一种可快速熔融的沥青干法直投改性剂及其制备方法与流程

本发明涉及新型沥青高聚物改性剂，尤其是涉及一种可快速熔融的沥青干法直投改性剂及其制备方法。

背景技术：

1、在一些高温多雨的地区及高等级沥青路面的道路建设中，普通的基质沥青已无法满足路面需求，需要采用改性沥青来满足高温抗车辙、低温抗开裂等性能。沥青改性技术的发展显著提升了沥青路面在各类环境下的性能表现。

2、随着道路性能需求的提升及产业技术的进步，近些年在传统沥青改性技术的基础上，新材料、新科技得到了更多应用，复合改性及功能性改性技术也应运而生。目前，沥青的改性主要采用湿法和干法两种技术。湿法改性技术虽然能有效地改善沥青的性能，但其生产过程复杂，成本较高，且需要使用专门的设备进行高温混合，限制了其广泛应用。相比之下，干法改性技术具有操作简便、成本低廉的优点，通过直接将固态改性剂加入到沥青混合料中，实现改性剂与沥青的混合。然而，现有的干法改性剂存在分散不均、与沥青结合不充分以及熔融速度慢等问题，这些因素均会影响最终沥青混合物的性能。

3、针对现有技术的这些不足，本发明提出了一种可快速熔融的沥青干法直投改性剂。该改性剂设计采用了特殊的材料和加工工艺，能够在常规铺设沥青的温度和压力条件下迅速熔融并均匀分散于沥青与集料中，从而显著地提高沥青改性剂有效率。该改性剂还能提供更优异的抗水损伤性能和延长沥青路面的使用寿命，具有显著的经济效益和社会价值。与现有的道路干法直投式高聚物改性剂技术相比，该可快速熔融的沥青干法直投改性剂的所需制备时间短，制备温度低，缩短了施工时间，降低了施工能耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可快速熔融的沥青干法直投改性剂及其制备方法，以改善普通沥青干法直投改性剂在制备中存在的工序复杂、耗时长、能耗大，以及使用过程中与沥青混合料混合不均匀、改性剂改性效率低的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种可快速熔融的沥青干法直投改性剂，其原料包括以下重量份含量的组成：

4、

5、本发明采用丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与橡胶粉两种常见的改性材料作为改性主体。为了实现快速熔融与可在沥青混合料中进行快速分散的目的，需要提高两个改性材料之间的相容性以及降低直投改性剂整体的表面活性，使改性颗粒在使用过程中与沥青混合料接触的短时间内分散并在石料或沥青表面产生类似“自流平”的效果。同时还要在普通搅拌温度及较短搅拌时间内与基质沥青高度相容并发生交联反应，最大限度地发挥改性效用。

6、为了达到以上改性效果，本发明选用合适分子量的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物材料以及粒径适中的橡胶粉颗粒作为改性主体，通过稳定剂与偶联剂的共同作用，增强两类聚合物改性剂之间的分子链接，以及改性剂与基质沥青之间的相容性与分散性。在优选表面活性剂与其他添加剂的作用下，颗粒之间会产生微互斥力，防止在沥青混合料表面产生团聚现象，并达到快速熔融并有效改性的效果，改善了传统干法直投改性剂存在的改性剂分散不均、熔融速度慢、改性效率低下的缺点。

7、本发明中可快速熔融的沥青干法直投改性剂的各个组分含量应在技术方案中提到的范围内。技术方案中各个组分含量的范围要求是基于实验结果得出的。若稳定剂及偶联剂与改性主体添加剂的含量比例过低，会导致两类改性主体添加剂无法产生稳定交联，导致部分丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与橡胶粉颗粒成为独立的单元体，既浪费了改性剂材料，也容易造成固体改性剂在沥青混合料中的结团现象；若稳定剂及偶联剂与改性主体添加剂的含量比例过高，则会导致改性剂主体间发生过度交联，同样会造成改性剂颗粒的结团效应。采用本方案的各组分含量要求，能够尽可能地提高改性剂与沥青混合料的熔融速率与改性效率，同时降低改性剂的生产能耗，降低了材料成本，实现了干法直投式高聚物改性剂在熔融速率、改性效率与经济性的统一。

8、所述丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为分子量为15万～20万的星型sbs。

9、所述橡胶粉的粒径为150～200目。

10、所述稳定剂有两种，为硫磺稳定剂与纳米氧化铈。

11、所述增塑剂为癸二酸二异辛酯。

12、所述表面活性剂为聚甘油-6硬脂酸酯。

13、本发明还提供了一种可快速熔融的沥青干法直投改性剂的制备方法，包括以下步骤：

14、(1)将丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物进行高速剪切，备用；

15、(2)向步骤(1)获得的丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中加入橡胶粉与癸二酸二异辛酯，并混合均匀；

