一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧瀝青功能材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改性環(huán)氧浙青功能材料及其制備，涉及一種通過活化后的廢橡膠粉實現(xiàn)環(huán)氧浙青材料的增韌改性。具體地說是一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于普通浙青而言，改性浙青鋪筑的路面能夠顯著地提高抗永久變形能力、抗溫縮裂縫能力及抗疲勞開裂能力。改性浙青是指摻加樹脂、高分子聚合物、磨細的橡膠粉或其他材料等改性劑，使浙青或浙青混合料的性能得以改善而制成的浙青結(jié)合料。對于浙青的改性，國內(nèi)專利有:CN1364823、CN1415663A、CN103773035A、CN103665899A 等。由于其改性的過程是浙青和聚合物的物理共混，因此改性浙青的抵抗外力疲勞強度總體上看并沒有得到很好的改善。
[0003]研究表明，采用廢輪胎橡膠粉，能有效地改善浙青的低溫抗裂性能、高溫穩(wěn)定性能、抗老化性能、抗疲勞性能、彈性、粘性等，增強浙青混合料的抗滑性能，并有效地降低了路面的行車噪音，增加了行車的安全性和舒適性。正因為如此，專利CN101085871A采用廢舊輪胎加工的橡膠粉添加到環(huán)氧樹脂改性的浙青料中提高了固化物的軟化點；專利CN102516783A將不同粒徑的廢橡膠粉摻加到已進行改性的浙青中；專利CN103396673A采用乙烯基單體、廢橡膠粉和浙青進行反應(yīng)制備膠粉環(huán)氧樹脂浙青材料。專利CN102796387A用硅烷偶聯(lián)劑對廢橡膠粉進行處理，然后加入到浙青、二聚酸等混合物中，通過剪切乳化得到環(huán)氧浙青B組分。最后，將環(huán)氧浙青B組分與環(huán)氧樹脂混合攪拌得到環(huán)氧膠粉浙青材料。專利US5，704，971和US5，851，276提到，將廢橡膠粉與過氧化氫混合，利用其強氧化性，使膠粉降解，然而該方法雖然一定程度上解決了膠粉降解和分散問題，但存在氧化劑用量大、價格高、工藝復雜等問題。
[0004]綜上所述，廢橡膠粉對浙青或環(huán)氧浙青材料進行改性，基本上有兩種不同方法:一是直接加入；二是進行表面處理后加入。不管采用哪種方法，就目前來說仍然存在以下問題:
(I)廢輪胎膠粉直接加入到基質(zhì)浙青中，在高溫下進行攪拌、剪切等物理過程，使廢膠粉分散在基質(zhì)浙青中形成廢膠粉改性浙青產(chǎn)品，這種工藝技術(shù)生產(chǎn)的廢膠粉改性浙青的儲存穩(wěn)定性很差，不宜靜止儲存。(2)現(xiàn)有工藝技術(shù)生產(chǎn)廢橡膠改性浙青，要求廢膠粉的粒徑很細小，最好是細膠粉，因而增加了廢膠粉粉碎成本。(3)廢膠粉改性浙青體系中膠粉顆粒與基質(zhì)浙青僅僅是物理混合，沒有達到穩(wěn)定的化學膠體結(jié)構(gòu)，因而鋪筑在道路上經(jīng)常會出現(xiàn)廢膠粉顆粒剝離脫落，從而影響路面的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料及其制備方法，該方法通過雙重化學作用，使橡膠粉和基質(zhì)浙青之間形成了穩(wěn)定的化學膠體結(jié)構(gòu)，由此綜合改善基質(zhì)浙青與橡膠粉的相容性，提高環(huán)氧浙青功能材料的低溫抗開裂性、抗疲勞性和穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料，其特征在于:該功能材料包括環(huán)氧浙青A組分和環(huán)氧浙青B組分,A組分與B組分的重量比為1:5~1:30 ;所述A組分重量份數(shù)如下:環(huán)氧樹脂70~80份；端基環(huán)氧基改性硅油20~30份；所述B組分重量份數(shù)如下:基質(zhì)浙青80-120份；活化后的廢橡膠粉5~40份；聚合物分散劑5~10份；酸酐固化劑:10~30份；活化后的廢橡膠粉由廢橡膠粉、催化劑、氧化劑和溶劑加入到反應(yīng)釜中，升溫攪拌至30~85°C，反應(yīng)12~24 h，經(jīng)冷卻、過濾和脫去溶劑后得到。
[0007]一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
(1)將廢橡膠粉、催化劑、氧化劑和溶劑加入到反應(yīng)釜中，升溫攪拌至30~85°c，反應(yīng)12-24 h ;經(jīng)冷卻、過濾和脫去溶劑后得到具有表面活性的活化后的廢橡膠粉；其中，催化劑為咪唑類或吡啶類離子液體或它們的混合物，用量為廢橡膠粉的0.1-1% ;氧化劑為高鐵酸鉀，用量為廢橡膠粉的0.2-10% ;溶劑為水，用量為廢橡膠粉質(zhì)量的1.5-3倍；
