专利名称:用于道路的改性沥青材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种利用高聚物对沥青进行改性的技术，尤其是一种用于道路的改性沥青材料及其制备方法。
背景技术：
当前世界各国的高等级公路大多采用沥青路面，是由于它有足够的力学强度和一定的弹性和塑性变形能力，能很好地承受荷载而不破坏，而且沥青与汽车轮胎的附着力好，保证行车安全；有高度的减震性，使汽车快速行驶，平稳而低噪声；不扬尘，易清扫和冲洗；维修工作简单，可再生利用。但是，沥青路面也有其致命的弱点，在高温地区的夏天，车流量较大时，会出现车辙、波浪推移、粘轮等现象；而在寒冷的低温气候下，路面又会龟裂，降低了路面的耐久性和使用寿命。另外，沥青路面还有容易老化的弊病。因此，有必要对路面沥青进行改性。
沥青改性的历史可以追溯到约150多年以前，在1843年，Austin.H和Hancock G.L.分别在英国申请了关于橡胶改性沥青的发明专利。此后，人们开始了改性沥青的研究工作，美国和荷兰的科学家做了大量的研究工作，为改性沥青的发展奠定了基础。早在1902年，一家法国橡胶公司用橡胶胶化后的沥青铺筑公路路面，19世纪30年代，英国和法国铺筑了大量的试验路进行研究。在第二次世界大战期间，荷兰于1936年铺设的橡胶沥青路面，经受了繁重的军事运输，成功地使用了19年，并被完好地保存下来，引起了人们的极大兴趣。到1945年，高聚物改性沥青被认为是提高沥青性能的一种新方法。经过50多年的发展，现已形成了一系列以聚合物改性为主，其它改性为辅，改性剂与改性工艺并重的改性技术，并逐步建立了相应的评价标准。人们企图从微观结构和化学组成的角度去探讨提高沥青性能的方法，逐步形成了一套比较完整的分析测试手段。
我国在这一领域起步也较晚，但发展比较快。从20世纪70年代以来，各城建、交通部门以及一些高等院校先后开展了改性道路沥青的研究工作。他们对改性剂的选择、不同改性剂的改性效果、改性工艺及改性机理的研究均取得了很大的进展，目前已用各类改性沥青铺筑了一定的试验路，其初期路用性能明显优于非改性道路沥青。针对我国的气候特点，我国科研工作者进行了大量的研究工作，根据不同地区的不同气候条件对沥青及沥青混合料性质提出不同的要求，研究成果对沥青路面的建设具有指导意义，有很高的实用价值。
我国国产原油80％以上属于石蜡基原油，致使所生产的沥青蜡含量过高，延伸度和稠度较低，对温度的感应性强，夏软冬脆，路用性能差，不能达到高等级公路建设的要求。我国低蜡沥青的生产主要有克拉玛依、欢喜岭、渤海绥中、单家寺等稠油沥青，其资源十分有限，即使利用这些低蜡原油和进口的原油采用“调配法”生产高等级公路沥青也不能满足需求。多年来，我国一直致力于研究利用含蜡原油生产优质道路沥青的工艺，也取得了一些成功经验，但也难以缓解供求矛盾。以至国外沥青大量涌入中国市场。因而，努力改善和提高国产沥青的性能，具有重要的理论和现实意义。
应用于沥青改性的技术方法种类繁多，有物理改性、聚合物改性、粘附性改性、耐老化改性和沥青加工改性等，其中以高聚物改性剂改性沥青居多。对于大多数高分子改性剂，其主要作用是针对路面沥青在使用过程中遇到的问题提高高温永久变形的能力；增加低温弹性；提高沥青抗疲劳性能；提高沥青抗老化性能；增大张力强度；降低温度灵敏度等。
大量的试验研究表明，不同种类的改性剂对沥青的改性效果有所不同，且各有其优缺点。如热塑性弹性体苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物(SBS)可提高抗开裂、抗流动、抗磨耗及粘附性，感温性明显降低，但耐热及抗老化性不理想，价格较贵；丁苯橡胶(SBR)可明显提高粘附性、抗开裂性、耐久性及低温延度，但改性加工工艺复杂，工程应用较难；聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)改性沥青的高温性能好，低温性能却较差。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足之处而提供一种用于路面的改性沥青材料，该材料具有高温稳定、低温抗裂、耐疲劳、抗剥离、抗老化性能。
