白炭黑复合橡胶沥青改性剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于沥青改性剂领域，尤其涉及一种白炭黑复合橡胶沥青改性剂及制备方法和应用。

背景技术：

1、废旧轮胎橡胶粉改性沥青是将一定比例的废旧轮胎胶粉和基质沥青混合熔胀反应形成的胶结料，其不仅有效的解决了废旧轮胎堆放造成的环境污染问题，并且具有优良的路用性能，废旧轮胎橡胶粉改性沥青混合料的高温稳定性、抗车辙性能和抗疲劳性能等同或稍优于sbs改性沥青，但更符合环保要求，成本更低，已经越来越引起各界重视，因而在国内外得到了大量的研究和推广，常应用于道路结构的表面层与层间黏结防水应力吸收等功能层。然而在橡胶粉改性沥青的实际应用中，还存在一些技术问题亟待解决，橡胶和基质沥青的相容性不足，导致改性后沥青的储存稳定性不佳，加工过程需要高温、并且伴随而来的严重的气味与粉尘的二次污染等问题，进而影响橡胶沥青的大规模应用。

2、白炭黑学名为沉淀水合二氧化硅，主要成份是非晶质的sio2，含量大于90％。表现为无毒、无味的白色粉末，其粒径比炭黑小、密度小，紧堆密度仅为0.3-0.4g/cm3，比表面积大。白炭黑的制备可以通过自由气相法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、氟硅酸法、微波水热法等方法制备而成，其中以气相法和沉淀法最为主要，并且沉淀法生产白炭黑由硅酸盐酸解而制得，作为橡胶增强填料，极具发展前景。白炭黑主要在橡胶工业、化学机械抛光cmp、塑料工业、超细复合粒子、造纸等方面应用。

3、在橡胶中加入白炭黑，形成二氧化硅网状结构，可以提高粘度、硬度及模量。白炭黑的粒径小，分散作用良好，加入沥青后可提高沥青混合料的粉胶比，使混合料中的沥青膜对粗细集料产生更强的粘附作用，混合料形成坚实的整体且具有良好的稳定性。作为多孔性填料，白炭黑比表面积很大，因此具有强大的附着能力。能够使沥青均匀有效地附在集料表面，从而大幅度降低沥青的流动性，流变阻力增加，形成的柔性摩擦可以增加路面的防滑性能，使路面表现出良好的耐磨性。在沥青混合料中加入白炭黑，取代一定体积的基体，减小混合料的空隙率，增加混合料的密度，同时增强路面的水稳定性和抗疲劳性。白炭黑的主要成分二氧化硅，是一种惰性物质，化学稳定性极好，不怕氧化和酸碱腐蚀，从而增强沥青路面稳定性和耐老化性。

4、白炭黑的主要化学成分为硅烷醇基，不仅表面极性极高而且其聚集体化学性质较为活跃,将其加入沥青中可以作为活性剂。然而,由于白炭黑内部存在的外表面的活性硅醇基和聚硅氧,使其呈亲水性,在有机物中较难分散和浸润。因此，进一步优化采用白炭黑经过表面活化改性后的硅烷白炭黑，使其由亲水性材料转变为疏水性材料，能够有效改善相容性并进一步提高其用于沥青改性过程后的抗撕裂强度、拉伸强度及耐磨性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种白炭黑复合橡胶沥青改性剂及其制备方法和应用，该白炭黑复合橡胶沥青改性剂能够提高橡胶粉在沥青及其混合料中的稳定性和耐久性，可进一步改善橡胶沥青路用性能、延长路面使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种白炭黑复合橡胶沥青改性剂，包括以下重量份的组分:白炭黑粉体0.64-2.3份，分散介质3.2-15.9份，橡胶粉96.2-81.8份。

3、优选地，所述白炭黑粉体选自气相法白炭黑、沉淀法白炭黑和硅烷白炭黑中的至少一种；优选的，所述白炭黑粉体为硅烷白炭黑，硅烷白炭黑是由非晶质的sio2构成的无毒、无味的白色粉末，其结构基本特征符合技术标准hg/t 3061-2020的要求。