(2)將得到的活化后的廢橡膠粉加入到基質(zhì)浙青中，同時加入聚合物分散劑和酸酐固化劑，升溫到110~140°C，在剪切乳化作用下混合5~10 h，即得環(huán)氧浙青B組分，其中，基質(zhì)浙青80~120份；活化后的廢橡膠粉5~40份；聚合物分散劑5~10份；酸酐固化劑:10~30份；
(3)將環(huán)氧浙青A組分和B組分在150~180°C下充分混合；A組分重量份數(shù)如下:環(huán)氧樹脂70~80份、端基環(huán)氧基改性硅油20~30份；其中環(huán)氧浙青A組分與B組分的配比為1:5-1:30,即得到廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料。
[0008]本發(fā)明中，所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂的一種或多種混合物；所述廢橡膠粉是各類廢輪胎、膠鞋、橡膠制品等中的一種或者幾種的混合物，目數(shù)為20~80 ;所述催化劑為咪唑類或吡啶類離子液體，或它們的混合物；所述的氧化劑為高鐵酸鉀；所述的分散劑為聚異丁烯丁二酰胺。溶劑為水，
本發(fā)明中涉及廢橡膠粉的活化，是以離子液體作催化劑，用高鐵酸鉀實施氧化來實現(xiàn)的，這樣使廢橡膠粉產(chǎn)生局部降解，并在其表面生成一定量的羥基和羰基等含氧官能團。一方面，這些活性基團與浙青中的羧基、亞砜及酸酐類發(fā)生反應(yīng)，有效增強膠粉與浙青之間的界面結(jié)合強度；另一方面，部分活性基團還能與環(huán)氧浙青A組分中的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)起到固化劑的作用。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
(I)以高鐵酸鉀作氧化劑，用量少，反應(yīng)條件溫和，對廢橡膠粉表面活化處理效率高，所得活化表面能與基質(zhì)浙青、環(huán)氧基發(fā)生直接化學作用，形成穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)體系，由此提高環(huán)氧浙青功能材料的低溫抗開裂性、抗疲勞性和穩(wěn)定性。
[0010](2)該功能材料具有橡膠的彈性、自愈性、對基層有優(yōu)異的的粘接力、耐腐蝕性等優(yōu)點。
[0011](3)由于使用了聚合物分散劑，在一定程度上增強了活化后的橡膠粉與基質(zhì)浙青之間的相容性。
[0012](4)采用端基環(huán)氧基改性硅油和普通環(huán)氧樹脂混合物作為環(huán)氧膠粘體系，固化體系中引入了硅-氧和硅-碳鍵，提高了功能材料的穩(wěn)定性。
[0013](5)使用了廢橡膠粉，不僅降低了產(chǎn)品的原料成本，而且減少了環(huán)境污染，實現(xiàn)了變廢為寶的目標。
[0014]
【具體實施方式】
[0015]實施例1
一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料的制備方法:
(I)將廢橡膠粉20克、水30克、催化劑0.1克和氧化劑I克加入到反應(yīng)釜中，升溫攪拌至50°C，反應(yīng)16h。經(jīng)冷卻、過濾和脫去溶劑后得到具有一定表面活性的廢橡膠粉。
[0016](2)將上述得到的廢橡膠粉10克，加入到100克基質(zhì)浙青中，同時加入聚合物分散劑5克和酸酐固化劑15克，升溫到120°C，在剪切乳化作用下反應(yīng)10 h，即得環(huán)氧浙青B組分。
[0017](3)將環(huán)氧浙青A組分和B組分在150°C下充分混合。A組分重量份數(shù)如下:環(huán)氧樹脂70份；端基環(huán)氧基改性硅油20份；其中環(huán)氧浙青A組分與B組分的配比為1:15，即得到廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料。
[0018]實施例2
一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料的制備方法:
(I)將廢橡膠粉20克、水40克、催化劑0.2克和氧化劑I克加入到反應(yīng)釜中，升溫攪拌至60°C，反應(yīng)12h。經(jīng)冷卻、過濾和脫去溶劑后得到具有一定表面活性的廢橡膠粉。
[0019](2)將上述得到的廢橡膠粉20克，加入到100克基質(zhì)浙青中，同時加入聚合物分散劑8克和酸酐固化劑20克，升溫到140°C，在剪切乳化作用下反應(yīng)8 h，即得環(huán)氧浙青B組分。
