进一步加深我国缺乏优质沥青的现状，随之的维修工程所需石料又通过开采矿山获取，再次对水土保持和环境带来严重影响。《十三五公路养护管理发展纲要》中明确要求“普通国省干线路面旧料回收率达到98％以上，循环利用率达到80％以上”，在这一指导思想的引导下，旧沥青混合料的再生利用已经进入快车道，再生剂对旧沥青混合料的高效再利用有重要影响。如何利用废弃物或低成本材料进行研制后形成再生剂，进而重新利用在沥青路面养护维修将是一个非常有意义的研究方向。

现阶段，随着我国人民生活水平的提高，越来越多的油脂油料被废弃，目前我国每年废弃油脂油料已达几千万吨，其中只有很少一部分经过回收，其余大部分被直接燃烧或者丢弃，对环境造成污染，威胁人们正常生活，特别是地沟油的再次利用给人民的身体健康带来巨大影响。大量采用不同类型回收油脂，减少了其对环境和居民的污染，既有利于废旧油料在改性沥青产业中的推广应用，也考虑到了回收油脂在道路领域的再生利用问题，达到了对废弃物多次循环利用的目的，减少了由于处理这些费油料而产生的费用。

现有方法对废机油和废食用油的利用率不高，大多采用其中的一种，没有充分利用废机油和废食用油相容性的特点，其他外掺剂大多采用化工产品，成本较高，且没有考虑到利用其他废弃物。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂，大量采用废机油和废食用油，成本低，提高了废物的有效利用率。

本发明的另一个目的在于提供一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂的应用。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于回收油脂的老化沥青再生剂，按质量百分比由以下组分组成：废机油23～28％、废食用油39～45％、脱硫胶粉20～23％、环氧树脂7～8％和纳米tio22～5％，上述质量百分比之和为100％。

进一步地，环氧树脂为e51环氧树脂，环氧值为184～195g/mol，粘度为10000～16000mpa.s。

本发明还公开了一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取废机油23～28％、废食用油39～45％、脱硫胶粉20～23％、环氧树脂7～8％和纳米tio22～5％，上述质量百分比之和为100％；

步骤2，将废机油和废食用油混合，然后添加脱硫胶粉和纳米tio2，再进行剪切；

步骤3，将步骤2剪切后的混合液温度降至室温，加入环氧树脂后搅拌，得到老化沥青再生剂。

进一步地，步骤1中在称取废机油和废食用油之前，分别将废机油和废食用油搅拌均匀，然后通过0.075mm的筛孔，过滤掉杂质。

进一步地，步骤2中将废机油和废食用油混合后加热至140～160℃，再添加脱硫胶粉和纳米tio2。

进一步地，步骤2中剪切是利用剪切机以5000～5500r/min的速率剪切1～2h。

进一步地，步骤3中搅拌时间为15～25min。

本发明公开的第三个技术方案是：一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂的应用，向上述制备的复配再生剂中加入固化剂，搅拌均匀后加入到老化沥青中，实现老化沥青再生。

进一步地，固化剂与再生剂中环氧树脂的质量比为1：1.5～3。

进一步地，再生剂的添加量为老化沥青的3～4％。

与现有技术相比较，本发明的有益效果：

本发明基于回收油脂的老化沥青复配再生剂，是一种环保型复配沥青再生剂，以废机油和废食用油为主要原料，达到了对废弃物多次循环利用的目的，减少了二次处理这些废弃物对环境的污染，减少了由于处理这些废旧油料而产生的费用。

本发明采用脱硫胶粉替代普通胶粉，在沥青中溶胀和溶解更加充分且同时发生物理化学变化，改善老化沥青的基本性能。

本发明采用纳米tio2粉体作为紫外线吸收抗老化剂，能够有效地增强再生后沥青抗紫外线光老化的能力。

使用时，向本发明复配再生剂中加入固化剂，在加热条件下，环氧树脂在固化剂的作用下，与沥青形成较为致密的空间网络体系，具有强度高、韧性好、耐水性好、耐温性能优异、耐疲劳性能好等特点。

本发明复配再生剂能够部分替代现阶段工程中常用的国内外产品，将有效降低道路维修成本，确保再生沥青路面质量，兼顾保护环境，为今后的推广提供可借鉴经验，具有广阔的推广应用前景。

附图说明

图1为废机油和废大豆油的红外光谱对比图；

图2为废机油和废大豆油再生沥青的红外光谱图；

图3为脱硫胶粉改性沥青的显微结构图；

图4为普通胶粉改性沥青的显微结构图。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种基于回收油脂的老化沥青复配再生剂，按质量百分比由以下组分组成：废机油23～28％、废食用油39～45％、脱硫胶粉20～23％、环氧树脂7～8％和纳米tio22～5％，上述组分质量百分比之和为100％。

