一种微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合改性沥青及其制备方法，具体涉及一种微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青及其制备方法。
【背景技术】
[0002]因粘度大，高温抗车辙能力优良、可减少反射裂缝以及消耗大量废弃轮胎、吸收交通噪音等优点，高粘度橡胶粉改性沥青Asphalt Rubber 一直是国内外研究热点。但由于粘度过大，仅适合于大孔隙开级配混合料及运输存储过程中胶粉颗粒易分层离析等缺陷，高粘度Asphalt Rubber应用受到了限制。美国于20世纪80年代开发了湿法工艺TerminalBlend低粘度废橡胶粉改性沥青，此类胶粉改性沥青技术采用目数多40的微细胶粉，通过高温高速剪切工艺，使胶粉粒子在基质沥青中充分发生脱硫和解聚反应，并使97%的胶粉溶解在沥青中，从而大大降低了废胶粉改性沥青的粘度，使其具有出色的存储稳定性和低温性能。美国普遍以177°C Brookfield旋转粘度低于1.5Pa.s作为Terminal Blend低粘度废胶粉改性沥青于与高粘度橡胶沥青的分界点。此外，Terminal Blend废橡胶粉改性沥青由于高温高速剪切处理已丧失橡胶-沥青两相复合材料特征，是一种均质的改性沥青结合料，胶粉作为分散相在分散介质沥青中不易离析，无需特殊的搅拌装置，可充分利用常规聚合物改性沥青设备加工，另一方面，这种新型改性沥青还适合于我国大量采用的密级配混合料，因此Terminal Blend废胶粉改性沥青技术在我国应用前景广阔。然而，目前TerminalBlend废橡胶粉改性沥青还存在以下不足，限制了其广泛利用:
[0003](1)由于胶粉颗粒在高温和高速剪切条件下在基质沥青中发生过分的脱硫和解聚反应，使得Terminal Blend改性沥青粘度降低较大，因此其高温抗变形能力受到影响，有必要进行复合改性，从而既保证其施工和易性和低温性能，同时又使其高温性能满足使用要求。
[0004](2)Terminal Blend微细废橡胶粉改性沥青性能受到制备方法、工艺参数的影响较大，不同工艺参数制备的改性沥青性能变异性较大，有必要对其制备工艺进行研究。
[0005]国内外研究者申请的废橡胶粉-其他材料复合改性沥青的相关专利有:中国专利号(申请号200610045940.8)公开了一种化学改性沥青，该法将苯乙烯，十八烷基二甲基苄氯化铵、三乙油酸皂、聚铣铵、环烷酸钴材料按比例投入有搅拌装置的反应釜中，在常温下搅拌制得橡胶沥青化学改性剂。此方法可提高沥青路面抗车辙、抗开裂性和耐久性能，同时也能防止反射裂缝的产生。但该方法所以化学试剂种类繁多、价格昂贵，提高了改性沥青成本。中国专利号(申请号200610147692.8)公开了一种高温稳定的复合改性橡胶沥青。此方法主要是在橡胶沥青中添加石油树脂和聚丙烯蜡等石化产品，虽然能提高橡胶沥青的软化点，改善施工和易性，但这些添加及价格仍然比较昂贵，难以大规模推广应用。中国专利号(申请号201010126676.7)公开了一种高温耐存储废橡胶粉改性沥青的制备方法沥青，该法将废胶粉与PE塑料共混，通过双螺旋挤出机挤出，用切粒机造粒，最后将制备的共混相容剂与胶粉、沥青和少量硫磺经过告诉剪切搅拌制备得到高温耐储存稳定的废胶粉改性沥青。该方法工艺复杂、价格昂贵，推广难度较大。中国专利号(申请号201410428373.9)公开了一种层状纳米粘土 /废胶粉复合改性沥青材料及其制备方法，该复合改性沥青由层状纳米粘土、废胶粉、糠醛抽出油和基质沥青以剪切乳化机为分散设备，采用熔融共混法制备，所得的改性沥青材料具有优越的抗车辙、抗紫外老化性能和储存稳定性。但该纳米材料-废胶粉复合改性沥青采用了二维纳米粘土，即其仅有一维尺寸在纳米量级，因此对沥青改性而言纳米材料小尺寸效应、表面效应、体积效应的发挥不充分，与基质沥青的混溶效果不及纳米二氧化娃、纳米碳酸1丐等零维纳米粒子，进而影响成品改性沥青的路用性能。中国专利号(申请号201510021297.4)公开了一种纳米/聚合物复合改性沥青材料及其制备方法，主要组成材料包括纳米ZnO、纳米Ti02、以及纳米CaC<VFP SBS聚合物，该沥青材料具备良好的高温抗车辙及低温抗裂性能，但由于未使用废胶粉，而使用了价格较为昂贵的聚合物改性剂SBS，故其经济性不高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青及其制备方法，该复合改性沥青以废轮胎橡胶粉为原料之一，成本较低，并且混溶效果较好，制备过程简单。
[0007]为达到上述目的，本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青由质量百分数为76?90%的基质沥青、5?15%的废轮胎橡胶粉及3?9%的纳米材料制备而成。
[0008]所述纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锌中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
[0009]所述纳米材料为三维尺寸处于l-100nm数量级的零维纳米粒子。
[0010]所述废轮胎橡胶粉为通过低温粉碎法或常温粉碎法得到的路用微细废旧轮胎硫化橡胶粉，废轮胎橡胶粉的细度为50-200目。
[0011]本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青的制备方法包括以下步骤:
