一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青及其制备方法与流程

本发明属于材料制备领域，特别是涉及一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青及其制备方法。

背景技术：

改性沥青是在基质沥青中掺加少量的热塑性弹性体橡胶sbs，通过一定的工艺加工而成，它能够改变沥青流变学性质，粘弹性和延性提高，路面的抗冲击能力、抗开裂能力、耐磨耗能力都大大增加，延长了道路使用寿命；降低了沥青的温度敏感性，耐流动变形性能力得到改善，路面平坦性能和抗车辙性能得到提高，使行车速度提高，路面维护减少。

sbs改性沥青的最大的生产问题就是沥青与sbs的相溶性问题和稳定性问题。相溶性好是指作为分散相的聚合物以一定的径粒，均匀分布在沥青相中。如果两者的相溶性不好，则沥青与改性剂发生分离，使改性沥青的技术指标受到很大的影响。由于沥青中含有较多的极性化合物，sbs则属于非极性化合物，sbs粘度大，极易集中在上部，而沥青则沉在下部，即产生离析现象，这种不稳定性对生产成品sbs改性沥青的存储是不利的，尤其在长途运输时更不容易解决。

sbs改性沥青是将聚合物按照一定的工艺加入沥青中而形成的，改性工艺解决的问题是使聚合物很细很均匀稳定地分散于沥青当中。通过添加剂的加入对sbs改性沥青进行复合改性，以提高sbs改性沥青的相容性和热储存稳定性是目前聚合物改性沥青的应用热点。在众多的类型添加剂中，纳米蒙脱土以其独特的结构及性能得到广泛重视，其加入可以有效提高沥青材料的稳定性及高温性能。但纳米蒙脱土的加入往往影响了复合沥青材料的低温性能。

技术实现要素：

环烷油作为有机添加剂的代表，具有高密度、高粘度、无毒副作用等特点，而且在它的环上通常还会连接着饱和支链。因为这种结构，使环烷油既具有芳香烃类的部分性质，具有直链烃的部分性质，又不含毒性。环烷油的加入可以大大改善纳米蒙脱土对sbs改性沥青的低温的负面影响，在一定掺量范围内可改善沥青材料的高低温性能及稳定性。

本发明的目的在于通过环烷油、纳米蒙脱土双添加的复合改性作用，提供一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青及其制备方法。该方法通过两种添加剂不同的改性效果，实现优势互补，改善纳米蒙脱土单独加入时，对沥青材料低温性能的影响，且在一定程度上提高储存稳定性，极大的优化了沥青的路用性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青，其中至少包括以下组分及重量份：沥青为100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为3-7份，纳米蒙脱土为1-7份，环烷油为1-4份。

作为上述方案的进一步改进，所述沥青为石油沥青。

作为上述方案的进一步改进，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物包含线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物及混合型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或者多种。

作为上述方案的进一步改进，所述纳米蒙脱土为纳米级硅酸盐。

作为上述方案的进一步改进，所述环烷油为以环烷烃为主的石油馏分，包括87.55-93.86％的饱和烃，6.14-11.96％的芳烃和0-0.49％的沥青质。

本发明还提供一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青的制备方法，其特征在于，其至少包括以下步骤：

s1、通过高速剪切法获得苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青；

s2、将所述s1中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加热并加入纳米蒙脱土进行剪切搅拌；

s3、在所述s2中得到的混合物中加入环烷油，均匀搅拌；

s4、将所述s3中得到的混合物在设定温度下持续搅拌，获得所述一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

作为上述方案的进一步改进，在所述步骤s1中，高速剪切法的溶胀阶段温度为130-150℃，持续时间为30-60min；高速剪切法剪切阶段温度为150-170℃，剪切速率为8000-10000r/min，持续时间为30-60min；高速剪切法发育阶段的温度为150-160℃，持续时间为60-120min。

