專利名稱：排水性路面瀝青膠結(jié)料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具有高粘度和高粘韌性的聚合物改性瀝青膠結(jié)料，它適于用作高等級(jí)道路，特別是排水性路面的鋪筑。本發(fā)明同時(shí)與制備此膠結(jié)料的方法有關(guān)。
排水性路面是一種開級(jí)配、大空隙率的路面結(jié)構(gòu)，它可以將降雨時(shí)的路面積水滲入下面的不透水層，并通過路肩部位迅速排走，從而減輕了積水對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成的損害。這種路面結(jié)構(gòu)也可消除雨天車輛高速行駛時(shí)的水膜平滑現(xiàn)象，提高行車安全性。此外，還可降低車輛行駛?cè)遮吀咚倩鶐淼娜找鎳?yán)重的噪音污染。
排水性路面雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)特殊，路面空隙率達(dá)20％左右(一般的密級(jí)配瀝青混凝土路面的空隙率為3～6％)，這就對(duì)鋪路用瀝青膠結(jié)料的性能提出了更高要求。主要原因有(1)排水性路面中細(xì)集料組分少，必須使用粘韌性大的膠結(jié)料來提高混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；(2)大空隙率的路面結(jié)構(gòu)增加了瀝青與空氣中的氧接觸的機(jī)會(huì)，必須使用高粘度的膠結(jié)料來形成較厚的瀝青膜，降低路面的老化進(jìn)程；(3)由于積水從內(nèi)部下滲，排水性路面受水剝離的影響比較嚴(yán)重，必須使用與骨料粘附性好的膠結(jié)料來提高路面的抗水性。顯然，使用一般的鋪路用瀝青膠結(jié)料很難滿足上述要求。
為了滿足鋪筑排水性路面的需要，日本專利特開平4-357202揭示了一種以瀝青為主要成分，并混兌石油類溶劑抽出油、樹脂、熱塑性橡膠等制成的排水性路面用瀝青膠結(jié)料；特開平9-291219描述了一種100份針入度40～100的瀝青與5～10份熱塑性橡膠、1～10份潤(rùn)滑油餾分抽出油和2～15份烴類樹脂混合制得的排水性改性瀝青混合物。然而，上述專利在制備排水性瀝青膠結(jié)料的過程中，都需要加入潤(rùn)滑油精制過程中的溶劑抽出油，這對(duì)沒有潤(rùn)滑油生產(chǎn)裝置的煉廠來說，增加了生產(chǎn)的難度。同時(shí)，上述專利所用的原料均針對(duì)針入度40～1001/10mm，符合日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS標(biāo)準(zhǔn))的瀝青，原料的來源受到很大的限制。
本發(fā)明的目的是針對(duì)一般瀝青膠結(jié)料的性能不能滿足鋪筑排水性路面的特殊要求及日本相關(guān)專利中的不足之處，提供一種原料來源廣泛、制備過程簡(jiǎn)單的鋪筑排水性路面用的聚合物改性瀝青膠結(jié)料及其制備方法。
本發(fā)明提供了一種鋪筑排水性路面用的瀝青膠結(jié)料，該瀝青膠結(jié)料由瀝青與一種熱塑性彈性體、一種橡膠類聚合物和一種樹脂類聚合物在高溫、高剪切條件下混合制得。其中聚合物占總混合物的重量百分比足夠使所形成的膠結(jié)料具有如下特征針入度(25℃)40～80 1/10mm，最好是40～60 1/10mm；軟化點(diǎn)55～105℃，最好是80～100℃；60℃粘度10000～100000Pa·s，最好是20000～50000Pa·s；粘韌性大于15N·m，最好是大于20N·m；韌性大于10N·m，最好是大于15N·m。
構(gòu)成本發(fā)明的主要成份是瀝青，并向其中混兌入一種熱塑性彈性體、一種橡膠類聚合物和一種樹脂類聚合物以形成本發(fā)明的膠結(jié)料。其中各聚合物的加入量依據(jù)基礎(chǔ)瀝青的原料組成、加工工藝及最終產(chǎn)品60℃粘度、粘韌性、韌性等指標(biāo)的具體要求而有所不同，一般相對(duì)基礎(chǔ)瀝青而言，各聚合物加入量在3～10wt.％之間。本發(fā)明膠結(jié)料的具體組成為(1)瀝青100份(wt)；(2)熱塑性彈性體5～10份(wt)；(3)橡膠類聚合物3～10份(wt)；(4)樹脂類聚合物3～10份(wt)。
本發(fā)明使用的瀝青是一種通過原油蒸餾、溶劑抽提、氧化、調(diào)合或它們的組合工藝得到的粘彈性半固態(tài)物質(zhì)，25℃針入度范圍在0～300之間。另外，本發(fā)明所用瀝青的瀝青質(zhì)含量一般為1～20wt.％，通常瀝青質(zhì)含量低于7wt.％的瀝青與聚合物具有更好的相容性，因此本發(fā)明特別適用于瀝青質(zhì)含量為1～7wt.％的瀝青。
本發(fā)明的熱塑性彈性體主要是指由乙烯基芳香單體(如苯乙烯)與含有至少兩個(gè)未飽和烯烴的脂肪族集團(tuán)聚合形成的嵌段共聚物，如苯乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯——異戊二烯——苯乙烯共聚物(SIS)、苯乙烯——乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物(SEBS)等，其中SBS由于具有良好的變形自恢復(fù)性及裂縫自愈性而成為首選物質(zhì)。