废机油：常规保养换下的机油。

废食用油：煎炸过后的食用油，这里的食用油是指大豆油、菜籽油、玉米油、橄榄油和花生油，或者食用调和油等。

环氧树脂为e51环氧树脂，环氧值为184～195g/mol，粘度为10000～16000mpa.s。

纳米tio2：25nm，锐钛，亲水亲油型。

上述基于回收油脂的老化沥青复配再生剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，分别将废机油和废食用油搅拌均匀，然后通过0.075mm的筛孔，过滤掉杂质；

步骤2，按质量百分比分别称取废机油23～28％、废食用油39～45％、脱硫胶粉20～23％、环氧树脂7～8％和纳米tio22～5％，上述质量百分比之和为100％；

步骤3，将废机油和废食用油混合后加热至140～160℃，再添加脱硫胶粉和纳米tio2，利用剪切机以5000～5500r/min的速率剪切1～2h；

步骤4，将步骤2剪切后的混合液温度降至室温，加入环氧树脂后搅拌15～20min，得到老化沥青再生剂。

本发明基于回收油脂的老化沥青再生剂，以废机油和废食用油为主要原料，达到了对废弃物多次循环利用的目的，减少了二次处理这些废弃物对环境的污染，减少了由于处理这些废旧油料而产生的费用。

现有的基于回收油脂的沥青再生剂，大多采用废机油和废食用油中的一种，没有考虑到废机油和废食用油相容性的特点，以至于在老化沥青再生时未能充分发挥废机油和废食用油各自的优势。分别进行了使用的回收油脂的组成成分测试和傅里叶红外光谱分析(ftir)测试，结果如图1、图2和表1～3所示，分析发现，废机油和废大豆油能够为老化沥青提供缺失的油分，让老化沥青逐渐从硬塑性恢复为流动性。这主要是由于沥青与机油的来源都是原油，且机油的粘度比沥青更低，废食用油中含有大量不饱和脂肪酸，类似于沥青中的油分，根据同源理论与相似相容理论，从废机油和废食用油各种技术指标角度考虑，两者具有较好的相容性，且能够很好的与沥青相容。

表1废机油和废大豆油各种技术指标测试结果

表2废机油化学性质

表3废大豆油化学性质

本发明采用脱硫胶粉替代普通胶粉，在沥青中溶胀更加充分且同时发生物理化学变化，改善老化沥青的基本性能。

脱硫胶粉由于橡胶中的部分交联键被打断，在沥青中溶胀更加充分，同时脱硫胶粉表面具有活性基团，有利于同沥青的化学键结合，使其在沥青中的分散性得到改善。

对脱硫胶粉和普通胶粉改性普通沥青的微观结构进行了扫描电镜(sem)观测，结果如图3和图4所示。由胶粉脱硫前后改性沥青的显微结构对比可知，未脱硫胶粉仍以1mm左右的颗粒分散在沥青中，比原胶粉颗粒尺寸有所增加。而对于脱硫胶粉改性沥青，由于胶粉脱硫后，网络结构发生破坏，在搅拌混合条件下，其在沥青中可以分散，从而使胶粉粒子大大减小，可达到微米级，并且有一部分炭黑颗粒游离出来，使图象变深。

脱硫胶粉和普通胶粉在沥青中的分散形式如图3和图4所示。未脱硫的普通胶粉改性沥青(即目前常用的橡胶沥青)中，由于胶粉颗粒吸收轻质组分发生膨胀，颗粒出现搭接，保持了之前的固态连接，在夏季高温季节，使得橡胶沥青具备较好的耐高温性能。但是普通胶粉改性沥青在使用过程中不能长久存储，必须现拌现用，长时间存储后会出现离析现象，导致整个橡胶沥青废弃，产生浪费；另外，虽然橡胶沥青的高温性能得到提高，但是在冬季的低温季节，其脆性加大，容易出现低温开裂现象，究其原因是普通胶粉改性沥青的低温性能较差，其高温性能的提高是通过“牺牲”部分低温性能而实现的。

脱硫胶粉改性沥青中，脱硫胶粉颗粒以细小粒子分散在沥青中，由于胶粉的弹性交联网络破坏，使其承受高温能力较普通胶粉略微降低，但是脱硫胶粉改性沥青除了具备了优良的高温性能之外，其比普通胶粉改性沥青具有更好的低温性能及热储存稳定性。因此，对沥青进行改性，选择脱硫胶粉更优，可以同时获得优良的高温性能、低温性能和存储稳定性。