作为上述方案的进一步改进，在所述步骤s2中，加入纳米蒙脱土后持续搅拌5-30min，剪切速率为8000-10000r/min，反应温度为120-150℃。

作为上述方案的进一步改进，在所述步骤s3中，加入环烷油后持续搅拌5-30min，反应温度为100-120℃。

作为上述方案的进一步改进，在步骤s4中，混合物在120-160℃温度下持续搅拌2-4h后，获得最终产品。

本发明制备了双添加剂下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青，通过添加纳米蒙脱土有效提高改性沥青材料的稳定性及高温性能，通过同时添加环烷油以改善纳米蒙脱土对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青的低温的负面影响，进一步改善沥青材料的高低温性能及稳定性，极大的优化了沥青的路用性能。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青的制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青，其中至少包括以下组分及重量份：沥青为100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为3-7份，纳米蒙脱土为1-7份，环烷油为1-4份，在该配比范围内可以同时提高复合改性沥青的高、低温性能。组分中的沥青为石油沥青，组分中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物包含线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物及混合型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或者多种，组分中的纳米蒙脱土为纳米级硅酸盐，组分中的环烷油为以环烷烃为主的石油馏分，包括87.55-93.86％的饱和烃，6.14-11.96％的芳烃和0-0.49％的沥青质。

以上复合改性沥青是通过至少以下步骤制得的：通过高速剪切法获得苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青；将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加热并加入纳米蒙脱土进行剪切搅拌；在所得的混合物中加入环烷油，均匀搅拌；将得到的混合物在设定温度下持续搅拌，获得所述一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

其中高速剪切法是通过高速剪切仪的机械方法使sbs聚合物分散，与沥青混溶在一起，需要经过改性剂溶胀、分散磨细、孕育三个阶段。每一阶段的工艺流程和时间随改性剂及加工设备的不同而不同，加工温度和时间是个加工的关键。

请参阅图1所示，本发明还提供了一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青的制备方法，其至少包括以下步骤：

s1、通过高速剪切法获得苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青，其中沥青为100份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为3-7份。在此过程中，沥青的改性需要经过溶胀、剪切、发育三个阶段。溶胀阶段温度为130-150℃，持续时间为30-60min，在此温度和时间范围内进行溶胀可以保证sbs聚合物更易剪切；剪切阶段温度为150-170℃，剪切速率为8000-10000r/min，持续时间为30-60min，在此剪切速度、温度和时间范围内进行高速剪切操作可以使聚合物充分剪切；发育阶段的温度为150-160℃，持续时间为60-120min，在此温度和时间范围内进行发育可以保证剪切后的聚合物与沥青混合均匀，性能稳定。

s2、将所述s1中的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加热并加入1-7份纳米蒙脱土后持续剪切搅拌5-30min，剪切速率为8000-10000r/min，反应温度为120-150℃，在此速率、温度和时间范围内进行剪切可以保证纳米蒙脱土与sbs改性沥青充分混合。

s3、在所述s2中得到的混合物中加入1-4份环烷油后持续搅拌5-30min，反应温度为100-120℃，在此温度时间范围内进行搅拌，使两种添加剂充分混合。

s4、将所述s3中得到的混合物在120-160℃温度下持续搅拌2-4h后，获得所述一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青，在此温度时间下进行持续搅拌，可以使两种添加剂与沥青材料充分混合，更可以保证性能的稳定性。

实施例1

本实施例中提供的一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青包括：100份的沥青、3份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、1份的纳米蒙脱土和1份的环烷油，其制备方法如下：

s1、将100份的沥青加热至130℃，加热过程中同时搅拌使之可以均匀升温，之后加入3份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物并持续30min。换上剪切仪进行高速剪切，此阶段保持温度150℃，剪切速率为8000r/min并持续30min。换上搅拌器，保持温度150℃，持续搅拌60min。

s2、将步骤s1中得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青控制温度在120℃，加入1份纳米蒙脱土，同时进行剪切搅拌，剪切速率为8000r/min，并持续5min。

s3、将步骤s2中得到的混合物加入1份环烷油，均匀搅拌，控制温度在100℃，持续5min。

s4、将步骤s3中得到的混合物在120℃温度下持续搅拌2小时后，获得环烷油、纳米蒙脱土双添加剂作用下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

实施例2

本实施例中提供的一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青包括：100份的沥青、7份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、7份的纳米蒙脱土和4份的环烷油，其制备方法如下：

s1、将100份的沥青加热至150℃，加热过程中同时搅拌使之可以均匀升温，之后加入7份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物并持续60min。换上剪切仪进行高速剪切，此阶段保持温度170℃，剪切速率为10000r/min并持续60min。换上搅拌器，保持温度160℃，持续搅拌120min。

s2、将步骤s1中得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青控制温度在150℃，加入7份纳米蒙脱土，同时进行剪切搅拌，剪切速率为10000r/min，并持续30min。

s3、将步骤s2中得到的混合物加入4份环烷油，均匀搅拌，控制温度在120℃，持续30min。

s4、将步骤s3中得到的混合物在160℃温度下持续搅拌4小时后，获得环烷油、纳米蒙脱土双添加剂作用下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