16、(3)将上述混合物加热，加入增塑剂，进行高温塑炼；

17、(4)向步骤(3)获得的物料中加入稳定剂、偶联剂与表面活性剂，进行混炼；

18、(5)将步骤(4)中获得的产物通过单螺杆挤出机高温熔融挤出造粒，并将颗粒产品进行研磨，得到所述可快速熔融的沥青干法直投改性剂。

19、所述步骤(1)中高速剪切机的转速为3000-4000转/分钟；剪切处理的时间为20-40分钟；

20、所述步骤(3)中丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、橡胶粉与癸二酸二异辛酯混合加热的温度为180-200℃，随后加入聚甘油-6硬脂酸酯。塑炼温度为120℃-150℃，塑炼时间为3-8分钟；

21、所述步骤(4)中混炼温度为80℃-100℃，混炼时间为2-5分钟。

22、所述步骤(5)具体为：通过单螺杆挤出机高温熔融挤出造粒制备出粒径小于2mm的颗粒产品。最后，将颗粒产品进行研磨得到粒径小于20微米的干法直投式改性剂。

23、优选地，所选丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为分子量为16万的星型sbs；

24、所选橡胶粉的粒径为180目；

25、马来酸酐接枝或共聚的聚合物选用马来酸酐接枝聚合物；

26、步骤(1)中，高速剪切机的转速为4000转/分钟；剪切处理的时间为40分钟；

27、步骤(3)中，丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、橡胶粉与癸二酸二异辛酯混合加热的温度为180℃。待温度降为120℃，加入聚甘油-6硬脂酸酯后，塑炼温度为120℃，塑炼时间为4分钟；

28、步骤(4)中混炼温度为100℃，混炼时间为3分钟。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、(1)所选丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为分子量为15～20万的星型sbs。利用星型sbs进行改性，相比较于线型sbs，能够更大程度地增强沥青的粘性与弹性性能。分子量不宜过大或过小，因为需要同时满足改性效果改性剂在沥青混合料中的分散效果。

31、(2)所选橡胶粉目数为150～200目。选用细目数的橡胶粉具有更大表面积，在偶联剂及其他添加剂的作用下，能够更加充分地与丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物产生交联，除了能够形成类似丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的网状结构外，经过细化后的橡胶粉微颗粒能够在网状结构中充当加强节点，加强了结构的弹性与韧性，同时，较小的微颗粒也更利于干法改性剂在直投改性过程中的分散。

32、(3)所选稳定剂为硫磺稳定剂与纳米氧化铈。硫磺是丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物常用的稳定剂，其稳定效果已得到多年的实践证明。纳米氧化铈晶型好，具有良好的分散性与透明性，与聚合物具有良好的相容性。纳米氧化铈是橡胶材料有效的无机活性剂和硫化促进剂，能够大大提高橡胶和丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的交联，提高致密性，并确保二者的稳定性，不会产生离析及团聚问题。

33、(4)利用增塑剂癸二酸二异辛酯，这种材料增塑效率高,挥发性低,既具有优良的耐寒性,又有较好的耐热性。癸二酸二异辛酯分子被添加到聚合物中时，会插入到聚合物分子链之间以及其与橡胶微颗粒之间，通过削弱聚合物分子链间的应力，增加分子链的移动性，并降低其结晶度，从而有效地提升塑性。

34、(5)马来酸酐接枝或共聚的聚合物同时具有极性基团醛基和烯烃非极性链段。在本发明中，可以在熔融或螺杆剪切的作用下与聚合物和填料之间进行化学键合，与极性基团发生广义的脱水反应，从而将不相容的极性与非极性物质进行化学偶联，实现强度和韧性的结合。马来酸酐接枝或共聚的聚合物的成本与用量极低，同时兼具增韧效果，与原料混合后无需经历长时间的溶胀过程，在短时间内即可起效。

35、(6)表面活性剂聚甘油-6硬脂酸酯的加入降低了干法直投式改性剂在熔融状态下的表面活性，使其能够在沥青混合料中尽快分散并稳定。同时降低星型sbs分子间的作用力及与橡胶粉间的作用力，放置产生改性剂团聚的现象。

36、(7)本发明提供的可快速熔融的沥青干法直投改性剂的制备方法中，塑炼与混炼的温度及时间为多次实验调配后的最优方案。若温度过高，时间过长，则会造成丁二烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和橡胶粉的降解，影响网络结构的生成，且大大增加了生产能耗与成本；若塑炼与混炼的温度过低或时间过短，则会导致塑炼与混炼不完全，降低了改性效率。