专利名称：温拌沥青组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温拌浙青组合物(铺路用)，更具体而言，本发明涉及一种能够同时显示出高温抗塑性变形性能和低温抗裂性能的温拌浙青组合物。
背景技术：
由于快速的工业化和经济发展使得能源消耗快速增长，因此正在发生全球变暖和全球气候变化。此外，石油价格的突然上涨对全球经济活动有很大的影响。因此，近来从经济以及环境方面而言推出了低油耗产品。特别是，1997年通过的《京都议定书》(Kyoto Protocol)规定了温室气体排放权交易制度以减少包括二氧化碳在内的温室气体、并规定了共同执行制度和发展清洁能源制度。因此，每个国家正在积极努力发展低碳技术以减少能源消耗。上述低碳技术也用于浙青领域。当这些低碳技术应用于世界广泛使用的浙青中时，考虑到浙青的应用领域，决定了它们必将对环境和经济产生极大影响。目前，铺浙青通常是采用160 170°C高温的热拌浙青组合物进行的。在该热拌浙青技术中，释放大量的二氧化碳，从而导致温室气体的产生。即，在高温下混合浙青材料时， 大量有害气体如氮氧化物、硫氧化物等伴随二氧化碳同时产生。为了解决上述热拌浙青技术的问题，提出了温拌浙青技术。不同于热拌浙青技术， 温拌浙青技术是采用温度为110 140°c的温拌浙青组合物铺路的技术。目前，温拌浙青技术处于发展初期。在欧洲、美国、日本等进行了与该技术相关的研究，并且该技术正部分应用于本领域。具体而言，在美国，从2008年开始，联邦政府率先尝试将相关技术进行标准化。目前，通过加入容易使浙青软化的改性剂或加入粘结剂、或者通过采用化学改性剂或水使浙青发泡，从而将温拌浙青组合物配置成使其即使在温热温度下也容易与集料 (aggregate)混合。这样的温拌浙青组合物的优点在于，与常规热拌浙青组合物相比，降低了加热集料和浙青所需的能量消耗(例如降低约25% )，其优点还在于，在生产和施工过程中释放的有害气体的量有所减少。事实上，已知的是，施工温度每降低10°C，释放的有害气体的量就会减半。另外，温拌浙青组合物的优点在于在制备浙青组合物的过程中，石油基原料可减少约30% ;即使在施工之后，也能使其固化时间缩短；以及可抑制有害气体或粉尘的产生， 从而保证施工现场工人的安全。目前已知的制备温拌浙青的方法如下。首先有这样一种制备温拌浙青的方法，其中用水来水解沸石合成材料，然后使水化的沸石合成材料形成粉末。在该方法中，由于发泡而使得浙青的粘度降低，从而可在低温下获得制备和施工所需的和易性(workability)。其次有这样一种制备温拌浙青的方法，其中将软质粘结剂与集料混合，用所得混合物包覆浙青并向被覆的浙青中加入硬质粘结剂。在该方法中，浙青的粘度降低，从而可在低温下获得制备和施工所需的和易性。还有第三种制备温拌浙青的方法，其中向浙青中加入具有低熔点的石蜡以降低浙青粘度。如上所述，温拌浙青组合物的原理在于通过向浙青中加入粘结剂以降低浙青粘度，从而使浙青即使在低温下也能容易地与集料混合并可实际应用于本领域中。特别是，通过向浙青中加入熔点为70 120°C的蜡以降低浙青粘度的技术得到了广泛的应用。与此相关的是，通过向浙青中加入基于石油的聚乙烯(PE)蜡和微晶蜡来降低浙青粘度的技术也是已知的(美国未审查专利申请公开No. 2010-0227954等)。类似地，也有联合使用降粘组分(如石蜡、微晶蜡、加洛巴蜡、聚乙烯蜡、EVA蜡等)来降低浙青粘度的技术(韩国未审查专利申请公开No. 2009-129546等)。然而，作为改性组分的常规的蜡，在不高于80°C的温度下会变为结晶固体，从而导致收缩和变脆。因此，当其用量不合适时，它们容易在低温下破裂。即，在提高改性组分的量以降低浙青粘度时，其低温抗裂性变弱，从而达不到改性浙青的低温通用级别(例如 PG-22)。另外，将粉状硫化橡胶与浙青混合的技术(美国专利No. 5，959，007等)也是已知的。然而，这些技术也存在以下问题当粉状硫化橡胶的量增加时，很难实现浙青的低粘度特性。如上所述，在制备温拌浙青组合物时，很难同时满足高温抗塑性变形和低温抗裂的要求，因此需要对此进行进一步研究和开发。
发明内容
相应地，设计了本发明以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种温拌浙青组合物，其可同时满足高温抗塑性变形和低温抗裂的要求。本发明的一个方面在于，提供一种温拌浙青组合物，其包含91 94重量％的浙青；3 5重量％的热塑性弹性体；2 4重量％的接枝率为4 10%的马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡；以及O. I I重量％的操作油，其中该组合物在135°C下的粘度不超过 700cP。在此，该组合物可符合PG76-22标准。另外，热塑性弹性体可选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)、天然胶乳及其组合。另外，马来酸酐接枝聚乙烯蜡的分子量(Mw)可为3，000 5，000。另外，操作油可选自粘度指数为50 200的芳香油、石腊基油(paraffin-based oil)或环烧基油(naphthene-based oil)及其组合。本发明的另一个方面在于，提供一种制备温拌浙青组合物的方法，包括将91 94重量％的浙青加热至130 200°C ;将2 4重量％的接枝率为4 10%的马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡和O. I I重量％的操作油与加热的浙青混合；以及在150 200°C 下向混合物中加入3 5重量％的热塑性弹性体，其中该组合物在135°C下的粘度不超过 700cP。
具体实施方式
以下将参照附图