[0012]1)按权利要求2称取基质沥青、废轮胎橡胶粉及纳米材料，再将基质沥青加热至熔融状态，然后加入废轮胎橡胶粉，并搅拌使废轮胎橡胶粉融胀，得废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物；
[0013]2)对步骤1)得到的废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物进行剪切分散，再加入纳米材料，然后再进行剪切分散，得微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青。
[0014]步骤1)中将基质沥青加热至170-180°C，使基质沥青处于熔融状态，再加入废轮胎橡胶粉，并搅拌10_30min使废轮胎橡胶粉融胀。
[0015]步骤2)的具体操作为:对步骤1)得到的废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物通过高速剪切分散机在2000?3000rpm、160?180°C的条件下进行剪切分散30_40min，再加入纳米材料，然后再利用高速剪切分散机在3000rpm、170?180°C的条件下进行剪切分散40-50min，得微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青。
[0016]本发明具有以下有益效果:
[0017]本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青以基质沥青、废轮胎橡胶粉及纳米材料为原料，成本较低，在制备过程中，利用纳米材料进行复合改性，同时利用废轮胎橡胶粉在高温的基质沥青中发生脱硫和解聚反应，使废轮胎橡胶粉大部分溶解，混溶效果较好，从而使废轮胎橡胶粉和基质沥青失去明显的两相形态，废轮胎橡胶粉不分层离析，进而使得制备得到的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青具有便于施工操作的粘度和较好的存储稳定性，并且外观均匀连续，无明显颗粒感且不发生离析分层现象。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细描述，以下是对本发明的解释而不是限定。
[0019]实施例一
[0020]本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青由质量百分数为76?89.29%的基质沥青、7.14%的废轮胎橡胶粉及3.57%的纳米二氧化硅粉制备而成。
[0021]本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青的制备方法包括以下步骤:
[0022]1)称取基质沥青、废轮胎橡胶粉及纳米二氧化硅粉，将基质沥青加热至180°C，使基质沥青处于熔融状态，再加入废轮胎橡胶粉，并搅拌30min使废轮胎橡胶粉融胀，得废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物；
[0023]2)对步骤1)得到的废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物通过高速剪切分散机在2000rpm、180°C的条件下进行剪切分散40min，再加入纳米二氧化硅粉，然后再利用高速剪切分散机在3000rpm、170°C的条件下进行剪切分散45min，得微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青。
[0024]所述微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青的针入度53.5(0.1mm)，软化点53.4°C，135°C Brookfield 粘度 1120mpas。
[0025]实施例二
[0026]本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青由质量百分数为89.29%的基质沥青、7.14%的废轮胎橡胶粉及3.57%的纳米碳酸钙制备而成。
[0027]本发明所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青的制备方法包括以下步骤:
[0028]1)称取基质沥青、废轮胎橡胶粉及纳米碳酸钙，将基质沥青加热至180°C，使基质沥青处于熔融状态，再加入废轮胎橡胶粉，并搅拌30min使废轮胎橡胶粉融胀，得废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物；
[0029]2)对步骤1)得到的废轮胎橡胶粉和基质沥青的熔融混合物通过高速剪切分散机在3000rpm、160°C的条件下进行剪切分散40min，再加入纳米碳酸钙，然后再利用高速剪切分散机在3000rpm、180°C的条件下进行剪切分散45min，得微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青。
[0030]所述的微细废橡胶粉-纳米材料复合改性沥青的针入度53?60 (0.1mm)，软化点彡 50°C, 135°C Brookfield 粘度 1100 ?1300mpas。
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