实施例3

本实施例中提供的一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青包括：100份的沥青、3.5份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、3份的纳米蒙脱土和1.5份的环烷油，其制备方法如下：

s1、将100份的沥青加热至140℃，加热过程中同时搅拌使之可以均匀升温，之后加入3.5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物并持续45min。换上剪切仪进行高速剪切，此阶段保持温度160℃，剪切速率为9000r/min并持续45min。换上搅拌器，保持温度160℃，持续搅拌100min。

s2、将步骤s1中得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青控制温度在130℃，加入3份纳米蒙脱土，同时进行剪切搅拌，剪切速率为9000r/min，并持续20min。

s3、将步骤s2中得到的混合物加入1.5份环烷油，均匀搅拌，控制温度在110℃，持续20min。

s4、将步骤s3中得到的混合物在140℃温度下持续搅拌3小时后，获得环烷油、纳米蒙脱土双添加剂作用下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

实施例4

本实施例中提供的一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青包括：100份的沥青、5份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、5份的纳米蒙脱土和3份的环烷油，其制备方法如下：

s1、将100份的沥青加热至140℃，加热过程中同时搅拌使之可以均匀升温，之后加入5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物并持续50min。换上剪切仪进行高速剪切，此阶段保持温度160℃，剪切速率为9000r/min并持续50min。换上搅拌器，保持温度155℃，持续搅拌80min。

s2、将步骤s1中得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青控制温度在140℃，加入5份纳米蒙脱土，同时进行剪切搅拌，剪切速率为9000r/min，并持续10min。

s3、将步骤s2中得到的混合物加入3份环烷油，均匀搅拌，控制温度在110℃，持续10min。

s4、将步骤s3中得到的混合物在130℃温度下持续搅拌3小时后，获得环烷油、纳米蒙脱土双添加剂作用下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

实施例5

本实施例中提供的一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青包括：100份的沥青、3份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、2.5份的纳米蒙脱土和1.5份的环烷油，其制备方法如下：

s1、将100份的沥青加热至150℃，加热过程中同时搅拌使之可以均匀升温，之后加入3份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物并持续50min。换上剪切仪进行高速剪切，此阶段保持温度170℃，剪切速率为10000r/min并持续45min。换上搅拌器，保持温度150℃，持续搅拌100min。

s2、将步骤s1中得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青控制温度在130℃，加入2.5份纳米蒙脱土，同时进行剪切搅拌，剪切速率为8000r/min，并持续20min。

s3、将步骤s2中得到的混合物加入1.5份环烷油，均匀搅拌，控制温度在120℃，持续15min。

s4、将步骤s3中得到的混合物在130℃温度下持续搅拌3小时后，获得环烷油、纳米蒙脱土双添加剂作用下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

实施例6

本实施例中提供的一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青包括：100份的沥青、4份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、1.5份的纳米蒙脱土和1份的环烷油，其制备方法如下：

s1、将100份的沥青加热至140℃，加热过程中同时搅拌使之可以均匀升温，之后加入4份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物并持续40min。换上剪切仪进行高速剪切，此阶段保持温度160℃，剪切速率为8000r/min并持续60min。换上搅拌器，保持温度150℃，持续搅拌80min。

s2、将步骤s1中得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青控制温度在120℃，加入1份纳米蒙脱土，同时进行剪切搅拌，剪切速率为8000r/min，并持续30min。

s3、将步骤s2中得到的混合物加入1.5份环烷油，均匀搅拌，控制温度在130℃，持续5min。

s4、将步骤s3中得到的混合物在130℃温度下持续搅拌2小时后，获得环烷油、纳米蒙脱土双添加剂作用下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青。

本发明各实施例所制备的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青与基质沥青及无添加剂复合改性下的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青之间的主要技术性能的对比见表1。

表1

由表1可知在双添加剂复合改性下，沥青材料的高低温性能指标与基质沥青及无添加剂复合改性下的sbs改性沥青都有很大的提升。与无添加剂复合改性下的sbs改性沥青相比，离析指标得到了降低，说明双添加剂复合改性下，沥青材料的稳定性得到了有效的提高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。