專(zhuān)利名稱(chēng)：溫拌瀝青組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫拌浙青組合物(鋪路用)，更具體而言，本發(fā)明涉及一種能夠同時(shí)顯示出高溫抗塑性變形性能和低溫抗裂性能的溫拌浙青組合物。
背景技術(shù)：
由于快速的工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得能源消耗快速增長(zhǎng)，因此正在發(fā)生全球變暖和全球氣候變化。此外，石油價(jià)格的突然上漲對(duì)全球經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有很大的影響。因此，近來(lái)從經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境方面而言推出了低油耗產(chǎn)品。特別是，1997年通過(guò)的《京都議定書(shū)》(Kyoto Protocol)規(guī)定了溫室氣體排放權(quán)交易制度以減少包括二氧化碳在內(nèi)的溫室氣體、并規(guī)定了共同執(zhí)行制度和發(fā)展清潔能源制度。因此，每個(gè)國(guó)家正在積極努力發(fā)展低碳技術(shù)以減少能源消耗。上述低碳技術(shù)也用于浙青領(lǐng)域。當(dāng)這些低碳技術(shù)應(yīng)用于世界廣泛使用的浙青中時(shí)，考慮到浙青的應(yīng)用領(lǐng)域，決定了它們必將對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生極大影響。目前，鋪浙青通常是采用160 170°C高溫的熱拌浙青組合物進(jìn)行的。在該熱拌浙青技術(shù)中，釋放大量的二氧化碳，從而導(dǎo)致溫室氣體的產(chǎn)生。即，在高溫下混合浙青材料時(shí)， 大量有害氣體如氮氧化物、硫氧化物等伴隨二氧化碳同時(shí)產(chǎn)生。為了解決上述熱拌浙青技術(shù)的問(wèn)題，提出了溫拌浙青技術(shù)。不同于熱拌浙青技術(shù)， 溫拌浙青技術(shù)是采用溫度為110 140°c的溫拌浙青組合物鋪路的技術(shù)。目前，溫拌浙青技術(shù)處于發(fā)展初期。在歐洲、美國(guó)、日本等進(jìn)行了與該技術(shù)相關(guān)的研究，并且該技術(shù)正部分應(yīng)用于本領(lǐng)域。具體而言，在美國(guó)，從2008年開(kāi)始，聯(lián)邦政府率先嘗試將相關(guān)技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。目前，通過(guò)加入容易使浙青軟化的改性劑或加入粘結(jié)劑、或者通過(guò)采用化學(xué)改性劑或水使浙青發(fā)泡，從而將溫拌浙青組合物配置成使其即使在溫?zé)釡囟认乱踩菀着c集料 (aggregate)混合。這樣的溫拌浙青組合物的優(yōu)點(diǎn)在于，與常規(guī)熱拌浙青組合物相比，降低了加熱集料和浙青所需的能量消耗(例如降低約25% )，其優(yōu)點(diǎn)還在于，在生產(chǎn)和施工過(guò)程中釋放的有害氣體的量有所減少。事實(shí)上，已知的是，施工溫度每降低10°C，釋放的有害氣體的量就會(huì)減半。另外，溫拌浙青組合物的優(yōu)點(diǎn)在于在制備浙青組合物的過(guò)程中，石油基原料可減少約30% ;即使在施工之后，也能使其固化時(shí)間縮短；以及可抑制有害氣體或粉塵的產(chǎn)生， 從而保證施工現(xiàn)場(chǎng)工人的安全。目前已知的制備溫拌浙青的方法如下。首先有這樣一種制備溫拌浙青的方法，其中用水來(lái)水解沸石合成材料，然后使水化的沸石合成材料形成粉末。在該方法中，由于發(fā)泡而使得浙青的粘度降低，從而可在低溫下獲得制備和施工所需的和易性(workability)。其次有這樣一種制備溫拌浙青的方法，其中將軟質(zhì)粘結(jié)劑與集料混合，用所得混合物包覆浙青并向被覆的浙青中加入硬質(zhì)粘結(jié)劑。在該方法中，浙青的粘度降低，從而可在低溫下獲得制備和施工所需的和易性。還有第三種制備溫拌浙青的方法，其中向浙青中加入具有低熔點(diǎn)的石蠟以降低浙青粘度。如上所述，溫拌浙青組合物的原理在于通過(guò)向浙青中加入粘結(jié)劑以降低浙青粘度，從而使浙青即使在低溫下也能容易地與集料混合并可實(shí)際應(yīng)用于本領(lǐng)域中。特別是，通過(guò)向浙青中加入熔點(diǎn)為70 120°C的蠟以降低浙青粘度的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。與此相關(guān)的是，通過(guò)向浙青中加入基于石油的聚乙烯(PE)蠟和微晶蠟來(lái)降低浙青粘度的技術(shù)也是已知的(美國(guó)未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2010-0227954等)。類(lèi)似地，也有聯(lián)合使用降粘組分(如石蠟、微晶蠟、加洛巴蠟、聚乙烯蠟、EVA蠟等)來(lái)降低浙青粘度的技術(shù)(韓國(guó)未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2009-129546等)。然而，作為改性組分的常規(guī)的蠟，在不高于80°C的溫度下會(huì)變?yōu)榻Y(jié)晶固體，從而導(dǎo)致收縮和變脆。因此，當(dāng)其用量不合適時(shí)，它們?nèi)菀自诘蜏叵缕屏?。即，在提高改性組分的量以降低浙青粘度時(shí)，其低溫抗裂性變?nèi)?，從而達(dá)不到改性浙青的低溫通用級(jí)別(例如 PG-22)。另外，將粉狀硫化橡膠與浙青混合的技術(shù)(美國(guó)專(zhuān)利No. 5，959，007等)也是已知的。