本发明采用纳米tio2粉体作为紫外线吸收抗老化剂，能够有效地增强沥青抗紫外线光老化的能力。

沥青的老化常分为由高温引起的热老化和由太阳光(主要是其中包含的紫外线)照射引起的光老化。对于高海拔地区，空气稀薄，太阳辐射强烈，紫外线老化严重影响沥青路面的使用寿命。因此，选择合适的紫外线抗老化剂对延长沥青路面使用寿命具有积极意义。根据表4所示的纳米tio2对沥青紫外老化前后的影响结果可知，纳米tio2能吸收、屏蔽、散射一定量的紫外线，抑制由于紫外老化沥青中沥青质含量增加和轻质油分的减少，从而提高沥青抗紫外线能力，进一步延长了再生沥青受光照而出现再老化的时间。

表4纳米tio2对沥青紫外老化前后的影响

基于上述组分不同的优点和易于融合性，本发明大量采用废机油和废食用油，以及脱硫后的橡胶粉，符合当今节能减排的社会需求，且制备工艺简单，成本低，提高了废物的有效利用率，能够广泛地应用于道路的维修养护中，经济效益和社会效益显著。

在再生剂使用时，参考既有研究成果和固化剂固化环氧树脂的特点，为确保在添加固化剂后，再生剂在使用之前不出现固化现象，按环氧树脂与固化剂质量比为2:1添加固化剂(固化剂：593固化剂，外观为透明粘稠液体，粘度为100-150pa.s)。通过分别在老化11h沥青(以克拉玛依70#基质沥青为例)中加入3％和4％的本发明再生剂和现有的hra-2型再生剂。由实验结果(表5)可以得出，本发明再生剂对老化沥青基本物理性能指标有显著的提高。再生剂掺量为3％时，25℃针入度和软化点值接近原沥青值，且满足规范要求。与hra-2型再生剂相比，此再生剂对老化沥青软化点的改善效果要更加接近原沥青水平。

表5本发明再生剂与hra-2型再生剂再生效果比较结果

实施例1

步骤1，分别将废机油和废食用油搅拌均匀，然后通过0.075mm的筛孔，过滤掉杂质；

步骤2，按质量百分比分别称取废机油230g(23％)、废食用油450g(45％)、脱硫胶粉230g(23％)、e51环氧树脂70g(7％)和纳米tio220g(2％)；

步骤3，将废机油和废食用油混合后加热至145℃，再添加脱硫胶粉和纳米tio2，利用剪切机以5000r/min的速率剪切1h；

步骤4，将步骤2剪切后的混合液温度降至室温，加入环氧树脂后搅拌15min，得到老化沥青再生剂。

向实施例1制备的再生剂中加入35g的593固化剂，然后加入到老化沥青中，再生剂的添加量为老化沥青的3％，实现老化沥青再生。

实施例2

步骤1，分别将废机油和废食用油搅拌均匀，然后通过0.075mm的筛孔，过滤掉杂质；

步骤2，按质量百分比分别称取废机油240g(24％)、废食用油440g(44％)、脱硫胶粉200g(20％)、e51环氧树脂80g(8％)和纳米tio240g(4％)；

步骤3，将废机油和废食用油混合后加热至140℃，再添加脱硫胶粉和纳米tio2，利用剪切机以5500r/min的速率剪切2h；

步骤4，将步骤2剪切后的混合液温度降至室温，加入环氧树脂后搅拌18min，得到老化沥青再生剂。

向实施例1制备的再生剂中加入40g的593固化剂，然后加入到老化沥青中，再生剂的添加量为老化沥青的4％，实现老化沥青再生。

实施例3

步骤1，分别将废机油和废食用油搅拌均匀，然后通过0.075mm的筛孔，过滤掉杂质；

步骤2，按质量百分比分别称取废机油260g(26％)、废食用油400g(40％)、脱硫胶粉210g(21％)、e51环氧树脂80g(8％)和纳米tio250g(5％)；

步骤3，将废机油和废食用油混合后加热至150℃，再添加脱硫胶粉和纳米tio2，利用剪切机以5500r/min的速率剪切1.5h；

步骤4，将步骤2剪切后的混合液温度降至室温，加入环氧树脂后搅拌20min，得到老化沥青再生剂。

向实施例1制备的再生剂中加入53.3g的593固化剂，然后加入到老化沥青中，再生剂的添加量为老化沥青的3％，实现老化沥青再生。

实施例4

步骤1，分别将废机油和废食用油搅拌均匀，然后通过0.075mm的筛孔，过滤掉杂质；

步骤2，按质量百分比分别称取废机油280g(28％)、废食用油390g(39％)、脱硫胶粉220g(22％)、e51环氧树脂70g(7％)和纳米tio240g(4％)；

步骤3，将废机油和废食用油混合后加热至160℃，再添加脱硫胶粉和纳米tio2，利用剪切机以5000r/min的速率剪切1h；

步骤4，将步骤2剪切后的混合液温度降至室温，加入环氧树脂后搅拌15min，得到老化沥青再生剂。

向实施例4制备的再生剂中加入23.3g的593固化剂，然后加入到老化沥青中，再生剂的添加量为老化沥青的4％，实现老化沥青再生。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。