本發(fā)明的橡膠類聚合物選自由共軛二烯同聚物或共軛二烯與可聚合的乙烯基芳香單體形成的共聚物，可使用許多眾所周知的天然橡膠或合成橡膠，如天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、丙烯腈——丁二烯共聚物(ABR)等，其中理想的是由苯乙烯與丁二烯聚合形成的共聚物——丁苯橡膠。
本發(fā)明的樹脂類聚合物是由石油裂解的副產(chǎn)品C4、C5以上的液態(tài)不飽和烴，在氯化鋁等催化劑的作用下共聚得到的樹脂狀物質(zhì)(石油樹脂)。
本發(fā)明中針入度、軟化點(diǎn)分別按GB/T 4509和GB/T 4507規(guī)定的方法測(cè)試，60℃粘度和粘韌性試驗(yàn)按交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ 052“公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程”中規(guī)定的方法T0620和T0624進(jìn)行。針入度、軟化點(diǎn)和粘度的試驗(yàn)方法對(duì)瀝青研究人員來說都很熟悉。粘韌性試驗(yàn)是一種評(píng)價(jià)改性瀝青性能的很好方法，試驗(yàn)時(shí)將金屬半球的球面浸入瀝青中，在25℃條件下，以50mm/min的速度將半球拉出，根據(jù)荷重及變形曲線求出粘韌性、韌性的數(shù)值。
熟悉工藝的人員可以容易地選擇許多種方式使瀝青與聚合物混合在一起。適宜的方法包括先將聚合物用適當(dāng)?shù)娜軇?如苯、甲苯)溶解，然后通過攪拌的方式將溶解后的聚合物與加熱至液態(tài)的瀝青混合在一起；也可先將瀝青加熱至150～250℃，最好是180～220℃，然后在攪拌條件下，將聚合物逐漸添加入瀝青中，攪拌最好使用膠體磨、高剪切混合乳化機(jī)等高剪切混合設(shè)備完成，這將保證聚合物在瀝青中分散更均勻。瀝青與聚合物的混合時(shí)間依據(jù)選擇的方法和設(shè)備而不同，一般在0.5～24小時(shí)范圍內(nèi)，使用任何方法都應(yīng)保證聚合物在瀝青中足夠分散。一般來說，添加聚合物期間攪拌在常壓下進(jìn)行。
如果希望的話，可在加入聚合物之前或同時(shí)向?yàn)r青中通入含氧氣體(如空氣)以改變?yōu)r青中各組分的含量。然而，含氧氣體的加入將導(dǎo)致瀝青中瀝青質(zhì)含量增加，從而對(duì)最終產(chǎn)品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。也可在攪拌的同時(shí)，通過減壓或采取氮?dú)獗Ｗo(hù)的方法，避免瀝青在高溫狀態(tài)下發(fā)生老化。
通過參考下面的例子將對(duì)本發(fā)明有更進(jìn)一步的理解，但這并不限制后面附加權(quán)利要求的范圍。
實(shí)施例1、2以一種溶劑抽提裝置得到的脫油瀝青為基礎(chǔ)原料，加熱至180℃后，在高剪切攪拌條件下，分別以不同比例緩慢加入石油樹脂、SBS、SBR三種聚合物進(jìn)行改性，并連續(xù)攪拌30分鐘至聚合物在瀝青中均勻分散，然后分別測(cè)試產(chǎn)品的各項(xiàng)性能?；A(chǔ)原料及改性后所得排水性瀝青產(chǎn)品的分析測(cè)試結(jié)果如表1所示。由表可見，改性產(chǎn)品的軟化點(diǎn)、粘度、粘韌性、韌性等指標(biāo)同基礎(chǔ)瀝青相比有了很大提高，符合本專利提出的瀝青膠結(jié)料要求，可用于排水性路面的鋪筑。
表1項(xiàng)目 基礎(chǔ)瀝青例1 例2配合比例(重量)基礎(chǔ)瀝青100 100石油樹脂5 5SBS 9 9SBR 9 7針入度(25℃)，1/10mm144 5964軟化點(diǎn)，℃ 41.0 89.5 91.0延度(15℃)，cm ＞140 7172閃點(diǎn)， ＞260 ＞260 ＞260薄膜加熱試驗(yàn)質(zhì)量損失，％ - 0.136 0.117針入度比，％ - 94.9 96.9粘韌性(25℃)，N·m 1.73 26.8 21.8韌性(25℃)，N·m 0.71 22.1 17.7粘度(60℃)，Pa·s 93.8 19100 13400
實(shí)施例3、4以一種常、減壓裝置的減壓塔底渣油和一種溶劑脫瀝青裝置的脫油瀝青為原料，先將二者以1∶1的比例在溫度150℃條件下進(jìn)行攪拌混均后，再以不同比例分別加入石油樹脂、SBS、SBR三種聚合物進(jìn)行改性。由表2的原料和產(chǎn)品分析結(jié)果可見，改性后的產(chǎn)品也可滿足本專利提出的瀝青膠結(jié)料性能要求。
表2項(xiàng)目 減壓渣油脫油瀝青 例3例4配合比例(重量)減壓渣油 50 50脫油瀝青 50 50石油樹脂 3 6SBS 9 8SBR 6 4針入度(25℃)，1/10mm209 3545 41軟化點(diǎn)，℃ 42.5 50.6 95.5 92.3延度(15℃)，cm ＞1406565 64閃點(diǎn)，℃＞260＞260 ＞260 ＞260薄膜加熱試驗(yàn)質(zhì)量損失，％ 0.1340.321 0.285 -針入度比，％ 56 5475.6 -粘韌性(25℃)，N·m -- 25.4 28.5韌性(25℃)，N·m-- 17.4 21.4粘度(60℃)，Pa·s 21.5 259 84600 21700
