一种耐酸碱的弹性体改性沥青及其制备方法与流程

1.本发明涉及煤沥青领域，具体涉及一种耐酸碱的弹性体改性沥青及其制备方法。


背景技术：

2.随着石油沥青产量的不足，逐渐发展出煤沥青、木沥青等替代沥青，其中，煤沥青产量高，性能优，可作为石油沥青的补充或替代物。为满足实际使用需求，环氧改性、加氢改性、硫化改性、橡胶改性等煤沥青改性，可以进一步增强煤沥青的防水性能、高温抗变形性能、低温脆性，抗老化等性能。
3.目前，采用环氧预聚体对煤沥青进行改性制成环氧煤沥青具有较为成熟的技术，所制得的环氧煤沥青在稳定性、抗应变能力、使用寿命等方面均优于石油沥青。然而，随着改性沥青应用的推广，改性沥青产品应用环境的增多和复杂化，环境中存在一些含有酸液或者碱液的水，普通改性沥青不能满足使用需求，会造成沥青产品中分子链断裂，产品力学性能下降、阻水效果失效等问题。为应对沥青产品复杂的使用环境，需要发展一种耐酸碱腐蚀、力学性能优良的沥青产品。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种耐酸碱的弹性体改性沥青及其制备方法，通过添加具有醚键和硫桥的改性橡胶弹性体使得改性沥青具有了很好的耐酸碱性能，同时加入石榴石增强耐酸碱性，制得的沥青还具有很好的结构稳定性、粘结性和耐高温性能。
5.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种耐酸碱的弹性体改性沥青，包括以下质量份数的原料：
[0007][0008]
所述耐酸碱的弹性体改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
[0009]
步骤一：取质量份数的改性全硫化丁腈橡胶、双酚a环氧树脂和环烷油加入到反应釜中，设置温度为250℃，搅拌速度为400r/min，氮气氛围下，加热2h，得到熔融态环氧树脂混合物；
[0010]
步骤二：取质量份数的环氧煤沥青、改性橡胶弹性体和软化剂加入到熔融反应釜中，设置温度为180～240℃，待物料完全融化，使用高速剪切机，以3000～5000r/min的速度，剪切2～4h，得到环氧煤沥青混合物；
[0011]
步骤三：将步骤一中得到的熔融态环氧树脂混合物转移至步骤二中得到的环氧煤沥青混合物中，继续以3000～5000r/min的速度，剪切30min～1h，再加入质量份数的无机纳米材料、玻璃纤维、偶联剂和石榴石，温度为180～240℃，以300～500r/min的速度搅拌1～2h，得到耐酸碱的弹性体改性沥青。
[0012]
所述改性橡胶弹性体为氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯在硫磺、氧化锌及n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的作用下发生硫化反应，硫化反应在开炼机中进行，反应温度为160～180℃，反应压力为40mpa，反应时间为6h，生成具有醚键和硫桥的改性橡胶弹性体；其中氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、硫磺、氧化锌和n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺破碎成粉末，过60目筛，质量比为氯丁橡胶：氯磺化聚乙烯：硫磺：氧化锌：n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺＝50：50：2：1：0.5；在氧化锌和n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的作用下，氯丁橡胶上的氯发生硫化反应，形成醚键，与氯磺化聚乙烯分子醚键交联，氯磺化聚乙烯分子链上的亚磺酰氯基先通过游离基发生裂解，形成脱氢橡胶，硫磺和n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺与脱氢橡胶发生化学反应，生成交联的硫键。
