[发明专利]一种沥青改性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及道路材料技术领域，具体涉及一种沥青改性剂及其制备方法。

背景技术

目前中国的公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代，高速公路的蓬勃发展对高速公路的路面质量提出了更高的要求。目前高速公路普遍存在耐候性差的问题，主要体现在对沥青的高要求。传统的沥青直接使用时存在含蜡量高，温度敏感性大，热稳定性和低温抗裂性能差等缺点，易开裂、耐老化性差。

为了提高沥青路面质量，常要根据需要对沥青进行改性，目前多采用向沥青中添加各种添加改性剂的方法对沥青进行改性，提高沥青的热稳定性、粘结力、抗裂缝能力以及耐久性等，以期满足高等级公路对沥青的使用要求。我国目前现有的橡胶沥青大部分是采用热混合改性的技术方法，沥青中添加的橡胶粉越多其性能越接近于橡胶性能，但胶粉与沥青相溶的过程中吸附大量油分，体积膨胀40-60％，使得沥青粘稠度大大增加，因此胶粉添量不宜超过总量的18％。

橡胶粉是橡胶粉末的简称，其一般由废弃轮胎等废弃橡胶加工而成。产品广泛用于体育塑胶运动场、游乐场、橡胶地砖、防水卷材、防水涂料、公路改性沥青、橡胶制品等领域。我国自2012年以来每年产生的废弃轮胎为1080万吨，并以每年以两位数的速度增长。废轮胎具有很强的抗热、抗机械和抗降解性，数十年都不会自然消除，占用大量土地，而且容易滋生蚊虫，传染疾病，还容易引起火灾。根据中国资源综合2013年年度报告，在每年产生的废弃轮胎中，用于翻新的轮胎不到100万吨，再生胶用380万吨，道路改性沥青25万吨，还有大量的废弃轮胎需要找到合理的去处。

我国已掌握了世界先进的胶粉制造技术，但胶粉未经处理掺入到胶料中会使胶料的物理机械性能下降严重，限制了胶粉在橡胶中的应用。因此，胶粉必须进行活化处理，以提高胶粉的表面活性。目前对胶粉活化改性的方法主要有化学机械法、物理辐射改性法及脱硫改性法等。

化学机械法中的高速搅拌法是我国目前普遍采用的方法，(废轮胎回收加工利用，董诚春，化学工业出版社，2008.8:49-50.)其配方大致是硫磺、促进剂、活化剂及软化剂，设备是高速搅拌机，转速为800-1400r/min，搅拌lOmin左右，排料后冷却装袋。利用此方法得到的活化胶粉，其表面均匀地附着一层各种助剂，从而使活化胶粉与基质胶料界面处的交联密度增加。应用于轮胎后，使其动态性能提高，使用寿命提10％。但是，利用此方法生产过程主要依靠表面摩擦生热及氧化断链后表面改性，所得活化胶粉可溶部分分子量下降严重。此外，高速搅拌法依然存在着不密闭，高温排料污染大，以及操作不连续的缺点。

辐射改性中的微波脱硫法是将废胶粉输送到用玻璃或陶瓷制作的管道中，通过控制微波电磁能量，迅速升温至260-350℃，以此选择性打断S-S键、C-S键，而保留主链C-C键不被破坏以达到脱硫目的。青岛科技大学的赵树高(非极性硫化橡胶微波脱硫的研究「J}.橡胶工业1996,46(5):292；硫化橡胶微波脱硫机理的再讨论[J].特种橡胶制品2004,25(6):35.)分别以填充炭黑和白炭黑的非极性硫化胶为例，考察了加热方式、炭黑品种以及物料形态对脱硫条件的要求及相应的脱硫效果。CN200910035658.5公布了一种轮胎废胶粉活化再利用的新方法，其采用螺杆挤出机对附有一定改性剂的胶粉进行加热，然后采用微波对其脱硫，冷却后既可得活化胶粉。

脱硫改性法中最新开发的一种生物表面脱硫技术，在美国专利(US5677354,US5891926)中，改性工艺是将胶粉与水溶液中的嗜硫微生物(如红球菌、氧化硫硫杆菌等)及营养物在常温常压下一起混合，经过一定时间，便可得脱硫胶粉。北京化工大学的赵素合等人(CN200710098537.6:一种废弃橡胶的生物脱硫方法、CN200910076289.4:一种利用微生物再生废橡胶的方法)也对利用微生物脱硫废胶粉进行了细致的研究。利用此种方法具有操作条件温和，操作费用低，设备要求简单的优点，但是一方面由于微生物容易受橡胶内填料等影响中毒死亡，另外微生物很难进入橡胶基体内部，导致脱硫深度仅有几μm。此外，利用微生物脱硫还有需要大面积场地和过长操作时间的缺点。

未做活化处理的橡胶粉由于C-S-C经过破胶机、磨粉机处理后，还没有实现S-C键的断链，其橡胶的C-C键没有被释放，橡胶粉在与沥青的改性中与沥青中的氢键链接不牢固，对沥青的高、低温性能改性效果有待提高。