權(quán)利要求
1.一種鋪筑排水性路面用的瀝青膠結(jié)料，該膠結(jié)料具有如下特征25℃針入度40～80 1/10mm；軟化點(diǎn)55～105℃；60℃粘度10000～100000Pa·s；粘韌性大于15N·m；韌性大于10N·m。
2.按照權(quán)利要求1所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于該膠結(jié)料25℃針入度40～60 1/10mm；軟化點(diǎn)80～100℃；60℃粘度20000～50000Pa·s；粘韌性大于20N·m；韌性大于15N·m。
3.按照權(quán)利要求1所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于該膠結(jié)料組成按重量計(jì)為(1)瀝青100份；(2)熱塑性彈性體5～10份；(3)橡膠類聚合物3～10份；(4)樹脂類聚合物3～10份。
4.按照權(quán)利要求3所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的瀝青25℃針入度范圍在0～300之間，瀝青質(zhì)含量為1～20wt.％。
5.按照權(quán)利要求4所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的瀝青中瀝青質(zhì)含量為1～7wt.％。
6.按照權(quán)利要求3所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的熱塑性彈性體是指由乙烯基芳香單體與含有至少兩個(gè)未飽和烯烴的脂肪族集團(tuán)聚合形成的嵌段共聚物。
7.按照權(quán)利要求3或6所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的熱塑性彈性體為苯乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物、苯乙烯——異戊二烯——苯乙烯共聚物、苯乙烯——乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物。
8.按照權(quán)利要求3或7所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的熱塑性彈性體為苯乙烯——丁二烯——苯乙烯共聚物。
9.按照權(quán)利要求3所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的橡膠類聚合物是天然橡膠或合成橡膠。
10.按照權(quán)利要求9所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的合成橡膠為由共軛二烯同聚物或共軛二烯與可聚合的乙烯基芳香單體形成的共聚物。
11.按照權(quán)利要求10所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的橡膠類聚合物是丁苯橡膠、丙烯腈——丁二烯共聚物。
12.按照權(quán)利要求3所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所說的樹脂類聚合物是由石油裂解的副產(chǎn)品C4、C5以上的液態(tài)不飽和烴，在氯化鋁等催化劑的作用下共聚得到的樹脂狀物質(zhì)，即石油樹脂。
13.一種權(quán)利要求1所述瀝青膠結(jié)料的制備方法先將聚合物溶解，然后通過攪拌的方式將溶解后的聚合物與加熱至液態(tài)的瀝青混合在一起，瀝青與聚合物的混合時(shí)間在0.5～24小時(shí)范圍內(nèi)。
14.一種權(quán)利要求1所述瀝青膠結(jié)料的制備方法先將瀝青加熱至150～250℃，然后在攪拌條件下，將聚合物逐漸添加入瀝青中，使得瀝青與聚合物混合在一起，瀝青與聚合物的混合時(shí)間在0.5～24小時(shí)范圍內(nèi)。
15.按照權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于瀝青加熱的溫度為180～220℃。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種適于用作鋪筑排水性路面的聚合物改性瀝青膠結(jié)料,它由瀝青與一種熱塑性彈性體、一種橡膠類聚合物和一種樹脂類聚合物在高溫、高剪切條件下混合制得,其中各聚合物占總混合物的重量百分比足夠使所形成的膠結(jié)料具有如下特征:針入度(25℃)40～80 1/10mm,軟化點(diǎn)55～105℃,60℃粘度10000～100000Pa·s,粘韌性大于15N·m,韌性大于10N·m。
文檔編號(hào)C08L95/00GK1351096SQ0012314
公開日2002年5月29日 申請(qǐng)日期2000年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月26日
發(fā)明者李志軍, 寧愛民, 吳佩尊, 陳杰 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院