[0013]
所述改性全硫化丁腈橡胶为全硫化丁腈橡胶与聚对苯二甲酸丁二醇酯熔融共聚成的共聚物，即改性全硫化丁腈橡胶；其中全硫化丁腈橡胶和聚对苯二甲酸丁二醇酯的质
量比例为1：1，熔融温度为180～250℃。
[0014][0015]
所述无机纳米材料为氧化镁、硫酸镁、氧化铝、二氧化硅按照质量比为2：1：1：2的混合物。
[0016]
所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，纤维直径为9～11μm，长度为3～4.5mm。
[0017]
所述软化剂为煤焦油、木沥青、松焦油、硬脂酸中的一种或多种。
[0018]
所述偶联剂为胺基硅烷偶联剂、环氧硅烷偶联剂、含硫硅烷偶联剂中的一种。
[0019]
所述石榴石为石榴石型锂镧锆氧，颗粒直径为0.1～0.2μm。
[0020]
所述双酚a环氧树脂结构式及官能团特点如下：
[0021][0022]
本发明的有益效果：
[0023]
1、本发明采用改性橡胶弹性体为氯丁橡胶和氯磺化聚乙烯发生硫化反应后形成的弹性体，硫化反应中，在n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺促进剂和硫磺的作用下，氯丁橡胶与氯磺化聚乙烯形成醚键交联，氯磺化聚乙烯分子上的亚磺酰氯基生成硫桥与氯丁橡胶交联，最终形成大分子交联的互穿网络状结构。醚与碱不反应，具有较好的耐碱性能，硫桥具有较好的耐酸性，合适的醚键和硫桥配比，使得改性橡胶弹性体具有较好的耐酸碱性能，改性橡胶弹性体加入环氧煤沥青中，使得改性沥青具有了很好的耐酸碱性能。
[0024]
2、本发明采用改性全硫化丁腈橡胶是由全硫化丁腈橡胶与聚对苯二甲酸丁二醇酯1：1熔融共混得到，形成完全交联的结构，加入环氧煤沥青中，完全交联的结构与煤沥青结构再次互穿成网格，增强了改性沥青的结构稳定性。
[0025]
3、双酚a环氧树脂的使用，分子式两端官能团，与沥青和橡胶中的极性官能团反应，使得沥青与橡胶分子键合连接，增加了改性沥青的结构稳定性和强度，并且，双酚a环氧树脂增强了改性沥青的粘结性能、耐高温性能。
[0026]
4、无机纳米材料的使用，一方面填充改性沥青的孔洞，使得改性沥青表面更加光滑；另一方面，无机纳米材料的使用，增强改性沥青的耐磨性能和机械强度。无机纳米材料为氧化镁、硫酸镁、氧化铝、二氧化硅的混合物，二氧化硅耐酸性能好，氧化铝耐碱性能好，且在氧化镁和硫酸镁的配合下，二氧化硅对碱的活泼性减弱、氧化铝对酸的活泼性减弱，进
一步增强沥青的耐酸碱性能。
[0027]
5、本发明采用石榴石，为石榴石型锂镧锆氧，颗粒直径为0.1～0.2μm。石榴石型锂镧锆氧，电化学性质稳定、耐酸碱性好。本发明将石榴石加入沥青中，石榴石熔点高、比重大、硬度大、耐酸耐磨度强，制得的沥青耐磨性好、耐酸碱性强。
[0028]
6、软化剂对橡胶起到软化的作用，有利于橡胶与沥青间的相互作用；环烷油作为溶剂，在改性全硫化丁腈橡胶的熔融过程中，使得全硫化丁腈橡胶与聚对苯二甲酸丁二醇酯相容性好，反应完全，最终完全交联；偶联剂的使用，有利于改善所制耐酸碱的弹性体改性沥青中各材料的相容性，使各材料通过偶联剂连接，增强沥青的稳定性。
具体实施方式
[0029]
下面将对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
实施例1
[0031]
一种耐酸碱的弹性体改性沥青，包括以下质量份数的原料：环氧煤沥青80份，改性橡胶弹性体8份，改性全硫化丁腈橡胶3份，双酚a环氧树脂5份，无机纳米材料5份，玻璃纤维3份，石榴石5份，环烷油10份，软化剂3份，偶联剂1份；
