[发明专利]改性橡胶复合材料及其获得方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于多种应用的改性橡胶复合材料和用于其制备的方法。

背景

沥青是油蒸馏过程中最重的馏分。由于不同的原始原材料(油、焦油、沥青砂等等)和其蒸馏的不同技术，沥青可以被用在多种应用中。沥青的主要的应用之一是作为沥青混合料中的粘合剂，在沥青混合料中，沥青与不同尺寸、形状和化学性质的矿物骨料混合。这些沥青混合料被特别用于路面、道路、不同的便道和任何其他滚动表面的建设或维护。

沥青混合料被用在暴露于广泛变化的环境条件的应用中。在这一点上，在高温以及低温条件中的沥青-沥青基粘合剂的性质具有决定性重要性。在低温，沥青材料可以变得易碎，导致由于形成的热应力造成的裂纹和裂缝。在较高温度，沥青粘合剂的粘度变得更低，潜在地导致道路的车辙。对疲劳和碰撞的抵抗以及沥青粘合剂对沥青混合料中骨料的粘附对于道路建设也是特别重要的。

用聚合物改性的沥青基粘合剂的使用追溯到二十世纪70年代，在那时用聚合物改性的沥青基粘合剂被配制来改进沥青粘合剂抵抗由交通引起的渐增的严重应力的机械性能。通常，此种改性主要试图改进沥青粘合剂的弹性和温度敏感性，导致在道路应用或屋面应用的任一个中对疲劳的增强的抵抗、减少的永久变形和沥青中裂纹的蔓延的减少。

使用的主要的聚合物苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)帮助增加沥青粘合剂的软化点，从而增加在低温的柔性和延展性，并且允许其在比常规的非改性的沥青基粘合剂更广泛的温度范围内使用。

橡胶改性的沥青粘合剂在热沥青中的使用始于二十世纪40年代。在美国，Charles H.MacDonald以及其他人[1-5]已经开发了要被用于路面和屋面工业的维护的高弹性材料。该产品由沥青粘合剂和18％至24％的碾碎的轮胎橡胶(具有0.6mm至1.2mm的粒度)组成，它们在约180℃-190℃混合持续约45分钟。将粒化的回收利用的轮胎橡胶结合到沥青中旨在改进沥青混合料的机械性能。最近，此组合物的少数其他优点已经被认可，比如减少的环境污染、CO₂排放物的减少、道路中更好的摩擦等等。改性允许沥青具有更大的柔性并且保持稳定持续与常规沥青相比更长的时间段，导致更低的老化速率。

美国专利号6,346,561[6]描述了在脂肪酸的存在下，用固化剂弹性体把碎屑橡胶与黑沥青或妥尔油(其两者是油的轻馏分馏出物)结合在一起以形成液体浓缩物以被添加到沥青组合物中的方法。

参考文献

[1]美国专利号4,118,137

[2]美国专利号4,166,049

[3]美国专利号4,180,730

[4]美国专利号4,021,393

[5]美国专利号4,069,182

[6]美国专利号6,346,561

概述

本发明涉及包括橡胶和重馏分油馏出物的橡胶复合材料。

“橡胶”可以是天然橡胶(即生橡胶)或合成橡胶。橡胶具有“内部结构”和“外部表面”，所述“内部结构”以包含孔的敞开的微孔结构为特征，所述孔彼此连接并且形成互连网络；所述“外部表面”为橡胶微粒的最外表面。

术语“重馏分油馏出物”指油性碳质产物，其通常通过来自不同的来源比如油井、油砂、化石燃料等等的原油的蒸馏、精炼或分馏方法获得。此馏分通常包括烃和包含氮、硫和/或氧原子的其他有机化合物，并且在低于40℃的温度下在包括直链烃溶剂比如戊烷或己烷的各种有机溶剂中是有效地可溶的。例如，此重馏分可以是沥青和沥青质。

在其一方面，本发明提供包括橡胶和重馏分油馏出物的橡胶复合材料，所述橡胶具有内部结构和外部表面，其中所述重馏分油馏出物被大体包含在内部结构内，并且其中橡胶的外部表面是大体油干的(oil-dry)或无油的。

术语“复合材料”被用来表示本发明的物质的组合物，其由至少两种组分(即橡胶和沥青)组成。此橡胶复合材料还可以被称为“起反应的橡胶”。因此，本发明提供橡胶基复合材料，其中重馏分油馏出物被“大体”包含在橡胶的内部结构内。即，至少99.5％的油被包含在橡胶内，同时橡胶的外部表面是大体油干的(无油的)。在某些实施方案中，99.6％、99.7％、99.8％、99.9％的油被包含在橡胶内。在其他实施方案中，重馏分油馏出物被完全包含在橡胶的内部结构内，即，没有油存在橡胶的外部表面上。术语“油干的”或“无油的”因而保持意指橡胶的外部表面，即最外层大体或完全没有重馏分油。

应注意，当油被大体包含在内部结构内时，所述结构的孔不需要被完全填充。