一種耐低溫改性瀝青及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及瀝青改性技術領域，特別是一種耐低溫改性瀝青及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復雜混合物， 是高黏度有機液體的一種，呈液態，表面呈黑色，可溶于二硫化碳。瀝青是一種防水防潮和 防腐的有機膠凝材料。瀝青主要可以分為煤焦瀝青、石油瀝青和天然瀝青三種：其中，煤焦 瀝青是煉焦的副產品。石油瀝青是原油蒸餾后的殘渣。天然瀝青則是儲藏在地下，有的形 成礦層或在地殼表面堆積。瀝青主要用于涂料、塑料、橡膠等工業以及鋪筑路面等。
[0003] 近年來最常采用的方法是按L·W·科爾貝特的方法一將瀝青分離為飽和分、芳香 分、膠質和瀝青質等四個組分。瀝青中各組分的含量與瀝青和技術性質之間存在一定的規 律性。隨著分散介質飽和分和芳香分含量的減少，保護物質膠質和分散相瀝青質含量的增 加，瀝青由溶膠結構轉變為溶凝膠結構以至凝膠結構。瀝青技術指標中的針入度隨之減 小，軟化點隨之升高。而當瀝青中各組分含量比例協調時，可得到最佳的延度。但是上述 規律只適用于相同油源和相同工藝獲得的瀝青，采用丙脫工藝獲得瀝青對于相同原油，采 用不同工藝，或者不同原油相同工藝甚至不同原油和工藝獲得的瀝青，它們即使具有相近 的瀝青組分含量但是它們的技術性質指標可以相差很大。產生這些現象的原因是由于不同 油源和工藝獲得的瀝青，它們的各化學組分雖然可以很接近，但是它們各個組分的化學結 構并不相同，各組分的溶度參數不同。亦即各組分的相溶性不同，因而形成不同的膠體結 構，所以它們的技術性質亦不相同。
[0004] 改性瀝青是指通過往瀝青中摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細的橡膠粉或其它 填料等外摻劑（改性劑），或采取對瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或瀝青混合料的性能 得到改善而制成的瀝青膠結料。目前我們較常用的改性瀝青是聚合物改性瀝青，聚合物改 性瀝青大致分為3類：橡膠類、熱塑性橡膠類、樹脂類。其中SBS(苯乙烯和丁二烯的嵌段共 聚物）改性瀝青目前在國內外應用較多，由于能同時改善瀝青的高低溫性能且價格便宜， 因此在道路改性瀝青中占有很大的份額，特別對于北方寒冷地區。
[0005] 瀝青路面在使用期內產生的低溫裂縫是目前普遍存在的問題，由于裂縫的存在， 使路面的使用性能降低。研究表明，瀝青的低溫性能對路面的低溫開裂的貢獻率是80%，因 此，要減少瀝青路面的低溫開裂，首先要提高瀝青的低溫性能。
[0006] 瀝青路面的低溫開裂是由于瀝青低溫時變得硬、脆，其變形能力差而產生的，如果 在低溫時選用流動能力好的瀝青，就可以減少溫度裂縫。因此，可以從流變學的角度出發， 選擇合適的方法改進瀝青的低溫性能。
【發明內容】
[0007] 為解決上述問題，本發明公開了一種耐低溫改性瀝青及其制備方法，該耐低溫改 性瀝青具有良好的低溫抗裂性，適用于低溫寒冷環境中的使用。
[0008] 本發明的技術方案為：一種耐低溫改性瀝青，包括以下質量份數的成分：100份基 質瀝青，15-30份SBS，11-16份膨潤土，8-12份環氧硬脂酸辛酯，4-6份氯化聚乙烯，1-3份 乙烯-醋酸乙烯共聚物，1-5份芳烴油，2-5份穩定劑。
[0009] 作為一種優選，所述SBS為顆粒材料，其粒徑為1-10μm。顆粒狀的SBS在基質瀝青 中的分散程度較高，有利于得到均勻的剪切料，而且粒徑越小越容易分散，但若低于1μm， SBS分子鏈容易在瀝青制備過程中斷裂，當大于10μm時會使體系粘度過高，都會使制得的 瀝青達不到最佳性能。
[0010] 作為一種優選，所述SBS為線型嵌段共聚物。線型SBS比星型SBS的分子量少，有 更好的浸潤性和低溫適應性，若選用星型SBS，易導致瀝青在低溫環境中韌性變差。
[0011] 作為一種優選，所述SBS中苯乙烯與丁二烯的嵌段比為（31-39) :69。SBS嵌段共 聚物結構中含有聚苯乙烯段、聚丁二烯段，兩者的嵌段比對瀝青改性有顯著的影響，當苯乙 烯與丁二烯的嵌段比達到31:69時，瀝青的拉伸強度和定伸應力有顯著的增加，而且隨著 嵌段比增大，拉伸強度和定伸應力繼續增加。但若苯乙烯與丁二烯的嵌段比高于39:69,會 導致SBS粘度大幅減小，不利于瀝青成型。
[0012] 作為一種優選，所述膨潤土的顆粒粒徑為Ι-?ομm。膨潤土粒徑在1-10μm時，在 基質瀝青中分散效果較好，并且與SBS顆粒摩擦力較小，有利于瀝青材料成型后的壓實。
[0013] 作為一種優選，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量為25_30wt%。乙 烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的耐低溫性能，其中醋酸乙烯的含量對瀝青的低溫性能影響 較大，當其含量為25_30wt%，可降低高結晶度，使瀝青材料的強度增加，沖擊韌性和耐環境 應力開裂性提高，若低于25wt%，則其與原料的相容性變差，而且容易導致瀝青老化，若高 于30wt%，會使瀝青的低溫抗裂性變差。