然而，這些技術(shù)也存在以下問(wèn)題當(dāng)粉狀硫化橡膠的量增加時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)浙青的低粘度特性。如上所述，在制備溫拌浙青組合物時(shí)，很難同時(shí)滿(mǎn)足高溫抗塑性變形和低溫抗裂的要求，因此需要對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，設(shè)計(jì)了本發(fā)明以解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種溫拌浙青組合物，其可同時(shí)滿(mǎn)足高溫抗塑性變形和低溫抗裂的要求。本發(fā)明的一個(gè)方面在于，提供一種溫拌浙青組合物，其包含91 94重量％的浙青；3 5重量％的熱塑性彈性體；2 4重量％的接枝率為4 10%的馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟；以及O. I I重量％的操作油，其中該組合物在135°C下的粘度不超過(guò) 700cP。在此，該組合物可符合PG76-22標(biāo)準(zhǔn)。另外，熱塑性彈性體可選自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠(SBR)、天然膠乳及其組合。另外，馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯蠟的分子量(Mw)可為3，000 5，000。另外，操作油可選自粘度指數(shù)為50 200的芳香油、石臘基油(paraffin-based oil)或環(huán)燒基油(naphthene-based oil)及其組合。本發(fā)明的另一個(gè)方面在于，提供一種制備溫拌浙青組合物的方法，包括將91 94重量％的浙青加熱至130 200°C ;將2 4重量％的接枝率為4 10%的馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟和O. I I重量％的操作油與加熱的浙青混合；以及在150 200°C 下向混合物中加入3 5重量％的熱塑性彈性體，其中該組合物在135°C下的粘度不超過(guò) 700cP。
具體實(shí)施方式
以下將參照附圖
對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下描述僅用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，但是其不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供了一種浙青組合物，其中通過(guò)添加馬來(lái)酸酐嵌段共聚物蠟(即馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟)而將操作油和熱塑性彈性體均勻混入浙青中。與常規(guī)浙青組合物相比，本發(fā)明的這種浙青組合物提供了能夠在溫?zé)釡囟?例如110 1400C )下保證鋪路性能的粘度特性，并且改善了低溫特性例如抗裂性，從而符合溫拌浙青的標(biāo)準(zhǔn)。特別是，由于該浙青組合物符合PG 76-22標(biāo)準(zhǔn)，所以其作為溫拌浙青是有效的。本說(shuō)明書(shū)中提到的PG標(biāo)準(zhǔn)為SHRP (美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃，Strategic Highway Research Program)項(xiàng)目為了解決現(xiàn)有道路的問(wèn)題以及改善其共性而提出的新標(biāo)準(zhǔn)。PG標(biāo)準(zhǔn)為不同于常規(guī)浙青標(biāo)準(zhǔn)的浙青標(biāo)準(zhǔn)。與常規(guī)浙青標(biāo)準(zhǔn)(其評(píng)價(jià)針入深度(penetration depth)和粘度)不同的是，PG標(biāo)準(zhǔn)總體上科學(xué)地評(píng)價(jià)老化性能、塑性變形、疲勞開(kāi)裂、低溫抗裂性能以及和易性，并根據(jù)鋪路區(qū)域的氣候和交通狀況確定浙青等級(jí)。例如，就PG 76-22而言，第一個(gè)符號(hào)“76”表明高溫等級(jí)，是指浙青具有能夠在達(dá)到至少76°C的溫度下保持耐久性和支承能力(supportability)這樣的物理特性。另外，第二個(gè)符號(hào)“_22”表明低溫等級(jí)，是指粘結(jié)劑在鋪路時(shí)在_22°C的低溫下具有耐久性。例如，PG 76-22要求浙青的初始動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力(76°C下的G7sin δ，kPa)不小于 lkPa，薄膜加熱(TF0或RTF0T)后動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力為2. 2kPa，壓力老化容器殘留物的動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力(28°C下的G7sin δ，kPa)不大于5000kPa，蠕變勁度(_12°C下的蠕變勁度C. S(S)， MPa)不大于300Mpa,以及斜率(_12°C下的m值)不小于O. 3。以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案的溫拌浙青組合物的組分進(jìn)行描述。瀝青在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,浙青(稱(chēng)為浙青混凝土(Ascon)或柏油(pitch))是這樣的材料，其在室溫下為固體或半固體相，并且通過(guò)加熱可逐漸液化。