[0032]
所述耐酸碱的弹性体改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
[0033]
步骤一：取质量份数的改性全硫化丁腈橡胶、双酚a环氧树脂和环烷油加入到反应釜中，设置温度为250℃，搅拌速度为400r/min，氮气氛围下，加热2h，得到熔融态环氧树脂混合物；
[0034]
步骤二：取质量份数的环氧煤沥青、改性橡胶弹性体和软化剂加入到熔融反应釜中，设置温度为180℃，待物料完全融化，使用高速剪切机，以3000r/min的速度，剪切2h，得到环氧煤沥青混合物；
[0035]
步骤三：将步骤一中得到的熔融态环氧树脂混合物转移至步骤二中得到的环氧煤沥青混合物中，继续以3000r/min的速度，剪切30min，再加入质量份数的无机纳米材料、玻璃纤维、偶联剂和石榴石，温度为180℃，以300r/min的速度搅拌1h，得到耐酸碱的弹性体改性沥青。
[0036]
实施例2
[0037]
一种耐酸碱的弹性体改性沥青，包括以下质量份数的原料：环氧煤沥青100份，改性橡胶弹性体15份，改性全硫化丁腈橡胶5份，双酚a环氧树脂10份，无机纳米材料10份，玻璃纤维5份，石榴石10份，环烷油15份，软化剂5份，偶联剂2份；
[0038]
所述耐酸碱的弹性体改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
[0039]
步骤一：取质量份数的改性全硫化丁腈橡胶、双酚a环氧树脂和环烷油加入到反应釜中，设置温度为250℃，搅拌速度为400r/min，氮气氛围下，加热2h，得到熔融态环氧树脂混合物；
[0040]
步骤二：取质量份数的环氧煤沥青、改性橡胶弹性体和软化剂加入到熔融反应釜中，设置温度为240℃，待物料完全融化，使用高速剪切机，以5000r/min的速度，剪切4h，得到环氧煤沥青混合物；
[0041]
步骤三：将步骤一中得到的熔融态环氧树脂混合物转移至步骤二中得到的环氧煤沥青混合物中，继续以5000r/min的速度，剪切1h，再加入质量份数的无机纳米材料、玻璃纤维、偶联剂和石榴石，温度为240℃，以500r/min的速度搅拌2h，得到耐酸碱的弹性体改性沥青。
[0042]
实施例3
[0043]
一种耐酸碱的弹性体改性沥青，包括以下质量份数的原料：环氧煤沥青90份，改性橡胶弹性体12份，改性全硫化丁腈橡胶4份，双酚a环氧树脂7份，无机纳米材料8份，玻璃纤维4份，石榴石7份，环烷油13份，软化剂4份，偶联剂1份；
[0044]
所述耐酸碱的弹性体改性沥青的制备方法，包括以下步骤：
[0045]
步骤一：取质量份数的改性全硫化丁腈橡胶、双酚a环氧树脂和环烷油加入到反应釜中，设置温度为250℃，搅拌速度为400r/min，氮气氛围下，加热2h，得到熔融态环氧树脂混合物；
[0046]
步骤二：取质量份数的环氧煤沥青、改性橡胶弹性体和软化剂加入到熔融反应釜中，设置温度为210℃，待物料完全融化，使用高速剪切机，以4000r/min的速度，剪切3h，得到环氧煤沥青混合物；
[0047]
步骤三：将步骤一中得到的熔融态环氧树脂混合物转移至步骤二中得到的环氧煤沥青混合物中，继续以4000r/min的速度，剪切40min，再加入质量份数的无机纳米材料、玻璃纤维、偶联剂和石榴石，温度为210℃，以400r/min的速度搅拌2h，得到耐酸碱的弹性体改性沥青。
[0048]
检测实施例1-3，结果如下表：
[0049][0050]
由上表可知，本发明方法制备的耐酸碱的弹性体改性沥青，具有较好的耐酸碱性，且耐热性较好。
[0051]
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。