对本发明的优选实施方案进行详细说明。以下描述仅用于说明本发明的实施方案，但是其不应被理解为限制本发明。本发明的一个实施方案提供了一种浙青组合物，其中通过添加马来酸酐嵌段共聚物蜡(即马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡)而将操作油和热塑性弹性体均匀混入浙青中。与常规浙青组合物相比，本发明的这种浙青组合物提供了能够在温热温度(例如110 1400C )下保证铺路性能的粘度特性，并且改善了低温特性例如抗裂性，从而符合温拌浙青的标准。特别是，由于该浙青组合物符合PG 76-22标准，所以其作为温拌浙青是有效的。本说明书中提到的PG标准为SHRP (美国公路战略研究计划，Strategic Highway Research Program)项目为了解决现有道路的问题以及改善其共性而提出的新标准。PG标准为不同于常规浙青标准的浙青标准。与常规浙青标准(其评价针入深度(penetration depth)和粘度)不同的是，PG标准总体上科学地评价老化性能、塑性变形、疲劳开裂、低温抗裂性能以及和易性，并根据铺路区域的气候和交通状况确定浙青等级。例如，就PG 76-22而言，第一个符号“76”表明高温等级，是指浙青具有能够在达到至少76°C的温度下保持耐久性和支承能力(supportability)这样的物理特性。另外，第二个符号“_22”表明低温等级，是指粘结剂在铺路时在_22°C的低温下具有耐久性。例如，PG 76-22要求浙青的初始动态剪切应力(76°C下的G7sin δ，kPa)不小于 lkPa，薄膜加热(TF0或RTF0T)后动态剪切应力为2. 2kPa，压力老化容器残留物的动态剪切应力(28°C下的G7sin δ，kPa)不大于5000kPa，蠕变劲度(_12°C下的蠕变劲度C. S(S)， MPa)不大于300Mpa,以及斜率(_12°C下的m值)不小于O. 3。以下将对本发明实施方案的温拌浙青组合物的组分进行描述。沥青在本发明的一个实施方案中,浙青(称为浙青混凝土(Ascon)或柏油(pitch))是这样的材料，其在室温下为固体或半固体相，并且通过加热可逐渐液化。广义地讲，浙青为包含天然浙青作为主要成分的材料或通过石油精炼过程得到的作为残余物的材料，狭义地讲，浙青为存在于原油中的黑色高粘度液体或半固体成分。通常，浙青可选自直馏浙青、半吹气浙青(semi-blown asphalt)、天然浙青、焦油(tar)、柏油及其组合,但本发明并非仅限于此。例如，浙青的针入深度(25°C )可为5 400dm(l/10mm),优选为60 80dm。另外，浙青的粘度(60°C )可为 1，000 10，000, OOOcP，优选为 150，000 180，OOOcP0根据本发明的一个实施方案，基于浙青组合物的总量，可含有91 94重量％、优选为92 93重量％的浙青。热塑件弹件体在本发明的一个实施方案中，热塑性弹性体为能够提高浙青组合物在低温下的弹性并且改善其在高温下的粘度特性的组分。本发明所用的热塑性弹性体的具体例子可包括苯乙烯共聚物，如苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)等；烯烃共聚物，如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯丙烯二烯共聚物(EPDM)等；以及其它聚合物，如丁腈橡胶(NBR)、聚氯乙烯(PVC)、聚异丁烯、聚丁二烯(PB)等。优选地，该热塑性弹性体可选自苯乙烯共聚物，例如粒度为500 2，000 μ m的固体苯乙烯共聚物。更具体而言，该热塑性弹性体可选自分子量不小于100，000 (具体地为 150，000 250，000)且苯乙烯含量为20 50重量％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，以及分子量不小于50，000 (具体地为60，000 150，000)且苯乙烯含量为5 20重量％的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)。在此，它们可单独使用或联合使用。根据本发明的一个实施方案，基于浙青组合物的总量，可含有3 5重量％、优选为3. 5 4. 5重量％、更优选为4. O重量％的热塑性弹性体。其中当热塑性弹性体的量小于3重量％时，浙青组合物不能满足高温所需特性的要求，具体而言，达不到PG 76要求。另外，当热塑性弹性体的量大于5重量％时，会抑制浙青组合物的粘度降低。因此，优选将其含量调整至上述范围内。马来酸酐接枝聚乙烯(MA-^rPE)蜡在本发明的一个实施方案中，采用马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡。马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡通过与浙青混合后使浙青软化，而起到降低浙青粘度的作用。马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡在低于熔点的温度下以脆性的固相形式存在，但在高于熔点的温度下则以低粘度的液相形式存在。马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡的熔点可为 70 120°C，优选为 90 115°C。具体而言，由于马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡是通过将聚乙烯(PE)蜡用马来酸酐接枝而制得的，因此，与采用常规聚乙烯基蜡相比，当将该MA-g-PE蜡加入到浙青中时可降低浙青的粘度，并且在与浙青、操作油和热塑性弹性体掺合时能够显示出很强的抗脆性。聚乙烯基蜡为分子量(Mw)为1，000 6，000的聚合物，约为石蜡分子量和聚乙烯分子量的一半。