[0020](3)將環(huán)氧浙青A組分和B組分在160°C下充分混合。A組分重量份數(shù)如下:環(huán)氧樹脂80份；端基環(huán)氧基改性硅油30份；其中環(huán)氧浙青A組分與B組分的配比為1:10，即得到廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料。
【主權(quán)項】
1.一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料，其特征在于:該功能材料包括環(huán)氧浙青A組分和環(huán)氧浙青B組分，A組分與B組分的重量比為1:5~1:30 ;所述A組分重量份數(shù)如下:環(huán)氧樹脂70~80份；端基環(huán)氧基改性硅油20~30份；所述B組分重量份數(shù)如下:基質(zhì)浙青80~120份；活化后的廢橡膠粉5~40份；聚合物分散劑5~10份；酸酐固化劑:10~30份； 活化后的廢橡膠粉由廢橡膠粉、催化劑、氧化劑和溶劑加入到反應(yīng)釜中，升溫攪拌至30~85°C，反應(yīng)12~24 h，經(jīng)冷卻、過濾和脫去溶劑后得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料，其特征在于:催化劑為咪唑類或吡啶類離子液體或它們的混合物，用量為廢橡膠粉的0.1-1% ;氧化劑為高鐵酸鉀，用量為廢橡膠粉的0.2-10% ;溶劑為水，用量為廢橡膠粉質(zhì)量的1.5-3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料，其特征在于:聚合物分散劑為聚異丁烯丁二酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂的一種或多種混合物；所述廢橡膠粉是廢輪胎、膠鞋、橡膠制品中的一種或者幾種的混合物，目數(shù)為20~80。
5.一種權(quán)利要求1所述廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)將廢橡膠粉、催化劑、氧化劑和溶劑加入到反應(yīng)釜中，升溫攪拌至30~85°C，反應(yīng)12-24 h ;經(jīng)冷卻、過濾和脫去溶劑后得到具有表面活性的活化后的廢橡膠粉；其中，催化劑為咪唑類或吡啶類離子液體或它們的混合物，用量為廢橡膠粉的0.1-1% ;氧化劑為高鐵酸鉀，用量為廢橡膠粉的0.2-10% ;溶劑為水，用量為廢橡膠粉質(zhì)量的1.5-3倍； (2)將得到的活化后的廢橡膠粉加入到基質(zhì)浙青中，同時加入聚合物分散劑和酸酐固化劑，升溫到110~140°C，在剪切乳化作用下混合5~10 h，即得環(huán)氧浙青B組分，其中，基質(zhì)浙青80~120份；活化后的廢橡膠粉5~40份；聚合物分散劑5~10份；酸酐固化劑:10~30份； (3)將環(huán)氧浙青A組分和B組分在150~180°C下充分混合；A組分重量份數(shù)如下:環(huán)氧樹脂70~80份、端基環(huán)氧基改性硅油20~30份；其中環(huán)氧浙青A組分與B組分的配比為1:5-1:30,即得到廢橡膠粉活化改性環(huán)氧浙青功能材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種廢橡膠粉活化改性環(huán)氧瀝青功能材料及其制備方法，該功能材料包括環(huán)氧瀝青A組分和環(huán)氧瀝青B組分。其中環(huán)氧瀝青A組分為：環(huán)氧樹脂和端基環(huán)氧基改性硅油的混合物；環(huán)氧瀝青B組分為：聚合物分散劑、基質(zhì)瀝青、固化劑和廢橡膠粉活化產(chǎn)物。該制備方法中首先對廢橡膠粉的活化，得到具有表面活性的活化后的廢橡膠粉；將得到的活化后的廢橡膠粉加入到基質(zhì)瀝青中，得環(huán)氧瀝青B組分，將環(huán)氧瀝青A組分和B組分充分混合，得到廢橡膠粉活化改性環(huán)氧瀝青功能材料。本發(fā)明綜合改善基質(zhì)瀝青與橡膠粉的相容性，提高環(huán)氧瀝青功能材料的低溫抗開裂性、抗疲勞性和穩(wěn)定性。
【IPC分類】C08J3-03, C08L95-00, C10C3-02, C08L83-04, C08L63-00, C08L21-00
【公開號】CN104592775
【申請?zhí)枴緾N201510037377
【發(fā)明人】倪良, 王赟, 王蕾, 蔣銀花
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月26日