一种改性沥青用废旧橡胶低温融合剂及其制备工艺的制作方法

本发明涉及道路工程新型材料，具体为一种改性沥青用废旧橡胶低温融合剂及其制备工艺。

背景技术：

1、橡胶沥青热拌混合料具有路面降噪功能，其抗反射裂缝及抗疲劳能力为一般沥青及改性沥青的2到5倍，大大延长了路面的使用寿命，可降低工程成本。同时可耐极端气候，高温稳定性、低温抗裂性远优于一般沥青路面，还为处理废旧轮胎提供了永续路径；一般掺加比例为10％-30％，具有可观的经济、环保和社会效益。

2、橡胶沥青的性能主要来自于橡胶与沥青的相互作用即溶胀效应，通常情况下，橡胶沥青热拌混合料必须在高温180℃及以上方可拌和均质，过高的施工温度易使沥青老化，排放的臭味烟气还会影响作业人员的身体健康，且橡胶溶胀性差，橡胶沥青中橡胶颗粒间缺乏有效黏结，容易产生离析现象，存放时间往往在24h以后分层就越来越明显，因而导致橡胶沥青及其混合料的性能离散性较大，不利于施工。

3、橡胶沥青属于热力学不相容体系，改善其稳定性需要采取搅拌、掺加稳定剂或偶联剂等，一般情况下沥青罐均带有加热搅拌功能，本发明旨在通过掺加一种低温融合剂改变现有橡胶沥青加工工艺，该低温融合剂具备既能亲和橡胶，又能亲和沥青，能把溶胀了的废橡胶粉在较低的温度下(温度不超140℃)拌和到沥青里面去，同时能够形成单一相结构的路面建造材料。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种可以使橡胶在较低温度下与沥青拌合的改性沥青用废旧橡胶低温融合剂，以及提供一种改性沥青用废旧橡胶低温融合剂的制备工艺。

2、为了解决上述技术问题，一种改性沥青用废旧橡胶低温融合剂，以重量份数计，包括以下成分：低温改性剂20-30份、增塑剂15-20份、环烷油18-22份、棉籽油25-30份、稳定剂1-3份、交联剂3-7份、无机盐2-4份，所述的低温改性剂为异丁酸辛酯。

3、优选的，以重量份数计，包括以下成分：低温改性剂25份、增塑剂18份、环烷油20份、棉籽油27份、稳定剂2份、交联剂5份、无机盐3份，所述的低温改性剂为异丁酸辛酯。

4、优选的，所述的异丁酸辛酯采用酯化系统制备，酯化系统包括反应釜、蒸汽加热装置、管式冷凝器、油水分离器和泵循环系统，反应釜内设置有搅拌器，管式冷凝器连接在反应釜上端，管式冷凝器与油水分离器连接，油水分离器与反应釜通过泵循环系统连接，蒸汽加热装置用于加热反应釜，异丁酸辛酯采用如下工艺制备：

5、a1:按摩尔比1:1称取异丁酸和辛醇并放入反应釜中，封闭反应釜；

6、a2:使用蒸汽加热装置加热反应釜，同时对反应釜内部进行搅拌；

7、a3:反应釜内温度达到95℃时开启管式冷凝器的冷却水，反应釜内温度达到160℃时调整蒸汽加热装置对反应釜进行保温，反应过程中反应釜产生的气相进入管式冷凝器，气相冷凝后进入油水分离器中分离出异丁酸和水；

8、a4:在油水分离器中的异丁酸达到刻度的上限时，通过泵循环系统将油水分离器中的异丁酸回流至反应釜中，在油水分离器中的水达到刻度的上限时，将油水分离器中的水及时排出；

9、a5:反应釜内160℃保温至少2h后，观察管式冷凝器中是否有液相流出，待冷凝器中没有液相流出后，关闭蒸汽加热装置与管式冷凝器的冷却水；

10、a6:反应釜内温度降低至45℃以下时，即得异丁酸辛酯。

11、优选的，所述的增塑剂为c9石油树脂，c9石油树脂的平均分子量介于300-3000之间。

12、优选的，所述的稳定剂为eva树脂，eva树脂的醋酸乙烯含量为5％～40％，eva树脂的分子量为2-5万。

13、优选的，所述的eva树脂采用如下工艺制备：

14、b1:以重量份数计，分别称取30份乙烯、50份醋酸乙烯、1份过氧酮和20份丙烯酸甲酯；

15、b2:将b1称取好的物料通过压缩机加入管式反应器，管式反应器管内径为25～64mm且长径比为40000，在200-220℃和150-160mpa压力下反应5-6h，制得聚合物b；