本发明的另一目的是为了提供一种用于路面的改性沥青材料的制备方法。
本发明的目的可通过如下措施来实现一种用于道路的改性沥青材料，包括下述重量百分含量的原料基质沥青76～96wt％ 丁苯橡胶2～10wt％天然沥青矿1～10wt％ 有机金属皂0.1～5wt％。
所述的丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶。
本发明的另一目的可通过如下措施来实现一种用于道路的改性沥青材料的制备方法是将基质沥青熔化后加入粉末丁苯橡胶、天然沥青矿和有机金属皂，经高速剪切共混均匀。
本发明相比现有技术具有如下优点1、本发明在基质沥青中添加的高分子改性剂丁苯橡胶为特制粉末状，有利于在沥青中的分散，增加了与沥青的相容性，提高了改性效果。粉末丁苯橡胶的直接加入也克服了以往“溶剂法”、“胶乳法”存在的污染环境、设备要求高、投资大、工艺复杂等不足。SBR的模量受温度影响较小，当外力作用时，基质沥青引发银纹和裂缝，SBR微粒会阻碍银纹和裂缝的进一步扩大，吸收和消耗使混合物断裂所需的能量。另外，SBR胶粒与沥青良好的结合力和自身大的蠕变性使其不会从沥青中抽出，并在多胶粒的协同作用下，保证材料在外力作用下整体上不被破坏。因此改性沥青在低温下显示出良好的柔韧性、延展性和抗裂性。
2、本发明在基质沥青中添加的天然沥青矿化学结构与沥青相近，与沥青的相容性非常好。天然沥青具有高的含氮量(一般沥青中很少含氮)，使它具有很强的特殊浸润性和对自由基氧化的高抵抗性，所以沥青粘度大，抗氧化性强。它的强极性使它具有很好的粘附性及抗剥离性。天然沥青有很好的耐候性，从而极大的改善普通沥青的耐候性和抗紫外线能力。天然沥青不含蜡，将其加入高含蜡沥青中会改善各项指标，这一点对我国的国产沥青的使用尤为重要。天然沥青在基质沥青自由表面形成了一个难于氧化的能抵抗微生物侵蚀的致密的膜，又在内部形成了以胶束大分子为核心的新结构，增强了对胶质及油分的吸附作用，从而使改性沥青的性能得到明显改善，尤其是高温性能和抗老化性能更为突出。
3、天然沥青具有“半聚合”作用，与有些树脂可以发生交联、加成反应，对树脂的亲合能力远高于普通石油沥青，起到增加沥青中树脂与橡胶的稳定性作用，为它与树脂复合改性创造了条件。本发明采用天然沥青矿和SBR等复合改性，发挥协同作用，实现优势互补，全面改善沥青性能。
4、本发明在基质沥青中添加的有机金属皂与沥青发生某种反应，构成一种粘附力极强的不可逆键，使得改性沥青表现出很好的抗剥离性能和抗老化性能。
5、本发明在基质沥青中同时添加多种改性剂复配改性，综合提高沥青的各项路用性能，制得的改性沥青具有高温稳定、低温抗裂、耐疲劳、抗剥离、抗老化等一系列特点。
图1是本发明的改性剂对沥青性能的影响；由图1可知改性沥青的软化点和低温延度大幅度提高，沥青的高、低温性能均得到改善。
图2是本发明的改性剂对旋转薄膜烘箱老化试验后沥青性能的影响。
由图2可知改性沥青在旋转薄膜烘箱老化试验之后针入度损失极小，且仍有很大的低温延度，证明其抗老化性能突出。
具体的实施方式本发明还将结合实施例作进一步详述实施例一将76wt％基质沥青加热升温熔融至能流动，注意不断搅拌避免局部过热，边搅拌边加入粉末丁苯橡胶9wt％、天然沥青矿10wt％、有机金属皂5wt％，再维持温度160℃～200℃和转速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，过滤、制样，进行元素分析，FT-IR分析，热分析，光学显微照相，扫描电镜照相，四组分测定，蜡含量测定，软化点、针入度、延伸度测定以及旋转薄膜烘箱老化试验后的质量损失、针入度比和延伸度测定。