4、优选地，所述分散介质选自链烷烃橡胶油、芳香基橡胶油、环烷基橡胶油和多环芳香烃橡胶油中的至少一种；优进一步优选的，所述分散介质为环烷基橡胶油。

5、例如，所述环烷基橡胶油分散介质性能参数可以为：

6、

7、

8、所述环烷基橡胶油分散介质型号可以为环烷基橡胶油kn4010。

9、上述组分中，橡胶分子本身的长链结构，使橡胶分子彼此缠绕在一起，呈现出较高的硬度，但也缺乏弹性。通过在橡胶加工过程中添加环烷基橡胶油分散介质，使其填充在橡胶的长链分子之间，起到润滑的作用，使橡胶分子的每个部分都能够相互作用从而容易滑动，有了橡胶油的加入，在胶粉加工过程中可以降低黏度，减少混炼动力的消耗，提高硫化胶的伸长率，对改性剂生产过程中的压延和挤出可以起到润滑作用，增加橡胶的回弹性及耐寒性等性能。

10、优选地，所述橡胶粉为天然橡胶粉、丁苯橡胶粉以及由天然橡胶粉/丁苯橡胶粉得到的活化橡胶粉、再生橡胶粉中的至少一种，进一步优选为由天然橡胶粉/丁苯橡胶粉得到的活化橡胶粉。所述橡胶粉的粉末粒度为20-200目；进一步优选的，所述橡胶粉的粉末粒度为30-150目；更优选的，所述橡胶粉的粉末粒度为40-80目。

11、例如，活化橡胶粉/再生橡胶粉的技术指标要求可以如下：

12、

13、

14、值得说明的是，上述几类橡胶粉是基于废胎胶粉改性沥青的主要原材料来源而言的，活化橡胶粉与再生橡胶粉是在天然橡胶粉、丁苯橡胶粉的基础上进行的技术处理得到的活化橡胶粉与再生橡胶粉。废胶粉来源于废旧轮胎，不同轮胎的橡胶种类和含量不同，比如载重车轮胎以天然橡胶(nr)为主，轿车轮胎则以丁苯橡胶(sbr)为主，农用车轮胎、人力车轮胎等则多添加大量的再生胶，以上所述橡胶粉是列出制备橡胶沥青的废旧胶粉的类型，另外，胶粉可以是天然橡胶粉与丁苯橡胶粉制备而成的，也可以是其被加工处理过的活化橡胶粉与再生橡胶粉制备而成的，还可以是天然橡胶粉与其活化橡胶粉制备而成的等等，橡胶沥青是废旧橡胶再生利用衍生的产物，本就取材于废旧材料，所以选材并不是按照橡胶的常规分类选取的。

15、当橡胶粉选取40-80目活化橡胶粉时，其可以与白炭黑粉体、上述分散介质起到良好的配合作用，白炭黑对橡胶沥青在分散介质的调和下的使其耐磨性、拉伸强度和撕裂强度均较高。

16、本发明还提供了一种白炭黑复合橡胶沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤:(1)将白炭黑粉体和分散介质进行混合，机械搅拌，进而通过高速剪切后得到白炭黑母液；(2)将所述白炭黑母液与橡胶粉进行高温密炼，制成上述白炭黑复合橡胶沥青改性剂。

17、优选地，所述步骤(1)中，所述白炭黑粉体与分散介质进行混合的质量比为(0.64-2.3):(3.2-15.9)。

18、优选地，所述步骤(1)中，高速剪切分散是通过高速剪切机在60-100℃条件下对白炭黑粉体和分散介质混合后的液体进行剪切10-30min，冷却后得到白炭黑母液，所述白炭黑母液中白炭黑的粒径分布为10-1000纳米。

19、优选地，所述步骤(2)中，上述制备方法采用高温密炼工艺，即将上述制备的白炭黑母液与橡胶粉以(3.84-18.2):(96.2-81.8)的质量比加入密炼机中，在220℃-230℃进行混炼20-30min，冷却后，制成白炭黑复合橡胶沥青改性剂。

20、将上述白炭黑复合橡胶沥青改性剂应用于沥青中，例如其配方可以为：重量比为18:82的白炭黑橡胶沥青改性剂与基质沥青。所述改性剂可以改善道路沥青的高温稳定性、抗疲劳性能与抗老化性能。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:

22、(1)本发明所涉及的白炭黑复合橡胶沥青改性剂的制备方法，采用高温密炼的工艺，使白炭黑与橡胶粉充分混合，提高白炭黑对橡胶粉的改性补强效果，避免白炭黑、橡胶粉和基质沥青直接混合造成分散不均、改性不充分等问题。

23、(2)本发明采用的白炭黑粉体和高温密炼工艺相结合，在沥青中使用1％以下的白炭黑粉体就能起到较好的效果，能显著降低白炭黑改性沥青的成本，可提高改性沥青的高低温稳定性能，增强沥青路面稳定性和耐老化性。