16、b3:将聚合物b冷却至常温，即制得eva树脂。

17、优选的，所述的交联剂以重量份数计，包括以下成分：40-50份硅烷偶联剂，50-60份钛酸酯偶联剂。

18、优选的，所述的无机盐为纯度大于99％的水溶性硅酸钠，水溶性硅酸钠的分子式为na2sio3·9h2o。

19、本发明提供的改性沥青用废旧橡胶低温融合剂的制备工艺，包括以下步骤：

20、s1:按配方分别称取相应重量的低温改性剂、增塑剂、环烷油、棉籽油、稳定剂、交联剂和无机盐待用；

21、s2:将环烷油、棉籽油和低温改性剂混合，在60℃条件下搅拌均匀，制得混合溶液s2；

22、s3:将增塑剂加入混合溶液s2中，在110-145℃条件下搅拌60-100分钟，制得混合溶液s3；

23、s4:在不低于110℃的条件下，向混合溶液s3中加入稳定剂和交联剂，搅拌至少30min，制得混合溶液s4；

24、s5:将混合溶液s4与无机盐混合后自然降温并持续搅拌，直至降温至50-65℃且搅拌至少30min，即制得改性沥青用废旧橡胶低温融合剂。

25、作用机理：

26、1、在本发明中低温改性剂采用异丁酸辛酯，异丁酸辛酯能使溶胀了的废橡胶粉在较低的温度下(不超过140℃)拌和到沥青里面去，同时还可以改善高分子废旧橡胶颗粒材料和基质沥青的黏度，增加它们的流动性，作为黏度调节剂起到降低橡胶沥青生产温度和使用温度的效果。经改性后的废旧橡胶在低温下具有一定的流动性，施工时，将适量的改性后的废旧橡胶颗粒与沥青按混合搅拌均匀，使其整体黏度下降，达到低温施工的目的。

27、2、本发明中采用的增塑剂为c9石油树脂，其与橡胶的相容性好，废旧橡胶(如丁苯橡胶)本身缺乏粘性而且坚硬，加入c9石油树脂可以使废旧橡胶的分子链得以分割，从而使产品具有很好的粘性与软化度。

28、3、环烷油具有性质稳定、闪点较高、安全无毒、无腐蚀性的特点，对人体、环境、设备无不良影响；在与橡胶融合的过程中，其主要作用表现在：①溶解度高；②出色的低温性能；③与某些树脂和聚合物的良好相容性；④与橡胶良好的塑化和混溶性；在本发明中，环烷油的作用主要体现为两方面：一方面，环烷油作为热塑性橡胶废旧橡胶颗粒的软化剂和相溶剂，使热塑性橡胶颗粒可以与其余成分相溶，另一方面，环烷油与基质沥青相溶性较好，能有效改善基质沥青分子间的作用力，降低基质沥青粘度，在降低沥青生产、使用温度方面，有较好的改善效果，可以起到表面活性剂的作用。

29、4、棉籽油是一种植物油，具有安全无毒、高闪点的特点；在本发明中，棉籽油作为基质沥青的表面润滑剂和表面活性剂，能降低基质沥青的使用、作业温度，同时棉籽油中富含的硬脂酸等成分可促进高分子聚合物软化，并改善其相溶性。

30、5、本发明中采用的稳定剂为eva树脂，即乙烯-醋酸乙烯共聚物，eva树脂由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而降低了结晶度，提高了柔韧性、耐低温性、抗冲击性、填料相溶性，在c9石油树脂的复合下可增加其黏度和剪切强度高，与橡胶沥青融合后能够满足路面抗低温、粘接强度高、刚韧平衡等要求。

31、6、本发明采用的交联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂复合后的溶液，主要基于废旧橡胶的多样性以及改性橡胶沥青的性能需要。

32、硅烷偶联剂的分子结构式一般为:y-r-si(or)3(式中y-有机官能基，sior-硅烷氧基)。硅烷氧基可以和被粘的骨架材料结合；而硅烷偶联剂的有机官能基则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。它明显地提高各种橡胶与其它材料的胶接强度。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。当用做橡胶、沥青与无机石料的偶联剂时，该硅烷能显著提高一系列塑胶的粘接力。

33、钛酸酯偶联剂有6个不同功能的基团，其中的x钛中心可以联接功能性基团能改善填充体系的稳定性，r′长碳链纠缠基团可以增加与聚烯烃的相容性，y固化反应基团可以与聚合物进行交联，提高黏结性，因此，本发明引入钛酸酯偶联剂后在不影响橡胶、沥青本身使用性能的基础上，可以解决橡胶沥青在贮存过程中的沉降分层问题，并可提高橡胶沥青与集料的粘结力。

34、两种偶联剂可协同增强废旧橡胶的稳定性和橡胶橡胶沥青与集料的附着力。

35、7、无机盐不仅能促进高分子聚合物在液相中的均匀分布，保证液相稳定，起到增稠剂、分散剂的作用，还可以在沥青混合料中改善集料表面与基础沥青的粘接性能，提高沥青膜在集料表面的附着力，增强沥青的抗剥落性能。

36、8、本发明涉及的各种原材料具有较好的节能减排效果，具有原料来源广泛，制备工艺简单及成本较低等特点，同时能有效降低沥青混合料各阶段施工温度，适用于各种级配类型的道路沥青路面施工。

37、本发明的有益效果是：本发明改性沥青用废旧橡胶低温融合剂可用于各类乳化沥青、温拌沥青、热拌沥青等，也可用于各种沥青防水卷材等，尤其在低温改性沥青路面上的应用前景广阔，具有显著的经济效益、生态效益和社会效益。本发明提供的改性沥青用废旧橡胶低温融合剂使废旧橡胶与沥青之间有着良好的溶胀、融合性能，使制得的橡胶沥青与集料的附着力增强，且一月内存放不会产生分层离析现象，掺加后的橡胶沥青各项指标能够满足《橡胶沥青路面技术标准》(cjj/t273-2019)规定要求。与现有技术相比，本发明提供的改性沥青用废旧橡胶低温融合剂能有效降低橡胶沥青加工、拌和等各阶段施工温度达30℃以上。