廣義地講，浙青為包含天然浙青作為主要成分的材料或通過(guò)石油精煉過(guò)程得到的作為殘余物的材料，狹義地講，浙青為存在于原油中的黑色高粘度液體或半固體成分。通常，浙青可選自直餾浙青、半吹氣浙青(semi-blown asphalt)、天然浙青、焦油(tar)、柏油及其組合,但本發(fā)明并非僅限于此。例如，浙青的針入深度(25°C )可為5 400dm(l/10mm),優(yōu)選為60 80dm。另外，浙青的粘度(60°C )可為 1，000 10，000, OOOcP，優(yōu)選為 150，000 180，OOOcP0根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，基于浙青組合物的總量，可含有91 94重量％、優(yōu)選為92 93重量％的浙青。熱塑件彈件體在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，熱塑性彈性體為能夠提高浙青組合物在低溫下的彈性并且改善其在高溫下的粘度特性的組分。本發(fā)明所用的熱塑性彈性體的具體例子可包括苯乙烯共聚物，如苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)等；烯烴共聚物，如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯丙烯二烯共聚物(EPDM)等；以及其它聚合物，如丁腈橡膠(NBR)、聚氯乙烯(PVC)、聚異丁烯、聚丁二烯(PB)等。優(yōu)選地，該熱塑性彈性體可選自苯乙烯共聚物，例如粒度為500 2，000 μ m的固體苯乙烯共聚物。更具體而言，該熱塑性彈性體可選自分子量不小于100，000 (具體地為 150，000 250，000)且苯乙烯含量為20 50重量％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，以及分子量不小于50，000 (具體地為60，000 150，000)且苯乙烯含量為5 20重量％的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠(SBR)。在此，它們可單獨(dú)使用或聯(lián)合使用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，基于浙青組合物的總量，可含有3 5重量％、優(yōu)選為3. 5 4. 5重量％、更優(yōu)選為4. O重量％的熱塑性彈性體。其中當(dāng)熱塑性彈性體的量小于3重量％時(shí)，浙青組合物不能滿(mǎn)足高溫所需特性的要求，具體而言，達(dá)不到PG 76要求。另外，當(dāng)熱塑性彈性體的量大于5重量％時(shí)，會(huì)抑制浙青組合物的粘度降低。因此，優(yōu)選將其含量調(diào)整至上述范圍內(nèi)。馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-^rPE)蠟在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，采用馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟。馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟通過(guò)與浙青混合后使浙青軟化，而起到降低浙青粘度的作用。馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟在低于熔點(diǎn)的溫度下以脆性的固相形式存在，但在高于熔點(diǎn)的溫度下則以低粘度的液相形式存在。馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟的熔點(diǎn)可為 70 120°C，優(yōu)選為 90 115°C。具體而言，由于馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟是通過(guò)將聚乙烯(PE)蠟用馬來(lái)酸酐接枝而制得的，因此，與采用常規(guī)聚乙烯基蠟相比，當(dāng)將該MA-g-PE蠟加入到浙青中時(shí)可降低浙青的粘度，并且在與浙青、操作油和熱塑性彈性體摻合時(shí)能夠顯示出很強(qiáng)的抗脆性。聚乙烯基蠟為分子量(Mw)為1，000 6，000的聚合物，約為石蠟分子量和聚乙烯分子量的一半。在馬來(lái)酸酐的量保持恒定的條件下，根據(jù)引發(fā)劑的種類(lèi)和含量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，將聚乙烯基蠟用馬來(lái)酸酐接枝從而制備得到馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟 (量小于20重量％ )。其接枝率在反應(yīng)溫度低時(shí)(例如130°C )降低，但在高反應(yīng)溫度下 (例如150°C或更高)則快速升高。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，該馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯 (MA-g-PE)蠟的分子量(Mw)可為1，500 12，000，優(yōu)選為2，000 9，000。同時(shí)，馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟的接枝率可為4 10%，優(yōu)選為6 9%。 其接枝率為影響浙青組合物的低溫特性的因素。當(dāng)其接枝率小于4%時(shí)，浙青組合物的低溫抗裂性能較低。另外，當(dāng)馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟的接枝率高于10%時(shí)，會(huì)抑制浙青組合物的粘度降低。