在马来酸酐的量保持恒定的条件下，根据引发剂的种类和含量、反应温度和反应时间，将聚乙烯基蜡用马来酸酐接枝从而制备得到马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡 (量小于20重量％ )。其接枝率在反应温度低时(例如130°C )降低，但在高反应温度下 (例如150°C或更高)则快速升高。根据本发明的一个实施方案，该马来酸酐接枝聚乙烯 (MA-g-PE)蜡的分子量(Mw)可为1，500 12，000，优选为2，000 9，000。同时，马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡的接枝率可为4 10%，优选为6 9%。 其接枝率为影响浙青组合物的低温特性的因素。当其接枝率小于4%时，浙青组合物的低温抗裂性能较低。另外，当马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡的接枝率高于10%时，会抑制浙青组合物的粘度降低。因此优选将其接枝率调整至上述范围内。根据本发明的一个实施方案，基于浙青组合物的总量，马来酸酐接枝聚乙烯 (MA-g-PE)蜡的含量可为2 4重量％，优选为2. 5 3. 5重量％。当马来酸酐接枝聚乙烯 (MA-g-PE)蜡的量低于2重量％时，很难降低浙青组合物在低温下的粘度。另外，当其量大于4重量％时，浙青组合物不能满足高温所需特性的要求，S卩，达不到PG 76要求。因此优选将其量调整至上述范围内。操作油在本发明的一个实施方案中，操作油用于改善和易性，并用于抑制浙青组合物在低温下的脆性。可根据操作油(为石油基或植物基烃油)的化学组成将其大致划分为石蜡
6基油、环烷基油、芳香油等。优选的是，操作油在温热温度下不会蒸发，并且在将其与浙青等混合的过程中不会起燃。例如，该操作油通过AASHTO TP5测量的闪点可为200 350°C，优选为220 260°C。另外，该操作油的粘度(动力粘度)可为50 300cSt，优选为150 200cSt。根据本发明的一个实施方案，粘度指数为50 200的芳香油可与石蜡基油或环烷基油联用。在这种情况下，为了控制浙青组合物在低温下的脆性，优选将饱和烃的量调节为不超过10重量％。该操作油的物理属性和组成如下表I所示。表I
权利要求
1.一种温拌浙青组合物，包含91 94重量％的浙青；3 5重量％的热塑性弹性体；2 4重量％的接枝率为4 10%的马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡；以及0.I I重量％的操作油，其中该组合物在135°C下的粘度为700cP或更低。
2.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述组合物符合PG76-22标准。
3.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述热塑性弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)、天然胶乳以及它们的组合。
4.根据权利要求3所述的温拌浙青组合物，其中所述热塑性弹性体选自分子量为 100, 000或更大并且苯乙烯含量为20 50重量％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、 分子量为50，000或更大并且苯乙烯含量为5 20重量％的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶 (SBR)、以及它们的组合。
5.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡的熔点为 70 120°C。
6.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡的分子量 Mw 为 2，000 9，000。
7.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述马来酸酐接枝聚乙烯蜡的接枝率为4 10%。
8.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述操作油是通过将石蜡基油或环烷基油与粘度指数为50 200的芳香油掺合而获得的。
9.根据权利要求8所述的温拌浙青组合物，其中所述操作油包含10重量％或更少的饱和烃。
10.根据权利要求I所述的温拌浙青组合物，其中所述浙青选自直馏浙青、半吹气浙青、天然浙青、焦油、柏油以及它们的组合。
11.一种制备温拌浙青组合物的方法，包括将91 94重量％的浙青加热至130 200°C ；将2 4重量％的接枝率为4 10%的马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡和0. I I 重量％的操作油与加热的浙青混合；以及在150 200°C下向所得混合物中加入3 5重量％的热塑性弹性体，其中所述组合物在135°C下的粘度为700cP或更低。
全文摘要
本发明涉及一种温拌沥青组合物，其中包含91～94重量％的沥青、3～5重量％的热塑性弹性体、2～4重量％的接枝率为4～10％的马来酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蜡、以及0.1～1重量％的操作油，其中该组合物在135℃下的粘度不超过700cP。该组合物同时满足高温抗塑性变形和低温抗裂的要求。
文档编号C08L9/06GK102585523SQ20111044382
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者曹太铉, 禹垣准, 金祐成, 黄亨基 申请人:Sk新技术株式会社