[0014] 作為一種優選，所述穩定劑為馬來酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化鈣的混合物。由于 瀝青中含有較多的極性化合物，而原料中還有其他非極性化合物，非極性化合物易集中在 上部，而瀝青則沉在下部，即產生離析現象。氯化鈣、硫磺和馬來酸酐接枝共聚物共同作用 可以降低瀝青相與非極性化合物之間的界面能，并阻止SBS相的凝聚，強化相間的粘和。
[0015] 作為一種優選，所述穩定劑中馬來酸酐接枝共聚物、硫磺和氯化鈣的質量比為 (8-10) : (1-3) : (4-6)。馬來酸酐接枝共聚物在穩定劑中作為主體，其非極性主鏈和強極性 側基可以增進極性材料與非極性材料粘接性和相容性，硫磺可以把SBS的長鏈通過硫鍵連 接起來形成網絡結構，氯化鈣不僅具有良好的耐寒性能，還有一定的抗結作用，三種成分的 比例在（8-10) : (1-3) : (4-6)時穩定效果最好，若超出這個范圍，會使原料的流動性減弱， 不利于加工，尤其是硫磺超比例時會導致反應很劇烈，凝膠很嚴重。
[0016] 作為一種優選，所述馬來酸酐接枝共聚物為馬來酸酐接枝聚乙烯、馬來酸酐接枝 聚丙烯、馬來酸酐接枝聚苯乙烯中的一種。
[0017] -種耐低溫改性瀝青的制備方法，包括以下步驟：
[0018] 1)將原料基質瀝青預熱后，加入膨潤土和芳烴油進行充分混勻，得到混合料；
[0019] 2)溶脹：在混合料中加入SBS、環氧硬脂酸辛酯、氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚 物，在170-190°C的溫度下，攪拌50-70min;
[0020] 3)剪切：加入穩定劑，攪拌均勻后以5000-6500rpm的速度進行剪切，剪切時間為 1-2小時，得到剪切料；
[0021]4)發育：控制剪切料的溫度為140_160°C，攪拌2-4小時，完成瀝青發育，得到耐低 溫改性瀝青。
[0022] 本發明的有益效果：由本發明的原料配方制得的耐低溫改性瀝青具有良好的低溫 性能，在低溫條件下仍具有良好的針入度和延度，臨界開裂溫度低，適用于北方寒冷環境中 的使用，制備方法簡單易行，可規模化生產。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說 明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0024] 實施例1
[0025] 本實施例的耐低溫改性瀝青，包括以下質量份數的成分：100份基質瀝青，15份 SBS，12份膨潤土，11份環氧硬脂酸辛酯，4份氯化聚乙烯，3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，1份 芳經油，2份穩定齊I」。其中SBS為粒徑為2μm的顆粒材料，膨潤土的顆粒粒徑為4μm，穩定 劑為馬來酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化鈣的混合物。
[0026] 實施例2
[0027] 本實施例的耐低溫改性瀝青，包括以下質量份數的成分：100份基質瀝青，17份 SBS，11份膨潤土，10份環氧硬脂酸辛酯，5份氯化聚乙烯，3份乙烯-醋酸乙烯共聚物，2份 芳經油，3份穩定劑。其中SBS為粒徑為10μπι的顆粒材料，膨潤土的顆粒粒徑為1μπι，穩 定劑為馬來酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化鈣的混合物。
[0028] 實施例3
[0029] 本實施例的耐低溫改性瀝青，包括以下質量份數的成分：100份基質瀝青，20份 SBS，16份膨潤土，8份環氧硬脂酸辛酯，4份氯化聚乙烯，1份乙烯-醋酸乙烯共聚物，3份芳 經油，2份穩定劑。其中SBS為粒徑為8μπι的顆粒材料，膨潤土的顆粒粒徑為10μπι，穩定 劑為馬來酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化鈣的混合物。
[0030] 實施例4
[0031] 本實施例的耐低溫改性瀝青，包括以下質量份數的成分：100份基質瀝青，30份 SBS，15份膨潤土，9份環氧硬脂酸辛酯，6份氯化聚乙烯，1份乙烯-醋酸乙烯共聚物，4份芳 經油，4份穩定齊I」。其中SBS為粒徑為5μm的顆粒材料，膨潤土的顆粒粒徑為3μm，穩定劑 為馬來酸酐接枝聚乙烯、硫磺和氯化鈣的混合物。
[0032] 實施例5
[0033] 本實施例的耐低溫改性瀝青，包括以下質量份數的成分：100份基質瀝青，25份 SBS，14份膨潤土，12份環氧硬脂酸辛酯，6份氯化聚乙烯，2份乙烯-醋酸乙烯共聚物，5份 芳經油，5份穩定齊I」。其中SBS為粒徑為6μm的顆粒材料，膨潤土的顆粒粒徑為7μm，穩定 劑為馬來酸