因此優(yōu)選將其接枝率調(diào)整至上述范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，基于浙青組合物的總量，馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯 (MA-g-PE)蠟的含量可為2 4重量％，優(yōu)選為2. 5 3. 5重量％。當(dāng)馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯 (MA-g-PE)蠟的量低于2重量％時(shí)，很難降低浙青組合物在低溫下的粘度。另外，當(dāng)其量大于4重量％時(shí)，浙青組合物不能滿(mǎn)足高溫所需特性的要求，S卩，達(dá)不到PG 76要求。因此優(yōu)選將其量調(diào)整至上述范圍內(nèi)。操作油在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，操作油用于改善和易性，并用于抑制浙青組合物在低溫下的脆性?？筛鶕?jù)操作油(為石油基或植物基烴油)的化學(xué)組成將其大致劃分為石蠟
6基油、環(huán)烷基油、芳香油等。優(yōu)選的是，操作油在溫?zé)釡囟认虏粫?huì)蒸發(fā)，并且在將其與浙青等混合的過(guò)程中不會(huì)起燃。例如，該操作油通過(guò)AASHTO TP5測(cè)量的閃點(diǎn)可為200 350°C，優(yōu)選為220 260°C。另外，該操作油的粘度(動(dòng)力粘度)可為50 300cSt，優(yōu)選為150 200cSt。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，粘度指數(shù)為50 200的芳香油可與石蠟基油或環(huán)烷基油聯(lián)用。在這種情況下，為了控制浙青組合物在低溫下的脆性，優(yōu)選將飽和烴的量調(diào)節(jié)為不超過(guò)10重量％。該操作油的物理屬性和組成如下表I所示。表I
權(quán)利要求
1.一種溫拌浙青組合物，包含91 94重量％的浙青；3 5重量％的熱塑性彈性體；2 4重量％的接枝率為4 10%的馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟；以及0.I I重量％的操作油，其中該組合物在135°C下的粘度為700cP或更低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述組合物符合PG76-22標(biāo)準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述熱塑性彈性體選自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠(SBR)、天然膠乳以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫拌浙青組合物，其中所述熱塑性彈性體選自分子量為 100, 000或更大并且苯乙烯含量為20 50重量％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、 分子量為50，000或更大并且苯乙烯含量為5 20重量％的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠 (SBR)、以及它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯蠟的熔點(diǎn)為 70 120°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯蠟的分子量 Mw 為 2，000 9，000。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯蠟的接枝率為4 10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述操作油是通過(guò)將石蠟基油或環(huán)烷基油與粘度指數(shù)為50 200的芳香油摻合而獲得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫拌浙青組合物，其中所述操作油包含10重量％或更少的飽和烴。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫拌浙青組合物，其中所述浙青選自直餾浙青、半吹氣浙青、天然浙青、焦油、柏油以及它們的組合。
11.一種制備溫拌浙青組合物的方法，包括將91 94重量％的浙青加熱至130 200°C ；將2 4重量％的接枝率為4 10%的馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟和0. I I 重量％的操作油與加熱的浙青混合；以及在150 200°C下向所得混合物中加入3 5重量％的熱塑性彈性體，其中所述組合物在135°C下的粘度為700cP或更低。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溫拌瀝青組合物，其中包含91～94重量％的瀝青、3～5重量％的熱塑性彈性體、2～4重量％的接枝率為4～10％的馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯(MA-g-PE)蠟、以及0.1～1重量％的操作油，其中該組合物在135℃下的粘度不超過(guò)700cP。該組合物同時(shí)滿(mǎn)足高溫抗塑性變形和低溫抗裂的要求。
文檔編號(hào)C08L9/06GK102585523SQ20111044382
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者曹太鉉, 禹垣準(zhǔn), 金祐成, 黃亨基 申請(qǐng)人:Sk新技術(shù)株式會(huì)社