实施例二将96wt％基质沥青加热升温熔融至能流动，注意不断搅拌避免局部过热，边搅拌边加入粉末丁苯橡胶2wt％、天然沥青矿1wt％、有机金属皂1wt％，再维持温度160℃～200℃和转速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，过滤、制样，进行元素分析，FT-IR分析，热分析，光学显微照相，扫描电镜照相，四组分测定，蜡含量测定，软化点、针入度、延伸度测定以及旋转薄膜烘箱老化试验后的质量损失、针入度比和延伸度测定。
实施例三将84wt％基质沥青加热升温熔融至能流动，注意不断搅拌避免局部过热，边搅拌边加入粉末丁苯橡胶7.3wt％、天然沥青矿8wt％、有机金属皂0.7wt％，再维持温度160℃～200℃和转速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，过滤、制样，进行元素分析，FT-IR分析，热分析，光学显微照相，扫描电镜照相，四组分测定，蜡含量测定，软化点、针入度、延伸度测定以及旋转薄膜烘箱老化试验后的质量损失、针入度比和延伸度测定。
实施例四将90wt％基质沥青加热升温熔融至能流动，注意不断搅拌避免局部过热，边搅拌边加入粉末丁苯橡胶5wt％、天然沥青矿4.5wt％、有机金属皂0.5wt％，再维持温度160℃～200℃和转速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，过滤、制样，进行元素分析，FT-IR分析，热分析，光学显微照相，扫描电镜照相，四组分测定，蜡含量测定，软化点、针入度、延伸度测定以及旋转薄膜烘箱老化试验后的质量损失、针入度比和延伸度测定。
实施例五将89wt％基质沥青加热升温熔融至能流动，注意不断搅拌避免局部过热，边搅拌边加入粉末丁苯橡胶6wt％、天然沥青矿3wt％、有机金属皂2wt％，再维持温度160℃～200℃和转速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，过滤、制样，进行元素分析，FT-IR分析，热分析，光学显微照相，扫描电镜照相，四组分测定，蜡含量测定，软化点、针入度、延伸度测定以及旋转薄膜烘箱老化试验后的质量损失、针入度比和延伸度测定。
实施例六将86wt％基质沥青加热升温熔融至能流动，注意不断搅拌避免局部过热，边搅拌边加入粉末丁苯橡胶2％、天然沥青矿8wt％、有机金属皂4wt％，再维持温度160℃～200℃和转速3000rpm～5000rpm，高速剪切混合40min～60min后，过滤、制样，进行元素分析，FT-IR分析，热分析，光学显微照相，扫描电镜照相，四组分测定，蜡含量测定，软化点、针入度、延伸度测定以及旋转薄膜烘箱老化试验后的质量损失、针入度比和延伸度测定。
权利要求
1.一种用于道路的改性沥青材料，包括下述重量百分含量的原料基质沥青76-96wt％ 丁苯橡胶2～10wt％天然沥青矿1～10wt％ 有机金属皂0.1～5wt％。
2.如权利要求
1所述的用于道路的改性沥青材料，其特征在于所述的丁苯橡胶为粉末丁苯橡胶。
3.一种权利要求
1所述的用于道路的改性沥青材料的制备方法，其特征在于将基质沥青熔化后加入粉末丁苯橡胶、天然沥青矿和有机金属皂，经高速剪切共混均匀。
专利摘要
本发明涉及一种用于道路的改性沥青材料及其制备方法；该改性沥青是以含蜡量较高的沥青为基质添加粉末丁苯橡胶、天然沥青矿、有机金属皂制成；该改性沥青具有高温稳定、低温抗裂、耐疲劳、抗剥离、抗老化等一系列特点，综合地改善了沥青的各项路用性能。
文档编号C08L95/00GKCN1207346SQ02139460
公开日2005年6月22日 申请日期2002年9月30日
发明者王云普, 李玉峰, 王荣民, 张继, 刘小军, 王永峰 申请人:西北师范大学高分子研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan